Efter den smidiga ankomsten av ESA:s senaste Mars-omloppsbana, uppdragskontrollanter förbereder den nu för den ultimata utmaningen:att doppa in i den röda planetens atmosfär för att nå sin sista omloppsbana.

ExoMars Trace Gas Orbiter är på ett flerårigt uppdrag för att förstå de små mängderna metan och andra gaser i Mars atmosfär som kan vara bevis för möjlig biologisk eller geologisk aktivitet.

Efter sin långa resa från jorden, orbiteren avfyrade sin huvudmotor den 19 oktober för att bromsa tillräckligt för att fångas av planetens gravitation.

Den gick in i en mycket elliptisk bana där dess höjd varierar mellan cirka 250 km och 98 000 km, med varje krets som tar cirka fyra jorddagar.

I sista hand, dock, de vetenskapliga målen och dess roll som datarelä för ytbilar innebär att farkosten måste sänka sig ner i en nästan cirkulär bana på bara 400 km höjd, med varje bana som tar cirka två timmar.

Aerobromsning:den ultimata utmaningen

Uppdragskontrollanter kommer att använda "flygbromsning" för att uppnå detta, beordrar farkosten att skumma över den striga toppen av atmosfären för att det svaga draget stadigt ska dra ner det.

"Mängden drag är väldigt liten, " säger rymdfarkostens operationschef Peter Schmitz, "men efter cirka 13 månader kommer detta att vara tillräckligt för att nå den planerade höjden på 400 km medan motorn bara avfyras ett fåtal gånger, sparar på bränsle."

Under flygbromsning, teamet vid ESA:s uppdragskontroll i Darmstadt, Tyskland, måste noggrant övervaka farkosten under varje omloppsbana för att säkerställa att den inte utsätts för för mycket friktionsuppvärmning eller tryck.

Luftmotståndet förväntas variera från bana till bana på grund av den förändrade atmosfären, dammstormar och solaktivitet. Detta innebär att ESA:s flygdynamikteam måste mäta omloppsbanan upprepade gånger för att säkerställa att den inte sjunker för lågt, för snabbt.

Flygbromsningskampanjen börjar den 15 mars, när Mars kommer att vara drygt 300 miljoner km från jorden, och kommer att pågå till början av 2018.

Steg upp till start

Missionskontrollanter arbetar nu intensivt med att förbereda farkosten, färdplanen och marksystemen för kampanjen.

Först, den 19 januari, de kommer att justera banans vinkel i förhållande till Mars ekvator till 74º så att vetenskapliga observationer kan täcka större delen av planeten.

Nästa, att komma in i en omloppsbana varifrån man ska börja flygbromsa, höjdpunkten kommer att sänkas den 3 och 9 februari, lämnar farkosten i en bana på 200 x 33 475 km som den klarar var 24:e timme.

ESA uppdragskontrollanter har viss tidigare erfarenhet av flygbromsning med Venus Express, även om det gjordes i slutet av uppdraget som en demonstration. NASA använde också aerobromsning för att ta Mars Reconnaissance Orbiter och andra rymdfarkoster i låga banor vid Mars.

"Det här kommer att vara första gången vi använder aerobromsning för att uppnå en operativ bana, så vi tar den extra tid som finns tillgänglig nu för att säkerställa att våra planer är robusta och tillgodoser eventuella oförutsedda händelser, säger flygdirektör Michel Denis.

Börjar sakta ner

Egen flygbromsning kommer att inledas den 15 mars med en serie av sju propellerskjutningar, ungefär en var tredje dag, som stadigt kommer att sänka farkostens höjd vid närmaste inflygning – från 200 km till cirka 114 km.

"Då kan atmosfären börja sitt arbete, drar ner oss, " säger Peter Schmitz. "Om allt går som planerat, mycket lite bränsle kommer då att behövas fram till slutet av flygbromsningen i början av 2018, när de slutliga skjutningarna kommer att cirkulera den 400 km långa omloppsbanan."

Inget datum har satts, men vetenskapliga observationer kan börja när den slutliga omloppsbanan har uppnåtts. Dessutom, vägen kommer att ge två till tre överflygningar av varje rover varje dag för att vidarebefordra signaler.

Rymdfarkost A-OK

Övergripande, rymdfarkosten är vid utmärkt hälsa. Den 30 november, den fick ett uppdaterat "operativsystem". Hittills, endast ett "säkert läge" har utlösts, när ett fel fick båten att starta om och vänta på korrigerande kommandon. Det hände under preliminära tester av huvudmotorn, när en felaktig konfiguration snabbt identifierades och åtgärdades.

"Vi är glada över att få flyga en sådan utmärkt rymdfarkost, " säger Michel. "Vi har ett spännande och utmanande uppdrag framför oss."