---

A Hope űrszonda első éve a Mars körül

---

2021. február 9-én az Egyesült Arab Emírségek Hope nevű űrszondája sikeresen Mars körüli pályára állt, ezzel az Emírségek lett az ötödik olyan ország, amely űrszondát jutatott külső szomszédunkhoz. A Hope az Emírségek első űrszondája és egyben ez az első arab űrszonda is. Küldetésének célja a marsi légkör minden eddiginél részletesebb tanulmányozása. Kifejlesztése, megépítése és repülése egy hét éven át tartó program eredménye és hatalmas lépés egy olyan országnak, amely mindössze 50 éve létezik, és csak 14 éve vesz részt az űrkutatásban.

A Hope küldetésének ötlete 2014-ben fogant, amikor Khalifa bin Zayed Al Nahyan sejk az Egyesült Arab Emírségek elnöke júliusban megalapította az ország űrhivatalát és bejelentette, hogy az Emírségek 2021-ben, az ország függetlenné válásának ötvenedik évfordulójára űrszondát juttat a Marshoz. Az ambiciózus küldetés létrehozásának célja nem csak a tudományos vizsgálat volt, hanem az is, hogy elősegítése az Egyesült Arab Emírségek tudományos és technológiai fejlődését, az űripar megteremtését az országban, valamint hogy inspirálja a fiatal arab nemzedékeket a nagyobb célok elérése felé. Ezért lett a szonda neve Al-Amal vagy Hope - ami arabul és angolul is reményt jelent - hogy reménnyel és optimizmussal töltse el nemcsak az Emírségekben, hanem az egész arab világban élő fiatalokat. Az Egyesült Arab Emírségek űrhivatala 2014. október 21-én Mohammed bin Rashid Al Maktoum sejk, Dubai vezetője, az Egyesült Arab Emírségek alelnöke és miniszterelnöke jelenlétében aláírt egy megegyezést az űrhivatala és a Fejlett Tudományok és Technológiák Intézete (Mohammed bin Rashid Space Centre - MBRSC) között az űrszonda kifejlesztéséről és Marshoz juttatásáról 200 millió dollár költségvetés keretein belül, ami töredék összeg egy amerikai marsjáró küldetésének költségeihez képest. A Hope céljának azt tűzték ki, hogy eljusson a Marsig, ott egy stabil ellipszis alakú pályára álljon a bolygó körül és tanulmányozza a marsi légkört. A projekt tudományos vezetőjének Sarah Al Amiri-t, a fejlett tudományok miniszterét nevezték ki. Az ő vezetése alatt dolgozták ki a Hope kutatási programját, amelynek fő célja az oxigén és a hidrogén légkörből való távozásának feltérképezése, valamint annak a megállapítása, hogy hogyan hatott az említett elemek távozása a légkör és klíma állapotára.

A kutatás céljának jobb megértéséhez érdemes közelebbről megismerkedni a Mars légkörével. A Mars forgástengelye a Földéhez hasonlóan nem függőleges, hanem azzal 24,9°-os szöget zár be. Emiatt a Mars időjárásában ugyanúgy elkülöníthetünk évszakokat, mint a Föld esetében. Egy marsi év 687 marsi nap hosszú. Egy marsi nap nagyjából megegyezik egy földi nap hosszával, 24 óra 37 perc 22,7 másodperc időtartamú. A marsi légkör vékony és ritka, 95 %-át széndioxid alkotja, emellett 3 % nitrogént, 1,6 % argont, nyomokban pedig oxigént, hidrogént, metánt, kéndioxidot, szénmonoxidot és vízgőzt tartalmaz. A légkörben mindezek mellett nagy mennyiségű lebegő porrészecske is van. A felszíni nyomás értéke átlagosan 6 - 7 millibar, ami a földi érték kevesebb, mint egy százaléka. A nyomás értéke változik a talajtól számított magasság és az adott évszak függvényében is. Legmagasabb a nyomás a déli félteke nyári hónapjaiban és legalacsonyabb az északi félteke nyári hónapjaiban. Az északi féltekén a tél melegebb és rövidebb, mint a délin. Amikor a déli féltekén tél van a széndioxid –123 °C-on megfagy és hósapkát képez. Ennek hatására az egész bolygón csökken a nyomás 25-30 %-kal. A magas vulkánok közelében lévő feláramló levegőben megfagy a víz és a széndioxid, a fagyott részecskékből pedig felhők jönnek létre. A déli félteke telén ugyanez a jelenség játszódik le, a felhőkből időnként szénsavból álló hó hullik a felszínre. A légkörben található oxigén a széndioxid fény hatására történő bomlásából származik, míg a molekuláris hidrogén a légkör középső rétegében jön létre a szabad hidrogén atomok összekapcsolódásából.

