NASA, “Moon to Mars” programı sayesinde, önümüzdeki on yılın sonunda ilk mürettebat görevlerini Mars’a göndermeyi planlıyor. Bu cesur vizyonu yerine getirmek için, ajans çok sayıda program aracılığıyla ileri teknolojileri araştırıyor. Bu, geçiş sürelerini Mars’a düşürecek, böylece astronotun mikro yerçekimi ve kozmik radyasyona maruz kalmasını sınırlayacak gelişmiş itme teknolojilerini içerir. Dikkate alınan diğer teknolojiler arasında atık eleme, su ıslahı, mürettebat sağlığı ve güvenliği ve kaynak kendi kendine yeterliliği için yöntemler bulunmaktadır.
NASA ayrıca Mars’a ve güneş sistemi boyunca düşük maliyetli keşif görevlerini sağlayacak kilit teknolojileri geliştirmek için çalışıyor. Bu, en önemli teknoloji olarak kabul edilen şeyi de içerir: küçük uzay aracı için alt kilowatt elektrik tahrik sistemleri-500 kg (1100 lbs) veya daha az. 56. Lunar ve Gezegen Bilimleri Konferansı’na (2025 LPSC) sunulan bir makalede, NASA araştırmacıları ekibi yeni bir girişim öneriyor: Mars Yük Hizmetleri (Champs) için Ticari Salon Tahriki.
Çalışma NASA araştırmacıları Gabriel F. Benavides, Steven R. Oleson ve Alain SJ Khayat tarafından gerçekleştirildi. Benavides, NASA Glenn Araştırma Merkezi’nde (GRC) alan içi elektrikli tahrik mühendisidir, Alain SJ Khayat NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nde bir araştırma bilimcisidir. Steven R. Oleson, Los Alamos Ulusal Laboratuvarı’ndaki kompakt fisyon reaktör tasarım ekibinin lideri ve NASA GRC’deki Pusula ekibinin liderliğidir. Bu işbirlikçi mühendislik ekibi entegre araç sistemleri analizleri gerçekleştirir.
Bir Teknoloji Boşluğu
Belirttikleri gibi, çalışmaları Gezegen Bilimi Derin Uzay SmallSat Çalışmaları (PSDS3) ve Gezegen Keşif için Yenilikçi Görevler (Simplex) programı gibi önceki çalışmalara dayanmaktadır. Bu çalışmalar, optimize edilmiş manyetik ekranlama ile düşük güçlü, yüksek verimli elektrostatik salon etkisi iticilerinin (HET) önemini ortaya koymuştur. Bu tahrik sistemleri, manyetik alanlar tarafından itme üretmek için kanalize edilen bir inert gaz itici gazını (ksenon gibi) iyonize etmek için güneş gücüne (veya başka bir enerji kaynağına (veya başka bir enerji kaynağına dayanır.
Artemis programına göre, bu sistemler ay ağ geçidinin ilk iki unsurunu – güç ve tahrik elemanı (KKD) ve yerleşim ve lojistik karakolunu (Halo) – ay çevresinde önerilen yörüngesine itecektir. Şu anda 2027 için planlanan bu görev, her iki unsuru da Dünya’dan bir Falcon Heavy tarafından bir ay yörüngesine çıkardığını görecek. Bir kez orada, KKD ve Halo modülleri, yakınlıklı bir Halo yörünge (NRHO) oluşturmak için yüksek güçlü güneş enerjili tahrik (SEP) sistemlerine güvenecektir.
Ne yazık ki, bu alan bir teknoloji boşluğuna sahipti, bu yüzden NASA 2017’de Küçük Uzay Araç Elektrik Tahrik (SSEP) projesini başlattı. Bu program NASA’nın en gelişmiş yüksek güçlü güneş enerjili tahrik (SEP) sistemlerinin minyatür versiyonlarını geliştirmeyi amaçlıyor. NASA’nın H71M’si, minyatür bir yüksek performanslı SEP’nin mevcut örneğidir. 140 kg’dan (310 lbs) fazla tahmini itici güç verimi ile bu sistem, 450 kg (990 lbs) uzay aracını itmek için yeterli güç üretir.
NASA, sistemin gelecekteki küçük uzay aracı görevleri için kullanılabilirliğini sağlamak için H71M’yi ticari ortaklarla işbirliği yapmaya ve lisanslamaya başladı. Bu, Oleson ve Compass ekibinin Champs konseptini Mars’a potansiyel görevler için geliştirmesine yol açtı. Bu çalışma uzay aracını, Northrop Grumman tarafından geliştirilen NGHT-1X sistemi olan H71M’nin ticari bir versiyonunu kullanmayı öngörmektedir. Bu görevler, doğrudan Mars transferi yörüngesinden ziyade daha sık ve daha düşük maliyetli lansman fırsatlarına dayanacaktır.
