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Mars Global Surveyor

sonda spaziale statunitense
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Il Mars Global Surveyor (MGS) era una sonda spaziale americana sviluppata dal Jet Propulsion Laboratory e lanciata nel novembre 1996. È stata una missione di mappatura che esaminò l'intero pianeta, dalla ionosfera all'atmosfera, fino alla superficie[1]. Come parte del Mars Exploration Program, il Mars Global Surveyor ha operato come ripetitore per gli orbiter successivi durante la fase di aerobraking, ed ha aiutato le missioni con rover e lander su Marte identificando i potenziali siti di atterraggio e fungendo da ripetitore.[1][2]

Mars Global Surveyor
Emblema missione
Immagine del veicolo
Illustrazione del Mars Global Surveyor
Dati della missione
OperatoreNASA
NSSDC ID1996-062A
SCN24648
DestinazioneMarte
EsitoCompletata; la sonda impatterà con il suolo marziano nel 2047
VettoreDelta II 7925
Lancio7 novembre 1996
Luogo lancioCCAIFS LC-17A
Fine operatività2 novembre 2006
DurataDal lancio: 9 anni, 11 mesi, 26 giorni
Viaggio e aerobraking: 28 mesi, 25 giorni
Missione primaria: 1 anno, 9 mesi, 20 giorni
Proprietà del veicolo spaziale
Potenza980 W
Massa1030,5 kg
CostruttoreLockheed Martin
Strumentazione
  • Mars Orbiter Camera (MOC)
  • Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA)
  • Thermal Emission Spectrometer (TES)
  • MAG/ER
  • Ultrastable Oscillator (USO/RS)
  • Mars Relay (MR)
Parametri orbitali
Data inserimento orbita11 settembre 1997
Apoapside17836 km
Periapside171,4 km
Periodo11,64 ore
Inclinazione93 gradi
Eccentricità0,7126
Semiasse maggiore3 769 km
Sito ufficiale
[[Mars Exploration Program]]
Missione precedenteMissione successiva
Mars Surveyor '98

Completò la sua missione primaria nel gennaio 2001[3] e, nella sua terza missione estesa, il 2 novembre 2006 la sonda non riuscì a rispondere ai messaggi e ai comandi[4]. Un debole segnale venne individuato 3 giorni dopo, il quale indicava che era entrata in modalità di sicurezza. I tentativi di ricontattare la sonda e risolvere il problema fallirono, e la NASA ufficialmente terminò la missione nel gennaio 2007.[5]

Obiettivi

Il Mars Global Surveyor raggiunse i seguenti obiettivi scientifici durante la sua missione primaria:[6]

  1. Caratterizzare le caratteristiche della superficie e i processi geologici su Marte;
  2. Determinare la composizione, la distribuzione e le proprietà fisiche dei minerali, le rocce e il ghiaccio superficiale;
  3. Determinare la topografia globale, la forma del pianeta e il campo gravitazionale;
  4. Stabilire la natura del campo magnetico;
  5. Monitorare la meteorologia e la struttura termica atmosferiche;
  6. Studiare le interazioni tra la superficie di Marte e l'atmosfera monitorando le caratteristiche della superficie, l'espansione e contrazione delle calotte polari, il bilancio dell'energia polare e la polvere e le nuvole nel ciclo stagionale.

Il Mars Global Surveyor ha anche raggiunto i seguenti obiettivi nella sua missione estesa:[6]

  1. Monitoraggio continuo della meteorologia per formare un continuo set di osservazioni congiuntamente con il Mars Reconnaissance Orbiter, che ha raggiunto Marte nel marzo 2006;
  2. La fotografia dei possibili luoghi di atterraggio per il 2007 Phoenix Mars Lander e il Mars Science Laboratory;
  3. Osservazione e analisi dei siti oggetto di interesse scientifico, specie dove sono presenti affioramenti di rocce sedimentarie;
  4. Monitoraggio continuo dei cambiamenti superficiali dovuti al vento e al ghiaccio.

