قامت ناسا بمشاركة وكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الفضاء الإيطالية بعثتهما التي تُدعى بعثة Mars Express  والتي بدأت باستكشاف سطح ومناخ المدار القطبي للمريخ منذ وصولها إليه عام 2003 . وتُحمّل هذه المركبة حمولة -جزئًا منها مستوحى من الحمولة التي كانت على متن المركبة الروسية المشؤومة لاستكشاف المريخ عام 1996. هذا بالإضافة إلى احتوائها على جهاز تتبع مع مركبة الهبوط .

الهدف الرئيسي لهذه المهمة هو البحث عن عن المياه الجوفية في المريخ . حبث تم تزويد هذه المركبة بسبع معدات علمية والتي توصلت إلى تحريات دقيقة ،والتي بدورها ستساعد على الإجابة عن بعض الاستفسارات المتعلقة بالجيولوجيا، الغلاف الجوي، البيئة السطحية، تاريخ وجود المياه، وإمكانية وجود حياة على سطح الكوكب الأحمر . ومن الأمثلة على اكتشافات Mars Express -ولكن مازال العلماء يتناقشون من أجلها – هي استدلالها على وجود نشاط جليدي مؤخرًا، براكين المتفجرة ، وغاز الميثان. 

في البداية كانت هذه المركبة تحمل مركبة هبوط تُدعى Beagle 2  ولكن سرعان ما تم فقدانها أثناء دخولها المجال الجوي للكوكب في ديسمبر عام 2003.

انضمام ناسا لهذه المهمة الفضائية يكون بإرفاق رادار متطور يُدعى MARSIS بالمشاركة مع وكالة الفضاء الإيطالية .وهذا الرادار قام بالعديد من المهام منها : تزويد العلماء بمعلومات حول المعالم التي تقع أسفل سطح المريخ ، فوهات الحفر المدفونة ورواسب من طبقات الجليد المائي في أعمق طبقات السطح. وتتمثل أيضًا مشاركة ناسا عن طريق قيامها بتنسيق اتصالات أنظمة التتبع للتأكد من أن المركبات الفضائية تعمل معا بشكل جيد وقامت أيضًا بالمساهمة في جهاز  أداة تحليل الذرات المحايدة النشطة .

نظرة عامة علي المهمة

تهدف بعثة مارس إكسبريس إلى دراسة المدار (خاصة الأساسي) إلى جانب دراسة لبّ الكوكب وسطحه، وكذلك إلى دراسة المناخ والبيئة على سطح المريخ. و تُمثل بعثة مارس إكسبريس محاولة لتحقيق الأهداف العلمية التي فشلت في تحقيقها البعثة الروسية “مارس 96” ، متمّمةً بأبحاث بيولوجيا الفضاء التي تقوم بها “بيجل 2”. و من وجهة نظر علم مقارنة الكواكب، فإن دراسة المريخ لهي ضرورة أساسية من أجل فهم أفضل لكوكب الأرض. تحمل المركبة على متنها في الأصل سبع أجهزة علمية؛ قاعدة هبوط صغيرة، متتبع لمركبة الهبوط وكاميرا رصد بصري، كلها قد تم تصميمها للمساعدة في حلّ لغز مياه المريخ المفقودة. كل الأجهزة تأخذ قياسات السطح والغلاف الجوي ووسائل الاتصال بين الكواكب من المركبة الرئيسية في المدار القطبي، مما سيسمح لها بتغطية الكوكب بأكمله تدريجيًا. بلغت التكلفة الإجمالية الأولية لبعثة مارس إكسبريس 150 مليون يورو هذا باستثناء مركبة الهبوط. يُذكر أن عقد المقاولة الأوليّ لبناء المسبار الخاص ببعثة مارس إكسبريس كان من نصيب “أستريوم للأقمار الصناعية” التابعة لشركة الفضاء والدفاع الجويّ الأوروبية.

