Mariner Mark II og utforskningen av Solsystemet

Av Einar Løberg

Da teknologien for romsonder til planetene utviklet seg fra de relativt enkle forbipasseringer av Venus og Mars foretatt av romsonder av typen Mariner, til den planlagte romferden med Galileo til Jupiter, lå hovedvekten alltid på forbedret yteevne. Hver ny sonde har gitt flere og bedre data enn sine forgjengere. På grunn av de vanskelige økonomiske tidene man i dag befinner seg i, er utsiktene dessverre annerledes. The Solar System Exploration Committee (SSEC) og NASA har utviklet en ny strategi for framtidig planetutforskning basert på lavere kostnad per ferd i stedet for høyere yteevne. SSEC ser både på ferder i Jordens nærhet og på ferder til de ytre planeter. Mange av ferdene i Jordens umiddelbare nærhet (til Månen, Mars og Venus) kan utføres til relativ lav kostnad med den nåværende generasjon av jordomkretsende satellitter. Flere selskaper som er involvert i romforskning, undersøker nå mulighetene for å tilpasse satellitter som Tiros, Atmospheric Explorer, Fltsatcom og GOES for studier av geokjemien, klimaet og atmosfæren på Mars, samt kartlegging av geokjemiske egenskaper på Månen, og for å utforske en asteroide hvis bane kommer forholdsvis nær Jorden. Ferder til de ytre planeter, kometene og til hovedbelte-asteroidene krever spesiell utvikling av energiforsyningssystemene, telekommunikasjonssystemene og de termiske kontrollsystemene, som alle må operere over store avstander. Etter oppdrag fra SSEC og NASA, studerer nå Jet Propulsion Laboratory (JPL) en «arbeidshest» som kalles Mariner Mark II (MMII) for den neste generasjon av romsonder til ferder langt ut i det ytre rom. MMII er utviklet med henblikk på å foreta begrensede målinger av samme kvalitet som Voyager og Galileo og å levere atmosfæresonder av Galileo-typen til bare en del av hva Voyager- og Galileo-prosjektene koster. Titusenvis av skarpe fotografier av Jupiter- og Saturn-systemene ble sendt tilbake av Voyager. Disse bildene ble tatt ved bruk av et sort-hvitt fjernsynskamera med en oppløsning på 800 x 800 bildeelementer. Fargefotografering og spektral informasjon ble oppnådd ved bruk av forskjellige filtere brukt i en gitt rekkefølge. For Galileo vil vidicon-televisjonsrøret som ble brukt på Voyager, bli erstattet med en ny type detektorer som kalles CCD (Charged-Coupled Devices). CCD er her små silisiumbrikker som omdanner innkommende lys til elektriske signaler. Disse detektorene skal brukes for å oppnå videre spektral respons, større fotometrisk nøyaktighet og økt følsomhet.

Betegnelsen «Voyager- og Galileo-kvalitet» innebærer:

• Å kunne kartlegge spesielle fysiske egenskaper og den kjemiske sammensetningen av visse særtrekk på overflaten av faste legemer.
• Å kunne bestemme strukturen og dynamikken av planetatmosfærer sammen med forekomsten av mange spesielle atomer og molekyler ved fjernregistrering i ultrafiolette, synlige og infrarøde bølgelengder.
• Å kunne sende en instrumentsonde inn i en planetatmosfære for å kunne måle hyppigheten og intensiteten av lyn, og å direkte måle temperatur, trykk, sammensetning, størrelsen og formen på aerosol-partikler.
• Å måle sammensetningen og fordelingen av energetisk ladede partikler og lav-energi plasma i planetionosfærer og magnetosfærer sammen med magnetiske felt og plasmabølger som virker inn på ladede partikler.
• Å måle fordelingen og noen av de fysiske og kjemiske egenskapene ved støvkorn ved å observere detaljer om hvordan de absorberer og reflekterer sollys og ved direkte målinger av de enkelte korn.