A Hope számos célja megegyezik a NASA MAVEN űrszondájáéval, amely 2014-től kezdve vizsgálja a Marsot. A 2018-as marsi nyáron, egy egész bolygóra kiterjedő porvihar során a MAVEN megfigyelte, hogy a hidrogén mennyisége a felső légkörben megemelkedett. Ebből a megfigyelésből következően a Hope kutató csapata arra a kérdésre keresi a választ, hogyan lehet összekapcsolni az alsó légkörben zajló folyamatokat, a porviharokat és a nappal és éjszaka közötti hőmérséklet változását az oxigén és a hidrogén részecskék felső légkörből való megszökésével. A Hope tervezett pályája lehetővé teszi, hogy globálisan tudja vizsgálni a Mars időjárását, valamint a porrészecskék, a jégfelhők, a vízgőz és hő áramlását a légkörön keresztül. Sarah Al Amiri szerint a Hope küldetésével azt szeretnék jobban megérteni, hogy milyen szerepet játszott és játszik ma a Mars a saját légkörének elvesztésében. Ahhoz, hogy a tervezett 2021-es évben elérje a Marsot a Hope-nak 2020 júliusában kellett elindulnia a Földről. Héthónapos utazás után éri majd el a vörös bolygót, ahol egy 20 000 x 44 000 km magasságú, 55 órás keringési idejű ellipszis pályára áll. A Hope által megszerzett adatokat a Science Data Center (SDC) dolgozza majd fel és Emirates Science Data Center (ESDC) néven hozzáférhetővé teszik a tudományos nagyközönség számára.

Az Egyesült Arab Emírségek 2009-ben már sikeresen együttműködött a dél-koreai Satrec Initiative vállalattal az EAE első műholdjainak megalkotásában, amely során számos mérnökük szerzett repülésmérnöki ismereteket. A 2018-ban felbocsátott KhalifaSat földmegfigyelő műhold pedig már teljes egészében az Emírségeken beül lett megtervezve és legyártva. Az EAE 2019 szeptemberében már űrhajóssal is büszkélkedhetett Hazzaa Al Mansoori személyében, aki egy hétig tartózkodott a Nemzetközi Űrállomáson. A Hope program azonban sokkal nagyobb kihívást jelentett az EAE űrhivatala számára, mint eddig bármelyik projektjük. A hibák elkerülése végett az űrszonda megtervezésénél és felépítésénél az egyszerűség lebegett a mérnökök szemei előtt. Mivel az Egyesült Arab Emírségek űrhivatalának egyáltalán nem volt tapasztalata űrszondák építésben, de mindenképpen önerőből szerette volna létrehozni a Hope-ot, ezért segítséget kért az amerikai Boulder-ben található Kolorádói Egyetem Légköri és Űrfizikai Laborjától, amely korábban is részt vett űrszonda műszerek fejlesztésében. A szonda megépítéshez létrehoztak egy fejlesztő csapatot, amely emírségekbeli és amerikai szakemberekből tevődött össze. Az arizonai Tempe-ben található Arizonai Állami Egyetem Űrkutató Intézete és a kaliforniai Berkley-ben lévő Kaliforniai Egyetem Űrtudományi Laboratóriuma szintén részt vettek a projektben a Hope műszereinek elkészítésével. Az amerikai egyetemek a szaktudásukkal segítették a projektet, míg az alkatrészek az Emírségekből, az Egyesült Államokból, Kanadából, Spanyolországból és Európából érkeztek. Két csapat dolgozott egymás mellett folyamatos együttműködésben: az emírségek mérnökei Omran Sharaf projektvezető irányítása alatt és az egyetem munkatársai Peter Withnell vezetésével. Sharaf már részt vett korábban a Dél-Koreával közösen fejlesztett műholdak létrehozásában és Mohammed Bin Rashid Al Maktoum személyesen őt kérte föl a projektvezetői szerepre.

