mars express

In oktober scheert komeet Siding Spring langs Mars. De stofdeeltjes die daarbij van de komeet afvliegen, kunnen een risico vormen voor de orbiters in een baan rond de rode planeet. Maar de orbiters zijn zeker niet kansloos: ontsnappen is mogelijk!

Eerder kon u op Scientias.nl al alles lezen over Siding Spring. De komeet die op 19 oktober van dit jaar op 132.000 kilometer langs Mars scheert. De kern van de komeet vormt geen gevaar voor Mars en de omringende orbiters. Maar het stof rond de komeet: dat is een ander verhaal.

Snel stof
Siding Spring bestaat uit stof, gas en ijs. Naarmate de komeet dichter bij de zon in de buurt komt, wordt deze warmer. Het zorgt ervoor dat rond de komeet een coma ontstaat: een atmosfeer bestaande uit gas en stof. In het geval van Siding Spring vinden we rond de komeet stofdeeltjes met een diameter tot één centimeter. Eind januari verloor Siding Spring ongeveer 100 kilo stof per seconde. Dat stof reist met snelheden van 56 kilometer per seconde. Hoewel de deeltjes klein zijn, zijn ze door die snelheid gevaarlijk. Vergelijk het met een kogel: een klein, stomp voorwerp dat dankzij een grote snelheid toch voor grote problemen kan zorgen.

De orbiters

Momenteel zijn er rond Mars drie actieve orbiters te vinden. Twee van NASA: Mars Reconnaissance Orbiter en Mars Odyssey. En één van ESA: Mars Express. Dan zijn er nog twee onderweg: NASA’s MAVEN. En een Indiase orbiter. De laatstegenoemde orbiters arriveren naar verwachting enkele weken voor de scheervlucht van Siding Spring bij Mars en belanden mogelijk dus ook middenin de vuurlinie.

Rovers en orbiters
Het stof vormt geen gevaar voor de bekende robots op Mars: Opportunity en Curiosity. De atmosfeer van Mars mag dan dun zijn, deze is dik genoeg om de rovers tegen inkomende stofdeeltjes te beschermen. De rovers mogen zich dan ook enkel verheugen op meteoren. Maar voor de orbiters zit dat anders. Zij cirkelen in een baan rond Mars en zijn tamelijk kwetsbaar. Ten eerste kunnen de stofdeeltjes wanneer ze een orbiter raken direct tot beschadigingen leiden. Daarnaast kunnen er door een botsing tussen een orbiter en stofdeeltje een plasmawolk en elektromagnetische pulsen ontstaan die de apparatuur ontregelen.

Maatregelen
Reden genoeg voor de betrokken ruimtevaartorganisaties om de komeet nu al zo goed mogelijk te bestuderen. Door meer over de komeet te weten te komen, hopen ze de risico’s beter in kaart te kunnen brengen en op basis daarvan maatregelen te kunnen treffen. Maar hoe kunnen we een orbiter op zo’n grote afstand van de aarde beschermen? Wie onderstaand plaatje bestudeert, ziet vast al mogelijkheden. Te zien is dat de komeet rechts langs Mars scheert. De vuurlinie ligt dus aan die kant van de planeet. Om aan de ‘kogels’ van Siding Spring te ontsnappen, moet een orbiter dus eigenlijk zorgen dat deze op het moment dat Siding Spring voorbij komt, aan de andere kant van Mars zit.

Afbeelding: NASA.

Afbeelding: NASA.

Dat is inderdaad een mooie oplossing. Maar ja, hoe bewerkstelligen we dat? Op korte termijn is dat heel lastig. Maar geef missieleiders een paar maanden de tijd en ze kunnen een heel eind komen, zo legt ESA uit. Hun Mars Express ligt in de vuurlinie en is daarmee een mooi voorbeeld van een orbiter die op de vlucht zal moeten slaan. Hard rennen, is echter geen optie. Want dat vraagt om energie, oftewel brandstof. Veel brandstof. En dat hebben de meeste orbiters – en ook Mars Express – niet aan boord. Want brandstof is zwaar en hoe zwaarder een sonde hoe duurder en moeilijker de lancering. Kortom: wegrennen is geen optie, Mars Express zit aan zijn baan vast. Hoe ziet de situatie er 19 oktober dan uit? Het plaatje hieronder geeft een duidelijk beeld (gezien vanuit de richting van waaruit de komeet komt).

