De BepiColombo-missie naar Mercurius

Mercurius in valse kleuren.

Valse kleuren opname van Mercurius. De blauw gekleurde delen zijn rijk aan koolstof. Credit: NASA/JHUAPL

BepiColombo is een geplande Europees-Japanse missie naar de planeet Mercurius. De lancering zal in 2018 plaatsvinden. De missie bestaat uit de Mercury Transfer Module (MTM) die zorgt voor de elektriciteitsvoorziening gedurende de reis en twee verschillende orbiters. Europa (ESA) levert de Mercury Planet Orbiter (MPO) en Japan (JAXA) de Mercury Magnetopheric Orbiter (MMO).

De reis naar Mercurius zal ongeveer 7 jaar duren waarbij andere planeten gebruikt worden voor koerscorrecties en om de snelheid te verhogen. In 2020 zal de BepiColombo langs de Aarde en Venus scheren, in 2021 nogmaals langs Venus en tussen 2021 en 2025 langs Mercurius. Deze scheervluchten zullen de snelheid vertragen zodat de BepiColombo in december 2025 in een baan om Mercurius zal komen.

De Japanse MMO zal gedurende de gehele reis slapen. De MMO zal af en toe gewekt worden om de werking van de sonde te controleren. De Europee MPO zal met de Aarde communiceren en zal tevens de Japanse MMO en de MTM besturen totdat deze drie componenten van elkaar zijn gescheiden.

Net voordat de BepiColombo in een baan om de Mercurius komt zal de MTM van de twee orbiters scheiden. De twee orbiters zullen ieder in een eigen baan geplaatst worden en zullen onafhankelijk van elkaar de planeet gaan bestuderen. De Japanse MMO zal in 9,3 uur eenmaal om Mercurius heen draaien en de Europese MPO zal banen van 2,3 uur beschrijven. De missie zal minimaal één aards jaar duren en dat komt overeen met 4 Mercuriusjaren. Als de orbiters goed functioneren en er is nog genoeg geld over dan zou de missie met een jaar verlengd kunnen worden.

Geschiedenis van de BepiColombo-missie

Het eerste Europese voorstel voor een missie naar Mercurius stamt, volgens de ESA, uit 1993. Het agentschap voegde een Mercurius orbiter toe als één van de drie hoekstenen van het Horizon 2000-programma. Tot dit programma behoren ook de Cassini-sonde die aan zijn laatste maanden bij Saturnus en zijn manen bezig is en de Huygens die op de maan Titan landde.

In 2000 werd de bouw van de BepiColombo, samen met de GAIA die een driedimensionale kaart van ons sterrenstelsel maakt, goedgekeurd en werd Astrium GmbH als hoofdaannemer geselecteerd. Oorspronkelijk zou de BepiColombo met een Soyuz-Fregat-raket gelanceerd worden maar toen tijdens de ontwerpfase bleek dat de massa veel groter zou worden dan oorspronkelijk was aangenomen werd in 2008 overgeschakeld naar een Ariane-5 raket. Het wetenschappelijke comité van de ESA gaf in november 2009 de benodigde toestemming voor de ontwerpwijzigingen.

De lanceerdatum is al enkele keren naar achteren geschoven. De eerste insteek was om op 14 juli 2014 te lanceren maar dat werd vertraagd tot augustus 2015. Deze vertraging werd veroorzaakt doordat Astrium de deadline voor de productie van de zonnepanelen en de elektrische systemen niet haalde. Daarna volgde nog enkele keren een vertraging zodat de lancering van 2016 naar 2017 en uiteindelijk naar 2018 werd verschoven.

De beoogde lanceerdatum van april 2018 is ondertussen ook weer verschoven naar oktober 2018. Deze laatste vertraging is veroorzaakt doordat er tijdens de testen grote problemen naar voren kwamen met de elektrische installaties in de MTM. Volgens de ESA hebben deze vertragingen geen impact op het wetenschappelijke deel van de missie.

De BepiColombo moet volgens de ESA een bijdrage gaan leveren aan onze kennis over het ontstaan van Mercurius en het ontstaan van het zonnestelsel in zijn algemeenheid. De ESA heeft dit als volgt geformuleerd:

  • de oorsprong en de evolutie van een planeet dicht bij zijn ster onderzoeken.
  • Mercurius als planeet bestuderen: uiterlijk, interne opbouw, geologie, samenstelling en kraters.
  • het bestuderen van de exosfeer van Mercurius; de samenstelling en de dynamica.
  • het bestuderen van de magnetosfeer van Mercurius: de structuur en de samenstelling.
  • het onderzoeken van de herkomst van het magneetveld van Mercurius.
  • het testen van de algemene relativiteitstheorie van Einstein.