الإعداد للبعثة

في السنوات التي سبقت إطلاق المركبة الفضائية أعدت فرق عديدة من خبراء الشركات والمنظمات المساهمة؛ أعدت القطاعات الفضائية والأرضية. ركّز كل من هذه الفرق على مسئولياته وعلى الربط بينها كما هو مطلوب منه، غير أنه قد برز مطلب إضافي أساسي من أجل مرحلة الإطلاق والمدار الأوليّ وجميع العمليات التنفيذية الحاسمة وهي أنها لم تكن جاهزة للربط، ولذلك فقد اندمجت الفرق جميعها في فريق واحد متكامل من أجل تنفيذ المهام. كان لزامًا على جميع الخبراء أن يعملوا معًا في بيئة عملية وتنفيذية، وكذلك أن يكون هناك تناغم وسلاسة في الربط والتفاعل بين جميع عناصر النظام (البرمجيات والأجهزة، وكذلك العامل البشري) من أجل أن يتم ذلك :

– كان لابد من كتابه وتصحيح إجراءات عمليات الطيران وصولًا لأدق واصغرالتفاصيل وكذلك التحقق من سلامة نظام التحكم .
– كما وجب إجراء اختبارات للتحقق من صحة الأنظمة بواسطة القمر الصناعى لإنشاء الربط الصحيح بين القطاعات سواء على الأرض أو في الفضاء .
– كذلك كان لابد من إجراء اختبار الجاهزية للبعثة عن طريق تشغيل نظم المحاكاة بواسطة المحطات الأرضية.

الإطلاق

تم إطلاق المركبة في الثاني من يونيو لعام 2003 ، في الساعة 23:45 بالتوقيت المحلي لمدينة بايكونور في كازاخستان باستخدام صاروخ من طراز “سيوز/فريجات” ، وضعت (مارس اكسبريس) المركبة الفضائية والصواريخ المعززة مبدئيًا في المدار 200 كم حول الأرض، بعدها تم إطلاق الصاروخ مجددًا في الساعة 19:14 بالتوقيت العالمي لوضع المركبة في المدار حول المريخ . انفصل الصاروخ فريجات عن المركبة حوالي الساعة 19:17، وتم نشر الألواح الشمسية لاحقًا وتصحيح المسار في الرابع من يونيو من أجل توجيه مارس إكسبريس نحو المريخ والسماح للصاروخ التعزيزي فريجات بالهبوط في الفضاء بين الكواكب. يُعد مارس إكسبريس كأول مسبار روسي ينجح في اجتياز المدار الأرضي المنخفض منذ منذ سقوط الاتحاد السوفيتي .

مرحلة الملاحة القريبة من الأرض

امتدت مرحلة الملاحة القريبة من الأرض بداية من انفصال المركبة من المرحلة العليا للقاذف حتى اكتمال التحقق الأوّل للمسبار والحمولة. كما تتضمن نشر الألواح الشمسية واكتساب المسار المبدئى، مناورة تصحيح خطأ الحقن والتكليف الأول من المركبة والحمولة ((التكليف النهائى للحمولة حدث بعد دخول مدار المريخ)) . الحمولة تم فحصها كل آداة على حده، وهذه المرحلة استمرت نحو شهر واحد.

طور رحلة ما بين الكواكب

هذا الطور ذو الخمسة أشهر امتد منذ إنتهاء طور الملاحة بالقرب من الأرض إلى شهر واحد قبل مناورة الهبوط على المريخ و تضمن مناورات تصحيح المسار ومعايرة الحمولة . تم التخلص من معظم الحمولة أثناء هذا الطور باستثناء بعض المُراجِعات((الفواحص)) متوسطة المدى. و على الرغم من التخطيط بأن يكون هذا الطور طورًا هادئًا إلا أنه سرعان ما اتضح جليا أنه سيكون طورًا مشغولًا للغاية. حيث أنه كانت هناك مشاكل في محددات مواقع النجوم، وفي توصيلات أسلاك القوى الكهربية، ومناورات إضافية، وفي الثامن والعشرين من أكتوبر ضُربت المركبة بأحد أقوى التوهجات النجمية التى سجلت على الإطلاق.