MMII starter med disse eksisterende egenskapene og bruker ny teknologi prinsipielt for å redusere kostnadene ved ferdene heller enn å forbedre romsondens yteevne. Romsonden vil være omstillbar for å kunne møte de krav som stilles for de enkelte ferdene, mens et bakkesystem vil være i stand til å følge romsonden uten å måtte omstille seg. Målet med MMII er å utvikle en kapasitet for en serie ferder i 1990-årene med en kostnadsramme på mellom 150 og 300 millioner dollar per ferd regnet i 1982-dollar. For en serie på fire eller fem ferder på ti år vil de gjennomsnittlige utgiftene per år bli begrenset til ca 100 millioner dollar. Ironisk nok er en av de realitetene som bringer MMII innenfor rekkevidde, det nåværende gap i finansiering av planetutforskning. Galileo-prosjektet, som ble vedtatt og oppstartet i 1977, er det eneste planetprosjekt under utvikling i USA. Gapet mellom starten på Galileo og starten på det neste planetprosjekt brukes til å undersøke behovene for den neste generasjon romsonder og å bestemme den mest kostnadseffektive måten å møte dem på.

Kometstudier

Studier av kometer er et av de høyest prioriterte mål for framtidig undersøkelse innenfor planetutforskningen. Kometer er antagelig de eneste tilgjengelige objekter som inneholder rester av det opprinnelige materialet som Solsystemet utviklet seg fra. De antas å inneholde en oversikt over de fysiske og kjemiske tilstander av det interstellare medium og av den opprinnelige soltåken. Videre antas det at kometer har bidratt vesentlig til å forsyne de nåværende atmosfærene til de terrestriske planeter med flyktige elementer. Det er også blitt foreslått at den type materiale vi kan finne i kometer, spilte en viktig rolle i utviklingen av livet på Jorden. I 1986 vil forbipasseringer av europeiske, sovjetiske og japanske romsonder gi oss svar på mange viktige spørsmål angående sammensetningen av gass og støv som utgjør kometens koma og hale. Ferdene ventes å verifisere Whipples hypotese om at kometkjerner er små (diameter 0,1 til 100 km) «skitne snøballer» som fordamper og blir svært aktive når de kommer nær Solen. En grundigere granskning av en komet krever mye lengre observasjonsperioder enn det som oppnås ved en forbipasseringsferd. En parallellflygning (et møte) er her nødvendig slik at kometen kan betraktes over en periode på flere måneder etter som den nærmer seg eller fjerner seg fra Solen. Ved hjelp av svært små framdriftsmanøvre vil en romsonde i møte med en komet bevege seg rundt kjernen og betrakte den fra flere forskjellige avstander og fra flere vinkler. Kometkjernens fysiske og kjemiske natur kan bestemmes ved fotografering og infrarød kartlegging, såvel som med røntgenstråle- og gammastrålespektrometre av samme kvalitet som de tilsvarende systemer om bord i Galileo. Direkte målinger kan også bli gjort av gass og støv i kometens atmosfære.

Valg av mål for et kometmøte er begrenset ved tilgjengelige og planlagte bæreraketter, til kortperiodiske kometer som har baner med lav inklinasjon. Kometene Honda-Mrkos-Pajdusakova og Tempel 2 er de to beste kandidatene for 1990-årene. Mens observasjoner fra en sonde som flyr i formasjon med en komet, vil øke våre kunnskaper om kometer enormt, vil det endelige mål være å kunne returnere en del av en komets kjerne for et detaljert studium i avanserte laboratorier nede på bakken. Framdriftsmetodene som skal til for å utføre en såpass ambisiøs ferd, er i dag ikke tilgjengelige, men det er mulig å sope opp gass og støv fra en komet ved at en romsonde passerer gjennom en komets atmosfære ved høy hastighet og returnerer prøven tilbake til Jorden for videre undersøkelser. Romsonden vil nødvendigvis måtte bevege seg gjennom komethalen med en så høy hastighet at informasjon om de fysiske og kjemiske tilstander i gassen og støvet vil gå tapt på grunn av fordampning og plasmadannelse forårsaket ved sammenstøtet. Det man imidlertid kan oppnå, er elementære og isotopiske analyser av kollisjonsfragmentene som vil gi informasjon om de felles egenskaper til en komet og de andre legemene i Solsystemet samt til den interstellare materie. Det ideelle ville være om det innenfor rammen av den nåværende teknologi kunne la seg gjøre å foreta et møte og en stikkprøvetagning på den samme ferd.