De Europese MPO heeft de volgende instrumenten aan boord:

  • BELA – BepiColumbo Laser Altimeter
  • ISA – Italian Spring Accelerometer
  • MPO-MAG – Magnetic Field Investigation
  • MERTIS – Mercury Radiometer and Thermal Imaging Spetrometer
  • MGNS – Mercury Gamma-Ray and Neutron Spectrometers
  • MIXS – Mercury Imaging X-ray Spectrometer
  • MORE – Mercury Orbiter Radio science Experiment
  • PHEBUS – Probing of Hermean Exosphere by Ultraviolet Spectroscopy
  • SERENA – Search for Exosphere Refilling nad Emitting Neutral Abundances (neutral and ionised particle analyser)
  • SIMBIO-SYS – Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integratd Obervatory – HRIC, STC, VIHI
  • SIXS – Solar Intensity X-ray and particle Spectrometers

De Japanse MMO wordt uitgerust met de volgende instrumenten:

  • MERMAG/MGF – Mercury Magnetometer
  • MPPE – Mercury Plasma Particle Experiment
  • PWI – Mercury Plasma Wave Instrument
  • MSASI – Mercury Sodium Atmospheric Spectral Imager
  • MDM – Mercury Dust Monitor

Oude missies naar Mercurius

In de begindagen van het ruimtevaarttijdperk zochten wetenschappers naar de meer efficiënte manier om foto’s te maken van Mercurius. Ofschoon de planeet de Aarde soms tot op 77 miljoen kilometer nadert – ongeveer eenderde van de afstand tussen de Aarde en Mars – koste het enorm veel energie om een ruimtesonde af te remmen en in een baan om Mercurius te krijgen.

Studies die in de jaren 50 en 60 van de vorige eeuw zijn uitgevoerd suggereerden dat de zwaartekracht van Venus als een katapult gebruikt kon worden om Mercurius te bereiken. Er zou op die manier geen extra raketbrandstof nodig zijn. Volgens onderzoek van destijds zouden de eerste gelegenheden om van deze katapultmethode gebruik te maken in 1970 en 1973 zijn.

Waar komt de naam BepiColombo vandaan?

Guiseppe – Bepi – Colombo was een Italiaanse onderzoeker (1920 – 1984) van de hemelmechanica die verbonden was aan de Universiteit van Padua in Italië. Hij toonde aan dat als een ruimtesonde een eenmalige scheervlucht langs Mercurius zou maken het daarna in een 176 dagen durende baan om de Zon zou komen. Dit is gelijk aan 2 Mercuriusjaren waardoor het voor een ruimtesonde gemakkelijk wordt om, na geringe baancorrecties, terug te keren naar Mercurius. Het enige nadeel is dat steeds hetzelfde deel van Mercurius verlicht zal zijn.

Bovenstaande werd door de allereerste missie naar Mercurius gevolgd. De Mariner 10 van de NASA werd op 3 november 1973 gelanceerd, maakte een scheervlucht langs Venus en maakte op 29 maart 1974 zijn dichtste nadering tot Mercurius. Ofschoon de Mariner 10 de planeet naderde aan de nachtzijde werden er foto’s gemaakt van het zonverlichte halfrond toen de Mariner 10 na de passage terugkeek naar de planeet.

Op 21 september 1974 en 16 maart 1975 volgden nogmaals scheervluchten langs Mercurius. Mariner 10 ontdekte dat Mercurius een magneetveld heeft dat erg veel lijkt op het magneetveld van de Aarde. Daarnaast werden de effecten van de zonnewind bestudeerd. Ook werd een landschap aangetroffen dat in hoofdlijnen lijkt op de Maan. Op de scheidslijn tussen donker en licht, de terminator, werd een groot inslagbassin gevonden dat het Caloris bekken is gedoopt.

Mariner 10 bleef tot de lancering van de MESSENGER ( Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry) op 3 augustus 2004, de enige ruimtesonde die een bezoek aan de kleine planeet bracht. De MESSENGER bereikte Mercurius door meerdere malen gebruik te maken van de zwaartekracht van Mercurius, Venus en de Aarde. De MESSENGER maakte in januari 2008, oktober 2008 en september 2009 een scheervlucht langs de planeet en verbleef tussen maart 2011 en april 2015 in een baan om Mercurius.

MESSENGER ontdekte o.a. bewijs van waterijs in diepe kraters aan de polen van de planeet en het voorkomen van vulkanisme op grote schaal in een ver verleden.

 

Eerste publicatie: 12 augustus 2017