NASA:s Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) har börjat extra stjärnskådning för att hjälpa rymdorganisationen att åstadkomma framsteg i Mars-utforskningen under det kommande decenniet.

Rymdfarkosten har redan arbetat mer än det dubbla av sitt planerade uppdragstid sedan lanseringen 2005. NASA planerar att fortsätta använda den efter mitten av 2020-talet. Ökat beroende av en stjärnspårare, och mindre på åldrande gyroskop, är ett sätt som uppdraget anpassar sig för att förlänga dess livslängd. Ett annat steg är att vrida ut mer livslängd från batterier. Uppdragets utökade tjänst tillhandahåller datarelä från tillgångar på Mars yta och observationer med dess vetenskapliga instrument, trots en viss försämring av möjligheterna.

"Vi vet att vi är ett avgörande element för Mars-programmet för att stödja andra uppdrag på lång sikt, så vi hittar sätt att förlänga rymdfarkostens liv, " sa MRO-projektledaren Dan Johnston från NASA:s Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornien. "I flygoperationer, vår tonvikt ligger på att minimera risken för rymdfarkosten samtidigt som vi genomför en ambitiös vetenskaplig och programmatisk plan." JPL samarbetar med Lockheed Martin Space, Denver, vid drift av rymdfarkosten.

I början av februari, MRO slutförde sitt sista full-swapover-test med endast stjärnnavigering för att känna och behålla rymdfarkostens orientering, utan gyroskop eller accelerometrar. Projektet utvärderar det senaste testet och planerar att gå på obestämd tid till detta "all-stellar" -läge i mars.

Från MRO:s lansering 2005 tills "all-stellar"-kapaciteten laddades upp som en mjukvarupatch förra året, rymdfarkosten använde alltid en tröghetsmätenhet – som innehöll gyron och accelerometrar – för attitydkontroll. På Mars, orbiterns attityd förändras nästan kontinuerligt, med relation till solen och andra stjärnor, eftersom den roterar en gång per bana för att hålla sina vetenskapsinstrument riktade nedåt mot Mars.

Rymdfarkosten har en extra tröghetsmätenhet. Uppdraget bytte från den primära enheten till reservdelen efter cirka 58, 000 timmars användning, när den primära började visa tecken på begränsat liv för flera år sedan. Reservdelen visar normal livsprogression efter 52, 000 timmar, men behöver nu bevaras för när det kommer att behövas som mest, medan stjärnspåraren hanterar attitydbestämning för rutinoperationer.

Stjärnspåraren, som också har en backup ombord, använder en kamera för att avbilda himlen och programvara för mönsterigenkänning för att urskilja vilka ljusa stjärnor som finns i synfältet. Detta gör att systemet kan identifiera rymdfarkostens orientering i det ögonblicket. Att upprepa observationerna upp till flera gånger per sekund mycket exakt ger hastigheten och riktningen för attitydförändringen.

"I helt stjärnläge, vi kan göra normal vetenskap och normal relä, ", sa Johnston. "Tröghetsmätenheten slås på igen bara när den behövs, som under säkert läge, orbital trimmanövrar, eller kommunikationstäckning under kritiska händelser runt en Mars-landning." Säkert läge är en försiktighetsstatus som rymdfarkosten går in i när den känner av oväntade förhållanden. Exakt attitydkontroll är då avgörande för att upprätthålla kommunikationen med jorden och hålla solpanelen vänd mot solen för att få kraft.

För att förlänga batteritiden, projektet konditionerar de två batterierna för att hålla mer laddning, minska efterfrågan på batterier, och planerar att minska tiden som orbitaren tillbringar i Mars skugga, när solljus inte når solpanelerna. Rymdfarkosten använder sina batterier endast när den är i skugga, för närvarande i cirka 40 minuter av varje tvåtimmars omloppsbana.

Batterierna laddas upp av orbiterns två stora solceller. Uppdraget laddar nu batterierna högre än tidigare, för att öka deras kapacitet och livslängd. Det har minskat dragningen på dem, delvis genom att justera värmarens temperaturer innan rymdfarkosten hamnar i skugga. Justeringen förvärmer vitala delar medan solenergi är tillgänglig så att värmarna töms på batterierna, i skuggan, kan minskas.

