Organizzazione | Roscosmos |
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Campo | Studio Phobos , restituisce un campione del suolo da Phobos alla Terra |
Tipo di missione | Lander |
Stato | Fallimento |
Lanciare | 8 novembre 2011 |
Launcher | Zenit -2M |
Durata | 3 anni |
Identificatore COSPAR | 2011-065A |
Messa al lancio | ~ 2 tonnellate |
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GAP | Analisi della composizione molecolare del suolo |
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MDGF | Spettrometro gamma |
MANO | Spettrometro di neutroni |
Lazma | Spettrometro di massa a tempo di volo |
MANAGA | Spettrometro di massa |
THERMOFOB | Sonda termica |
RLR | Radar a onde lunghe |
Seismo-1 | Sismometro |
MIMOS | Spettrometro Mössbauer |
METEOR-F | Rilevatore di micrometeoriti |
DIAMANTE | Rilevatore di polvere |
FPMS | Analisi al plasma |
AOST | Spettrometro a infrarossi di Fourier |
TIMM-2 | Spettrometro di occultazione solare |
MicrOmega | Microscopio spettrale |
TSNG | Macchine fotografiche |
Phobos-Grunt (in russo : Фобос-Грунт , che significa "suolo di Phobos") è una missione spaziale russa destinata allo studio di Phobos , uno dei due satelliti naturali del pianeta Marte . È stato lanciato in sicurezza8 novembre 2011ma non poteva raggiungere la sua orbita di transito verso Marte. Dopo diverse settimane senza controllo in orbita bassa, è quindi sceso al terra su15 gennaio 2012nel mezzo dell'Oceano Pacifico, 1.250 km a ovest dell'isola di Wellington , al largo della costa del Cile .
Dopo essere stata posta in orbita attorno a Marte, la sonda spaziale di circa due tonnellate doveva effettuare una prima fase di studio a distanza della Luna e dell'ambiente di Marte della durata di alcuni mesi. La sonda doveva poi atterrare sulla superficie di Phobos per studiarne le caratteristiche per un anno. Phobos-Grunt include un modulo incaricato di riportare sulla Terra un campione di terreno Phobos (circa 200 g ) la cui data di ritorno era stata programmata inagosto 2014. Per svolgere le sue indagini, Phobos-Grunt ha utilizzato una ventina di strumenti scientifici, alcuni dei quali sviluppati in collaborazione con enti di ricerca di diversi paesi europei come Germania , Francia , Italia e Svizzera . La sonda è stata lanciata da uno Zenit - Fregat razzo su8 novembre 2011 dopo un primo rinvio nel 2009 ma non poteva essere iniettato nella sua orbita marziana come previsto.
La luna Phobos potrebbe essere un antico asteroide catturato da Marte. Uno degli obiettivi di Phobos-Grunt era confermare questa origine. I dati raccolti potrebbero anche aver fornito indizi sugli inizi del sistema solare e sulla storia di Marte. La sonda trasportava anche il micro satellite cinese Yinghuo 1 , che doveva essere posto in orbita attorno a Marte per studiare le interazioni tra l'atmosfera del pianeta e il vento solare .
La missione di Phobos-Grunt era complessa: l'avvicinamento di Phobos è delicato perché la debolezza della gravità della luna non permette di essere posta in orbita attorno a questa prima dell'atterraggio. I ritardi nelle telecomunicazioni con la Terra hanno inoltre richiesto alla sonda di atterrare in completa autonomia sulla superficie irregolare di Phobos, esercizio reso ancora più arduo dalla debolezza della gravità . Infine, il recupero del campione dal suolo di Phobos ha richiesto la riuscita di un gran numero di passaggi che vanno dalla raccolta del campione al rientro atmosferico sulla Terra attraverso un lungo transito tra Marte e Terra effettuato in completa autonomia dai piccoli (a poco più di 200 kg ) modulo di ritorno.
Phobos-Grunt doveva segnare il ritorno della Russia nel campo dell'esplorazione del sistema solare , che aveva abbandonato dopo averlo dominato all'inizio della conquista spaziale : l'ultima missione di questo tipo, il marzo 96 , risaliva al 1996 ed era stato anche un fallimento.
