Om dan volgende maand eindelijk in de gewenste baan rond Mars te arriveren.

Het ruimtevaartuig in kwestie – de Trace Gas Orbiter, kortweg TGO – arriveerde in oktober 2016 samen met Marslander Schiaparelli bij de rode planeet. Schiaparelli crashte helaas op het oppervlak van Mars, maar TGO wist zich – zoals gepland – in een ovaalvormige baan rond Mars te nestelen. Daarmee was de orbiter er echter nog niet: om Mars uitgebreid te kunnen bestuderen, moest deze eigenlijk in een cirkelvormige baan gebracht worden. En daar is ESA inmiddels alweer bijna een jaar druk mee. Maar het einde is nu in zicht: volgende maand zal TGO zich in zijn definitieve baan nestelen en kan het onderzoek naar Mars dan eindelijk beginnen. Dat maakt ESA bekend.

Aerobraking
Dat het zolang duurt om TGO in de juiste baan te krijgen, is goed te verklaren. De sonde wijzigt namelijk van baan middels aerobraking. Hierbij duikt de sonde herhaaldelijk in de Martiaanse atmosfeer om door die atmosfeer afgeremd te worden. Hierdoor gaat TGO trager en trager rond Mars draaien en belandt deze gaandeweg in een cirkelvormige baan. De afbeelding hieronder laat mooi zien dat ESA met dat aerobraking in een jaar tijd al aardig wat bereikt heeft.

De dikkere grijze lijnen geven aan dat de omlooptijd met een uur verkort is. De dunne grijze lijnen staan voor een afname van 30 minuten. Elke keer als de sonde het dichtst bij Mars in de buurt komt, scheert deze door de atmosfeer van de rode planeet om af te remmen. Hierdoor duurt elke volgende baan net ietsje korter dan de vorige. Afbeelding: ESA.

Op het moment dat TGO bij Mars arriveerde, cirkelde deze in de buitenste baan. Op het moment dat de afstand tussen Mars en TGO het grootst was, was de sonde maar liefst 33.200 kilometer van Mars verwijderd. Bovendien deed de sonde er maar liefst 24 uur over om een rondje rond Mars te voltooien. Inmiddels bevindt TGO zich dankzij het aerobraking in de blauwe baan. De sonde doet er nu zo’n 2 uur en 3 kwartier over om een baan rond Mars te voltooien en is daarbij maximaal slechts 2700 kilometer van de rode planeet verwijderd. De rode lijn laat de baan zien waarin TGO middels aerobraking uiteindelijk moet belanden. Dat is echter nog niet de definitieve baan van de sonde; als de orbiter in de rode baan zit, zullen de stuwraketten geactiveerd worden om deze in de groene baan te dwingen. Eenmaal in de groene baan cirkelt de sonde op een afstand van zo’n 400 kilometer om Mars heen: een perfecte afstand om de rode planeet verder te bestuderen.

De Trace Gas Orbiter zal onderzoek gaan doen naar de atmosfeer van Mars. Gehoopt wordt dat deze onder meer het methaan-vraagstuk op kan lossen. Onderzoek heeft uitgewezen dat in de atmosfeer van Mars kleine hoeveelheden methaan te vinden zijn. Aangezien methaan maar kort in de atmosfeer stand kan houden, wijzen die kleine hoeveelheden erop dat de methaanconcentratie in de atmosfeer wordt aangevuld door een nog onbekende bron van methaan op Mars. Dat kan een biologische bron (leven) zijn, maar ook een chemische bron. Gehoopt wordt dat de Trace Gas Orbiter door nauwkeurige metingen uit te voeren in de atmosfeer van Mars kan verraden waar die bron zich bevindt. Maar dat is niet de enige rol die de Trace Gas Orbiter is toegedicht. ESA hoopt in een later stadium een rover naar Mars te sturen en die zou via de Trace Gas Orbiter met de aarde moeten communiceren.

Brandstof
Aerobraking heeft een groot voordeel: de sonde kan zonder al te veel brandstofverbruik in de definitieve baan worden gemanoeuvreerd. Maar de aanpak heeft ook nadelen. Zo vereist deze een hoop geduld. Bovendien is de procedure behoorlijk zenuwslopend. Omdat de dichtheid van de Martiaanse atmosfeer varieert, remt de sonde niet tijdens elke duik in de atmosfeer even sterk af. Het betekent dat onderzoekers op aarde ook nooit precies weten wanneer de sonde na het aerobraken weer in staat is om contact te leggen met de aarde. En dus is het elke keer weer afwachten. En naarmate de omlooptijd van de sonde – door het aerobraken – verkort wordt, volgen die spannende momentjes waarop men wacht op een signaal van TGO zich sneller op. Op dit moment heeft de sonde zoals gezegd een omlooptijd van iets minder dan drie uur, wat betekent dat de sonde acht keer per dag door de atmosfeer van Mars wordt afgeremd en het dus acht keer per dag spannend is wanneer deze weer contact legt.

TGO startte in maart 2017 met aerobraking. In de zomer van 2017 werd er een stop ingelast, omdat de aarde en Mars zich in conjunctie bevonden. Dat betekent dat Mars op dat moment – vanaf de aarde gezien – achter de zon stond, waardoor de communicatie met de sonde bemoeilijkt werd. In augustus werd het aerobraking weer hervat. Inmiddels heeft de atmosfeer van Mars de sonde al met zo’n 781,5 meter per seconde vertraagt. Naar verwachting kan TGO zich half maart in zijn definitieve baan nestelen.