Nära cirkeln av MRO:s bana håller sig i nästan samma vinkel mot solen, när Mars kretsar runt solen och roterar under rymdfarkosten. Genom design, när omloppsbanan passerar över den solbelysta sidan av planeten under varje omloppsbana, marken under den är ungefär halvvägs mellan middag och solnedgång. Genom att flytta omloppsbanan till senare på eftermiddagen, uppdragschefer kan minska den tid rymdfarkosten tillbringar i Mars skugga varje bana. NASA:s Mars Odyssey rymdfarkost, äldre än MRO, lyckades med detta för några år sedan. Detta alternativ för att förlänga batteritiden skulle inte användas förrän efter att MRO har stöttat nya Mars-uppdragslandningar 2018 och 2021 genom att ta emot sändningar under landarnas kritiska ankomsthändelser.

"Vi räknar med att Mars Reconnaissance Orbiter förblir i tjänst i många år till, sa Michael Meyer, ledande forskare vid NASA:s Mars Exploration Program vid byråns Washington -högkvarter. "Det är inte bara kommunikationsreläet som MRO tillhandahåller, lika viktigt som det är. Det är också observationer av vetenskapsinstrument. De hjälper oss att förstå potentiella landningsplatser innan de besöks, och tolka hur fynden på ytan relaterar till planeten som helhet."

MRO fortsätter att undersöka Mars med alla sex av orbiterns vetenskapliga instrument, ett decennium efter vad som från början var planerat som ett tvåårigt vetenskapsuppdrag som skulle följas av ett tvåårigt stafettuppdrag. Mer än 1, 200 vetenskapliga publikationer har baserats på MRO-observationer. Team som använder de två instrument som oftast nämns i forskningsartiklar – High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) kameran och Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM) mineralkartläggare – hanterar utmaningar men är redo att fortsätta tillhandahålla värdefulla observationer.

Till exempel, några HiRISE-bilder tagna 2017 och början av 2018 visar en liten suddighet som inte setts tidigare i uppdraget. Orsaken är under utredning. Andelen bilder i full upplösning med suddighet nådde 70 procent i oktober förra året, ungefär vid den tidpunkt då Mars var vid den punkt i sin omloppsbana som är längst bort från solen. Andelen har sedan minskat till mindre än 20 procent. Redan innan de första suddiga bilderna sågs, observationer med HiRISE använde vanligtvis en teknik som täcker mer markyta vid halva upplösningen. Detta ger fortfarande högre upplösning än någon annan kamera som kretsar kring Mars — cirka 2 fot (60 centimeter) per pixel — och lite suddighet har uppstått i de resulterande bilderna.

Med hjälp av två spektrometrar, CRISM kan upptäcka ett brett utbud av mineraler på Mars. Den längre våglängdsspektrometern kräver kylning för att upptäcka signaturer av många mineraler, inklusive några associerade med vatten, såsom karbonater. För att göra detta under det tvååriga främsta vetenskapsuppdraget, CRISM använde tre kryokylare, en i taget, för att hålla detektorer vid minus 235 Fahrenheit (minus 148 Celsius) eller kallare. Ett decennium senare, två av kryokylarna fungerar inte längre. Det sista har blivit opålitligt, men är fortfarande under utvärdering efter 34, 000 timmars drift. Utan en kryokylare, CRISM kan fortfarande observera en del nära-infrarött ljus vid våglängder som är värdefulla för att detektera järnoxid- och sulfatmineraler som indikerar tidigare våta miljöer på Mars.

Context Camera (CTX) fortsätter som den har gjort under hela uppdraget, lägga till nästan global täckning och söka efter förändringar på ytan. The Shallow Radar (SHARAD) fortsätter att undersöka Mars under ytan, letar efter lager och is. Två instrument för att studera atmosfären - Mars Color Imager (MARCI) och Mars Climate Sounder (MCS) - fortsätter att bygga på nästan sex Mars-år (cirka 12 jordår) av väder och klimat.