Europa en Japan samen naar Mercurius
In 2013 zal de bijzondere missie BepiColombo van start gaan in samenwerking tussen ESA en het Japans ruimteagentschap JAXA. Het gaat om twee orbiters en een bijzondere aandrijfmodule die als een sandwich met elkaar verbonden zullen worden. Reisdoel: de nog met veel raadsels omgeven planeet Mercurius .
De hoofdsonde is de Europese Mercury Planetary Orbiter (MPO) . Aan boord zullen zich tien wetenschappelijke instrumenten bevinden uit de ESA-lidstaten en één uit Rusland, waaronder camera's, spectrometers en hoogtemeters.
Vanuit een polaire omloopbaan rond Mercurius op een hoogte tussen 400 en 1500 kilometer van het oppervlak moet de sonde minstens een jaar lang de structuur en de samenstelling van Mercurius nagaan, de uiterste dunne atmosfeer onderzoeken, hoogteprofielen realiseren, de inwendige structuur van de planeet bekijken en met een uiterst nauwkeurige stereocamera Mercurius met details van ongeveer één meter in kaart brengen.
Zustersonde uit Japan
De Japanse zustersonde Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) zal met vier Japanse en één Europees instrument het magnetisch veld van de planeet onderzoeken. Onder de instrumenten bevinden zich een magnetometer, een spectrometer en apparatuur om straling te meten. Deze metingen zullen vanuit een polaire omloopbaan tussen 400 en 12.000 kilometer boven het oppervlak van Mercurius gebeuren.
Oorspronkelijk was ook een lander voorzien, maar die bleek te duur en werd in november 2003 geschrapt. Bij de start zullen de twee ruimtesondes als een sandwich met elkaar verbonden zijn, gemonteerd op de aandrijfmodule Mercury Transfer Module (MTM) . Het hele pakket heet BepiColombo : bovenaan bevindt zich de Japanse magnetosfeerorbiter MMO, in het midden de Europese sonde MPO en onderaan de aandrijfmodule MTM.
Een bijzondere aandrijfmodule
De aandrijfmodule MTM is uitgerust met een innovatief zonne-elektrisch én een conventioneel chemisch aandrijfsysteem. Het laatste is nodig voor het begin van de reis en het afremmen naar een baan rond Mercurius.
De zonne-elektrische aandrijving – beter bekend als ionenmotor – dient voor de interplanetaire vlucht van de aarde naar Mercurius. ESA heeft op dit vlak met haar technologische maansonde SMART 1 al een bijzonder waardevolle ervaring gehad, die nu van pas zal komen voor de Mercuriusmissie. BepiColombo zal gebruikmaken van een ionenmotor met een stuwkracht van 0,24 N.
Ionenaandrijving heeft als voordeel dat zeer weinig brandstof wordt verbruikt en dat over grote afstanden grotere snelheden kunnen worden bereikt. Daar staat tegenover dat de stuwkracht heel gering is, dat de motor gedurende lange zeer tijd moet functioneren en uitsluitend in het luchtledige kan worden gebruikt en dat de vluchtduur lang is.
Het afremmen naar een baan rond Mercurius zou dan ook niet mogelijk zijn met ionenaandrijving. Daarvoor is een klassieke chemische motor nodig. Maar de combinatie van de beide systemen verenigt de voordelen ervan.
Zes jaar onderweg
Na de lancering komt BepiColombo eerst in een transferbaan rond de aarde. Daarna gaat het richting maan, eerst met de traditionele chemische aandrijving, die daarna wordt uitgeschakeld alvorens de ionenmotor wordt aangezet.
Maar het gecombineerde aandrijfsysteem is niet genoeg om Mercurius te kunnen bereiken. Daarvoor is extra energie nodig en die haalt BepiColombo uit verschillende zogenaamde swingby -manoevres via passages van hemellichamen in het zonnestelsel. De maan, de aarde, Venus (twee keer) en Mercurius (twee keer) zullen BepiColombo op die manier extra gravitationele duwtjes geven.
Alvorens BepiColombo na een vlucht van zes jaar in 2019 in een polaire baan rond Mercurius terechtkomt, wordt het elektrische aandrijfgedeelte van de MTM-module afgestoten. Daarna wordt de chemische motor aangezet. Die remt BepiColombo zo af dat de twee og met elkaar verbonden ruimtesondes in de voor de Japanse sonde voorziene polaire omloopbaan rond Mercurius komen.
Dan wordt de Japanse orbiter afgestoten en stuurt de chemische motor de Europese sonde in zijn voorzien baan. Wanneer die bereikt is, wordt ook het chemische aandrijfgedeelte afgestoten. Van dan af draaien de twee ruimtesondes gescheiden in een baan die hen ook boven de polen van Mercurius brengt. Ze zullen het daarbij heel warm krijgen en blootgesteld worden aan temperaturen die 350°C overschrijden.
Achtergrond
Dit is het tweede van vier artikels over de missie BepiColombo naar Mercurius.
Reeds gepubliceerd:
- Op naar Mercurius
Volgen nog:
- Extreme temperaturen bij Mercurius stellen ingenieurs voor uitdagingen
- Mercurius: een planeet vol raadsels