Specifiche

La sonda, costruita all'impianto Lockheed Martin Astronautics a Denver, era un box di forma rettangolare con dei pannelli solari a forma di ali che si estendono ai lati opposti. Quando carica di propellente, al momento del lancio, la sonda pesava 1060 kg. La maggior parte della sua massa risiedeva nel modulo a forma di box che occupava la parte centrale della sonda. Questo modulo centrale era a sua volta costituito da 2 moduli rettangolari più piccoli posizionati nella parte alta; il primo conteneva l'equipaggiamento, le elettroniche, gli strumenti scientifici e il computer di bordo 1750A. L'altro modulo, invece, i serbatoi e i motori a razzo. La missione del Mars Global Surveyor costò circa 154 milioni di dollari per lo sviluppo e la costruzione e 65 milioni di dollari per il lancio. Le operazioni di missione e l'analisi dei dati costarono approssimativamente 20 milioni di dollari all'anno.[7]

Strumenti scientifici

5 strumenti scientifici volarono a bordo del Mars Global Surveyor:[8][9]

  • La Mars Orbiter Camera (MOC) operata da Malin Space Science Systems;[10]
  • Il Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA);[11]
  • Il Thermal Emission Spectrometer (TES);[12]
  • Un magnetometro e un riflettometro agli elettroni (MAG/ER);
  • L'Ultrastable Oscillator (USO/RS) per misurazioni doppler;[13]
  • Il Mars Relay (MR), un ricetrasmittente di segnali.[14]

Mars Orbiter Camera

La Mars Orbiter Camera (MOC) era composta da 3 strumenti: una fotocamera ad angolo stretto, che fornì foto in bianco e nero ad alta risoluzione (tra 1,5 e 12 m per pixel), una fotocamera in rosso e blu, per immagini contestuali (240 m per pixel) e una fotocamera globale (7,5 km per pixel). La MOC ottenne più di 240 mila immagini osservando porzioni di Marte in 4,8 anni marziani, da settembre 1997 a novembre 2006.[15] Un'immagine ad alta risoluzione della MOC copre una distanza tra 1,5 e 3,1 km. A volte, una sua fotografia può uscire più piccola di quel che sembra perché è il prodotto di un ritaglio di un altra per mostrare una determinata caratteristica. Queste immagini possono coprire aree tra 3 e 10 km di lunghezza. Quando viene catturata un'immagine ad alta risoluzione, viene ripresa anche un'immagine contestuale. L'immagine contestuale mostra la posizione dell'immagine ad alta risoluzione. Le immagini contestuali sono tipicamente lunghe 115,2 km con una risoluzione di 240 m/pixel.[16]

 
Immagini topografiche dei 2 emisferi marziani ripresi dal MOLA. Questa immagine apparve come copertina di Sciencenel maggio 1999.

Mars Orbiter Laser Altimeter

 
Immagine ripresa dal MOLA che raffigura la topografia da un polo di Marte all'altro.

Il Mars Orbiter Laser Altimeter, or MOLA, ha mappato la superficie di Marte in 4 anni e mezzo.[17] Questo strumento ha trasmesso impulsi laser agli infrarossi verso Marte a 10 Hz, misurando il tempo che impiegava a raggiungere la superficie e determinare a che altezza si trovava la sonda[18]. Le misurazioni fornirono precise mappe topografiche di Marte, che vennero applicate in geofisica, geologia e circolazione atmosferica. Il MOLA operò anche come radiometro passivo, misurando la radiosità della superficie marziana a 1064 nm. Lo strumento fornì altimetria fino al 30 giugno 2001, per poi operare come radiometro fino al 7 ottobre 2006.[19]

Mars Relay

L'antenna Mars Relay ha aiutato i Mars Exploration Rovers per ripetere a Terra i dati, in congiunzione con la memoria buffer da 12 MB dalla Mars Orbiter Camera. In totale, più di 7,6 Gbit di dati vennero trasferiti in questo modo.[20][21]

Cronologia della missione

La sonda è stata lanciata da Cape Canaveral in Florida il 7 novembre 1996 con un razzo Delta II 7925. La sonda percorse nei successivi 300 giorni più di 750 milioni di chilometri e arrivò su Marte l'11 settembre 1997.