A Hope jelentette az eddigi legnagyobb kihívást az Egyetem számára, amely korábban főleg műszerek megtervezésével és elkészítésével vett részt az űrkutatásban. Az EAE mérnökei fiatalon és lelkesen vágtak bele a projektbe, korábban sokuk más mérnöki területen tevékenykedett, így menet közben kellett beletanulniuk a repülésmérnöki feladatokba, illetve a bolygókutató szerepkörbe. Több mint 450 szakember vett részt a Hope fejlesztésében és elkészítésében, aki közül kétszázan emírségekbeli, százötvenen pedig a Kolorádói Egyetem munkatársai voltak. Az Emírségek oldaláról dolgozók több mint a harmada nő volt, ami nagyon magas arány a hasonló űrtechnológiai projektekhez képest. Az amerikai egyetemek segítsége mellett a NASA lehetővé tette a Deep Space Network nevű kommunikációs hálózatának használatát a Hope követéséhez. Mivel az Egyesült Arab Emírségek nem rendelkezik saját űrközponttal és hordozórakétával, ezért a japán űrügynökséghez fordultak segítségért. A japán partoknál fekvő Tanegasima szigeten lévő űrközpontot választották ki a szonda felbocsátására, hordozóeszközként pedig a Mitsubishi Heavy Industries által épített japán H-2A hordozórakétát használták fel. Az összeszerelést követően a Hope-ot számos tesztnek vetették alá, szimulálták a küldetés során tervezett manővereket, vákuum-tesztkamrában űrbeli körülmények között vizsgálták a szonda viselkedését, tesztelték az irányító központ által adott parancsok végrehajtását és a DNS kommunikációs hálózattal való együttműködést is. Majd a Hope-ot becsomagolták és egy Antonov 124-es teherszállító repülőgéppel Dubai-ba szállították 2020 februárjában. A dubai Mohammed bin Rashid Űrközpontban szintén alapos tesztelésnek vetették alá a szondát. Április 20. és 24. között, egy újabb repülőúttal az Antonov fedélzetén, a Hope-ot elszállították a Tanegasima Űrközpontba, ahol megkezdődött a fellövés előkészítése.