Studier av asteroider

På samme måte som kometer, er asteroider viktige for forståelsen av opphavet til og utviklingen av vårt solsystem. Siden asteroidene er relativt små legemer, antas det at oppheting forårsaket av radioaktive stoffer i legemets indre har hatt en mindre effekt her. Jord-baserte studier antyder at det er mange forskjellige typer asteroider. For romsondeferder er det to hovedtyper av objekter som må tas i betraktning: Hovedbelte-asteroidene mellom banene til Mars og Jupiter, og asteroider med ustabile baner som kommer nær Jorden og som har en levetid på noen få titalls millioner år. Kilden til asteroider som kommer nær Jorden er ikke kjent; noen eller alle kan være utdødde kometer. Det er også en utpreget systematisk variasjon av sammensetning som en funksjon av posisjon i asteroidebeltet. Mangfoldigheten av asteroider krever at det blir foretatt mer enn én type studier på kloss hold.

MMII-studier antyder muligheten for å foreta et møte med én eller muligens flere hovedbelteasteroider og forbipassering av flere andre. Møte med en hovedbelte-asteroide kan utføres med en Centaur-bærerakett ved å legge banen slik at den tar romsonden nær nok Mars til å dra nytte av Mars' gravitasjonskraft for å få energi nok til å komme på riktig plass i asteroidebeltet. Tilleggsenergi kan fås ved å fyre av en rakett under møtet med Mars. En slik manøver vil gi romsonden en asteroidelignende bane rundt Solen. Når romsonden endelig har nådd asteroidebeltet, vil det være en stor mengde asteroider å velge blant. Hadde man hatt en romsonde med solelektrisk framdrift, kunne man hatt muligheter til flere møter, men dette er dessverre ikke med i MMII-programmet. En mulighet er imidlertid at dette systemet kan utvikles i samarbeid med flere nasjoner.

Studier av de ytre planetene

Framtidig planetutforskning vil også fokuseres på de ytre planeter. Igjen vil hovedvekten bli lagt på å lære mer om opprinnelsen til og utviklingen av Solsystemet. Systematiske forskjeller mellom Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun reflekterer radiale variasjoner i de fysiske og kjemiske egenskapene til den opprinnelige soltåken. De ytre planeter har en stor variasjon av måner og ringsystemer, og å forstå dynamikken i disse systemene er en forutsetning for å kunne forstå hvordan planetene og deres måner kunne bli dannet. Det eneste legeme i Solsystemet utenom Jorden som har en nitrogenrik atmosfære, er Saturns måne Titan. Titan er blitt sammenlignet med Jorden slik den var i forhistorisk tid. Store mengder metan er også tilstede, noe som åpner muligheten for kjemiske reaksjoner som ligner de som fant sted på Jorden før liv oppstod. Det er mulig at metan befinner seg nær metningspunktet i Titans lavere atmosfære og at flytende metan er tilstede på overflaten.

