O ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO ou ExoMars Orbiter) é um projeto colaborativo entre a Agência Espacial Europeia (ESA) e a agência espacial russa Roscosmos que enviou um orbitador de pesquisa atmosférica (ciência atmosférica) e o aterrissador de demonstração Schiaparelli para Marte em 2016 como parte do programa ExoMars, liderado pela Europa. Um objetivo principal é obter uma melhor compreensão do metano () e de outros gases traço presentes na atmosfera marciana que possam ser evidências de possível atividade biológica.
O Trace Gas Orbiter entregou o aterrissador Schiaparelli em 16 de outubro de 2016, que se chocou contra a superfície devido a uma liberação prematura do paraquedas. O TGO tem orbitado Marte desde outubro de 2016 e realizado observações científicas do planeta desde abril de 2018.
O programa ExoMars continuará com o rover Rosalind Franklin em 2028, que buscará por biomoléculas e bioassinaturas; o TGO operará como o link de comunicação para o aterrissador e o rover, além de fornecer comunicação para outras sondas de superfície de Marte com a Terra.
Espaçonave +DimensõesA plataforma central possui 3,2 × 2 × 2 mPropulsãoMotor principal bipropelente de 424 N, usado para inserção na órbita de Marte e manobrasEnergiaPainéis solares de 20 m² abrangendo 17,5 m de ponta a ponta, e capazes de girar em um eixo; gera cerca de 2 000 W de energia em MarteBaterias2 módulos de baterias de íon-lítio com capacidade total de aproximadamente 5 100 watts-hora para fornecer energia durante os eclipses ao longo da missão principalComunicaçãoAntena de alto ganho na banda X de 2,2 m com um mecanismo de apontamento de dois eixos e um amplificador de tubo de ondas progressivas de RF de 65 W para comunicação com a Terra Dois transceptores na banda UHF modelo Electra com uma única antena helicoidal para comunicação com espaçonaves em MarteControle térmicoControle do eixo de guinada da espaçonave para garantir que as três faces que contêm a carga útil científica permaneçam friasMassa3 755 kg, massa abastecida do orbitador 4 332 kg, massa abastecida do orbitador mais o aterrissador SchiaparelliCarga útil113,8 kg de instrumentos científicos
Instrumentos thumb|Sistema de Imagens Estéreo e em Cores da Superfície (CaSSIS) Assim como o Mars Reconnaissance Orbiter, o Trace Gas Orbiter é um orbitador híbrido de ciência e telecomunicações. Sua massa de carga útil científica é de cerca de 113,8 kg e consiste em:
O Nadir and Occultation for Mars Discovery (NOMAD) possui dois canais de espectrômetro no infravermelho e um no ultravioleta. Desenvolvido pela Bélgica. O Atmospheric Chemistry Suite (ACS) possui três canais de espectrômetro infravermelho. Desenvolvido pela Rússia.
O Sistema de Imagens Estéreo e em Cores da Superfície (Colour and Stereo Surface Imaging System, CaSSIS) é uma câmera estéreo em cores de alta resolução (4,5 m por pixel), usada para construir modelos digitais de elevação precisos da superfície marciana. Também será uma ferramenta importante para caracterizar locais candidatos de pouso para missões futuras. Desenvolvido pela Suíça. O Fine-Resolution Epithermal Neutron Detector (FREND) é um detector de nêutrons que pode fornecer informações sobre a presença de hidrogênio, na forma de água ou minerais hidratados, no 1 metro superior da superfície marciana. Desenvolvido pela Rússia. O NOMAD e o ACS estão fornecendo a cobertura espectral mais extensa dos processos atmosféricos marcianos até agora. Duas vezes por órbita, no nascer e pôr do sol locais, eles são capazes de observar o Sol brilhando através da atmosfera. A detecção de espécies de traços atmosféricos na ordem de partes por bilhão (ppb) é possível.
