Europa Blaster Off till Mercury - Vad man ska veta om BepiColombo-uppdraget

Den europeiska rymdorganisationen (ESA) har lanserat sitt BepiColombo-uppdrag till planeten Mercury från sin rymdport nära ekvatorn i Kourou, Franska Guyana den 20 oktober. Mitt engagemang i uppdraget innebär att jag kommer att vara angelägen att följa resan som rymdfarkosten bär ut en serie knepiga manövrar som kulminerade i sin slutliga inställning till kvicksilver år 2025.

Uppdraget kommer 25 år efter att en grupp forskare föreslog för ESA att det skulle sända en sond till Mercury och 18 år efter att ESA godkände projektet som ett "hörnsten" -uppdrag. Detta är kategorin av världsklass, vetenskapligt utmärkta uppdrag som kräver betydande ny teknikutveckling. Tidigare ESA-hörnstenuppdrag inkluderar Rosetta-kometuppdraget och LISA Pathfinder-gravitationsvågobservatoriet.

Men varför Mercury? Det är en förbryllande planet. NASAs MESSENGER-orbiter (2011-2015) avslöjade många anledningar till att forskare är angelägna att lära sig mer om det. Dessa inkluderar planetens onormalt stora kärna - vi vet inte varför den fortfarande är smält och kan generera ett magnetfält, till skillnad från Mars eller Venus. Ett annat mysterium är överflödigheten av (i stort sett oidentifierade) flyktiga ämnen vid dess yta. Dessa borde inte ha inkorporerats i en planet som bildades så nära solen som Mercury nu är.

Raketvetenskapen

BepiColombos initiala kurs efter tre dagars kretsar runt jorden för kassor kommer att vara en elliptisk omlopp om solen. Detta börjar med att ta det inuti jordens bana. Men tidigt i 2019 kommer det att korsa det för det mesta av året. Den kommer då att flytta in igen innan den kommer mycket nära jorden i april 2020.

På den tiden kommer det att göra en "gravitation-assist" flyby - med jordens gravitation att svänga sig inåt mot Venus. Det kommer också att finnas en tyngdhjälpa flyby av Venus när den kommer dit 2020, följt av ytterligare en år 2021 för att skicka den till Mercury. Sedan kommer det att finnas en serie med sex liknande flybys av kvicksilver 2021-2025, som behövs för att rymdskepp så småningom stänger in på sitt mål med en långsam nog hastighet för att fångas i omlopp kring den i december 2025.

Varje flyby, som visas i animationen ovan, måste utföras perfekt. Saker kan gå fel, särskilt under lanseringen, men jag har gott om förtroende för ESA: s flygkontrolllag i Darmstadt, Tyskland.

Staplade rymdfarkoster

Uppdraget, som kallas till minne av Giuseppe (Bepi) Colombo, som först föreslog gravitation-assist flybys för rymdfarkoster, är ett joint venture mellan ESA och dess japanska motsvarighet, JAXA.

Den staplade rymdfarkosten bär två orbitrar. ESA: s är en två meter lång enhet som masserar mer än ett ton, kallad Mercury Planetary Orbiter, MPO. Jag misstänker att efter att det börjar bana Mercury, kommer det att arva namnet BepiColombo, eller kanske bara Bepi. Den japanska orbiterna är mindre och dess massa är ungefär en fjärdedel av ESAs orbiter. Ursprungligen kallad Mercury Magnetospheric Orbiter, MMO, tilldelades i juni namnet Mio, som på japanska har samband med säker navigering. Under kryssningen till Mercury kommer Mio att vara inrymt i ett solskydd och fäst vid ena sidan av den europeiska orbiterna.

På andra sidan orbiterna är Mercury Transfer Module, MTM. Detta drivs av ESA och ger framdrivningen att ta den staplade rymdfarkosten hela vägen till sin kvicksilverbana. Den har en 7,5 meter lång "vinge" av solpaneler, vars jobb är att sätta på solljus i el för att driva sin "jondrift". Detta är en framdrivningsanordning som skapar drivkraft genom att accelerera xenongas som har blivit positivt laddad avlägsna dess atomer av elektroner). Denna teknik kan ge mycket mer drivkraft per massa bränsle än konventionella kemiska raketer.

Solens enorma gravitation innebär att mer energi behövs för att komma in i en stabil omlopp om kvicksilver än vad som skulle behövas för att skicka samma rymdskepp till väldigt mer avlägsen Pluto. På grund av detta drivs jondriven med intervaller som uppgår till ungefär hälften av kryssningsperioden, för det mesta för att sakta ner rymdfarkosten.

Tyvärr hindrar den staplade konfigurationen av det kombinerade rymdfarkosten sin förmåga att göra vetenskap under planetariska flybys. Vissa vetenskapliga uppgifter kommer att samlas in, men de bästa bilderna som vi sannolikt kommer att få under flybys kommer att vara från selfie-cams monterade på MTM.

Anländer till kvicksilver

Vid ankomsten till Mercury i slutet av december 2025 kommer överföringsmodulen att lossas. Mio, som roterar med 15 varv per minut för stabilitet, kommer sedan att befrias i en starkt elliptisk omlopp om kvicksilver. Så snart detta sker kommer JAXA att överta Mio-operationer och styra den genom sina uppgifter, studera planetens magnetfält och den därmed sammanhängande rymdmiljön.

ESAs orbiter kommer sedan att skydda solskyddet, dess sista hinder och använda sina egna kemiska thrusters för att uppnå en närmare, mer cirkulär bana om kvicksilver. Därifrån kommer det att studera planets yta genom att använda ett sortiment av kameror och andra instrument. Detta borde nere kompositionen och geologisk historia i mycket bättre detalj än den mindre och mindre komplexa MESSENGER. Orbiteren kommer också att bära en magnetometer så att både den och Mio kommer att kunna rapportera magnetiska förhållanden på två ställen samtidigt - ett viktigt första för ett djupt rymduppdrag som bör lära oss om hur snabbt störningar reser genom planetens magnetfält.

Det är spännande att tro att BebiColombo kan omdanne vår kunskap om kvicksilver på bara några år. Och medan du väntar, från och med den 23 oktober, kommer du att kunna lyssna på en vacker, inspirerande musik som planeten har inspirerat som en del av Planets 2018-projektet. Detta inrättades för att fira århundradet av Gustav Holst's Planets Suite med musik inspirerad av planetens vetenskap.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation av David Rothery. Läs den ursprungliga artikeln här.