La Mars Express (abreujat MEX) és una missió d'exploració espacial conduïda per l'Agència Espacial Europea (ESA). La missió Mars Express explora el planeta Mart, i és la primera missió planetària de l'agència. «Express» originalment es referia a la rapidesa i l'eficiència amb què la nau espacial va ser dissenyada i fabricada.ESA - Mars Express - Mars Express Frequently Asked Questions (FAQs) No obstant, «Express» també descriu el viatge interplanetari relativament curt que va realitzar, resultat de ser llançat quan les òrbites de la Terra i Mart els va portar més a prop del que havien estat en uns 60.000 anys.
La Mars Express es compon de dues parts, el Mars Express Orbiter i el Beagle 2, un mòdul de descens dissenyat per fer investigacions d'exobiologia i geoquímica. Tot i que el mòdul d'aterratge no va poder aterrar amb seguretat a la superfície marciana, l'orbitador va prendre amb èxit mesures científics des de principi de 2004, és a dir, les imatges d'alta resolució i cartografia mineralògica de la superfície, el sondeig de radar de l'estructura del subsòl fins al permafrost, la determinació precisa de la circulació atmosfèrica i la composició, i l'estudi de la interacció de l'atmosfera amb el medi interplanetari.
A causa del valuós retorn científic i el perfil de la missió altament flexible, la Mars Express ha sigut concedida amb cinc extensions de missió, l'última fins al 2014.ESA - Mars Express - Mission extensions approved for science missions http://www.research-in-germany.de/56960/2010-11-26-11-26-2010-mars-mission-funding-extended,sourcePageId=56960.html
Alguns dels instruments de la nau, inclosos els sistemes de càmeres i alguns espectròmetres, van reutilitzar els dissenys del llançament fallit de la missió russa Mars 96 el 1996 (països europeus havien lliurat la major part de la instrumentació i finançament de la missió fracassada). El disseny de la Mars Express es basa en la missió Rosetta de l'ESA, el desenvolupament de la qual va ser molt car. El mateix disseny es va utilitzar també per a la missió Venus Express per tal d'augmentar la fiabilitat i reduir el cost i temps de desenvolupament.
Visió general i cronologia de la missió Visió general La missió Mars Express està dedicada a l'estudi orbital (i originalment in-situ) de l'interior, subsòl, superfície i atmosfera, i entorn del planeta Mart. Els objectius científics de la missió Mars Express representen un intent per satisfer en part les fites científiques perdudes de la missió russa Mars 96, complementat per la investigació exobiològica del Beagle-2. L'exploració de Mart és crucial per a una millor comprensió de la Terra des de la perspectiva de planetologia comparativa.
La nau espacial originalment contenia set instruments científics, un petit mòdul de descens, un relè del mòdul de descens i una càmera visual, tot dissenyat per contribuir en resoldre el misteri de l'aigua perduda de Mart. Tots els instruments van prendre mesuraments de la superfície, atmosfera i medi interplanetari, des de la nau espacial principal en òrbita polar, que permetria cobrir gradualment tot el planeta.
El pressupost inicial de la Mars Express sense incloure el mòdul de descens va ser de 150 milions d'euros. El contractista principal per a la construcció del Mars Express Orbiter va ser EADS Astrium Satellites.
En l'exploració del planeta roig, la Mars Express ha trobat proves de sediments foscos en el que seria la formació d'un delta en el cràter d'impacte Eberswalde, prova que possiblement hi hagués un llac en aquest cràter. Aquesta descoberta reafirma les hipòtesis sobre el passat aquós de Mart. Tot i que només es conserva una part del cràter per l'impacte d'un meteorit que provocà la formació del cràter Holden, de 140 km de diàmetre, el delta, d'uns 115 km², i els seus canals d'alimentació estan ben conservats. Tots dos cràters, Eberswalde i Holden, eren en la llista de quatre possibles destinacions per al rover Curiosity de la NASA a Mart, que va ser llançat a final del 2011 i que la missió Mars Express ha estat ajudant en la recerca del millor lloc d'aterratge.
