Efter flera veckor av dåligt väder och hårda vindar, det senaste paret falltester på hög höjd av ExoMars fallskärmar ägde rum i Kiruna, Sverige. Den 15 m breda första etappens huvudfallskärm fungerade felfritt i överljudshastigheter, medan den 35 m breda andra etappens fallskärm fick en mindre skada, men bromsade upp mock-upen av landningsplattformen som förväntat.

ESA-Roscosmos ExoMars uppdrag, med Rosalind Franklin rover och Kazachok ytplattform, är planerad att lanseras i september 2022. Efter en nio månader lång interplanetär kryssning, en nedstigningsmodul som innehåller rover och plattform kommer att släppas ut i marsatmosfären med en hastighet av 21 000 km i timmen.

Att sakta ner kräver en termisk skärm, två huvudfallskärmar – var och en med sin egen pilotränna för utdragning – och ett retroraketframdrivningssystem utlöstes 20 sekunder före landning. Den 15 m breda första etappens huvudfallskärm öppnas medan nedstigningsmodulen fortfarande färdas i överljudshastigheter, och den 35 m breda andra stegets huvudfallskärm utplaceras i subsoniska hastigheter.

Justering och testning av ExoMars fallskärmar har varit en prioritet efter en serie misslyckade falltester under 2019 och 2020. Teamet förbättrade designen genom att köra markbaserat, dynamiska extraktionstester för snabba vändningar vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Kalifornien förra året. Och för att minska riskerna innan du kör dessa falltester på hög höjd, ESA beställde reservfallskärmar från den amerikanska tillverkaren Airborne Systems, själva företaget som levererade Perseverances fallskärmssystem.

De senaste falltesterna ägde rum den 24 och 25 juni på Rymdbolagets Esrange-anläggning. Varje falltest på hög höjd såg en nedstigningsdocka modul upphöjd till en höjd av 29 km av en stratosfärisk ballong uppblåst med helium. Efter release, utdragningen av pilotrännan inleds med en kontrollerad utdragning av huvudfallskärmarna från deras munkpåsar.

Det första testet fokuserade på att validera Airborne Systems backup överljudsfallskärm – det första falltestet för denna fallskärm i denna ExoMars testkampanj. Det andra testet genomfördes följande natt med den modifierade subsoniska fallskärmen och väskan som levererades av det italienska företaget Arescosmo. Varje test utformades för att applicera den fulla belastningen som förväntades under Mars-inträdet, nedstigning och landning, allt med extra säkerhetsmarginaler.

"Vi är mycket glada att kunna rapportera att den första huvudfallskärmen fungerade perfekt:vi har en överljudsfallskärmsdesign som kan flyga till Mars, säger Thierry Blancquaert, ExoMars programgruppledare, noterar att "det kommer att finnas åtminstone två ytterligare möjligheter att testa denna fallskärmsdesign för att få ytterligare förtroende".

"Prestandan för den andra huvudfallskärmen var inte perfekt men mycket förbättrad tack vare de justeringar som gjorts på väskan och kapellet. Efter en smidig utdragning ur väskan, vi upplevde en oväntad lossning av pilotrännan under den slutliga uppblåsningen. Detta innebär sannolikt att huvudfallskärmstaket drabbades av extra tryck i vissa delar. Detta skapade en reva som innehölls av en Kevlar-förstärkningsring. Trots att, den uppfyllde sin förväntade retardation och nedstigningsmodulen återställdes i gott skick."

Teamet kommer att undersöka mer detaljerat ursprunget till denna nya anomali innan de slutför konfigurationen av nästa par falltester som förväntas äga rum i oktober/november 2021 från Oregon, U.S.. Tidigare problem på grund av friktionen mellan kapell och väska verkar nu vara lösta.

Eventuella justeringar av fallskärmssystemet kommer först att testas på den dynamiska extraktionstestriggen på NASA/JPL för att kontrollera hur frigörandet av påsen sker, som det skulle hända i Mars atmosfär. Dessa tester kan upprepas vid en snabb vändning och minskar risken för anomalier.

Falltester på hög höjd kräver komplex logistik och strikta väderförhållanden, gör dem svåra att schemalägga, och avbryts ofta i sista stund om situationen förändras. Vindhastigheten och riktningen på olika höjder måste beaktas för en smidig uppstigning av ballongen och återhämtning på marken av hårdvaran, eftersom fallzonen endast kan nås via helikopter.

Systemet som testas är utformat för att leverera viss telemetri i realtid till ett markkontrollcenter för att utvärdera retardationsprofilen. Dock, det verkliga resultatet av testet kräver att fallskärmarna återställs, påsar, hårddiskar och högupplösta kameror.

"Vi var i startgroparna tjugofyra timmar om dygnet, sju dagar i veckan, väntar på att ett lämpligt testfönster ska öppnas i en månad, ", tillägger Thierry. "Vi är lättade över att äntligen ha genomfört dessa tester och tackar alla markteam som arbetat så hårt mitt i de extra covid-relaterade begränsningarna för att utföra testerna, samt hämta och inspektera fallskärmarna."

Analysen av telemetridata kommer att hjälpa till att korrelera de viktigaste fallskärmsutbyggnaderna och inflationsmodellerna. Teamet kommer nu att arbeta för att förstå den andra pilotrännan, och att föreslå åtgärder som kan lösa detta problem inför nästa falltest på hög höjd.