ACS ( Atmospheric Chemistry Suite ) es uno de los cuatro instrumentos científicos del módulo orbital Trace Gas Orbiter (TGO) del proyecto internacional ExoMars 2016. ACS consta de tres espectrómetros infrarrojos y una unidad de control. La tarea científica de la ACS es analizar la atmósfera marciana y estimar la distribución de sustancias en la atmósfera en altura. Los instrumentos ACS y NOMAD ubicados en TGO están diseñados de tal manera que los datos recibidos de ellos se complementan entre sí. ACS fue desarrollado en el Instituto de Investigación Espacial de la Academia Rusa de Ciencias (IKI) con la participación de organizaciones científicas en Francia, Alemania e Italia.
El instrumento ACS está diseñado para estudiar la composición química de la atmósfera marciana hasta los componentes de baja concentración. Por ejemplo, se planea analizar el contenido de metano con una precisión de una parte por trillón . Además, las tareas del instrumento incluyen el estudio de la distribución de la proporción de deuterio a hidrógeno , que consiste en agua atmosférica y otros compuestos de oxígeno e hidrógeno. Está previsto que con la ayuda de los mapas de calor de Marte de la ACS, se construyan mapas de distribución de aerosoles en la atmósfera y mapas de distribución de vapor de agua [1] .
Para llevar a cabo un programa científico, ACS tiene varios modos de operación [1] :
El instrumento ACS consta de tres espectrómetros (NIR, MIR, TIRVIM) y una unidad electrónica de control.
NIR (Near-IR) es un espectrómetro echelle que opera en el rango de 0,7 a 1,6 micras . El espectrómetro tiene una alta resolución y permite estudiar los perfiles verticales y la distribución del vapor de agua en la atmósfera. NIR permite estudiar el brillo diurno del oxígeno molecular y buscar el brillo nocturno causado por procesos fotoquímicos [1] . NIR utiliza un espectrómetro echelle y un filtro sintonizable acústico-óptico AOTF en su trabajo . La resolución espectral de NIR es ~20000. El tamaño de la rejilla echelle es de 46x102 mm, el número de líneas es de 24,35 por mm con un ángulo de 70° [2] . Una característica del dispositivo es la posibilidad de registro paralelo de espectros de alta resolución. Al mismo tiempo, el dispositivo no tiene partes mecánicas móviles, lo que aumenta la confiabilidad, reduce las dimensiones y reduce el consumo de energía [1] . El antecesor del espectrómetro NIR es el instrumento " RUSALKA " ("Analizador espectral portátil de componentes atmosféricos") [3] La diferencia fundamental son las condiciones de funcionamiento de los instrumentos: en la ISS, "RUSALKA" trabajaba dentro del volumen habitable , y en el TGO NIR trabaja en condiciones de espacio abierto [4] .
MIR (Mid-IR) también es un espectrómetro echelle, pero el rango de detección es de 2,3 a 4,2 µm. El dispositivo examina el contenido de metano, la relación deuterio / hidrógeno , pequeños componentes y aerosoles en la atmósfera [1] . MIR está diseñado como un espectrómetro echelle de dispersión cruzada. Tal esquema permite colocar espectros de varios gases uno encima del otro en un marco. Un cuadro cubre el intervalo espectral hasta 300 nm [1] . El dispositivo tiene una resolución de ~50000, una relación señal-ruido de ~5000 (excluyendo el promedio), lo que permite detectar moléculas de metano de hasta 20 a 50 partes por mil millones en el modo eclipsante [1] . El ángulo de visión del dispositivo es de 0,5x10 min de arco (0,1x2,9 mrad) [2] , la rejilla echelle tiene tres golpes por milímetro [5] . El predecesor del instrumento MIR es el instrumento TIMM, que se colocó a bordo de Phobos-Grunt , pero no tuvo la suerte de dar resultados científicos. La diferencia entre TIMM y MIR radica en que el primer dispositivo utiliza un filtro acústico-óptico , mientras que el segundo utiliza el principio de dispersión cruzada [1] .
TIRVIM es un espectrómetro de Fourier en el rango de 1,7 - 17 µm. TIRVIM opera según el esquema de un interferómetro en forma de V (doble péndulo) con una apertura de 50 mm [1] . El dispositivo está diseñado para operar en los modos nadir y eclipsante. En el modo nadir se estudian los perfiles de temperatura y el contenido de aerosoles y oligoelementos de la atmósfera. Se construyen perfiles de temperatura para dióxido de carbono (banda 15 μm). En el modo eclipsante, se estudian el contenido de polvo, las nubes y la temperatura de la superficie. El metano se mapea en la banda de 3,3 µm [1] .
Todos los dispositivos del instrumento ACS pueden funcionar en modo eclipse. En el modo diurno nadir operan TIRVIM y NIR, y en el modo nocturno solo TIRVIM [4] .
Al analizar las deformaciones termoelásticas del complejo ACS, 18 soportes hechos de plástico Vespel tuvieron que ser abandonados y cambiados a aleación de titanio VT6. Esto hizo posible evitar la destrucción del punto de conexión de la herramienta ACS al módulo TGO [6] .
Peso de la herramienta 33,3 kg, consumo de energía 50 W, tráfico de telemetría 1,6 Gbit por día [4] .
El trabajo en el proyecto ACS comenzó en 2012 [5] .
ACS y sus componentes se crearon teniendo en cuenta la experiencia de desarrollar y operar los instrumentos Spicam ( Mars Express ), RUSALKA ( ISS , 2009-2012), PFS ( Mars-96 , Mars Express, Venus Express ). Las principales diferencias con respecto a sus predecesores son la alta resolución y la sensibilidad [1] .
El cliente del instrumento ACS es Roskosmos , el principal ejecutor y coordinador del trabajo es IKI, el supervisor científico del proyecto O. I. Korablev , el supervisor científico adjunto Frank Monmessan ( LATMOS , Francia). El líder técnico de los proyectos MIR y NIR es A. Trokhimovsky, y TIRVIM es A. Grigoriev [7] .
Los principales participantes del proyecto son [4] : « Instituto de Investigación Científica de Microdispositivos. G. Ya. Guskov "( Zelenograd , Rusia), "NPP" Astron Electronics "( Oriol , Rusia), LATMOS (Francia), Observatorio Astrofísico Principal de la Academia Nacional de Ciencias de Ucrania (Ucrania), OJSC " Instituto de Investigación de Instrumentación Optoelectrónica " ( Sosnovy Bor , Rusia), AMOS y Xenix (Bélgica), Sofradir (Francia), RICOR (Israel), Spectral Systems LLC (EE. UU.), LLC Instituto de Investigación Científica de Materiales Espaciales y de Aviación ( Pereslavl-Zalessky , Rusia), JSC " Compuesto " ( Korolev , Rusia).
A diferencia del instrumento para medir el contenido de metano del rover Curiosity [8] , que contiene metano traído de la Tierra, el espectrómetro ACS (ACS) instalado en el satélite artificial de Marte ExoMars Trace Gas Orbiter ( misión ExoMars ) no contiene metano en el Atmósfera marciana desde la órbita encontrada [9] , pero encontró ozono infrarrojo, cloruro de hidrógeno y una nueva banda de dióxido de carbono que nunca antes se había visto [10] [11] .