Europe Blasts Off til Mercury - Hva å vite om BepiColombo-oppdraget

Den europeiske rymdorganisasjonen (ESA) har lansert sin BepiColombo-oppgave til planeten Merkur fra sin spaceport nær ekvator i Kourou, Fransk Guyana 20. oktober. Mitt engasjement i oppdraget betyr at jeg vil være ivrig etter å følge reisen som romskipet bærer ut en serie vanskelige manøvrer, som kulminerte i sin siste tilnærming til kvikksølv i 2025.

Oppdraget kommer 25 år etter at en gruppe forskere først foreslo ESA at den skulle sende en sonde til Merkur og 18 år etter at ESA godkjente prosjektet som en "hjørnestein" -oppgave. Dette er kategorien av verdensklasse, vitenskapelig gode oppdrag som krever betydelig ny teknologiutvikling. Tidligere ESA-hjørnesteinsoppdrag inkluderer Rosetta-kometenoppdraget og LISA Pathfinder gravitasjonsbølgeobservatoriet.

Men hvorfor Merkur? Det er en forvirrende planet. NASAs MESSENGER-orbiter (2011-2015) avslørte mange grunner til at forskerne er ivrige etter å lære mer om det. Disse inkluderer planetenes unormalt store kjerne - vi vet ikke hvorfor det fortsatt er smeltet og i stand til å generere et magnetfelt, i motsetning til Mars eller Venus. Et annet mysterium er overflod av (stort sett uidentifiserte) flyktige stoffer på overflaten. Disse burde ikke ha blitt innlemmet i en planet som dannet så nær solen som Merkurius nå er.

The Rocket Science

BepiColombos første kurs etter tre dager med omkrets i jorden for utsjekk vil være en elliptisk bane om solen. Dette vil begynne med å ta det inne i jordens bane. Men tidlig i 2019, vil det krysse utenfor det for det meste av året. Den vil da flytte inn igjen før den kommer nær jorda i april 2020.

På den tiden vil det gjøre en "gravity-assist" flyby - ved hjelp av jordens tyngdekraft å svinge seg innover mot Venus. Det vil også være en tyngdekraft-hjelp flyby av Venus når den kommer dit i 2020, etterfulgt av enda en i 2021 for å sende den til Merkur. Deretter vil det bli en serie med seks lignende flybys av kvikksølv i 2021-2025, som trengs for å sikre at romskipet til slutt lukker inn på målet sitt med en sakte nok fart for å bli fanget i bane rundt den i desember 2025.

Hver flyby, vist i animasjonen ovenfor, må utføres perfekt. Det kunne gå galt, spesielt under lanseringen, men jeg har stor tillit til evnen til ESAs flykontrollgruppe i Darmstadt, Tyskland.

Stacked Spacecraft

Oppdraget, som er oppkalt til minne om Giuseppe (Bepi) Colombo, som først foreslo gravity-assist flybys for romskip, er et joint venture mellom ESA og den japanske motparten, JAXA.

Det stablede romfartøyet bærer to orbitere. ESA er en to meter lang enhet som masserer mer enn et tonn, referert til som Mercury Planetary Orbiter, MPO. Jeg mistenker at etter at den begynner å bane Merkur, vil den arve navnet BepiColombo, eller kanskje bare Bepi. Den japanske orbiteren er mindre, og dens masse er omtrent en fjerdedel av ESAs orbiter. Originalt kalt Mercury Magnetospheric Orbiter, MMO, ble det i juni tildelt navnet Mio, som på japansk bærer konnotasjoner om sikker navigering. Under cruise til Merkur vil Mio bli plassert inne i en solskjermer og festet til den ene siden av den europeiske orbiteren.

På den andre siden av orbiteren er Mercury Transfer Module, MTM. Dette drives av ESA, og gir fremdriften til å ta det stablede romfartøyet helt til sin Mercury-bane. Den har en 7,5 meter lang "vinge" av solcellepaneler, hvis jobb er å snu sollyset til strøm for å drive sin "ion drive". Dette er en fremdriftsenhet som skaper fremdrift ved å akselerere xenongass som er positivt ladet stripping av dets atomer av elektroner). Denne teknikken kan gi mye mer trykk per masse drivstoff enn konvensjonelle kjemiske raketter.

Solens enorme tyngdekraft betyr at mer energi er nødvendig for å komme inn i en stabil bane om kvikksølv enn det som trengs for å sende samme romfartøy til langt mer fjernt Pluto. På grunn av dette vil ionstasjonen bli drevet med intervaller som tilsvarer omtrent halvparten av cruisetiden, for det meste å senke romfartøyet ned.

Dessverre hindrer den stablede konfigurasjonen av det kombinerte romfartøyet sin evne til å gjøre vitenskapen under planetariske flybys. Noen vitenskapelige data vil bli samlet inn, men de beste bildene vi sannsynligvis vil få i løpet av flybys, kommer fra de selvbilde som er montert på MTM.

Kommer til Merkur

Ved ankomst til Mercury i slutten av desember 2025, vil overføringsmodulen løsrive seg. Mio, som spinner med 15 omdreininger per minutt for stabilitet, vil da bli frigjort til en sterkt elliptisk bane om kvikksølv. Så snart dette skjer, vil JAXA overta Mio-operasjoner og veilede det gjennom sine oppgaver, studere planetens magnetfelt og tilhørende plassmiljø.

ESAs orbiter vil da skyte solbeskyttelsen, sin siste hindring, og bruke sine egne kjemiske thrustere for å oppnå en nærmere, mer sirkulær bane om Merkur. Derfra vil det studere planets overflate ved å bruke et utvalg av kameraer og andre instrumenter. Dette burde koble ned sammensetningen og geologisk historie i mye bedre detalj enn den mindre og mindre komplekse MESSENGER. Orbiteren vil også bære et magnetometer slik at både det og Mio vil kunne rapportere magnetiske forhold på to steder samtidig - en viktig første for et dyp romoppdrag som skal lære oss om hvor raskt forstyrrelser går gjennom planetens magnetfelt.

Det er spennende å tro at BebiColombo kan omdanne kunnskapen om kvikksølv om noen få år. Og mens du venter, fra 23. oktober, vil du kunne høre på en vakker, stemningsfull musikk som planeten har inspirert som en del av Planets 2018-prosjektet. Dette ble satt opp for å feire årtusen av Gustav Holst's Planets Suite med musikk inspirert av planets vitenskap.

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på The Conversation av David Rothery. Les den opprinnelige artikkelen her.