Raggiungendo Marte la sonda ha acceso i suoi razzi per 22 minuti in modo da inserirsi in un'orbita stabile intorno a Marte. Questa manovra permise alla sonda di rallentare per poter essere attratta dalla gravità del pianeta ed entrare in orbita intorno ad esso. Inizialmente l'orbita era molto ellittica e veniva completata in 45 ore. I'altezza al periasse era di 262 km mentre l'altezza all'apoasse era di 54.026 km sopra l'emisfero sud.

Dopo l'inserimento orbitale la sonda ha svolto una serie di manovre per ridurre l'ellitticità dell'orbita in modo da ridurre la propria altezza al periasse a circa 110 km. Durante i vari passaggi la sonda entrava in contatto con gli strati più elevati dell'atmosfera (tecnica dell'aerobraking) e questo riduceva leggermente l'energia del mezzo e quindi accorciava la sua orbita che in quattro mesi raggiunse un'altezza all'apoasse di 450 km.

L'11 ottobre il team di controllo ha spostato l'altezza al periasse fuori dall'atmosfera. L'aerobraking venne sospeso dato che uno dei bracci dei pannelli solari era stato curvato leggermente dalla pressione atmosferica. Il pannello si era leggermente danneggiato appena dopo il lancio del novembre 1996 e l'aerobraking aveva peggiorato la situazione. L'aerobraking riprese il 7 novembre dopo che il team ebbe concluso che la manovra era fattibile seppur con alcune precauzioni aggiuntive.

 
Questa immagine presa del Mars Global Surveyor mostra una regione di circa 1500 metri ove sono visibili i burroni e le asperità della Newton Basin nella Sirenum Terra. Canali simili sulla Terra sono formati dallo scorrimento dell'acqua. Su Marte l'acqua non può esistere per lunghi periodi allo stato liquido ma molti scienziati ipotizzano che a volte l'acqua emerga dal terreno temporaneamente e che possa corrodere e modellare l'ambiente marziano prima di evaporare o ghiacciare

Con il nuovo piano l'altezza al periasse venne spostata a 120 km dal suolo, rispetto agli iniziali 110 km dal suolo questa nuova orbita riduceva di 66% la resistenza dell'aria sui pannelli solari. Durante i sei mesi di aerobraking l'orbita della sonda si ridusse da 12 a 6 ore.

Tra maggio e novembre 1998 l'aerobraking venne temporaneamente interrotto per permettere alla sonda di posizionarsi correttamente rispetto al Sole. Se si fosse completato l'aerobraking senza questa accortezza la sonda si sarebbe trovata orientata in modo errato rispetto al Sole. Per massimizzare l'efficienza della missione la sonda raccoglieva più dati possibili durante il periodo di inattività. Venivano effettuate quattro misurazioni al giorno quando la sonda era più vicina al pianeta.

Finalmente tra il novembre del 1998 e il marzo 1999 l'aerobraking continuò fino ad ottenere un'altezza massima di 450 km con quell'orbita la sonda impiega due ore ad sorvolare il pianeta. L'aerobraking venne utilizzato anche per porre la sonda nel corretto orientamento rispetto al Sole. Con questa orbita la sonda sorvola il lato assolato dell'equatore alle 14:00 (ora marziana) muovendosi da sud verso nord. Questa configurazione venne scelta per massimizzare la qualità delle osservazioni.

Durante le operazioni di analisi la sonda percorre un'orbita in 117,65 minuti con un'altezza media di 378 km. Questa è un'orbita polare quasi perfetta e permette alla sonda di spostarsi dal polo sud al polo nord in un'ora. Questa altezza venne scelta per ottenere un'orbita sincrona rispetto al Sole in modo da ottenere immagini con sempre la stessa illuminazione solare.

Dopo ogni orbita la sonda si è spostata di 28,62° dato che il pianeta ruota sotto la sonda. In effetti per la sonda sono sempre le 14:00 dato che si muove con la stessa velocità apparente del Sole.

Dopo 7 Sol e 88 orbite la sonda si trova approssimativamente nella stessa posizione sebbene abbia uno scostamento di 59 km. Questo garantisce una mappatura completa del pianeta.