Fino all'inizio degli anni '80, l' astronautica sovietica ha svolto un ruolo importante nell'esplorazione del sistema solare . La scomparsa delle questioni geopolitiche dovute alla fine della Guerra Fredda , il dominio dell'astronautica americana, il declino economico del paese e il mancato successo delle ultime missioni planetarie si sono combinati per portare alla scomparsa di questa attività dal programma spaziale sovietico . L'ultima missione interplanetaria per raggiungere i suoi obiettivi risale al 1986 con il programma Vega . Da allora, l' Unione Sovietica , il cui programma spaziale è stato rilevato nel 1991 dalla Russia , ha lanciato solo tre sonde spaziali : le due sonde spaziali del Programma Phobos (1988 e 1989) e Mars 96 (1996), che sono state tutte vittime di guasti ( del lanciatore per marzo 96 ) prima di aver portato a termine la loro missione. La ripresa dell'economia russa, guidata dagli alti prezzi delle materie prime negli anni 2000, ha fornito nuove risorse a un team di gestione russo in cerca di riconoscimento internazionale. Nel 2005 è stato annunciato un ambizioso piano decennale per rilanciare programmi spaziali che non sarebbero strettamente utilitaristici. Phobos-Grunt è il primo di una serie di missioni interplanetarie russe sulla Luna , Marte e Venere pianificate per il decennio 2010.
Phobos è uno dei due satelliti naturali del pianeta Marte . Piccolo (27 × 22 × 19 km ) e molto irregolare, circola su un'orbita quasi circolare molto bassa (altitudine media di circa 6000 km ) che diminuisce in modo relativamente rapido, il che dovrebbe comportare la sua distruzione per forza delle maree in pochi milioni di anni. L'origine di Phobos non è nota con certezza: questo satellite di Marte è senza dubbio un asteroide catturato da Marte ma potrebbe anche essere un pezzo di un satellite più grande di Marte che si sarebbe rotto. Phobos è un corpo scuro che sembra essere composto da carbonio condrite , una composizione simile a quella degli asteroidi di tipo C nella fascia degli asteroidi all'esterno. La densità di Phobos è particolarmente bassa (1,85), il che potrebbe essere spiegato dalla presenza di ghiaccio o cavità; la sonda spaziale sovietica Phobos 2 aveva rilevato un degassamento debole ma permanente, ma si era guastata prima di poter specificarne la natura. La luna è ricoperta da uno spesso strato di regolite ed è crivellata di crateri, il più grande dei quali, Stickney , ha un diametro di 9 km .
Phobos-Grunt è la terza sonda spaziale dedicata allo studio di Phobos. Le due sonde sovietiche, Phobos 1 e Phobos 2 che l'hanno preceduta, furono lanciate nel 1988-1989 verso la luna di Marte, ma furono vittime di guasti prima di aver raggiunto il loro obiettivo.
L'obiettivo principale della missione di Phobos-Grunt è riportare sulla Terra un campione di suolo proveniente da Phobos. L'importanza di questo obiettivo si riflette nella massa del carico utile ad esso dedicato: il veicolo che trasporta il campione rappresenta una massa maggiore di 250 kg mentre 50 kg sono assegnati al resto del carico utile rappresentato dalla strumentazione. Riportando un campione di suolo sulla Terra, si possono ottenere molte più informazioni nei laboratori sulla Terra che con gli strumenti a bordo della sonda, le cui capacità sono fortemente limitate da vincoli di massa ed energia.
Il secondo obiettivo di Phobos-Grunt è quello di effettuare analisi fisico-chimiche in loco del suolo di Phobos. Come accessorio, la sonda deve studiare i getti di gas scoperti dalla sonda Phobos 2 e cercare eventuali sacche di ghiaccio.
Lo svolgimento della missione Phobos-Grunt offre anche l'opportunità di studiare l'atmosfera e il clima di Marte. Infatti, si prevede che la sonda, prima di atterrare su Phobos, trascorrerà diversi mesi in un'orbita quasi sincrona con Phobos ad un'altitudine equivalente a 2 raggi marziani ed effettuerà 3 rivoluzioni del pianeta al giorno. La sua posizione gli permette di attraversare i diversi strati di plasma e osservare i cicli meteorologici diurni o quelli che si sviluppano su scala temporale breve. Queste osservazioni sono tuttavia limitate dalla durata della sua permanenza in orbita e possono riguardare solo aree vicine all'equatore a causa della bassa inclinazione della sua orbita. Le osservazioni di Marte e della sua atmosfera dal suolo di Phobos saranno limitate perché il sito di atterraggio si trova sulla faccia di Phobos situata di fronte a Marte. In orbita la sonda deve:
L'orbita ha avuto luogo 8 novembre 2011all'apertura della finestra di lancio che consente approssimativamente ogni due anni di raggiungere il pianeta Marte. Il lancio viene effettuato dalla base di lancio di Baikonur in Kazakistan, utilizzata dalla maggior parte dei lanci civili russi. Il lanciatore è il razzo Zenit -2FG che ha due fasi. La sonda Phobos-Grunt con il suo stadio Fregat -SB viene prima inserita in un'orbita ellittica di 207 × 347 km con un'inclinazione di 51,8 °. Il secondo stadio del razzo Zenit viene abbandonato. Dopo aver effettuato 1,7 giri attorno alla Terra dopo 2,5 ore, i motori dello stadio Fregat vengono accesi per posizionare la sonda in un'orbita ellittica di 250 × 4.710 km con un periodo di 2,2 ore; viene liberato anche il serbatoio toroidale amovibile sul palco Fregat, il cui contenuto è stato utilizzato per questa manovra. Lo stadio Fregat-SB viene acceso di nuovo poco prima di aver completato una rivoluzione (dopo 2,1 ore) per iniettare la sonda in un'orbita di trasferimento verso il pianeta Marte.