Mars Express draait niet netjes in een ronde cirkel om Mars. De baan van de orbiter is eivormig. Op de afbeelding is het moment waarop de sonde zich het dichtst bij Mars bevindt aangeduid als 'periares'. Wanneer de afstand het grootst is, wordt gesproken van apoares. Afbeelding: ESA.

Mars Express draait niet netjes in een ronde cirkel om Mars. De baan van de orbiter is eivormig. Op de afbeelding is het moment waarop de sonde zich het dichtst bij Mars bevindt aangeduid als ‘periares’. Wanneer de afstand het grootst is, wordt gesproken van apoares. Afbeelding: ESA.

Om 16.30 uur ziet de komeet de Mars Express achter Mars verdwijnen. Om 18.30 uur verwacht ESA dat Mars met de grootste hoeveelheid microscopisch kleine stofdeeltjes te maken krijgt. Het plaatje is duidelijk: dat is tevens het moment waarop de orbiter geen enkele bescherming heeft. Veel gunstiger zou het zijn als de orbiter zich op dat moment achter Mars bevond. “Wat we in essentie moeten doen is het moment waarop het ruimtevaartuig achter Mars zit, vertragen met 109 minuten,” schrijft Daniel Scuka, werkzaam bij ESA. “Dat klinkt als een enorme klus en dat is het ook als je het kort voor de komeet arriveert probeert te doen. Maar wij zullen zo lang niet wachten.” Door de komende maanden geleidelijk aan kleine manoeuvres uit te voeren, bevindt de Mars Express zich tegen 19 oktober precies waar we ‘m hebben willen. “We kunnen deze vertraging in 109 stukjes van elk zestig seconden knippen. Als we de duur van een rondje rond Mars elk rondje zestig seconden weten te rekken, dan zijn we 109 rondjes later precies 109 minuten vertraagd en zal de Mars Express zich achter Mars bevinden als de sneeuwbal opdoemt of beter gezegd: wanneer de hoeveelheid stof afkomstig van de komeet gaat pieken. We kunnen de vertraging ook in 218 stukjes van dertig seconden knippen, of 327 stukjes van 20 seconden en ga zo maar door. Het belangrijkste is dat hoe eerder we de verandering plaats laten vinden, hoe meer rondjes er beschikbaar zijn en hoe kleiner de verandering die nodig is, is en hoe minder brandstof er gebruikt wordt.”

Geen garantie
Stel dat Mars Express inderdaad op deze manier aan Siding Spring gaat ontkomen, is de sonde dan gegarandeerd veilig? Nee. Want de sonde zal uiteindelijk vrij snel weer achter Mars vandaan komen en wellicht toch nog wat stof meepakken. “Zelfs als we de best mogelijke manier om met deze scheervlucht om te gaan bedenken en implementeren is er geen garantie dat de Mars Express onaangetast blijft,” stelt ESA. Behalve het aanpassen van de positie van een orbiter zijn er nog meer mogelijkheden om de orbiters te beschermen. Zo kan ook de oriëntatie van de orbiters zo worden aangepast dat de meest kwetsbare delen buiten de vuurlinie blijven.

Tegelijkertijd hopen de ruimtevaartorganisaties met orbiters in de buurt van Mars dat die orbiters tijdens de scheervlucht van Siding Spring niet alleen met hun eigen veiligheid bezig zijn. Het zou geweldig zijn als ze – zonder zichzelf in gevaar te brengen – ook konden doen waar ze voor gemaakt zijn: wetenschap bedrijven. Het betekent dat er afwegingen zullen moeten worden gemaakt, waarbij de veiligheid voorop staat, op de voet gevolgd door de wetenschappelijke nieuwsgierigheid. “Onze plannen om de ruimtesondes nabij Mars te gebruiken om komeet Siding Spring te bestuderen, zullen moeten worden afgestemd op de plannen om – mocht dat nodig zijn – dekking te zoeken,” stelt onderzoeker Rich Zurek, werkzaam bij NASA.