Görev konsepti
Küçük uzay aracı ile düşük maliyetli bilim görevlerini monte etmek için en büyük zorluklardan biri, belirli bir Mars lansman fırsatını tanımlamak ve tutmaktır. Birincil yük olarak lansman potansiyel olarak pahalıdır, ikincil yük olarak başlatılması komplikasyonlara neden olabilir, çünkü birincil yükün ihtiyaçları lansman tarihini ve yörüngeyi artırır. Dahası, alternatif bir lansman tarihine döndürmek her zaman bir seçenek değildir. Champs Mimarisi, bir CLPS görevi ile ikincil bir yük lansmanı seçerek bunu ele alıyor.
Bu görevlerin önümüzdeki yıllarda düzenli olarak aya taşıma sunması bekleniyor. Başlatma yörüngesi iyi anlaşılmıştır ve birçok alternatif lansman fırsatı olması muhtemeldir. Görev, hız kazanmak için bir yerçekimi yardım manevrası yürütürken ayı gözlemleyerek enstrüman kontrolleri gerçekleştirecektir. Bu manevra, görevin elverişli bir toprak-mars hizalaması gerçekleşene kadar geçici olarak ayın etrafına bir NHRO’ya sokmasına izin verecektir.
İlk düşük itme manevrası yaklaşık üç ay sürecek, ardından dört aylık bir kruvaziyer aşaması ve yedi aylık düşük itme manevrası izleyecek. Mars’a ulaştığında, uzay aracı yüzeyin üzerinde 15 km (9.32 mi) yörünge kuracak ve burada her beş solda (5.137 toprak günü) tam ekvatoral kapsama sahip olacaktır. Bu arada, Mars’ın iki ayının daha küçük olan Deimos’u inceleyerek ikincil bilim hedeflerini yerine getirecektir. İki yıl sonra, uzay aracı yüzeyin üzerinde 17 km (10.5 mi) aerosikronöz bir yörüngeye çıkacaktır.
Bu, yüzey görevleri için bir veri rölesi görevi görürken, kritik yüzey özelliklerinin üzerindeki atmosferin sürekli kapsamını sağlayacaktır.
Aletler ve Hedefler
Champs Mission, çeşitli enstrümanlar kullanarak birden fazla bilimsel çalışma gerçekleştirecek. Makalelerine göre, Mars İklim Orbiter (MCO) ve Mars Keşif Orbiter (MRO) tarafından kullanılan Mars Color Imager (Marci) gibi görünür bir/UV görüntüleyici içerecektir. Ayrıca, Mars keşif yörüngesi (MRO) tarafından kullanılan mini-Mars iklim sesini (MCS) ile karşılaştırılabilir bir termal kızılötesi (TIR) radyometresine ve burada yeryüzünde atmosferik çalışmalar yapmak için kullanılan Argus enstrümanı gibi bir kızılötesi (NIR) spektrometresine sahip olacaktır.
Bu enstrümanları kullanarak, Champs Misyonu, basıncını, sıcaklığını, aerosol dağılımını, su buharını ve ozon içeriğini belirlemek için atmosferin 3D yapısını ölçecektir. Ayrıca, gezegenin hava koşulları ve mevsimsel toz fırtınaları hakkında daha fazla bilgi edinmek için Mars tozu ve su buz bulutlarının davranışını ve evrimini izleyecektir. Üçüncüsü, Mars çevresindeki plazma koşullarını ve manyetik alan yapısını ve güneşten aşırı ultraviyole (EUV) radyasyonla nasıl etkileşime girdiğini ölçecektir.
Bu çalışmalar, bilim adamlarının, yüzey ve atmosfer arasındaki uçucuların etkileşimi ve taşınması, alt/orta atmosferin bölgesel ve küresel olarak güneş enerjisi ısıtmasına ve günlük ve mevsimsel olarak nasıl tepki verdiğini, atmosferin farklı seviyeleri arasında nasıl birleştiği ve boşlukların atmosferi nasıl etkilediği dahil olmak üzere Mars iklimi ile ilgili önemli soruları araştırmalarına izin verecektir.
Ekip ayrıca, tekliflerinin NASA’nın Mars Keşif Programı (MEP) planının 1 inisiyatifi ile tutarlı olduğuna dikkat çekiyor:
“Keşiflere hızlı ve esnek bir yanıt sağlamak, olağanüstü Mars sorularının genişliğini ele almak ve çeşitli Mars bilim topluluğunun artan katılımını sağlamak için MEP portföyünün yeni bir unsuru olarak bilim odaklı, düşük maliyetli görev fırsatlarının düzenli bir kadansı oluşturun.”
