Um ambicioso instrumento para a missão ExoMars 2020 da ESA passou nos seus testes em condições semelhantes às do Planeta Vermelho. Agora será transportado para a Rússia para revisão de aceitação, seguido pela integração na Plataforma de Superfície Kazachok, programado para lançamento nesta época no próximo ano.

Com cerca de 8 x 8 x 20 cm, mais um trio de antenas, Experiência Lander Radioscience da ESA, ou LaRa para abreviar, é um pouco maior do que uma caixa de leite de 1 litro. Mas funciona como um transponder de alto desempenho, encarregado de manter um link de radiofrequência direto extremamente estável entre a Terra e Marte por um ano marciano completo - dois anos terrestres - assim que o ExoMars pousar.

Proposta pelo Observatório Real da Bélgica, LaRa foi desenvolvido através do programa PRODEX da ESA - focado no desenvolvimento de experimentos científicos para o espaço - e financiado pelo Escritório de Política Espacial da Bélgica.

O teste mais recente do LaRa teve lugar no Laboratório de Sistemas Mecânicos (MSL) da ESA no centro técnico da Agência ESTEC em Noordwijk, Os Países Baixos. Esta é uma versão em pequena escala do Centro de Teste ESTEC adjacente, capaz de realizar uma ampla gama de testes de simulação espacial, mas servindo a instrumentos de naves espaciais, subsistemas ou minissatélites em vez de missões em tamanho real.

Após o teste de vibração em um dos agitadores MSL para simular as condições adversas de lançamento, reentrada na atmosfera, descida e pouso em Marte, LaRa foi então colocado dentro de uma câmara térmica de vácuo por quase duas semanas para realizar testes funcionais em condições de calor e frio.

Inicialmente, foi colocado em alto vácuo para liberar gases que poderiam representar problemas no espaço e para testar seu comportamento em condições semelhantes às da viagem a Marte. LaRa foi então submetido a condições marcianas simuladas, com 6 milibares de dióxido de carbono adicionados à câmara, ao mesmo tempo que a temperatura aumentava e diminuía.

A caixa eletrônica de LaRa será mantida aquecida pelo aquecedor do módulo de pouso ExoMars. As antenas do LaRa, no entanto, são instaladas fora deste ambiente controlado termicamente e terão que suportar ciclos de temperaturas extremas:noites tão frias quanto -90 ° C, com o dia atingindo até 10 ° C relativamente confortáveis. O novo design de antena resultante foi desenvolvido em cooperação entre a ESA e a Université Catholique de Louvain.

No final do teste, a câmara térmica de vácuo foi aberta. Os engenheiros abordaram o instrumento usando máscaras bucais, aventais e luvas estéreis - parecendo uma equipe cirúrgica de hospital - então começou a remover os sensores e o cabeamento adequado para o teste antes de colocar o instrumento e suas antenas em bolsas estéreis.

Como todo hardware projetado para missões interplanetárias, LaRa está sujeito a protocolos de proteção planetária estritos para prevenir a contaminação microbiana.

"As superfícies do instrumento são regularmente esfregadas para verificar se os níveis de" bioburden "permanecem aceitáveis, "explica Lieven Thomassen da LaRa contratante principal Antwerp Space." Seu interior, composto por quatro níveis de placas de circuito, já passou por uma limpeza completa. Está totalmente isolado do mundo exterior, com um orifício de ventilação de apenas 2 mm de diâmetro para evitar pressurização excessiva quando o LaRa chegar ao espaço. "

LaRa é um dos dois instrumentos da ESA na plataforma de superfície ExoMars construída na Rússia. Conhecida como Kazachok - para "Pequeno Cossaco" - a primeira função da plataforma é levar a si mesma e o rover Rosalind Franklin ExoMars feito pela ESA com segurança até as planícies de Oxia Planum em Marte. Então, uma vez que o veículo espacial sai de suas rampas, O Kazachok se dedicará a executar um total de 13 pacotes de experimentos a bordo. A Plataforma de Superfície foi desenvolvida pela NPO

LaRa receberá um sinal de rádio de banda X da Terra que retransmitirá novamente. Medindo cuidadosamente os pequenos desvios Doppler neste sinal bidirecional ao longo do tempo, os pesquisadores serão capazes de identificar pequenas mudanças periódicas na posição da Plataforma de Superfície ao longo do tempo, abrindo uma vista inestimável para o interior marciano.