La sonda spaziale inizia il suo viaggio su Marte della durata di 10-11 mesi. Durante questo, vengono stabilizzati tre assi . Durante questo transito sono previste diverse correzioni di rotta - 10 giorni dopo il lancio, 80 giorni prima dell'arrivo e 14 giorni prima dell'arrivo - per consentire alla sonda di orbitare attorno a Marte nel punto preciso desiderato dai suoi progettisti. Phobos-Grunt arriva vicino a Marte intorno al11 settembre 2012 ; lo stadio Fregat viene utilizzato un'ultima volta per rallentare la sonda a 800 metri al secondo che consente a Phobos-Grunt di inserirsi in un'orbita molto ellittica attorno al pianeta Marte di 800 × 75.900 km con un'inclinazione di 39 ° e un periodo di 3 giorni. Lo stadio Fregat viene gettato in mare poi il satellite cinese Yinghuo-1 si stacca dalla sonda e inizia in questa orbita una missione di raccolta dati scientifica della durata di 1 anno.
La sonda deve effettuare un primo studio a distanza di Phobos per prepararsi al suo atterraggio. La forma irregolare della luna e la sua vicinanza a Marte impediscono una stabile orbita di Phobos-Grunt intorno alla luna. In effetti, la sonda è sotto l'influenza del campo gravitazionale di Marte e di Phobos. Affinché possa orbitare attorno a Phobos e non a Marte, il raggio della sua orbita dovrebbe essere inferiore a un valore risultante dal rapporto di massa tra Phobos e Marte e la rispettiva distanza. Essendo Phobos molto vicino a Marte e di massa relativamente bassa rispetto a Marte, questo raggio è pari a circa 16 km . Considerando la forma molto irregolare di Phobos, l'orbita ai margini della sfera Hill di Phobos non è percorribile. La sonda deve quindi essere posta in orbita sincrona con Phobos per osservarla.
Per ottenere ciò, viene eseguita una manovra in due fasi. Al30 settembre 2012, il perigeo dell'orbita di Phobos-Grunt è elevato a 6.499 km, il che pone la sonda in un'orbita di 3,3 giorni. Una seconda manovra verso il8 ottobretrasforma l'orbita fortemente ellittica in un'orbita circolare di 6.471 km che viene percorsa in 8,3 ore. Phobos-Grunt è ora in un'orbita parallela a Phobos, ma a un'altitudine più alta tra i 400 ei 500 km . In questa orbita, la sonda passa vicino alla luna ogni 4 giorni; Phobos-Grunt inizia quindi una fase di osservazione per eseguire misurazioni di navigazione precise che verranno utilizzate per avvicinarsi di nuovo alla luna. Al14 gennaio, la sonda cambia nuovamente orbita per posizionarsi in un'orbita di circa 6000 km quasi sincrona con Phobos. La sonda si trova ora a una distanza compresa tra 50 e 130 km dalla luna. Da lì, vengono utilizzati strumenti ottici per mappare la sua superficie e individuare un sito di atterraggio.
Non appena la sonda è in orbita attorno a Marte, inizia le osservazioni scientifiche. Sull'orbita quasi sincrona, la sonda può effettuare misurazioni dell'occultazione solare 3 volte al giorno.