Objetivos científicos O instrumento FREND está mapeando os níveis de hidrogênio a uma profundidade máxima de 1 metro sob a superfície marciana. Os locais onde o hidrogênio é encontrado podem indicar depósitos de gelo de água, que podem ser úteis para futuras missões tripuladas.
Particularmente, a missão está caracterizando a variação espacial e temporal e a localização das fontes de uma ampla lista de gases traço atmosféricos. Se for encontrado metano () na presença de propano () ou etano (), isso seria um forte indicativo de que há processos biológicos envolvidos. No entanto, se o metano for encontrado na presença de gases como o dióxido de enxofre (), isso seria uma indicação de que o metano é um subproduto de processos geológicos.
Detecção thumb|Visualização de uma pluma de metano encontrada na atmosfera de Marte durante a temporada de verão do hemisfério norte A natureza da fonte de metano requer medições de um conjunto de gases traço a fim de caracterizar os potenciais processos bioquímicos e geoquímicos em ação. O orbitador possui sensibilidade muito alta a (pelo menos) as seguintes moléculas e os seus isotopômeros: água (), hidroperoxila (), dióxido de nitrogênio (), óxido nitroso (), metano (), acetileno (), etileno (), etano (), formaldeído (), cianeto de hidrogênio (), sulfeto de hidrogênio (), sulfeto de carbonila (), dióxido de enxofre (), cloreto de hidrogênio (), monóxido de carbono () e ozônio (). As sensibilidades de detecção estão em níveis de 100 partes por trilhão, melhoradas para 10 partes por trilhão ou mais pela média dos espectros, que podem ser obtidos a vários espectros por segundo.
Caracterização Variabilidade espacial e temporal: cobertura de latitude e longitude várias vezes em um ano marciano para determinar as fontes regionais e as variações sazonais (relatadas como grandes, mas ainda controversas no atual entendimento da fotoquímica em fase gasosa de Marte). Correlação das observações de concentração com os parâmetros ambientais de temperatura, poeira e aerossóis de gelo (locais potenciais para química heterogênea).
Localização O mapeamento de múltiplos rastreadores (por exemplo, aerossóis, vapor de água, CO, ) com diferentes tempos de vida fotoquímicos e correlações ajuda a restringir simulações de modelos e aponta para regiões de fonte/sumidouro. Para atingir a resolução espacial necessária para localizar fontes, pode ser necessário rastrear moléculas em concentrações de partes por bilhão.
Retransmissão de telecomunicações
Devido aos desafios de entrada, descida e pouso, os aterrissadores de Marte são altamente restritos em massa, volume e energia. Para missões de pouso, isso impõe restrições severas ao tamanho da antena e à potência de transmissão, o que, por sua vez, reduz bastante a capacidade de comunicação direta com a Terra em comparação com as espaçonaves orbitais. Como exemplo, as capacidades de recepção de dados (downlinks) nos rovers Spirit e Opportunity tinham apenas da capacidade de downlink do Mars Reconnaissance Orbiter.
A comunicação por retransmissão (relay) aborda esse problema permitindo que as espaçonaves na superfície de Marte se comuniquem usando taxas de dados mais altas em links de curto alcance com orbitadores de Marte próximos, enquanto o orbitador assume a tarefa de se comunicar no link de longa distância de volta para a Terra. Essa estratégia de retransmissão oferece uma variedade de benefícios essenciais para os aterrissadores marcianos: aumento do volume de retorno de dados, redução dos requisitos de energia, redução da massa do sistema de comunicações, aumento das oportunidades de comunicação, comunicações robustas em eventos críticos e auxílio à navegação in situ.
A NASA forneceu um instrumento de navegação e retransmissão de telecomunicações Electra para garantir as comunicações entre as sondas e rovers na superfície de Marte e os controladores na Terra.
O TGO fornecerá retransmissão de telecomunicações para o rover Rosalind Franklin; ele também servirá como um satélite de retransmissão para missões futuras de aterrissadores.
