BepiColombo, den gemensamma rymdfarkosten ESA/JAXA på ett uppdrag till Merkurius, avfyrar nu sina propeller för första gången under flygning.

På söndag, BepiColombo genomförde den första framgångsrika manövern med två av sina fyra elektriska framdrivningspropeller. Efter mer än en veckas testning som såg varje propeller individuellt och noggrant genomgå sina steg, den oförskämda utforskaren är nu ett steg närmare att nå solsystemets innersta planet.

BepiColombo lämnade jorden den 20 oktober 2018, och efter de första kritiska dagarna i rymden och de första veckorna av driftsättning i omloppsbana, dess Mercury Transfer Module (MTM) drar nu fart på de högteknologiska jonpropellerna.

Det mest kraftfulla och högpresterande elektriska framdrivningssystemet som någonsin flugits, dessa elektriska blå thrusters hade inte testats i rymden förrän nu.

Det är dessa glödande kraftpaket som kommer att driva fram de två vetenskapliga orbitarna – Mercury Planetary Orbiter och Mercury Magnetospheric Orbiter – på den sju år långa kryssningen till den minst utforskade planeten i det inre solsystemet.

"Elektrisk framdrivningsteknik är väldigt ny och extremt känslig, " förklarar Elsa Montagnon, Operationschef för rymdfarkoster för BepiColombo.

"Detta innebär att BepiColombos fyra thrustrar måste kontrolleras noggrant efter lanseringen, genom att långsamt slå på var och en, en och en, och noggrant övervaka deras funktion och effekt på rymdfarkosten."

Testning ägde rum under ett unikt fönster, där BepiColombo förblev i kontinuerlig syn på markbaserade antenner och kommunikationen mellan rymdfarkosten och de som kontrollerade den kunde ständigt upprätthållas.

Detta var den enda chansen att i detalj kontrollera funktionen hos denna grundläggande del av rymdfarkosten, som när rutinmässig skjutning börjar i mitten av december, rymdfarkostens position kommer att innebära att dess antenner inte kommer att peka mot jorden, vilket gör det mindre synligt för operatörer vid uppdragskontroll.

Den första branden

Den 20 november klockan 11:33 UTC (12:33 CET), den första av BepiColombos thrusters gick in i Thrust Mode med en kraft på 75 mN (millinewton). Med detta sköt BepiColombo i rymden för allra första gången.

Tre timmar senare, den nyligen väckta propellern sattes i gång när kommandon från uppdragskontrollen ledde till att den skulle gå på full gas, rampning upp till 125mN – motsvarande att hålla ett AAA-batteri på havsnivå.

Det här låter kanske inte så mycket, men denna propell arbetade nu med den maximala dragkraft som planerats att användas under uppdragets livstid.

Drivkraftsläget bibehölls i fem timmar innan BepiColombo övergick tillbaka till normalt läge. Hela tiden, ESA:s Malargüe-antenn i Argentina stod i kommunikation med den nu glödande blåa rymdfarkosten – färgen på plasman som genererades av propellern när den brann genom xenondrivmedlet.

Dessa steg upprepades sedan för var och en av de andra tre propellerna under de följande dagarna, har bara en liten effekt på BepiColombos övergripande bana.

De små effekterna som observerades gjorde det möjligt för Flight Dynamics-teamet att bedöma propellerns prestanda i exakt detalj:analys av de två första skjutningarna visar att rymdfarkosten presterade inom 2 % av sitt förväntade värde. Analys av de två senaste skjutningarna pågår.

Tjugotvå bågar kvar

"Att se propellarna arbeta för första gången i rymden var ett spännande ögonblick och en stor lättnad. BepiColombos sjuåriga resa till Merkurius kommer att innehålla 22 jonkraftsbågar – och vi behöver absolut friska och välpresterande propeller för denna långa resa, " förklarar Paolo Ferri, ESA:s verksamhetschef.

"Varje thrusterbrännbåge kommer att pågå under längre perioder på upp till två månader, ger samma acceleration från mindre bränsle jämfört med traditionella, kemiska brännskador med hög energi som varar i minuter eller timmar."

Under varje långvarig bränning tar motorerna åtta timmars pauser, en gång i veckan, för att tillåta marken att utföra navigationsmätningar under tysta dynamiska förhållanden.

Den första rutinmässiga elektriska framdrivningsbågen börjar i mitten av december, styra BepiColombo på sin interplanetära bana och optimera sin omloppsbana inför dess svängning av jorden i april 2020.

Reser omkring nio miljarder kilometer totalt, BepiColombo kommer att ta nio förbiflygningar på jorden, Venus och Merkurius, gå runt solen 18 gånger.

I slutet av 2025 kommer överföringsmodulens arbete att vara klart:den kommer att separeras, låter de två vetenskapsbanorna fångas av Merkurius gravitation, studera planeten och dess miljö, tillsammans med dess interaktion med solvinden, från komplementära banor.

"Vi litar på propellerna och de har inte svikit oss. Vi är nu på väg till Merkurius med elektromobilitet, avslutar Günther Hasinger, ESA:s vetenskapschef.

"Detta för oss ett viktigt steg närmare att låsa upp hemligheterna hos den mystiska innersta planeten och i slutändan, bildandet av vårt solsystem."