Preparació En els anys anteriors al llançament de la nau espacial, nombrosos equips d'experts distribuïts per les empreses i organitzacions van contribuir en la preparació els segments espacials i terrestres. Cadascun d'aquests equips es van centrar en l'àmbit de la seva competència i la interconnexió segons fos necessari. Un requisit addicional important plantejat per la Fase de Llançament i Inici d'Òrbita (Launch and Early Orbit Phase o LEOP) i totes les fases operatives crítiques que no era possible interaccionar; els equips es van integrar en un Equip de Control de Missió. Tots els diferents experts van haver de treballar junts en un entorn operatiu i la interacció i les interfícies entre els elements del sistema (programari, maquinari i humà) havia de funcionar sense problemes:
els procediments d'operacions de vol van haver de ser per escrit i validat fins al més mínim detall; el sistema de control va haver de ser validat; les proves de validació del sistema (system Validation Tests o SVTs) amb el satèl·lit havien de dur-se a terme per demostrar la interconnexió correcta dels segments terrestres i espacials; la prova de disponibilitat de missió amb les estacions terrestres (mission Readiness Test with the Ground Stations) va haver-se de realitzar; es va engegar una Campanya de Simulacions (Simulations Campaign).
Llançament
La nau va ser llançada el 2 de juny de 2003 a les 23:45 hora local (17:45 UT, 1:45 p.m. EDT) des del Cosmòdrom de Baikonur a Kazakhstan, utilitzant un coet Soyuz-FG/Fregat. La Mars Express i l'impulsador Fregat van ser inicialment llançats en una òrbita d'aparcament terrestre de 200 km, llavors el Fregat va realitzar una nova reignició a les 19:14 UT per situar la nau espacial en una òrbita de transferència marciana. El Fregat i la Mars Express es van separar a aproximadament a les 19:17 UT. Els panells solars a continuació, es van desplegar i es va dur a terme una maniobra de correcció de trajectòria el 4 de juny per apuntar la Mars Express cap a Mart i permetre a l'impulsador Fregat a moure's cap a l'espai interplanetari. La Mars Express va ser la primera sonda (i fins al 2013) llançada per Rússia en realitzar amb èxit la sortida de LEO des de la caiguda de la Unió Soviètica.
Fase d'activació prop de la Terra La Fase d'activació prop de la Terra (Near Earth Commissioning phase) es va estendre des de la separació de la nau espacial des del tram superior de l'impulsador fins a la finalització de les comprovacions inicials de l'orbitador i la càrrega. Va incloure el desplegament dels panells solars, l'adquisició d'actitud inicial, el desclampatge del mecanisme de tornada d'accelaració del Beagle-2, la maniobra de correcció d'errors d'injecció i la primera posada en servei de la nau i la càrrega útil (la posada en marxa definitiva de la càrrega útil es va dur a terme després la Inserció en Òrbita Marciana). La càrrega es va comprovar amb cada instrument per separat. Aquesta fase va durar aproximadament un mes.
Fase de viatge interplanetari Aquesta fase de cinc mesos va durar des del final de la fase d'activació prop de la Terra fins a un mes abans de la maniobra de captura de Mart i va incloure les maniobres de correcció de trajectòria i calibratge de la càrrega útil. Gairebé tota la càrrega va ser apagada durant la fase de creuer, amb l'excepció d'algunes comprovacions intermèdies. Encara que va ser originalment concebuda com una fase de "creuer" tranquil·la, aviat es va fer evident que aquest "creuer" seria realment molt ocupada. Hi va haver problemes de rastrejador d'estrelles, un problema del cablejat d'alimentació, maniobres extra, i en el 28 d'octubre, la nau espacial va ser colpejada per una de les erupcions solars més grans mai registrades.