إطلاق معدات الهبوط

قذفت معدات الهبوط بيجل 2 نحو السطح يوم التاسع عشر من ديسمبر في الساعة 8:31 بالتوقيت العالمى ودخلت الغلاف الجوى للمريخ في صباح الخامس والعشرين من ديسمبر، وكان المتوقع أن يحدث الهبوط في الساعة 2:45 بالتوقيت العالمي، لكن بعد عدة محاولات متكررة فاشلة للاتصال ب( بيجل 2) سواء عن طريق مارس اكسبريس او مسبار مركبة مارس أوديسي التابعة لناسا أعلن مجلس إدارة بيجل 2 فقدانها في السادس من فبراير 2004، وقد تم عمل تحقيق ونشرت نتائجه في وقت لاحق من نفس العام.

دخول المدار

صورة تم التقاطها في عام 2005 لمارس إكسبريس في مدار حول المريخ بواسطة مساح المريخ العالمي Mars Global Surveyor
وصلت المركبة “مارس إكسبريس” بعد رحلة 400 مليون كم وبعد تعديلات على المسار في سبتمبر وديسمبر 2003 . و في العشرين من ديسمبر أطلقت المركبة دفعة إحتراقية صغيرة وضعتها في الموقع المناسب لتبدأ في الدوران حول الكوكب . بعد ذلك شغل مسبار “مارس إكسبريس” محركه الرئيسي ودخل مدارًا أوليًّا على هيئة قطع ناقص بعداه 250 كم × 150,000 كم بزاوية ميل قياسها 25 درجة في الخامس والعشرين من ديسمبر الساعة 03:00 بالتوقيت العالمى (10:00 مساءً للرابع والعشرين من ديسمبر بتوقيت المنطفة الشرقية الأمريكية ). أول تقييم لدخول المسار أظهر أن المسبار قد وصل إلى أول معالمه على سطح المريخ. و قد تم تعديل المسار بعد ذلك بأربع إحتراقات دافعة للمحرك الأساسى حتى تم الوصول للمدار المطلوب (259 كم × 11,560 كم بزاوية ميل 86 درجة) و هو مدار شبه قطبى حيث أن المدار القطبى تكون زاوية ميله (90 درجة) و كانت الفترة التى تأخذها المركبة في الدوران حول الكوكب دورة كاملة هى 7.5 ساعة . بالقرب من أقرب نقطة من المريخ في المدار تم توجيه السطح الأمامى للمركبة إلى سطح المريخ و بالقرب من أبعد نقطة من المريخ في المدار يتم توجيه الهوائي ذو الكسب العالى إلى الأرض للإرسال والإستقبال . و بعد 100 يوم من الدوران حول الكوكب تم تقليل بُعد أبعد نقطة من المريخ في المدار إلى 10,107 كم وتم زيادة قُرب أقرب نقطة من المريخ في المدار إلى 298 كم بحيث تصبح الفترة التى يستغرقها مسبار لإتمام دورة كاملة هى 6.7 ساعة .

نشر مارسيس

في الرابع من مايو لعام 2005 نشرت مارس إكسبريس أذرع التمدد لأول الرادارين والتي يبلغ طولها 20 متراً، وذلك تمهيداً لبدء تجربة مارسيس (رادار المريخ المتقدم للسبر الجوفي وسبر الغلاف الجوي)، لم يصل ذراع التمدد في بادئ الأمر للمكان المطلوب. و لكن تم إصلاح الخلل عن طريق تعريضه لـ أشعة الشمس لبضع دقائق، وذلك في العاشر من مايو. في الرابع عشر من يونيو تم نشر ذراع التمدد الآخر والبالغ من الطول 20 متر أيضاً. كلا الذراعين كانا مهمين لصنع هوائي ثنائي القطب بطول 40 متر واللازم حتى يبدأ مارسيس في العمل. في السابع عشر من يونيو تم إضافة هوائي آخر أحادي القطب بطول