ExoMars Spurengas Orbiter

Auf der 21. MEPAG-Tagung im März 2010 in Monrovia, Kalifornien wurden nähere Details zu ExoMars vorgestellt. Der MEPAG-Vortrag (Powerpoint-Datei) zur Mission des ExoMars-Orbiters kann hier heruntergeladen werden (43 MB .ppt-Datei !). Hier ist eine Zusammenfassung daraus:
 
schematischer Aufbau des ExoMars Orbiters
Abb. 1: schematischer Aufbau des ExoMars Orbiters. Das Bild ist entnommen genauso wie alle anderen Bilder auf dieser Seite aus den Unterlagen von Marcello Conradinis Vortrag auf der 21. MEPAG-Tagung im März 2010 in Monrovia, Kalifornien

Der Orbiter ist anders als die 2018 folgende ExoMars-Lander Mission unter ESA-Hoheit. Er basiert auf der Konzeption von Mars Express und ist ausgerüstet mit einem Instrumentensatz, der die Analyse von Spurengasen in der Mars-Atmosphäre ermöglichen soll. Die genaue Ausstattung muß bis Mitte 2010 definiert sein, um den Starttermin im Jahre 2016 nicht zu gefährden. Der ExoMars-Orbiter hat drei zentrale Aufgaben:
 
ExoMars Orbiter Aufgaben
Träger für den ESA EDM Demonstrations-Lander
Erlangung des Mars Orbits durch eine Kombination von triebwerksgesteuerter Bremsung und Aerobraking an den oberen Atmosphäreschichten. Nach Erlangung des primären Orbits soll ExoMars Orbiter bis mindestens 2019 das Vorhandensein und die Verteilung von Spurengasen in der Marsatmosphäre bestimmen, wie z.B: Methan, Wasser, Stickoxide und Acetylen. Insbesonders die Details zu den vor einiger Zeit entdeckten Methanvorkommen auf dem Mars sind von großem Interesse.
Nach der Landung der beiden ExoMars-Rover im Jahre 2019 dient der Orbiter als zentrales Funkrelay für die Kommunikation der Oberflächenfahrzeuge mit der Erde.
  
Gestartet werden soll das Ganze mit geeigneten Atlas V 421 Raketen der NASA. Die geplante Ausstattung des Orbiters ist im Einzelnen:
 
Ausstattung von ExoMars Orbiter
1194 mm zentraler Raumschiffkern
Antriebssystem mit einem 600 N Hauptmotor für den Orbiteinschuß und weitere Manöver danach. 
20 m2 Solarzellen zur Energieversorgung (18.1 m2  GaAs-Zellen mit einer Leistung von insgesamt 1800 Watt) mit einem Freiheitsgrad für eine Rotationsbewegung während des Orbits 
2 Module mit Lithiumionenbatterien mit einer Gesamtleistung von 5100 Wh / 180 Ah, um die Abdeckungsphasen des Orbiters von der Sonne während eines Orbits zu neutralisieren. Gesamtfunktionsdauer bis mindestens Ende 2022. 
2200 mm X-Band High Gain Antenne mit einem Zweiachsenpositionierungssystem und einem 65 W RF TWTA (Travelling Wave Tube Amplifier)  Verstärker  für die Erdkommunikation. 
Electra UHF-Band Transceiver von der NASA für die Roverkommunikation 
thermische 3-Phasen Steuereinheit, um die Nutzlastbestandteile  in +X, +Z und -Z-Richtung von der Sonne abschirmen zu können. 
125 kg Nutzlastkapazität 
ein drehmomentgesteuertes Abtrennsystem für den EDM-Modul vor dem Mars-Orbiteinschuß.
 
Aufgaben von ExoMars Orbiter Instrumentierung des Orbiters
Abb. 2: Aufgaben des ExoMars Orbiters und die geplante Instrumentierung.

Der ExoMars-Orbiter ist Träger für eine Demonstrationssonde der ESA, des sog. EDM Demonstrations-Landers, der ohne weitergehende Instrumentierung dazu vorgesehen ist, eine Marslandung auszuführen, um der ESA entsprechende Erfahrungswerte für potentielle zukünftige Landungen zu vermitteln (nähere Details hier bei der ESA):
 
Schema des EDM Demonstrationslanders der ESA
Abb. 3: schematischer Aufbau des EDM Demonstrationslanders der ESA, der an Bord des ExoMars-Orbiters mitgeführt werden soll.

Der EDM-Demonstrationslander hat eine maximale Startmasse von 600 kg und soll unter Zuhilfenahme von Landeraketen und Airbags auf dem Mars landen. Er hat als Energieversorgung eine nicht wiederaufladbare Batterie, die ihn für 5-7 Sols am Leben erhalten soll. Die maximale gelandete Masse soll 5 kg nicht übersteigen, ist unbeweglich,  und die sehr spärliche Instrumentierung dient lediglich zur Übermittlung der Umweltdaten sowie einiger weniger Umgebungsbilder.

Der Start des Orbiters ist geplant für den Januar 2016, der Orbit soll am 19. Oktober 2016 erreicht werden und nach einer 6-9 monatigen Aerobraking-Phase zur Erlangung eines zirkularen Orbits soll er ab Sommer 2017 mit seiner wissenschaftlichen Arbeit beginnen. Der gesamte Missionsplan sieht so aus:
 
Übersicht über die Gesamtmission
Abb. 4: Übersicht über die Planung der Gesamtmission des Orbiters. Nach der Erlangung des Orbits im Oktober 2016 und dessen Anpassung durch ein Aerobraking-Manöver bis Sommer 2017, soll danach die wissenschaftliche Arbeit beginnen. ExoMars-Orbiter ist dafür ausgestattet, ab Januar 2019 als Kommunikationsrelay für die dann auf der Oberfläche des Planeten operierenden Rover zu dienen.


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