Datato | Fase |
8 novembre 2011 | Lanciare |
8 novembre 2011-11 settembre 2012 | Transito su Marte |
11-30 settembre 2012 | Inserimento nell'orbita marziana Rilascio del sub-satellite cinese |
8 ottobre 2012-14 gennaio 2013 | Campagna di osservazione dall'orbita |
14 gennaio 2013-14 febbraio 2013 | In orbita quasi sincrona con Phobos |
14 febbraio 2013 | Atterraggio sul terreno di Phobos |
14-18 febbraio 2013 | Raccogli il campione di terreno Phobos e rimuovi il modulo di restituzione |
14 febbraio 2013-14 febbraio 2014 | Operazioni sul terreno di Phobos |
18 febbraio 2013-agosto 2014 | Ritorno sulla Terra della capsula contenente il campione di terreno di Phobos |
Il 9 febbraio 2013, la sonda inizia la fase di atterraggio. Pur essendo a meno di 60 km dalla luna, segue prima una traiettoria di trasferimento che lo porta a 12 km da Phobos, poi discende verticalmente verso terra. L'intera sequenza di atterraggio dura 40 minuti. L'arrivo a terra è uno dei momenti delicati della missione, perché la sonda pesa solo 400 grammi su Phobos e potrebbe rimbalzare o addirittura ribaltarsi se c'è una componente della velocità orizzontale al momento del contatto. Quando la sonda colpisce il suolo, i propulsori vengono utilizzati per affrontare la sonda. Il sito di atterraggio scelto inizialmente doveva essere sulla faccia di Phobos rivolto in modo permanente verso Marte per consentire ad alcuni strumenti di osservare anche il pianeta. La zona di atterraggio infine trattenuta si trova sulla faccia opposta per beneficiare di una migliore illuminazione e quindi di più energia oltre che per facilitare le comunicazioni con la Terra. La posizione del sito di atterraggio non consente osservazioni ottiche di Marte e le osservazioni al plasma sono limitate e possono soffrire di pregiudizi introdotti dalla vicinanza di Phobos. Non è del tutto escluso che la sonda, una volta completata la sua missione a terra, torni in orbita per completare queste osservazioni. Immediatamente dopo l'atterraggio viene prelevato un campione del terreno di Phobos; l'andamento della raccolta, delicato in quanto deve essere fatto in bassissima gravità, si sviluppa su 2 giorni ad una settimana. Il campione di terreno di circa 200 g viene posto in una capsula posta nella parte superiore della sonda che deve tornare sulla Terra. I 15 strumenti scientifici, che rappresentano una massa di circa 50 kg, iniziano la loro analisi in situ mentre il modulo di rientro accende i suoi motori per riportare il campione sulla Terra. Le indagini su Phobos continuano per almeno un anno.
Al 18 febbraio, il modulo di rientro sulla Terra, che trasporta la capsula contenente il campione, inizia il suo viaggio verso la Terra. Per non danneggiare l'orbiter / lander su cui è appollaiato, il decollo di Phobos viene effettuato in due fasi. Il modulo inizia sollevandosi sopra l'orbiter / lander sotto l'azione di semplici molle sufficienti nella bassa gravità di Phobos per dargli una velocità ascendente, quindi accende i suoi motori per raggiungere una velocità compresa tra 1 e 10 metri al secondo. Si posiziona quindi in un'orbita attorno a Marte 300 km in meno rispetto a quella di Phobos applicando un delta-v di 20 m / s . Il modulo di rientro attiva ancora una volta i suoi motori per sfuggire all'attrazione di Marte e posizionarsi su un percorso di trasferimento verso la Terra. Durante il viaggio che, a causa di una posizione meno favorevole di Marte, dura 17 mesi, sono previste cinque correzioni di rotta. La capsula contenente il campione del suolo di Phobos si separa dal modulo poco prima dell'arrivo vicino alla Terra versoagosto 2014. La capsula effettua un rientro atmosferico prima di atterrare ad alta velocità (il modulo non ha il paracadute) sul suolo russo. Si prevede che la capsula priva di radiotrasmettitore venga rilevata dal radar e quindi visivamente prima del suo arrivo al suolo del poligono di Sary Shagan in Kazakistan selezionato come sito di atterraggio.
L'idea di svolgere una missione per riportare sulla Terra un campione del suolo proveniente da Phobos è nata in Russia intorno al 1996. Nonostante l'interesse scientifico di tale missione e la sua fattibilità tecnica, nessun'altra agenzia spaziale ha considerato questo tipo. Anni '90 Negli anni che seguirono, la missione pianificata su Phobos rimase un progetto sulla carta perché all'inizio del secolo la Russia dovette superare grandi difficoltà politiche ed economiche mentre l'astronautica russa lottava per la sua sopravvivenza. Durante questo periodo, il progetto viene modificato più volte per abbassarne il costo: la massa della sonda viene ridotta per consentirne il lancio da parte del razzo Soyuz 2 / Fregat che sostituisce il Proton inizialmente previsto. Nel 2004, con il miglioramento della situazione economica in Russia, il governo ha stanziato circa 40 milioni di rubli all'Istituto di ricerca spaziale dell'Accademia russa delle scienze per lavorare al progetto, il cui costo totale è, per il periodo, stimato in 1 miliardo rubli. NelOttobre 2005, il progetto viene lanciato ufficialmente come parte del programma spaziale federale 2006-2015. La costruzione di Phobos-Grunt è affidata alla società Lavotchkine , storica produttrice di sonde spaziali russe. L' Istituto per la ricerca spaziale dell'Accademia delle scienze russa (IKI RAN) è responsabile della componente scientifica e dello sviluppo di strumenti scientifici. Il lancio della sonda è previsto durante la finestra di lancio su Marte che si apre inottobre 2009. La sonda si chiama Phobos-Grunt; questo nome battesimale aggrega la sua destinazione Phobos e Grunt che significano in questo contesto suolo (che speriamo possa restituire un campione alla Terra).
