Archimedes to pierwsza sonda balonowa, która służyć będzie do badania atmosfery Marsa. Już w roku 2009 planowany jest start rakiety Ariane 5, na której pokładzie znajdzie się sonda ARCHIMEDES oraz satelita AMSAT P5-A. Sonda to balon napełniany helem o średnicy 10 metrów. Przyrządy pomiarowe znajdujące się na pokładzie sondy umożliwią analizę warunków atmosferycznych panujących na Marsie.

Tłumaczenie: Agnieszka Ślemp
Źródło: http://www.archimedes-ballon.de/

Po raz pierwszy zostanie zbadana marsjańska jonosfera. Jest to ambitny projekt, któremu patronuje niemiecki oddział The Mars Society we współpracy ze znanymi uniwersytetami i instytutami naukowymi. Sama nazwa ARCHIMEDES to akronim pochodzący od nazw poszczególnych urządzeń, które zostaną umieszczone na pokładzie sondy:
  • Aerial Robot Carrying High Resolution Imaging – kamera o wysokiej rozdzielczości
  • Magnetometer Experiment – magnetometr mierzący pole magnetyczne planety oraz wzajemne oddziaływanie pola magnetycznego Marsa i wiatru słonecznego
  • Direct Environment Sensors – zestaw przyrządów do pomiaru warunków atmosferycznych, wśród których znajdą się termometr, barometr oraz higrometr.

Dzięki tym urządzeniom sonda będzie mogła przeprowadzić cztery różne eksperymenty. Oprócz właściwych pomiarów, których dokonają wyżej wspomniane przyrządy, planowany jest jeszcze jeden eksperyment w marsjańskiej atmosferze: ponieważ balon nie będzie w żaden sposób sterowany, jego tor lotu wiele powie nam o ciśnieniu, gęstości powietrza i wiatrach wiejących na każdej wysokości.

Na projekt Archimedes składają się trzy główne programy:
ARCHYFLOW – specjalny zespół naukowców bada aerodynamiczne i termodynamiczne aspekty misji. Archimedes wejdzie do marsjańskiej atmosfery z prędkością hipersoniczną. W oparciu o przewidywaną trajektorię lotu sondy w tej fazie zostanie opracowany model matematyczny, dzięki któremu będzie można przewidzieć, jakim siłom i naprężeniom będzie podlegała sonda podczas wejścia w atmosferę Marsa. Opracowany model pomoże określić optymalny kształt balonu.
ARCHIMATTER – jest to program dążący do znalezienia najlepszych materiałów do konstrukcji balonu. Zespół pracujący nad tą fazą musi nie tylko wybrać materiał, który przetrwa start rakiety, warunki panujące w kosmosie i wejście w atmosferę Marsa, ale również znaleźć najlepszy sposób na połączenie dużych części materiału.
CLEOPATRA – koncentruje się na mechanice, elektronice i operacjach przeprowadzanych na statku kosmicznym. Dzięki testom wykonywanym podczas lotów parabolicznych członkowie projektu uzyskali cenne informacje dotyczące działania sprzętu komputerowego w warunkach nieważkości. Poza tym program ten ma na celu zaprojektowanie systemu nadmuchiwania balonu, które zostanie przeprowadzone w przestrzeni kosmicznej.


Archimedes wchodzi w atmosferę. Rys. Kees Veenenbos
Scenariusz misji
Podczas podróży międzyplanetarnej Archimedes będzie prawie cały czas znajdował się w trybie hibernacji. Zasilanie, kontrola temperatury i transmisja danych będą dostarczane bezpośrednio przez satelitę Amsat P5-A. Misję sondy Archimedes rozpocznie nowatorski pomysł – tzw. metoda ISIC (ang. In-Space Inflation Concept). Oznacza to, że sonda balonowa będzie napełniana helem dopiero w przestrzeni kosmicznej, tuż przed wejściem w marsjańską atmosferę. Dzięki temu konstrukcja pojazdu kosmicznego będzie o wiele łatwiejsza i wiele części, np. spadochron, okażą się zbędne. Ponieważ balon będzie jednocześnie bardzo duży i bardzo lekki, w warstwach atmosfery o niskiej gęstości będzie miało miejsce duże hamowanie. Zjawisko to jest interesujące zarówno z technicznego, jak i naukowego punktu widzenia: balon będzie się mniej nagrzewał i zbada atmosferę na o wiele większych wysokościach (powyżej 140 km), niż było to możliwe do tej pory. Warto wspomnieć, że plan ma dużą szansę powodzenia ze względu na porównywalnie małą masę planety Mars. Według scenariusza misji prędkość wejścia w atmosferę wyniesie ok. 4,5 km/s. Gdyby misja miała odbyć się na większej planecie, takiej jak Ziemia czy Wenus, prędkość byłaby ponad dwa razy większa, a energia kinetyczna cztery razy większa. Balon jest tak skonstruowany, że może od dwóch do dziewięciu razy przelecieć przez atmosferę, zanim zanurzy się po raz ostatni, aby w ciągu 60 minut dotrzeć do powierzchni. Dzięki małej prędkości łagodnie osiądzie na Marsie i napędzany wiatrami przemierzy powierzchnię planety. Pierwsze pomiary i dane zostaną zebrane już na wysokości 50-60 kilometrów. W ten sposób naukowcy stworzą pierwszy bezpośredni profil wysokościowy marsjańskiej atmosfery, zaczynając od jonosfery aż do samej powierzchni planety.