Expulsió del mòdul de descens El mòdul de descens Beagle 2 va ser alliberat el 19 de desembre a les 8:31 UTC (9:31 CET) en un viatge balístic cap a la superfície. Va entrar en l'atmosfera marciana al matí del 25 de desembre. L'aterratge va ser previst que tingués lloc a les 02:45 UT del 25 de desembre (9:45 p.m. EST 24 de desembre). No obstant això, després de diversos intents fracassats de contactar amb el mòdul a través de la Mars Express i l'orbitador Mars Odyssey de la NASA, va ser declarat perdut el 6 de febrer de 2004, pel Consell d'Administració del Beagle 2. Es va dur a terme una investigació i els seus resultats es van publicar més tard aquell any.
Inserció orbital miniatura|Mars Express en òrbita al voltant de Mart en 2005, fotografia de la Mars Global Surveyor
La Mars Express va arribar a Mart després d'un viatge de 400 milions de quilòmetres i correccions del curs al setembre i desembre de 2003.
El 20 de desembre, la Mars Express va encendre una ràfega curta de proa per posar-lo en posició per orbitar el planeta. La Mars Express Orbiter, després va encendre el seu motor principal i va entrar en una òrbita altament el·líptica de captura inicial de 250 km × 150,000 km amb una inclinació de 25 graus el 25 de desembre a les 03:00 UT (10:00 p.m., 24 de desembre EST).
La primera avaluació de la inserció orbital va mostrar que l'orbitador havia aconseguit la seva primera fita a Mart. L'òrbita va ser després reajustada per quatre ignicions dels motors principals a la desitjada òrbita gairebé polar de 259 km × 11,560 km (86 graus d'inclinació) amb un període de 7,5 hores. Prop del periàpside la coberta superior està apuntant cap a la superfície marciana i prop de l'apoàpside l'antena d'alt guany es va apuntar cap a la Terra per a l'enllaç ascendent i descendent.
Després de 100 dies, el apoapsis es va reduir a 10.107 km i el periapsis es va elevar a 298 km per aconseguir un període orbital de 6,7 hores.
Desplegament de la MARSIS El 4 de maig de 2005, la Mars Express va desplegar el primer dels dos extensors de radar de 20 metres de llarg per a l'experiment MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding). Al principi, l'extensor no tancava completament en el seu lloc; no obstant això, l'exposició a la llum solar durant uns minuts el 10 de maig va resoldre el problema. El segon extensor de 20 m es va desplegar amb èxit el 14 de juny. Ambdós extensors de 20 m van ser necessaris per crear una antena dipol de 40 m pel treball de la MARSIS; el 17 de juny es va desplegar una antena monopol de 7 metres de llarg menys crucial. Els extensors van ser originalment programats per a ser desplegats a l'abril de 2004, però això es va retardar per por que el desplegament podria danyar la nau espacial a través d'un efecte de fuetada. A causa de la demora, es va decidir dividir la fase de posada en marxa quatre setmanes en dues parts, amb dues setmanes prèvies al 4 de juliol i dues setmanes al desembre de 2005.
El desplegament dels extensors va ser una tasca crítica i altament complexa que va requerir una cooperació eficaç entre els organismes ESA, NASA, indústria i universitats públiques.
Les observacions nominals científiques van començar al juliol 2005. (Per a més informació, vegeu,Un problema afecta l'extensor de radar de la Mars Express - 9 de maig de 2005 - New ScientistMars Express's kinky radar straightened out - space - May 12, 2005 - New Scientist i ESA Portal - El radar de la Mars Express preparada per treballar article de premsa de l'ESA.)
Operacions de la nau espacial Les operacions de la Mars Express van ser dutes a terme per un equip multinacional d'enginyers del Centre d'Operacions de l'ESA (ESOC) a Darmstadt. L'equip va començar les preparacions per a la missió durant 3 a 4 anys abans del llançament. Es tractava de preparar el segment terrestre i els procediments operatius per a tota la missió.