Pioneer og Voyager foretok en første rekognosering av Saturn og dens ringer og måner, og det er ventet at Voyager 2 vil gjøre det samme ved Uranus i 1986. Neste skritt i utforskningen av Saturn vil være å levere en atmosfæresonde eller sende en sonde i kretsløp rundt Saturn. På grunn av Titans ugjennomtrengelige atmosfære i den synlige del av spekteret, ble det lite informasjon som Voyager kunne skaffe til veie om Titan-atmosfærens sammensetning og struktur, og absolutt ingenting om dens overflate. Nye data kunne oppnås ved å sende en sonde ned i Titans atmosfære og å observere Titan i det infrarøde spektrum og i radiodelen av spekteret. Radarkartlegging og kartlegging i infrarødt kan foretas fra sonden som leverer atmosfæresonden og den samme sonden kan benyttes ved overføring av data tilbake til Jorden. Mer fullstendig kartlegging kunne utføres med en sonde i bane rundt Saturn. Ved siden av å studere Titan ville en sonde i kretsløp rundt Saturn også kunne studere de andre månene i Saturn-systemet, samt studere Saturn selv, dens ringsystem og magnetosfære for en lengre tidsperiode. Som for Titan, kan nye data om atmosfærene til hver av de ytre planetene skaffes til veie ved å sende sonder ned i deres atmosfærer. Instrumenter av samme slag som de som vil bli brakt med Galileo til Jupiter, vil være i stand til å måle den molekylære og isotopiske sammensetningen av atmosfærene til Saturn, Uranus og Neptun. MMII er prinsipielt beregnet på å studere de små legemene i Solsystemet samt de ytre planeter, men den kan brukes til å studere de terrestriske planetene også.

Behov og utrustning til MMII

Romfergen vil bli brukt ved alle MMII-ferdene for å bringe romsondene inn i den ønskede jordbane. For å komme ut av denne banen vil det enten bli brukt en to-trinns IUS eller en kraftigere rakett av typen Centaur som har flytende hydrogen og oksygen som drivstoff. Bevilgning for utviklingen av et Centaur-trinn ble gitt i juli 1982. Noen av de foreslåtte ferdene krever enda et rakett-trinn, og dette vil da være en STAR-48 faststoffmotor som vil bli aktivisert etter at IUS eller Centaur er utbrent og koblet fra. Mange av ferdene krever finmanøvrering for å komme i den rette posisjon for et møte, og vil derfor kreve betydelige mengder drivstoff, dessuten vil mange av ferdene være av lang varighet, helt opp til 11 år. Disse to fakta vil stille store krav til romsondens evne til å kunne «passe på seg selv». I tillegg kommer at mange ferder krever presis navigasjon. Titan-ferden vil bero på optisk navigasjon for å sende av gårde atmosfære-sonden slik at den treffer Titan på riktig sted til rett tid. De nøyaktige posisjonene til kometene og asteroidene er enda dårligere kjent på grunn av de forholdsvis knappe observasjonene av disse legemene. For eksempel vil gass som unnslipper den varme siden av kometen, forårsake en akselerasjon i den motsatte retningen, noe som kan medføre at kometens bane kan bli vesentlig endret. Optisk navigasjon krever bildetagning av kometen eller asteroiden mot en bakgrunn av stjerner av størrelsesklasse 9 eller 10. Dette kravet kan lett imøtekommes ved hjelp av et kamera med CCD-sensorer montert på en treaksestabilisert plattform.

Bildetagning av samme kvalitet som den instrumentene i Voyager og Galileo gir, vil også være av største vitenskapelige prioritet for komet- og asteroide-møter og for en ferd i bane rundt Saturn. Fjernregistrerings-instrumenter vil dra nytte av en romsonde som kan holde seg fast orientert mot det aktuelle mål. Målinger som krever lang tid, er mulig ved bruk av en plattform med aktiv innsiktingskontroll. Over 80 % av Titans overflate kan kartlegges ved radar montert på en mobil plattform, slik at én halvkule observeres mens sonden nærmer seg Titan, mens den andre betraktes når sonden fjerner seg. Derfor vil navigasjon og fjernregistrering bero på en stabil heller enn en spinnstabilisert romsonde. Bildetagningssystemet, instrumentene for multispektrale studier og radaren for Titan-ferden vil produsere store mengder data. Dette setter store krav til dataoverføringsutstyret.

Andre behov for MMII inkluderer følgende:

• Den må kunne operere over avstander fra Solen på mellom 1 og 30 AE, hvis en Neptun-ferd inkluderes.
• Den må være i stand til å frakte og levere en atmosfære-sonde eller en kapsel for å returnere prøver tilbake til Jorden.
• Den må ha en innsiktingsnøyaktighet på ca 2 milliradianer for høyoppløselig bildetagning.
• Den må være i stand til å kunne vedlikeholde de vitenskapelige instrumentene.