Il 31 gennaio 2001 la sonda ha completato la missione primaria di mappatura e quindi la sua missione è stata estesa.

Il 30 marzo 2004 ha fotografato il rover Spirit della Mars Exploration Rover e il segno del suo passaggio avvenuto negli 85 Sol di viaggio.

Nell'aprile 2005 la MGS è stata la prima sonda a fotografare un altro satellite artificiale in orbita attorno ad un pianeta che non fosse la Terra. La sonda raccolse due immagini della sonda Mars Odyssey e una immagine della sonda Mars Express.

Il 2 novembre 2006 si sono verificati dei problemi di gestione dei pannelli solari e d'allora non è più stato possibile stabilire un canale di comunicazione con la sonda.

Il 21 novembre 2006 la NASA dichiara conclusa la vita operativa della sonda.

Note

  1. ^ a b Mars Global Surveyor: Science, su mars.jpl.nasa.gov. URL consultato il 13 aprile 2017.
  2. ^ MGS Mars Relay---MSSS/MOC Role, su www.msss.com. URL consultato il 13 aprile 2017.
  3. ^ Arden L. Albee, Raymond E. Arvidson, Frank Palluconi and Thomas Thorpe, Overview of the Mars Global Surveyor mission (PDF), in Journal of Geophysical Research, vol. 106, E10.
  4. ^ NASA's Mars Global Surveyor May be at Mission's End, su NASA/JPL. URL consultato il 13 aprile 2017.
  5. ^ mars.nasa.gov, Mars Global Surveyor | Mars Exploration Program, su mars.nasa.gov. URL consultato il 13 aprile 2017.
  6. ^ a b Mars Global Surveyor: Science, su mars.nasa.gov. URL consultato il 13 aprile 2017.
  7. ^ NASA - NSSDCA - Spacecraft - Details, su nssdc.gsfc.nasa.gov. URL consultato il 13 aprile 2017.
  8. ^ Albee, A., Arvidson, R., Palluconi, F., Thorpe, T. (2001). "Overview of the Mars Global Surveyor mission" (PDF). Journal of geophysical research. 106 (E10): 23291–23316. Bibcode:2001JGR...10623291A. doi:10.1029/2000JE001306. (PDF), su trs-new.jpl.nasa.gov.
  9. ^ Mars Global Surveyor - NASA Fact Sheet (PDF), su jpl.nasa.gov.
  10. ^ Design and Development of the Mars Observer Camera, su www.msss.com. URL consultato il 13 aprile 2017.
  11. ^ MOLA Shot Counter, su sebago.mit.edu. URL consultato il 13 aprile 2017.
  12. ^ Mars Global Surveyor Thermal Emission Spectrometer (PDF), su researchgate.net.
  13. ^ (EN) USO Info, su mars.jpl.nasa.gov. URL consultato il 13 aprile 2017.
  14. ^ MGS Mars Relay---MSSS/MOC Role, su www.msss.com. URL consultato il 13 aprile 2017.
  15. ^ Space Cameras, Operations, and Science - Malin Space Science Systems, su www.msss.com. URL consultato il 13 aprile 2017.
  16. ^ Malin Space Science Systems - Mars Global Surveyor (MGS) Mars Orbiter Camera (MOC), su www.msss.com. URL consultato il 13 aprile 2017.
  17. ^ MOLA Homepage, su attic.gsfc.nasa.gov. URL consultato il 13 aprile 2017.
  18. ^ (EN) MGS MOLA Elevation Model 463m (MEGDR) | USGS Astrogeology Science Center, su astrogeology.usgs.gov. URL consultato il 13 aprile 2017.
  19. ^ http://tharsis.gsfc.nasa.gov/MOLA/index.php, su tharsis.gsfc.nasa.gov. URL consultato il 13 aprile 2017.
  20. ^ (EN) The MARS Journal Vol 5, pp 1-60 - An overview of the 1985-2006 Mars Orbiter Camera science investigation, su www.marsjournal.org. URL consultato il 13 aprile 2017.
  21. ^ (EN) NASA - NASA Mars Spacecraft Gear Up for Extra Work, su www.nasa.gov. URL consultato il 13 aprile 2017.

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