Una cooperazione con la Cina delineata nel 2005 ha portato alla firma di un accordo ingiugno 2007 : Phobos-Grunt trasporterà un sub-satellite cinese di circa 100 chilogrammi, chiamato Yinghuo-1 , che sarà posizionato dalla sonda in orbita attorno a Marte. Tale accordo prevede anche la fornitura da parte del Politecnico di Hong Kong di uno strumento installato all'estremità di un braccio dotato anche di uno spettrometro miniaturizzato e di una telecamera; lo strumento cinese è responsabile dell'estrazione e della preparazione dei campioni di suolo riportati sulla Terra. Per poter mettere in orbita la massa accresciuta della sonda, il lanciatore Soyuz è stato abbandonato a favore del razzo Zenit . Quest'ultimo ha anche il vantaggio di poter lanciare la sonda nel 2011 quando questa finestra di lancio su Marte è meno favorevole di quella del 2009.
Il progetto Phobos-Grunt ha ricevuto il suo primo vero finanziamento nel 2007 (40 milioni di rubli). All'inizio del 2008, lo sviluppo è entrato in una fase attiva con l'inizio della produzione della piattaforma della sonda e dei modelli di ingegneria per gli strumenti scientifici. NelMarzo 2008, il bilancio della missione è stato rivisto al rialzo ed è ora stimato a 2,4 miliardi di rubli. Nonostante lo scetticismo di molti partecipanti al progetto, il manager di Lavotchkine ha confermato nel maggio 2008 e poi inottobre 2008 che la sonda sarà pronta per il lancio in ottobre 2009. Tuttavia, l' avionica e il software di bordo responsabile del controllo del funzionamento della sonda e gli strumenti scientifici che formano l'assemblea BKU che Lavotchkine ha scelto di sviluppare internamente, sono lungi dall'essere completati secondo i resoconti corroboranti.
Per soddisfare le esigenze di questa missione interplanetaria, la prima da oltre 15 anni, Lavotchkine sta anche intraprendendo un importante aggiornamento del segmento di terra, in particolare delle stazioni di telecomunicazioni responsabili della ricezione e della trasmissione dei dati da Phobos-Grunt. Lavotchkine ha deciso di sviluppare internamente per questa missione uno specifico sistema di controllo dell'assetto e dell'orbita chiamato BKU e di abbandonare il software solitamente fornito da OKB Mars . Lo sviluppo di questo software da parte di un team con limitata esperienza nel campo è seriamente in ritardo. Il lancio, previsto perottobre 2009, è rimandato al 2011 per consentire il completamento dei test (la finestra per il fuoco su Marte si apre ogni due anni). Approfittando di questo ritardo, vengono apportate diverse modifiche al carico utile. Ottenere campioni di terreno da Phobos è una delle fasi delicate della missione. Il piccolo escavatore incaricato dell'operazione potrebbe non essere in grado di portare a termine il suo compito se il terreno risulta essere roccioso. Di conseguenza, un piccolo impianto di perforazione, in grado di perforare la roccia, viene aggiunto a uno dei due bracci telecomandati del lander. È una versione adattata di un dispositivo simile sviluppato dall'agenzia spaziale polacca per la sonda Rosetta . Inizialmente era stato pianificato che due piccoli lander MetNet sviluppati dall'Istituto meteorologico finlandese sarebbero stati trasportati da Phobos e lasciati cadere sul terreno di Marte. Ma queste macchine, il cui carico utile è costituito da una stazione meteorologica, che non poteva essere a bordo nel 2009 perché il loro sviluppo era ancora in corso, sono state finalmente abbandonate per una questione di peso. D'altra parte, vengono aggiunti diversi strumenti di massa ridotta, come il microscopio spettrale a infrarossi MicrOmega-IR e lo spettrometro di occultazione solare TIMM-2.
Nel settembre 2011, il costo del progetto viene rivalutato a 5 miliardi di rubli .
Per raggiungere i suoi obiettivi, Phobos-Grunt dispone di 4 sottoinsiemi che sono, partendo dalla base:
Il sub-satellite cinese Yinghuo viene trasportato da Phobos-Grunt in orbita marziana. È alloggiato tra il palco Fregat e il resto della sonda in uno spazio delimitato da distanziatori che uniscono tra loro questi due sottogruppi.