En oppsummering av disse primærkravene finnes i tabell 2. Noen av disse kravene vil kunne bli utvidet på bekostning av større utgifter for å utføre visse typer ferder. Disse utvidelsene inkluderer en framdriftsevne på mellom 3 og 4 km/s for en eventuell ferd til mer enn én hovedbelteasteroide, ferder av ekstra lang varighet (ferder til Uranus og Neptun), og et forholdsvis nært møte med Solen (0.34 AE) hvis Enckes komet ble valgt for en ferd som skulle innebære formasjonsflygning.

Implementering

Hvordan er det så mulig å imøtekomme de krav som er listet opp i tabell 2 og kostnadsrammene for MMII på samme tid? Strategien som er basert på at MMII vil bli brukt i en serie på fire eller fem ferder over en ti-års periode, har fire komponenter:

• Ferdenes målsettinger og operasjoner må være så enkle som mulig.
• Systemene må være lett omstillbare fra én ferd til den neste.
• Krav må settes slik at konstruksjonsmarginene blir mer begrensede enn tidligere.
• Ny teknologi bør brukes til å redusere utgiftene heller enn å oppnå yteevne utover det minimale som ferden krever.

Enkelhet. En måte å holde de forskjellige romferdene så enkle som mulig på, er å begrense de vitenskapelige målene for hver ferd. Viking og Galileo er to av de dyreste prosjektene på romsektoren i den senere tid. Begge ferdene har mangfoldige heller enn få målsettinger. Viking-prosjektet hadde to sonder i kretsløp rundt Mars for global kartlegging pluss to landere som undersøkte atmosfæren og gjorde detaljerte studier av de to landingsplassene. Galileo-prosjektet inkluderer en atmosfære-sonde og en sonde som skal inn i kretsløp rundt Jupiter. Videre har kretsløpsonden en treaksestabilisert plattform for optimalisering av fjernregistrering av Jupiter og dens måner, og en spinnstabilisert del for å foreta målinger av magnetosfæren. For MMII vil en Saturn-sonde, en Saturn-sonde i kretsløp rundt planeten og en Titan-sonde være tre separate ferder. Videre vil kretsløpsonden rundt Saturn ikke være spinnstabilisert. Passende målinger av partiklene i magnetosfæren kan likevel utføres med et sett vidvinkelsensorer. Ulempen ved en fast orientering for magnetosfæriske målinger vil bli oppveid av den fordelen dette systemet vil ha for fjernregistrering.

Bakkesystemet som skal understøtte romsondene under de forskjellige ferdene, må også være så enkelt og billig som mulig. Nøkkelord her er automatisering og konstruksjon av romsonden slik at den er mest mulig selvstendig. Dette siste vil medføre at prisen på MMII vil bli høyere, men MMII-ferdene vil vanligvis være av en slik varighet at nettogevinsten ved en selvstendig «tenkende» romsonde vil være stor. Romsonden må være i stand til å se etter seg selv for mange dager av gangen uten kommandoer fra bakken. Under den lange ferden mot målet vil et radiosignal kontinuerlig indikere romsondens «helsetilstand». Signalet vil bli overvåket én eller to ganger i uken og et alarmsystem vil bli aktivisert automatisk hvis noe galt skulle skje.

Når romsonden er fremme ved målet, må rekkefølgen av operasjonene som romsonden skal foreta, være så enkel som mulig, med et minimum av aktivitetstilstander. Med dens store antall måner, vil en ferd i bane rundt Saturn bli spesielt sårbar for en kostnadsøkning assosiert med romsonden. Inkluderingen av en automatisk målsøker og «intelligente» selvtilpassende instrumenter kan være kostnadsbevarende for en slik ferd. Hvert instrument må operere så uavhengig som mulig. Energiforsynings- og databehandlings-marginene må være såpass store at de kan tillate et instrument å forandre sin operasjonstilstand, enten automatisk eller ved kommandoer fra bakken, uten forutgående koordinering, planlegging eller simulering av effektene av forandringene som romsonden og dens instrumenter vil gjennomgå.