História
thumb|Modelo em escala do TGO exibido durante o Show Aéreo de Paris, em 2015 Investigações com observatórios espaciais e terrestres demonstraram a presença de uma pequena quantidade de metano na atmosfera de Marte, que parece variar com a localização e o tempo. Isso pode indicar a presença de vida microbiana em Marte, ou um processo geoquímico como o vulcanismo ou a atividade hidrotermal.
O desafio de discernir a fonte do metano na atmosfera de Marte impulsionou o planejamento independente pela ESA e pela NASA de um orbitador cada, que carregaria instrumentos para determinar se sua formação tem origem biológica ou geológica, bem como seus produtos de decomposição, como o formaldeído e o metanol.
Origens O ExoMars Trace Gas Orbiter nasceu da junção da missão principal ExoMars, do Programa Aurora da ESA, com os conceitos do Mars Science Orbiter (MSO) de 2013 e 2016 da NASA. Tornou-se uma proposta colaborativa flexível entre a NASA e a ESA para enviar um novo orbitador-transportador a Marte em 2016, como parte da missão ExoMars liderada pela Europa. Do lado da ExoMars, a ESA autorizou cerca de meio bilhão de euros em 2005 para um rover e uma mini-estação; com o tempo, isso evoluiu para ser entregue por um orbitador em vez de um estágio de cruzeiro.
Tentativa de colaboração com a NASA O Mars Science Orbiter (MSO) da NASA foi originalmente concebido em 2008 como um esforço inteiramente da NASA, visando um lançamento no final de 2013. Autoridades da NASA e da ESA concordaram em reunir recursos e conhecimento técnico, colaborando para lançar apenas um orbitador. O acordo, chamado de Iniciativa Conjunta de Exploração de Marte (MEJI), foi assinado em julho de 2009 e propunha usar um lançador da família Atlas em vez de um foguete Soyuz, o que alterou significativamente o cenário técnico e financeiro da missão europeia ExoMars.
Como o rover estava originalmente planejado para ser lançado junto com o TGO, um possível acordo exigiria que o rover perdesse peso suficiente para caber a bordo do veículo de lançamento Atlas com o orbitador da NASA. Em vez de reduzir a massa do rover, ela quase dobrou quando a missão foi combinada com outros projetos em um programa de múltiplas espaçonaves dividido em dois lançamentos de foguetes Atlas V: o ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) foi integrado ao projeto, carregando um aterrissador meteorológico planejado para ser lançado em 2016. O orbitador europeu carregaria vários instrumentos originalmente destinados ao MSO da NASA, então a NASA reduziu os objetivos e focou em instrumentos de detecção de gases traço atmosféricos para sua incorporação no ExoMars Trace Gas Orbiter da ESA.
No orçamento do ano fiscal de 2013 que o presidente Barack Obama divulgou em 13 de fevereiro de 2012, a NASA encerrou sua participação na ExoMars devido a cortes orçamentários para pagar os custos excedentes do Telescópio Espacial James Webb. Com o financiamento da NASA para este projeto cancelado, a maioria dos planos da ExoMars teve que ser reestruturada.
Colaboração com a Rússia Em 15 de março de 2012, o conselho diretor da ESA anunciou que seguiria em frente com seu programa ExoMars em parceria com a agência espacial russa Roscosmos, que planejava contribuir com dois veículos de lançamento pesado Proton e um sistema adicional de entrada, descida e pouso para a missão do rover de 2020.
Sob a proposta de colaboração com a Roscosmos, a missão ExoMars foi dividida em duas partes: a missão do orbitador/aterrissador em março de 2016, que inclui o TGO e um aterrissador estacionário de 2,4 metros de diâmetro construído pela ESA chamado Schiaparelli, e a missão do rover Rosalind Franklin em 2020. Esperava-se que ambas as missões usassem um foguete Proton-M. A missão do rover Rosalind Franklin foi posteriormente adiada e, em 2022, após a invasão russa da Ucrânia, a ESA encerrou sua cooperação no projeto com a Rússia.
Lançamento
thumb|right| Animação da trajetória do TGO thumb|right| Animação da trajetória do TGO ao redor de Marte