Il modulo di crociera è uno stadio a razzo Fregat -SB adattato. È responsabile all'inizio della Terra posizionare la sonda sulla traiettoria di trasferimento su Marte, effettuare le correzioni della traiettoria durante il transito e poi decelerare la sonda per inserirla in orbita attorno a Marte. La sua massa è senza dubbio più di 11 tonnellate. Comprende un serbatoio toroidale, con una massa di circa 4 tonnellate con carburante, il cui contenuto viene utilizzato per posizionare la sonda inizialmente nell'orbita terrestre appropriata e che viene rilasciato immediatamente dopo. La tappa di Fregat finora non ha mai effettuato un viaggio interplanetario e la sua protezione termica ha dovuto essere rafforzata per far fronte alla sua lunga permanenza nello spazio. Nella sua versione standard, il pavimento è dotato di un proprio computer di volo; per Phobos-Grunt, è il computer di volo orbiter / lander BKU, sviluppato come parte della missione, che pilota lo stadio Fregat. La propulsione del modulo è qualificata per poter essere utilizzata sette volte e consente, a piacere, di erogare una spinta debole o forte.
L'orbiter / lander costituisce il cuore della sonda spaziale: esegue la ricognizione preliminare in orbita quindi atterra sul suolo di Phobos e conduce le indagini con la strumentazione scientifica che incorpora. Inoltre, trasporta gli altri due moduli responsabili di riportare sulla Terra il campione di suolo di Phobos. L'orbiter / lander con una massa di circa 1.650 kg è una macchina completamente nuova che, secondo il suo produttore, dovrebbe servire come base per tutti i progetti di sonde interplanetarie russe come Luna-Glob , Luna-Resurs e Luna-Grunt per l' esplorazione della Luna , Venera-D per quella di Venere , Mars-Net e Mars-Grunt (in) per quella di Marte e Sokol-Laplas per quella di Giove .
Il modulo utilizza un nuovo software di volo BKU ( Bortovoy Kompleks Upravleniya ) il cui sviluppo, più lungo del previsto, è senza dubbio il motivo principale del rinvio del lancio del 2009. Per guidarlo durante l'atterraggio, il modulo utilizza successivamente un laser altimetro e quindi un radar Doppler da 13 kg sviluppato come parte del progetto. La navigazione viene eseguita utilizzando un BIB-FG inerziale ( Besplatformenny Inertsialny Blok ) di mirini di valutazione Bokz-MF (Blok Opredeleniya Koordinat Zvezd) e sensori solari . Le modifiche della traiettoria, le correzioni dell'orientamento e l'atterraggio vengono eseguite da diversi motori a razzo che bruciano una miscela ipergolica di UDMH e perossido di azoto . Una serie di telecamere viene utilizzata sia per la navigazione che per le osservazioni scientifiche. Le telecomunicazioni sono fornite dal sottosistema BRK ( Bortovoi Radio Kompleks ) operante in banda X con una velocità massima di 16 kilobit . L'energia elettrica è prodotta da due pannelli solari con una superficie totale di 10 m 2 .
Il modulo di rientro con una massa di 296 kg ha il compito di riportare il campione di terreno Phobos contenuto nella capsula del campione. Il modulo è posizionato nella parte superiore dell'orbiter / lander. Dopo il decollo da Phobos, il modulo si inietta su una traiettoria di ritorno verso la Terra effettuando diverse correzioni di traiettoria lungo il percorso. Il modulo dispone di tutte le apparecchiature che gli consentono di garantire il lungo ritorno a Terra. La propulsione è fornita da un motore a razzo che brucia una miscela ipergolica di UDMH e perossido di azoto e fornisce una spinta di 130,5 newton . L'orientamento viene mantenuto utilizzando 16 piccoli propulsori a gas freddo che espellono azoto . A differenza dell'orbiter / lander, il modulo di rientro non ha una ruota di reazione per il controllo dell'orientamento; il modulo è stabilizzato dalla rotazione. La guida viene eseguita utilizzando sensori stellari, sensori solari e un'unità inerziale. Il carburante e l'ossidante sono contenuti in quattro serbatoi sferici mentre l' elio responsabile della pressurizzazione dei propellenti è contenuto in due serbatoi sferici di dimensioni inferiori. L'energia elettrica è fornita da 2 pannelli solari con una superficie totale di 1,64 m 2 . Le telecomunicazioni sono effettuate in banda X con una velocità di 8 bit al secondo.
La capsula del campione, del peso di 7,5 kg , contiene il campione di terreno Phobos e microrganismi dell'esperimento della Planetary Society. Viene trasportato dal modulo di rientro sulla Terra, quindi rientra da solo nell'atmosfera terrestre per essere recuperato. Coperto da uno spesso schermo termico per non bruciare durante il rientro atmosferico , non ha paracadute e radiotrasmettitore per ridurne la massa. Si prevede che venga rilevato dai radar una volta entrati nell'atmosfera e quindi seguito da loro fino a quando non arriva a terra.