Omstillbarhet. Et hovedkrav ved utformingen av MMII er at det må være mulig å omstille romsonden til en lavest mulig kostnad fra én ferd til den neste. En høy grad av «arvelighet», det vil si at romsonden kan ta i bruk reservedeler fra beslektede romsonder, fra ferd til ferd, må være mulig. En modulær romsondekonfigurasjon utvikles slik at samme type sonde kan anvendes for alle de typer av ferder som er listet opp i tabell 1. Stillingskontrollsystemet befinner seg på en treaksestabilisert plattform med en gitt stjerne og Jorden som referansepunkter. En sentral modul inneholder den del av romsondens elektronikk og elektromekaniske og elektrokjemiske komponenter som ikke krever utvendig montering. Flere forskjellige moduler er koblet til sentralmodulen. Grensesnittene mellom hver av de ytre modulene og sentralmodulen vil være så mekanisk, elektrisk, termisk og logisk standardisert som mulig for hver ferd. Utforming av disse grensesnittene krever nøyaktig planlegging såvel som eventuell introduksjon av ny teknologi. Radiofrekvensmodulen inkluderer en antenne som gir ekstra høy ytelse for ferder langt ut i det ytre rom og tilhørende utstyr samt mottager. En studie er i gang for å undersøke om direktive antenner med forskjellig størrelse skal bringes med på forskjellige ferder eller om det er mulig å imøtekomme de krav som ferden stiller med én antennekonstruksjon. En eller flere rundstråleantenner kan også inkluderes i radiofrekvensmodulen for bruk i nødsituasjoner hvor romsonden har mistet orienteringssansen vis-a-vis Jorden. Framdriftsmodulen inneholder den nødvendige mengden av drivstoff for baneforandringer og stillingskontroll. Energiforsyningsenheten kan enten være et solcellepanel eller en radioisotopgenerator (RTG). RTG vil bli valgt for ferder langt ut i det ytre rom. På grunn av at RTG er en radioaktiv kilde, vil denne bli godt avskjermet samtidig som den vil bli plassert langt fra de vitenskapelige instrumentene for å hindre eventuelle uønskede forstyrrelser når målinger skal foretas. En RTG kan for eksempel ikke brukes i en sonde som skal gå i bane rundt Mars, når gammastrålespektrometre brukes for å måle sammensetningen av Mars-overflaten ved analyse av den lave fluksen av gammastråler som den eventuelt vil sende ut. For ferder av denne typen vil man derfor bruke et solcellepanel. Det må da settes av rom inne i sentralmodulen for plass til batterier som vil bli benyttet når sonden ikke befinner seg i sollys. Energioverføringsenhetene i sentralmodulen vil være de samme for alle ferdene uansett energikilde.

De vitenskapelige instrumentene og stillingskontrollsystemene vil befinne seg på utsiden av sentralmodulen, på en eller flere bommer eller en ledd-delt plattform. Bommene er ment for instrumenter som må isoleres på grunn av faren for interferens assosiert med sondens sentralmodul. Den ledd-delte plattformen kan rotere om to akser slik at instrumentene kan orienteres i nesten enhver retning.

Den siste modulen vil bestå av en sonde for Titan eller den kan være en kapsel som kan returnere prøver fra en komet tilbake til Jorden. De store drivstofftankene som trengs til de interplanetariske manøvrene, vil bli koblet fra før den nevnte sonden skilles fra.

Sonden som skal hente komet-materiale må fly gjennom en komets støvsky med høy hastighet. Romsonden beskyttes mot støv ved hjelp av et skjold og en prøveinnsamlingsbeholder. Gjennom forbipasseringen vil energiforsyningsmodulen og sveipeplattformen bli foldet sammen og gjemt bak skjoldet. Skjoldet må peke nøyaktig i den retning hvor belastningen som forårsakes ved den høye hastigheten, vil være størst. Hvis det er nødvendig å opprettholde telemetrikontakt gjennom forbipasseringen, vil den direktive antennen kunne tippes i retning Jorden.