Az elkészült űrszonda testét egy 3 méter él hosszúságú kocka alkotja. Ebben helyezték el a műszereket, az irányító egységet, a kommunikáció berendezéseit, a hajtóművek üzemanyagtartályait és az akkumulátorokat. A szonda testén kívül helyezkednek el a műszerek érzékelői, a szonda navigációját segítő csillagkövető szenzorok, az 1,85 m átmérőjű kommunikációs antenna, valamint az űrbeli pályamódosítási manővereket végrehajtó és a pozicionálásért felelős hajtóművek. A szonda hat darab pályamódosító hajtóművel rendelkezik, amelyek az antennával átellenes oldalon helyezkednek el. A testhez két oldalt egy-egy darab két panelből álló kinyitható napelem szárny csatlakozik, amelyek összesen 600 W teljesítménnyel rendelkeznek. A teljes szonda kinyitott napelemekkel 7,9 méter széles és üzemanyaggal feltöltve 1350 kg tömegű. A Mars légkörének tanulmányozásához három műszert vitt magával az űrszonda: egy infravörös spektrofotométert, egy kamera rendszert és egy ultraviola spektrofotométert. Az EMIRS - Emirates Mars Infrared Spectrometer – egy infravörös spektrofotométer, az Arizonai Állami Egyetem és az MBRSC közös fejlesztése. Korábban az egyetem több marsi küldetéshez is fejlesztett infravörös spektrométereket. Az EMIRS működési tartománya a 6 és 40 μm közötti hullámhosszak. 5 cm-ként egy mintavételes felbontó képességgel rendelkezik. A műszer egy kémiai gőzfázisú leválasztással készült gyémánt prizmából, egy 3 x 3 sávos detektorból és egy pásztázó tükörből áll. Az EMIRS-t arra optimalizálták, hogy a marsi légkör alsó-közép tartományában zajló folyamatokat, főképp a por, a jégfelhők, a vízgőz és a hőmérséklet eloszlását vizsgálja. A műszer 60 darab globális képet tud készíteni hetente, azaz 20 képet körönként mindenfajta pályamódosítás nélkül, amelyeknek felbontása 100-300 km/pixel. Az EXI - Emirates Exploration Imager - egy többsávos kamera, amely 12 megapixeles felbontással rendelkezik. A műszer két lencséje az ultraviola és látható fény tartományban képes érzékelni. Három üzemmódjából kettő tudományos vizsgálatokra egy pedig fotók készítésére szolgál. Az EXI az alsó légkörben lévő por, vízjég és ózon mennyiségét képes mérni. A kamera a Kolorádói Egyetem és az MBRSC közös fejlesztése. Az EMUS - Emirates Mars Ultraviolet Spectrometer – egy ultraviola spektrofotométer, amely a spektrális tartomány 100 és 170 nm hullámhosszúságú sugárzását érzékeli. A műszer egydimenziós képeket készít az atomos hidrogén, az atomos oxigén és a szénmonoxid emissziós hullámhosszain, amelyeket az űrszonda mozgásából fakadó eltolódással egészítenek ki kétdimenzióssá. Ennek segítségével megbecsülhető az atomos oxigén és szénmonoxid mennyisége a marsi termoszférában és az atomos oxigén és hidrogén sűrűsége a marsi exoszférában. Az EMUS egy teleszkóp tükörből, egy változtatható spektrális felbontással rendelkező (1,3 nm, 1,8 nm, 5 nm) Rowland típusú spektrográfból, egy foton számlálóból és egy irányzó detektorból áll. Térbeli felbontás 300 km, amivel a teljes marsi légkört (amely nagyjából 200 km magasságig tart) és exoszférát (ami nagyjából 200 km magasság fölött kezdődik) is vizsgálni tudja. A leképező rendszer háromdimenziós modelleket tud alkotni az oxigén és hidrogén mennyiségének exoszféraban történő változásáról. Az EMUS a Kolorádói Egyetem, a Kaliforniai Egyetem és az MBRSC közös fejlesztése.

A Hope felbocsátását július 14-ére tűzték ki, de a rossz időjárás miatt az többszöri halasztást szenvedett. Végül 2020. július 19-én került rá sor. A H-2A hordozórakéta, orrán az űrszondával helyi idő szerint 5:58:14-kor emelkedett fel a Tanegasima Űrközpont Yosinobu nevű indítóállásából. Kevesebb, mint két perccel a felbocsátást követően az oldalsó szilárd hajtóanyagú fokozatok kiürültek és leváltak. Négy perc után levált az orrkúp, hat és fél perc után pedig leállt a központi fokozat hajtóműve és levált a fokozat. A második fokozat hajtóművének két egymás utáni beindításával az űrszonda és a rakétafokozat elérte az alacsony magasságú parkoló pályát. A Hope-ot a megmaradt rakétafokozat egy harmadik gyújtással gyorsította fel a Mars eléréséhez szükséges sebességre. 56 perccel a startot követően a Hope elvált a rakéta utolsó fokozatától. A Madrid közelében lévő Deep Space Network rendszerhez tartozó állomás vette először a Hope jeleit, ekkor még úgy tűnt, hogy az egyik napelem szárny nem nyílt ki rendesen. Később a dubai Mohammed Bin Rashid Űrközpont munkatársai igazolták, hogy mindkét napelem szárny rendben kinyílt. A telemetriai adatok igazolták, hogy a Hope összes rendszere megfelelően működik, nagy örömöt és megkönnyebbülést okozva ezzel a program irányítóinak. A Hope megkezdhette utazását. Az útja során a szonda a csillagkövető szenzorinak segítségével tájolta be magát. 2020. augusztus 17-én sor került egy pályamódosítási manőverre, amely során finom hangolták a Hope Mars felé vezető pályáját a hat darab nagyobb hajtómű segítségével. Végül héthónapos repülés és 493 millió km megtétele után a Hope 2021 februárjában elérte a Marsot. 2021. február 9-én perzsa-öbölbeli idő szerint 19:30-kor megkezdődött a 27 percig tartó fékezés, amely során a Hope hajtóművei 121 000 km/h-ról 18 000 km/h-ra lassították le az űrszondát. Az irányító központban lévő szakemberek számára nehéz percek következtek, mert a fékezés a Mars mögött, rádiócsendben ért véget, és amíg az űrszonda ki nem bukkant a bolygó mögül nem tudták, hogy sikerült-e a fékezés vagy sem. Hatalmas öröm és megkönnyebbülés áradt szét az irányítók és a program munkatársai között, amikor a Hope jelei igazolták a sikeres fékezési manővert. Az egész Emírségek ünnepelt, Dubai legjellegzetesebb épületeit vörös színű fénnyel világították meg a szonda sikerének tiszteletére. Mohamed bin Zayed és Mohammed bin Rashid sejkek személyesen gratuláltak a sikerhez és köszönték meg a programban dolgozók munkáját. A Hope egy nagyjából Mars körüli pályára állt.

