Europa blaast af naar Mercury - Wat u moet weten over de missie van BepiColombo

Het Europees Ruimtevaartagentschap (ESA) heeft op 20 oktober zijn BepiColombo-missie gelanceerd naar de planeet Mercurius vanuit de ruimtehaven nabij de evenaar in Kourou, Frans Guyana. Mijn betrokkenheid bij de missie betekent dat ik de reis angstvallig zal volgen terwijl het ruimtevaartuig een reeks lastige manoeuvres uit, culminerend in de uiteindelijke benadering van Mercurius in 2025.

De missie komt 25 jaar nadat een groep wetenschappers eerst aan ESA had voorgesteld een sonde naar Mercury te sturen, en 18 jaar nadat ESA het project als een "hoeksteen" -missie had goedgekeurd. Dit is de categorie van wereldklasse, wetenschappelijk uitstekende missies die een aanzienlijke nieuwe technologische ontwikkeling vereisen. Eerdere ESA-hoeksteenmissies omvatten de Rosetta-komeetmissie en het LISA Pathfinder zwaartekrachtsignaalobservatorium.

Maar waarom Mercury? Het is een raadselachtige planeet. NASA's MESSENGER-orbiter (2011-2015) onthulde veel redenen waarom wetenschappers er graag meer over willen leren. Deze omvatten de abnormaal grote kern van de planeet - we weten niet waarom het nog steeds gesmolten is en in staat om een ​​magnetisch veld te genereren, in tegenstelling tot dat van Mars of Venus. Een ander mysterie is de overvloed aan (grotendeels niet-geïdentificeerde) vluchtige stoffen aan de oppervlakte. Deze hadden niet moeten zijn opgenomen in een planeet die zo dicht bij de zon stond als Mercurius nu is.

The Rocket Science

BepiColombo's eerste parcours na drie dagen rond de aarde cirkelen voor kassa's zal een elliptische baan om de zon zijn. Dit begint met het binnen de baan van de aarde te nemen. Maar begin 2019 zal hij het grootste deel van het jaar hier buiten oversteken. Het zal dan weer naar binnen gaan voordat het heel dicht bij de aarde komt in april 2020.

In die tijd zal het een "zwaartekracht-assist" flyby maken - met behulp van de zwaartekracht van de aarde om zichzelf naar binnen te slingeren in de richting van Venus. Er zal ook een zwaartekracht-assistent-flyby van Venus zijn wanneer het daar in 2020 arriveert, gevolgd door nog een andere in 2021 om het naar Mercury te sturen. Dan zal er een serie van zes soortgelijke flybys van Mercurius zijn in 2021-2025, die nodig zijn om ervoor te zorgen dat het ruimtevaartuig zich uiteindelijk op zijn doelwit sluit met een langzaam genoeg snelheid om in een baan rond het te worden gevangen in december 2025.

Elke flyby, weergegeven in de bovenstaande animatie, moet perfect worden uitgevoerd. Er kunnen dingen misgaan, vooral tijdens de lancering, maar ik heb voldoende vertrouwen in de mogelijkheden van het ESA-vluchtcontroleteam in Darmstadt, Duitsland.

Gestapeld ruimtevaartuig

De missie, die is vernoemd naar Giuseppe (Bepi) Colombo, die voor het eerst zwaartekracht-assistentie flybys voor ruimtevaartuigen voorstelde, is een joint venture tussen ESA en haar Japanse tegenhanger, JAXA.

Het gestapelde ruimtevaartuig draagt ​​twee orbiters. ESA's is een twee meter lange eenheid, met een massa van meer dan een ton, aangeduid als de Mercury Planetary Orbiter, MPO. Ik vermoed dat nadat het Mercurius begint te vormen, het de naam van BepiColombo zal erven, of misschien alleen Bepi. De Japanse orbiter is kleiner en de massa is ongeveer een kwart van de baan van ESA. Oorspronkelijk heette het de Mercury Magnetospheric Orbiter, MMO, in juni kreeg het de naam Mio, die in het Japans de connotaties draagt ​​van veilige navigatie. Tijdens de cruise naar Mercury wordt Mio gehuisvest in een zonnescherm en bevestigd aan één kant van de Europese orbiter.

Aan de andere kant van de baan bevindt zich de Mercury Transfer Module, MTM. Dit wordt bediend door ESA en biedt de voortstuwing om het gestapelde ruimtevaartuig helemaal naar zijn Mercury-baan te brengen. Het heeft een 7,5 meter lange "vleugel" van zonnepanelen, waarvan het werk is zonlicht in elektriciteit om te zetten om zijn "ionenaandrijving" te voeden. Dit is een voortstuwingsapparaat dat stuwkracht creëert door het versnellen van xenongas dat positief is geladen (door het ontdoen van de atomen van elektronen). Deze techniek kan veel meer stuwkracht per massa brandstof leveren dan conventionele chemische raketten.

De enorme zwaartekracht van de zon betekent dat er meer energie nodig is om in een stabiele baan rond Mercurius te komen dan nodig zou zijn om hetzelfde ruimteschip naar de veel verder verwijderde Pluto te sturen. Daarom zal de ionenaandrijving worden gebruikt met intervallen die ongeveer de helft van de cruiseduur bedragen, meestal om het ruimtevaartuig te vertragen.

Jammer genoeg, belemmert de gestapelde configuratie van het gecombineerde ruimtevaartuig zijn capaciteit om wetenschap tijdens planetaire flybys te doen. Sommige wetenschappelijke gegevens worden verzameld, maar de beste foto's die we waarschijnlijk tijdens flybys zullen krijgen, zijn afkomstig van de selfie-cams die op de MTM zijn gemonteerd.

Aangekomen bij Mercury

Bij aankomst in Mercury eind december 2025 zal de overdrachtsmodule worden verwijderd. Mio, draaiend om 15 omwentelingen per minuut voor stabiliteit, zal dan worden bevrijd in een sterk elliptische baan rond Mercurius. Zodra dit gebeurt, neemt JAXA Mio-operaties over en begeleidt het zijn taken door het magnetische veld van de planeet en de bijbehorende omgevingsomgeving te bestuderen.

ESA's baan zal dan de zonnekap overboord gooien, zijn laatste belemmering, en zijn eigen chemische stuwraketten gebruiken om een ​​nauwere, meer cirkelvormige baan rond Mercurius te bereiken. Van daaruit zal het oppervlak van de planeet worden bestudeerd met behulp van een assortiment camera's en andere instrumenten. Dit zou de samenstelling en geologische geschiedenis veel gedetailleerder moeten beschrijven dan de kleinere en minder complexe MESSENGER. De orbiter zal ook een magnetometer dragen zodat zowel het als Mio in staat zullen zijn magnetische toestanden tegelijkertijd op twee plaatsen te rapporteren - een belangrijke primeur voor een deep space-missie die ons moet leren over de snelheid waarmee verstoringen door het magnetisch veld van de planeet reizen.

Het is opwindend om te denken dat BebiColombo in een paar jaar tijd onze kennis van Mercurius kan transformeren. En terwijl je wacht, vanaf 23 oktober, kun je luisteren naar een aantal prachtige, suggestieve muziek die de planeet heeft geïnspireerd als onderdeel van het Planets 2018-project. Deze werd opgericht ter herdenking van het eeuwfeest van de Planets Suite van Gustav Holst met muziek geïnspireerd op de wetenschap van de planeten.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation door David Rothery. Lees hier het originele artikel.