Componente | Massa (kg) | Massa vuota | Nota |
Capsula campione | 7.5 | - | Porta un campione da 200 a 300 g sulla Terra |
Modulo di rientro sulla Terra | 296 | ? | |
Orbiter / Lander | 1560 | ? | |
- Strumentazione scientifica | 50 | ||
Yinghuo | 115¹ | ? | Sub-satellite cinese |
Pavimento Fregat SB | 11 375¹ | Versione adatta: avionica, protezione termica | |
- Piano principale | 5.842² | 592² | |
- Serbatoio sganciabile | 3.390² | 335² | Lanciato in orbita terrestre durante l'iniezione su Marte |
Sonda + stadio Fregat | 13.500 | ||
¹ : numeriottobre 2010. ² : numeriMaggio 2008. |
Il carico utile ha una massa di 50 kg . La strumentazione scientifica viene eseguita principalmente da vari laboratori e industriali russi sotto la supervisione scientifica dell'Istituto di ricerca spaziale dell'Accademia delle scienze russa (IKI RAN). Laboratori di altri paesi, principalmente tedeschi , bielorussi , francesi , italiani e polacchi, hanno contribuito allo sviluppo di diversi strumenti. La partecipazione francese è guidata dall'agenzia spaziale francese CNES . Gli strumenti di bordo includono:
Strumenti di analisi in situI seguenti strumenti vengono utilizzati per studiare Phobos dopo l'atterraggio al suolo:
La sonda ha due bracci manipolatori che raccolgono campioni di terreno per alimentare altri strumenti o trasportare strumenti applicati direttamente al suolo. Uno di questi bracci è stato sviluppato come parte di un contratto di cooperazione tra l' Agenzia Spaziale Federale Russa e l' Amministrazione Spaziale Nazionale della Cina , la Cina è stata tardivamente associata alla missione russa per la progettazione del meccanismo di campionamento. I bracci del manipolatore trasportano i seguenti strumenti:
I campioni che devono essere riportati a Terra vengono, dopo il campionamento, aspirati da un sistema pneumatico attraverso un condotto che li porta alla sommità della sonda dove si trova la capsula campione.
Strumenti otticiI seguenti strumenti vengono utilizzati quando la sonda è in orbita per studiare l'ambiente marziano:
La capsula che riporta il campione dal terreno di Phobos contiene un piccolo contenitore ermetico del peso di 88 grammi contenente diverse colonie di microbi . L'esperimento, denominato LIFE, proposto dalla Planetary Society , mira a verificare l'ipotesi della panspermia , ovvero il trasporto della vita attraverso l'universo per mezzo di microrganismi intrappolati nei meteoriti . I microbi dell'esperimento LIFE compiranno un viaggio di 3 anni nello spazio in condizioni simili a quelle che incontrerebbero in un meteorite . Il contenitore contiene 30 microbi alloggiati individualmente in piccoli tubi di 3 mm di diametro e un batterio originario di una regione desertica della Terra immagazzinato in una cavità di 26 mm di diametro. Tutti questi organismi sono immagazzinati in una forma inattiva (essiccata) senza nutrienti e quindi non possono riprodursi. I sensori consentono di registrare le condizioni di temperatura e il livello di radiazione subito. Il container è progettato per rimanere impermeabile in caso di fallimento della missione nel sistema marziano per evitare di contaminare il pianeta o le sue lune. Se la capsula campione riesce a tornare sulla Terra, lo stato dei microrganismi deve permettere di dare certe risposte alla teoria della panspermia.
Yinghuo 1 è un piccolo orbiter cinese che la sonda Phobos-Grunt avrebbe dovuto rilasciare una volta inserita nell'orbita attorno a Marte. Yinghuo doveva circolare in un'orbita molto ellittica il cui apogeo è compreso tra 74.000 e 80.000 km e il perigeo tra 400 e 1.000 km percorsi in 72,6 ore. Yinghuo era una sonda particolarmente piccola perché il suo trasporto da parte di Phobos-Grunt le permette di fare a meno di diversi pezzi di equipaggiamento, soprattutto in termini di propulsione. Era infatti un cubo di 75 × 75 × 60 cm del peso di 115 kg . I suoi pannelli solari gli avrebbero dato un'apertura alare di 6,85 metri. La sonda doveva comunicare una grande antenna parabolica guadagno con un diametro di 0,95 metri attraverso cui passano i dati a una velocità di 2,5 kilobit al secondo in banda S . La sonda aveva anche un'antenna a basso guadagno che permetteva un throughput di 80 bit al secondo. La sonda aveva un sistema di stabilizzazione a 3 assi e doveva studiare l'atmosfera di Marte e l'ambiente del pianeta. Portava una serie di strumenti scientifici per lo studio del plasma , un magnetometro fluxgate e una piccola fotocamera da 1,5 kg con una risoluzione di 4 megapixel . Phobos-Grunt e Yinghuo 1 dovevano eseguire insieme esperimenti di occultazione. La missione di Yinghuo doveva durare 1 anno intorno a Marte, dove sarebbe rimasto per un anno. La sonda cinese trasporta 4 strumenti scientifici.