Az EXI műszer február 26-án 9:33-kor 13 007 km magasból rögzített egy felvételt a Marson található Olympus Mons nevű hatalmas vulkánról. A 21 kilométer magas óriás a Naprendszer legnagyobb vulkánja. Az űrszonda műszereinek tesztelése során készült képeken találták meg a Hope első felfedezését; diszkrét aurorát, azaz erősen lokalizált sarki fényt a Mars éjszakai félgömbjén. A sarki fény elnevezés ez esetben tulajdonképpen félrevezető, ugyanis a diszkrét aurora nem kötődik a bolygó mágnese sarkaihoz. A Marsnak nincs a Földhöz hasonló állandó erősségű mágneses mezeje, ehelyett a bolygó felszínén, bizonyos helyeken lehet érzékelni gyenge mágnesezettséget. A Földhöz képest, ahol a sarki fényt a bolygó mágneses mezeje hozza létre a Napból érkező töltött részecskék csapdába ejtésével, a Marson háromféle sarki fényhez hasonló jelenséget is felfedeztek. Egyfajta sarki fény látható a nappali, kettő fajta pedig a bolygó éjszakai oldalán. Az egyik éjszakai jelenség csak nagyon erős napkitörés esetén látható, ekkor bevilágítja az egész éjszakai félgömböt. A másik éjszakai jelenség, a diszkrét aurora azonban nem köthető a napkitörésekhez és a Hope-nak ilyet sikerült megfigyelnie a műszerek tesztelése során. Korábban az ESA Mars Express űrszondája és a NASA MAVEN űrszondája mindketten megfigyeltek ilyen diszkrét aurorát, de csak sokkal gyengébb minőségben. A Hope jobb felbontású műszereinek és magasabb keringési pályájának köszönhetően nagyobb részét érzékeli a bolygó felszínének egyszerre, így valószínűleg a jövőben is képes lesz a diszkrét aurorák észlelésére. Egyelőre nem tudni pontosan milyen típusú töltött részecskék okozzák a diszkét aurorát, illetve azt sem, hogy ezek a részecskék a Napból, vagy magából a Marsból érkeznek. Mindössze annyit lehet tudni bizonyosan, hogy energiájuk limitált. A jelenséget az EMUS műszer észlelte UV fényként, amit az emberi szem nem képes észrevenni. Ennek ellenére a szakemberek azt feltételezik, hogy a diszkrét aurorának lehet látható spektrumba eső része is, amit a bolygó felszínén állva halvány derengésként lehet érzékelni a Mars éjszakai égboltján.

Az 1000 x 50 000 km magasságú pályáról a Hope 2021 márciusának végén több pályamódosítási manőverrel tért át a kijelölt 20 000 x 44 000 km magasságú, 55 perc keringési idejű kutató pályára. Az űrszonda 687 napig, azaz egy marsi évig tartó tudományos programja 2021. május 23-án kezdődött meg. A Hope azóta háromhavonta küld vissza nagyobb adatcsomagokat a Földre, amelynek feldolgozását folyamatosan végzik a szakemberek. 2022 februárjában fél távhoz érkezett a program és a Marshoz érkezés egy éves évfordulóját ünnepelte az űrszonda. Tudományos programjának jövő év eleji lezárásakor valószínűleg már sokkal többet fogunk tudni a Mars légkörének múltjáról és mostani viszonyairól is.

Források