“LaRa revelará detalhes da estrutura interna do planeta, e permitem medições precisas de sua rotação e orientação, "comenta Véronique Dehant, do Observatório Real da Bélgica, investigador principal do instrumento.

"Ele também detectará variações no momento angular devido à redistribuição de massas, como a transferência sazonal de massa em dióxido de carbono quando parte da atmosfera congela em gelo. Por último, mas não menos importante, o LaRa também permitirá a determinação precisa da posição de pouso precisa. "

Como um análogo terrestre, imagine um ovo girando - você pode dizer apenas olhando para seu movimento oscilante se seu interior é líquido ou cozido.

Mas o desafio é manter o link de rádio direto ultra-estável durante a programação operacional planejada do LaRa de duas sessões de 1 hora por semana, especialmente quando Marte orbita no máximo 401 milhões de km de distância da Terra.

"Do lado da Terra, usaremos antenas gigantes da classe de 70 m da Rede do Espaço Profundo da NASA ou o equivalente russo em Kalyazin ou Bear Lakes, para transmitir o sinal de rádio da banda X em direção a Marte e pegar sua réplica atrasada retransmitida por LaRa e "Doppler-assinada" por Marte - tudo isso com apenas 5 W de potência de rádio gerada por LaRa, "explica o engenheiro de microondas da ESA Václav Valenta, gestão do projeto LaRa.

"Mas LaRa em Marte precisará de sensibilidade suficiente para detectar sinais de rádio tão baixos quanto poucos attowatts - trilionésimos de watt. Quando Marte e a Terra se aproximarem - em seus 54,6 milhões de km mais próximos - então as estações terrestres Estrack da Europa serão capazes de fechar o Link com LaRa também.

"Esses cenários foram testados com sucesso durante duas campanhas de teste de compatibilidade de radiofrequência no centro de controle de missão ESOC da ESA em Darmstadt, Alemanha."

A escassa atmosfera marciana é um fator complicador. No lado positivo, sua presença permite que a convecção elimine o calor residual. Mas embora seja mais de cem vezes mais fino que o ar da Terra, a operação de radiofrequência dentro dele ainda deixa um risco de efeitos corona - ionização de gases locais que podem causar interferência e descargas elétricas potencialmente prejudiciais.

"Para eliminar qualquer risco corona, LaRa foi previamente submetido a análises e testes rigorosos no Laboratório de Radiofrequência de Alta Potência da ESA em Valência, Espanha, "acrescenta Václav.

"Ele também passou por testes dentro da câmara Maxwell do ESTEC para compatibilidade eletromagnética, para verificar se todos os seus elementos funcionam corretamente juntos. Além disso, um modelo de choque dedicado do LaRa foi desenvolvido e testado no Centro de Testes ESTEC para verificar a robustez do LaRa contra choques mecânicos induzidos pela separação do módulo do transportador e lançamento do escudo térmico. "

Assim que o teste de LaRa no MSL foi concluído, o instrumento foi movido para o Laboratório de Metrologia da ESA, para medições precisas de sua planura de superfície. Ele precisa ser preciso em uma escala de algumas dezenas de micrômetros - milésimos de milímetro - para um ajuste ideal e contato térmico com sua interface de módulo de pouso, ajudando a manter uma boa temperatura operacional em Marte.

De ESTEC LaRa será transportado para o Instituto de Pesquisa Espacial da Academia Russa de Ciências, IKI, para o teste de aceitação final. Em seguida, será transferido para Cannes, na França, onde será integrado na Plataforma de Superfície com o resto do módulo de pouso e testado em nível de montagem completa.

"A oportunidade de voar se abriu no final de 2015 e os desenvolvimentos reais para o modelo de vôo começaram apenas um ano depois, então a equipe LaRa teve que trabalhar muito para chegar a este ponto, "acrescenta Václav. O ExoMars 2020 será lançado pelo lançador de prótons russo de Baikonur, no Cazaquistão, em julho de 2020.