La sonda Phobos-Grunt è stata lanciata da uno Zenit razzo su8 novembre 2011alle 20:16 UT dal cosmodromo di Baikonur ed è stato posto in orbita bassa . Ma le seguenti manovre non sono andate come previsto. La sonda non ha attivato la prima delle due manovre intese a posizionarla sul suo percorso verso Marte.
In seguito al suo guasto, la sonda ha ruotato dal suo lancio in orbita bassa (207 × 347 km ), ruotando intorno alla Terra circa ogni 2 ore. Non è stato possibile fare una diagnosi precisa sull'origine del guasto a 16 giorni dal lancio: tale malfunzionamento non consentiva l'accensione dei motori dello stadio Fregat , che avrebbe dovuto permettere di collocare la sonda in due tempi. verso Marte. Per spiegare questo fallimento, vengono considerati in particolare due scenari. Secondo il primo scenario, la sonda non è riuscita ad orientarsi con sufficiente precisione prima di sparare. Tuttavia, questa è una condizione essenziale affinché la sonda raggiunga la sua destinazione. Questo orientamento viene determinata con l'aiuto, da un lato dei sensori solari che deducono dalla azimut del Sole, e dall'altro lato grazie a sensori stellari : queste telecamere prendere un'immagine del cielo poi, utilizzando ' software , identificare la osservano le stelle e ne deducono l'orientamento. L'anomalia potrebbe essere dovuta ad un guasto della parte ottica o più probabilmente della parte software . La seconda spiegazione considerata è un bug nel software che esegue la sequenza di operazioni che portano all'accensione del motore.
Le squadre di terra stanno cercando di riprendere il controllo della sonda entrata in modalità sicura (pannelli solari rivolti verso il sole e sonda in attesa di ordini da terra). Devono prima recuperare la telemetria trasmessa dalla navicella, effettuare una diagnosi sulla base di questi elementi e poi, se è possibile implementare una correzione o una soluzione alternativa, trasmettere alla sonda nuove istruzioni o nuove versioni. Le comunicazioni tra la Terra e la sonda passano attraverso una rete di stazioni di terra. Poiché l'orbita è molto bassa, è necessario un gran numero di antenne per poter mantenere le comunicazioni con la sonda per un lungo periodo di tempo. Sfortunatamente la Russia a causa della crisi economica che ha seguito lo scioglimento dell'Unione Sovietica ha perso gran parte della schiera di antenne a bordo delle navi che poteva dispiegare in precedenza. L'agenzia spaziale russa ha accordi con l' Agenzia spaziale europea e la NASA per l'uso dei loro array di antenne, in particolare ESTRACK . Questi accordi sono stati attivati dopo il lancio ma nonostante i numerosi tentativi di comunicazione, la sonda è rimasta in silenzio.
Il salvataggio doveva essere effettuato in tempi relativamente brevi perché la situazione della sonda poteva deteriorarsi rapidamente.
Il 23 novembre 2011, vengono stabiliti diversi contatti radio tra la sonda russa e la stazione terrestre dell'Agenzia spaziale europea situata a Perth , in Australia . I dati di telemetria vengono trasmessi dalla sonda. Ma i successivi tentativi di contatto non hanno avuto successo. All'inizio di dicembre il sistema di controllo dell'assetto sembrava non funzionare più: riprendere il controllo di una sonda che non poteva più orientarsi per ricaricare le batterie e puntare le sue antenne di comunicazione si è rivelato impossibile.
Il rientro atmosferico della sonda è avvenuto come previsto a metàgennaio 2012. Poiché i controllori di terra non potevano più controllare l'orbita di Phobos-Grunt, iniziò a disintegrarsi senza che gli interventi a terra potessero garantire che i detriti non arrivassero nelle aree abitate. Tuttavia, la sonda circolava in un'orbita che le faceva sorvolare le regioni comprese tra le latitudini 51,4 ° sud e 51,4 ° nord, cioè zone prevalentemente abitate. Il rientro atmosferico è avvenuto il15 gennaio 2012. I resti della sonda sono stati probabilmente persi in mare aperto 1.250 km a ovest dell'isola di Wellington, sulla costa del Cile .
L'origine del guasto non è stata dichiarata ufficialmente ma a metà gennaio è emerso uno scenario plausibile emanato dal produttore: