Manoeuvres om Mars; Global Surveyor daalt ketsend naar definitieve baan

Als de riskante afdaling lukt, zal de Global Surveyor in een baan van 380 kilometer rond de polen van Mars komen. Daar cirkelend zal hij de planeet in banen aftasten en het oppervlak in kaart brengen. De diepte van kraters kan tot op 20 cm nauwkeurig worden gemeten.

OP 12 SEPTEMBER komt, na een vlucht van tien maanden, de Mars Global Surveyor van NASA aan bij de Rode Planeet. Het is zijn taak om gedurende een periode van ten minste twee jaar uit een lage baan om Mars systematisch het oppervlak, de atmosfeer en het gravitatieveld van de Rode Planeet te bestuderen. Dit onderzoek was jaren geleden al gepland voor de Mars Observer, maar die liet na aankomst bij Mars in augustus 1993 niets meer van zich horen. Voordat Global Surveyor aan zijn werk kan beginnen, wacht hem echter nog een maandenlange periode van riskante baanmanoeuvres.

Net zoals Pathfinder afgelopen juli via een nieuwe techniek op Mars is geland, moet de Global Surveyor via een nieuwe techniek in zijn uiteindelijke baan om Mars komen. De ruimtesonde zal eerst - op 12 september - twintig minuten lang zijn afremmotor laten werken, om in een voorlopige, langgerekte baan om Mars te komen. Op 21 september begint de periode waarin deze 48-uursbaan in verschillende stappen wordt veranderd in een cirkelvormige baan op 380 km hoogte. Dat gebeurt door de sonde periodiek door de bovenste lagen van de atmosfeer van Mars te sturen. Hierdoor verliest hij bij iedere omloop wat snelheid en neemt de hoogte van het verste punt van de baan - aanvankelijk op 56.000 km hoogte - geleidelijk af.

De eerste stap van deze baanverandering is het met behulp van de stuurraketjes verlagen van het laagste punt van de elliptische baan, waardoor de sonde net door de hoogste lagen van de Mars-atmosfeer komt. Als de baan uiteindelijke bijna cirkelvormig is geworden, wordt met de stuurraketjes het laagste punt wat verhoogd, waardoor de sonde verder geheel buiten de atmosfeer van Mars blijft. Het voordeel van deze techniek, aerobreaking geheten, is dat hij weinig brandstof kost, omdat het grootste deel van het werk door de atmosfeer wordt gedaan. Het nadeel is dat hij heel gedoseerd moet worden toegepast, omdat het vaartuigje anders te sterk wordt afgeremd en/of beschadigd. De Global Surveyor is het tweede ruimtevaartuig dat met behulp van deze techniek in een baan om een planeet wordt gebracht. Voor het eerst gebeurde dat in 1993,met succes, met de Venusverkenner Magellan.

ANDERE STAND

Is deze techniek op zichzelf al tricky, bij de Global Surveyor is hij extra riskant doordat een van de twee 3,5 meter lange zonnepanelen na de lancering niet helemaal is uitgeklapt, maar onder een hoek van 20ationale is blijven steken. De vluchtleiding is bang dat dit paneel straks door de weerstand in de Mars-atmosfeer zal terugklappen. Om dit te voorkomen zal men de Marsverkenner in een iets andere stand door de atmosfeer laten bewegen. Bovendien zal de afremming nog geleidelijker plaatsvinden dan aanvankelijk was gepland en daardoor kan de Global Surveyor pas in maart aan zijn onderzoek beginnen.

De Global Surveyor werd op 7 november vorig jaar gelanceerd met een Delta-raket. Hij moet uiteindelijk in een baan op 380 km rond de polen van de Rode Planeet komen. In die baan zal hij iedere 117 minuten de Mars-evenaar van noord naar zuid passeren en per dag dus ruim twaalf omlopen maken. Aangezien Mars zelf in 24 uur en 38 minuten om zijn as draait, is de planeet na iedere overkomst van de Global Surveyor 28ationale verder gedraaid. Zo wordt op den duur de gehele planeet in stroken afgetast.

De baan van de Global Surveyor om Mars is zon-synchroon. Dit wil zeggen dat de hoek tussen het baanvlak van de satelliet en de richting naar de zon constant is dus en in de loop van één Marsjaar (687 dagen) 360ationale ronddraait. Zo'n baan heeft als voordeel dat de instrumenten van de Global Surveyor, die steeds dezelfde zijde naar de planeet keert, het Marsoppervlak altijd onder dezelfde hoek zien verlicht. Zo'n vaste zonnestand is ideaal voor het onderling vergelijken en interpreteren van met name de fotografische waarnemingen.

De Mars Global Surveyor werd voor de NASA gebouwd door Lockheed Martin Astronautics en heeft, inclusief lancering, bijna 150 miljoen dollar gekost.

Zijn vijf wetenschappelijke instrumenten zijn duplicaten van de instrumenten van de Mars Observer: de verkenner die in augustus 1993 niets meer van zich liet horen toen hij zich gereed moest maken om in een baan om Mars te komen.

De oorzaak ervan is nooit geheel opgehelderd, maar moet hebben samengehangen met het onder druk brengen van de brandstoftanks van de afremmotor.

Het meest veelzijdige instrument is volgens de NASA de thermische emissie-spectrometer (TES). Door in verschillende golflengten de hoeveelheid warmte van de grotendeels uit kooldioxide bestaande atmosfeer te meten, kunnen op verschillende hoogten temperatuur, luchtdruk, vochtgehalte en stofconcentratie worden bepaald. Bovendien geeft de 'signatuur' van de gemeten warmtestraling ook informatie over de samenstelling van stof, erosiemateriaal en gesteenten aan het oppervlak van Mars.

De camera's aan boord van de Global Surveyor zullen periodiek het gehele oppervlak van de Rode Planeet in kaart brengen. Twee groothoekcamera's kunnen details ter grootte van 500 meter waarnemen, terwijl de telecamera details van 3 meter kan onderscheiden. Met de twee eerste wordt dagelijks de gehele planeet gefotografeerd en worden 'weerkaarten' samengesteld die het mogelijk maken de ontwikkeling van bijvoorbeeld wolken en stofstormen te volgen. Met de telecamera zal worden ingezoomd op interessante formaties aan het Marsoppervlak, zoals poolafzettingen en erosiesporen.

Met een magnetometer en elektronendetector hoopt men nu eindelijk te kunnen vaststellen of Mars al dan niet een magnetisch veld heeft. Zo'n veld, dat in ieder geval een paar duizend maal zo zwak moet zijn als op aarde, geeft informatie over bijvoorbeeld de kern van Mars, waarover nu nog weinig bekend is. Ook zal worden gezocht naar mogelijke variaties in het magnetische veld, mogelijk samenhangend met geologische of geofysische processen of met de invloed van het magnetische veld van de zon.

Met een laser-hoogtemeter, die iedere seconde tien laserpulsen naar het Marsoppervlak stuurt, zal de topografie van het oppervlak in kaart worden gebracht. De topografie van Mars is tot nu toe grotendeels afgeleid uit stereo-opnamen, maar nu zal de diepte van kraters, de hoogte van vulkanen en de steilheid van dalen en kloven direct tot op 20 cm nauwkeurig kunnnen worden gemeten. Kennis van de topografie is onder andere van belang bij het interpreteren van oppervlaktestructuren en het modelleren van het gravitatieveld van de planeet.

DOPPLEREFFECT

Tenslotte kunnen uit frequentieveranderingen in de radiosignalen van de Global Surveyor, opgevangen met de radioschotels van NASA's Deep Space Network, subtiele variaties in de snelheid van de Marsverkenner worden gemeten.Zulke variaties - een dopplereffect - hangen samen met variaties in de lokale zwaartekracht op Mars, die op hun beurt weer voortvloeien uit verschillen in dichtheid en/of samenstelling van het gesteente in het inwendige van de planeet.

Het is de bedoeling dat de Mars Observer ten minste één Marsjaar (687 aardse dagen) in werking blijft, zodat een volledige cyclus van vier seizoenen kan worden waargenomen. Mogelijk wordt die periode verlengd tot twee Marsjaren.

Een beter inzicht in de veranderingen in de atmosfeer leidt misschien ook tot meer inzicht in het klimaat dat vroeger op Mars heeft geheerst. Ooit moet Mars veel meer dan hij nu al doet op de aarde hebben geleken, met een dichtere atmosfeer, een betrekkelijk warm en vochtig klimaat en met meren en wellicht oceanen.

De Mars Global Surveyor, die vóór de lancering 1050 kg woog, is de eerste en de zwaarste verkenner uit het Surveyor-programma: het relatief goedkope Marsprogramma dat in 1993 werd opgestart na het wegvallen van de peperdure Mars Observer. In 1998/1999 zullen twee kleinere Surveyors, elk 450 kg zwaar, worden gelanceerd, waarvan de ene in een baan om Mars blijft en de andere - net als Pathfinder afgelopen juli - een Marswagentje op Mars moet afleveren.

De volgende lanceringen in het kader van dit Surveyorproject zijn gepland voor 2001, 2003 en 2005: telkens wanneer Mars een gunstige stand ten opzichte van de aarde heeft. Deze terugkeer naar de praktijk van de jaren zestig heeft als voordeel dat door één mislukking niet het gehele Marsprogramma, nu begroot op een miljard dollar, wordt geruïneerd, zoals het geval was bij de vlucht van de Mars Observer. Volgens de huidige NASA-plannen zouden in het jaar 2005 misschien voor het eerst bodemmonsters van Mars naar de aarde kunnen worden gehaald.

Karretje maakte roekeloze klim

Terwijl de Global Surveyor zich opmaakt voor zijn rondjes om Mars, rijdt beneden op de Rode Planeet nog altijd de Sojourner Rover rond. Dit zeswielige robotvoertuigje heeft ruim 80 meter afgelegd sinds het twee maanden geleden de Pathfinder-thuisbasis in de Ares Vallis verliet. Het verkeert in uitstekende conditie, al waren er afgelopen dinsdag problemen met het doorseinen naar de aarde van de nieuwste data.

Eerder was het karretje na een reis van een week bij 'Rock Garden' aangekomen, een verzameling van grote en kleine zwerfkeien in de directe omgeving van de Pathfinder. Daar werd met de uitschuifbare APX-spectrometer (alpha proton X-ray) eerst een chemische analyse gedaan aan het rotsblok 'Shark', waarna op 27 augustus 'Half Dome' aan de beurt was. Toen de Sojourner deze rots probeerde te beklimmen, bracht het karretje zichzelf in gevaar waarna de manoeuvre automatisch werd gestaakt. Een dag later kreeg de Sojourner vanaf de aarde de opdracht onmiddellijk omlaag te komen en zijn spectrometer tegen een zijwand van Half Dome te plaatsen.

De analyses tot nu toe hebben twee typen Mars-rotsen opgeleverd: exemplaren met een hoge concentratie silicium en exemplaren met een hoge concentratie zwavel. Daarnaast hebben de sporen die de banden van de Sojourner in de Marsbodem hebben achtergelaten verschillen in bodemgesteldheid aan het licht gebracht. Vlak bij de landingsplaats overheersen kiezelstenen, fijn zand en kluiten, verder weg is het oppervlak bedekt met helder stuifzand met daaronder kluiten.

Nadat de Sojourner klaar is met Half Dome en zijn naaste buren, keert het karretje terug naar de loopplank vanwaar het na het uitvouwen van de Pathfinder op 6 juli is vertrokken. Daar bestudeert hij een stofmonster dat een magneet heeft verzameld, wat informatie moet opleveren over de magnetische eigenschappen van de Marsbodem. Daarna is het de bedoeling dat het karretje op reis gaat naar iets dat lijkt op een ondiepe rivierbedding en een kijkje neemt voorbij de horizon van het moederstation.

Daar is de IMP-camera (Imager for Mars Pathfinder) druk bezig een panorama-opname samen te stellen die in totaal uit 3.000 stereobeelden moet beslaan. Tweederde van de plaatjes is inmiddels geschoten, eind oktober moet het project zijn voltooid. Deze dataset moet de basis vormen van topografische kaarten en zal ook andere interessante geografische gegevens over Mars opleveren.

Dirk van Delft