Det å kunne ta i bruk reservedeler fra beslektede sonder og evnen til rekonfigurasjon kan anvendes til mer enn bare hovedkomponentene til romsonden. Disse egenskapene kan også anvendes på sondens mindre komponenter og på de vitenskapelige instrumentene.

Evnen til modularisering reduserer virkningen av de forandringer som vil bli gjort. Utgifter for ombygging, omtesting og testing med hensyn på romsondens evne til virkelig å kunne utføre en lang romferd vil bli minimalisert. En høy grad av bruk av reservedeler vil i sterk grad bidra til å redusere utgiftene ved hver enkelt ferd.

Konstruksjonsmarginer. For å oppnå rekonfigurerbarhet til lave kostnader, er akseptable konstruksjonsbegrensninger viktige. Når tilstrekkelig mange begrensninger er tatt i betraktning, så vil den antatte vekt for MMII-romsonden ligge på ca 600 kg, og da er drivstofftankene, drivstoffet og eventuelle sonder som medbringes utelatt. De vitenskapelige instrumentene vil veie ca 97 kg. Romsondens anslåtte masse vil nok øke under utviklingsprosessen fra det opprinnelige utkast til den aktuelle konstruksjon. Programmer for å redusere massen ved å sette opp grenser for hvor mye som kan tas med har vist seg å være dyre. Mer viktig enn å sette opp marginer for å dekke eventuelle usikkerhetsmomenter, er evnen til å gjøre grensesnittene enklere og å redusere utgiftene på andre måter. Framdriftsmodulen er et eksempel på hvor nye massebegrensninger kan redusere utgiftene ved MMII-ferdene. Hvis massen skal minimaliseres, vil drivstofftankene for hver ferd være så små som mulig. Det ville imidlertid bli billigere å planlegge, bygge og teste en eller to tankstørrelser og la være å fylle disse helt opp for ferder som krever mindre baneforandringer. Konstruksjonsmarginer kan også være til hjelp for å redusere utgiftene til lagring av data, beregninger og termisk kontroll. For eksempel vil evnen til å la alle instrumentene operere på maksimal yteevne samtidig eliminere en god del av aktivitetene som krever sekvensiell behandling. Egnet datalagrings- og regnemaskinkapasitet kan også redusere mengden av detaljert planlegging og sekvensiering.

Ny teknologi. MMII vil dra full nytte av den nåværende pause i planetutforskningen til å kunne nyttiggjøre seg de seneste teknologiske nyvinningene. Avansert teknologi og avanserte utviklingsmetoder vil bli brukt til å redusere utgifter, unngå problemer med foreldede reservedeler og oppnå akseptabel yteevne. Målet er å kunne demonstrere teknologisk modenhet før prosjektet starter opp. Flere studier innenfor ny teknologi har så langt vært lovende når det gjelder å redusere utgiftene og å gi prosjektet en nettogevinst. Eksempler på det inkluderer følgende:

• Et X-bånd telemetrisystem for alle bånd. Voyager mottar kommandoer fra bakken på S-båndfrekvensen 2110 megahertz og overfører data i både S-bånd (300 MHz) og i X-bånd (8400 MHz). X-båndet foretrekkes fordi ytelsen til den direktive antennen direkte varierer med kvadratet av frekvensen, mens støy forårsaket av ladede partikler langs strålen er en invers funksjon av kvadratet på frekvensen. MMIIs to-veis X-bånd system vil ikke bare ha bedre yteevne enn Voyager-systemet, men også vekt og pris vil reduseres fordi det er enklere og krever mindre utstyr å ta seg av én frekvens enn to.
• Fiber-optiske sensorer for bruk som et inertielt referansesystem. Et inertielt referansesystem basert på slike sensorer har ingen bevegelige deler og høy nøyaktighet. Det kan tilby betydelige kostnadsfordeler i forhold til de tradisjonelle gyroskopene i det øyeblikk de integrerte optiske kretsene kan masseproduseres. Det er ventet at industrien i slutten av 1980-åra vil investere betydelig i utviklingen av fiber-optiske komponenter og integrerte optiske kretser.
• En sensor som tenkes brukt til å finne egnede stjernereferanser basert på en CCD under mikroprosessorkontroll. Denne sensoren kan avbilde flere stjerner samtidig for å skaffe til veie et referansepunkt på himmelen for romsonden eller den kan brukes til å spore opp målobjekter hvis den er montert på plattformen med vitenskapelige instrumenter. Dette kan være av stor nytte hvis den nøyaktige posisjonen til målobjektet er beheftet med usikkerhet og kan videre være behjelpelig med å redusere utgiftene ved å redusere planlegging angående sekvensiering og kalibrering av plattformens innsiktingsegenskaper.
• VLSI-kretser, som er de mest avanserte mikroprosessorene man i dag rår over. Disse kretsene kan brukes i kommando- og databehandlingssystemet (CDH) og i undersystemene i stillingskontrollenhetene. Videre kan de brukes i enhetene mellom CDH-systemene og de vitenskapelige instrumentene og i andre undersystemer i romsonden. I et utkast for CDH-systemet, inkorporeres VLSI- og LSI-komponenter i selvkontrollerende datamaskinenheter. VLSI-kretser vil medføre reduksjon i utgifter, vekt, energiforsyning og volum for lagring av elektroniske komponenter.
• Bildekompresjon. Dette er et annet felt hvor VLSI-kretser kan benyttes. Nylig utviklede datakompresjonsteknikker med lav feilfrekvens, tillater antall databiter som trengs for å overføre et bilde, å reduseres med en faktor på 1, 3 eller 4 uten noe tap av informasjon. En undersøkelse som nylig er avsluttet, viser at data fra optisk navigasjon kan komprimeres med en faktor på så mye som 100 uten degradering av nødvendig informasjon. Datakompresjonsteknikker kan ha en betydelig innflytelse på telemetrioverføringer, antennestørrelse, energi til dataoverføring og datalagringskapasitet, og derfor også på kostnader.
• Fordeling av elektroniske og optiske datadisketter. Hvis det viser seg kostnadseffektivt, vil bakkesystemet for MMII tillate forskerne å ha tilgang fra fjerne terminaler. Dette ville overflødiggjøre behovet for å generere og å transportere store mengder av bildemateriale og magnetbånd til brukerne. Det vil sannsynligvis også ligge betydelige kostnadsfordeler ved bruk av digitale optiske disketter, som kan lagre en stor mengde data og reproduseres til lave kostnader.

Konklusjon

SSEC har her trukket opp retningslinjene for planetutforskningen fram til år 2000. MMII utvikles med henblikk på å imøtekomme de behov som SSEC har satt opp på sin liste. Den foreslåtte romsonden kan rekonfigureres ved lave utgifter fra en ferd til den neste og bli understøttet av et forenklet bakkesystem som vil bli i stand til å kunne betjene flere ferder samtidig. Det antas at MMII kan imøtekomme en kostnadsramme på 150 til 300 millioner dollar per ferd. Det vil kreve disiplin for å kunne begrense målet for hver ferd og dermed begrense romsondens og bakkeanleggets kompleksitet og yteevne til det minimumskrav som kreves for å imøtekomme disse målsettingene. Dessuten vil man unngå å bruke ny teknologi før denne har vist sin dugelighet for de aktuelle prosjektene. Etter to tiår med planetutforskning har vi nå den kunnskap og erfaring som skal til for å kunne sette i gang med en serie romferder ut i det ytre rom av uvurderlig vitenskapelig betydning, og samtidig kunne implementere disse til en forholdsvis rimelig pris.

Krav til en sonde som skal tilfredsstille spesifikasjonene for Mariner Mark II

• Øvre trinn skal være IUS eller Centaur.
• Ferdens varighet skal kunne være så mye som åtte år, med mulighet for forlengelse til 11 år.
• Kommunikasjon med sonden skal kunne foregå ut til 11 AE fra Jorden, med mulighet for økning til 30 AE.
• Sonden skal benytte optisk navigasjon.
• Sonden skal være treaksestabilisert.
• Data skal kunne lagres om bord i sonden.
• Det skal være plass til en dattersonde.