Mars Global Surveyor foi uma sonda espacial orbitadora estadunidense, destinada a explorar o planeta Marte. Desenvolvida e operada pela NASA e pela Jet Propulsion Laboratory, foi lançada em 07 de novembro de 1996 através de um foguete lançador Delta II a partir da Estação da Força Aérea de Cabo Canaveral, Flórida. A Mars Global Surveyor foi uma missão de mapeamento global que examinou todo o planeta, desde a sua ionosfera, passando através de sua atmosfera, até a sua superfície.
Como parte do programa de exploração de Marte, a Mars Global Surveyor auxiliou outras sondas orbitadoras durante fases de aerofrenagem, além de auxiliar os rovers da missão Mars Exploration Rovers, identificando potenciais locais de aterrissagem e retransmitindo seus dados.
A sonda completou sua missão inicial em janeiro de 2001, e durante a terceira fase de sua missão prorrogada, parou de responder as mensagens e comandos em 02 de novembro de 2006. Três dias depois, um fraco sinal foi detectado, indicando que a sonda havia entrado em modo de segurança. Após fracassadas tentativas de resolver o problema e retomar o controle da sonda, a NASA encerrou oficialmente a missão em janeiro de 2007.
Objetivos Durante sua missão principal, a sonda alcançou os seguintes objetivos: Caracterizou as características superficiais e os processos geológicos de Marte; Determinou a composição, distribuição e propriedades físicas dos minerais da superfície, rochas e gelo; Determinou a topografia global, a forma do planeta e seu campo gravitacional; Estabeleceu a natureza do campo magnético e mapear o campo remanescente da crosta; Monitorou o clima global e a estrutura térmica da atmosfera; Estudou as interações entre a superfície de Marte e a atmosfera, monitorando as características da superfície, as calotas polares que se expandem e retrocedem, o balanço de energia polar, a poeira e as nuvens à medida que migram ao longo de um ciclo sazonal. Durante sua missão prorrogada, a sonda também alcançou os seguintes objetivos: Monitoramento contínuo do clima para formar um conjunto contínuo de observações com a Mars Reconnaissance Orbiter da NASA, que opera em Marte desde março de 2006; Imagens de possíveis locais de pouso para o aterrissador Phoenix, em 2008, e para o rover Curiosity, em 2012; Observação e análise de sítios-chave de interesse científico, tais como sítios de afloramento de rochas sedimentares; Monitoramento contínuo das mudanças na superfície devido ao vento e ao gelo.
Especificações A sonda foi fabricada na fábrica da Lockheed Martin Astronautics em Denver. A Surveyor possuía o formato semelhante a uma caixa de forma retangular, com seus painéis solares fotovoltaicos que se estendiam de dois lados opostos dessa caixa. Quando totalmente carregada com propelente no momento do lançamento, a espaçonave pesava aproximadamente 1 060 kg.
A maior parte da massa da sonda estava no módulo em forma de caixa que ocupava a parte central da espaçonave. Este módulo central era composto de outros dois módulos retangulares menores, empilhados um sobre o outro, sendo um deles denominado de "módulo de equipamentos", e alojava a parte eletrônica da sonda, seus instrumentos científicos, e o computador de bordo MIL-STD-1750A. O outro módulo, chamado de "módulo de propulsão", alojava os propulsores e os tanques de propelente.
Para o desenvolvimento e construção da sonda, foram gastos US$ 154 milhões, para o lançamento mais US$ 65 milhões, e paras as operações em terra e análise de dados foram gastos mais US$ 20 milhões por ano.
Instrumentos científicos A sonda contava com cinco instrumentos científicos, eram estes: Mars Orbiter Camera (MOC): uma câmera para fotografar imagens em alta resolução da superfície do planeta; Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA): um altímetro a laser; Thermal Emission Spectrometer (TES): um espectômetro de emissões térmicas; MAG/ER: um magnetômetro e um refletômetro eletrônico; Ultrastable Oscillator (USO/RS): um oscilador ultra-estável para medições do efeito Doppler; Mars Relay (MR): uma antena para retransmitir dados. A câmera Mars Orbiter Camera (MOC) possuía três configurações: A de ângulo estreito, que fotografava imagens em preto e branco de alta resolução (geralmente de 1,5 a 12 metros por pixel); A de ângulo maior, que fotografava imagens vermelhas e azuis para o contexto (240 metros por pixel) e imagens globais diárias (7,5 km por pixel).
Mars Orbiter Camera A MOC registrou mais de 240 mil imagens abrangendo porções de 4,8 anos marcianos, de setembro de 1997 e novembro de 2006. Uma imagem de alta resolução da MOC cobria uma distância de 1,5 ou 3,1 km de comprimento. Muitas vezes, uma imagem era menor que este tamanho pois era recortada para exibir apenas uma determinada área. As imagens de alta resolução podiam cobrir características de 3 a 10 km de comprimento. Quando uma imagem de alta resolução era registrada, uma imagem de contexto também era registrada. A imagem de contexto exibia os rastros da imagem de alta resolução. Imagens de contexto possuíam tipicamente 115,2 km² com resolução de 240 metros por pixel.
Mars Relay A antena Mars Relay auxiliou os rovers da missão Mars Exploration Rovers para retransmissão de dados de volta à Terra em conjunto com o buffer de memória de 12 MB da Mars Orbiter Camera. No total, mais de 7,6 gigabits de dados foram transferidos dessa forma.
Lançamento e inserção orbital A Mars Global Surveyor foi lançada a partir da Estação da Força Aérea de Cabo Canaveral, na Flórida, em 07 de novembro de 1996, a bordo de um foguete Delta II. A sonda percorreu quase 750 milhões de quilômetros ao longo de uma viagem de 300 dias para chegar a Marte em 11 de setembro de 1997.
Ao chegar a Marte, a Surveyor disparou seu propulsor principal em uma queima de 22 minutos para inserção orbital em Marte. Esta manobra reduziu a velocidade da sonda e permitiu que a gravidade do planeta a capturasse em órbita. Inicialmente, a Surveyor entrou em uma órbita elíptica alta com um período orbital de 45 horas. A órbita tinha um perigeu de 262 km acima do hemisfério norte, e um apogeu de 54,026 km acima do hemisfério sul do planeta.
Aerofrenagem Após a inserção orbital, a Surveyor realizou uma série de mudanças de órbita para reduzir o perigeu de sua órbita para as camadas superiores da atmosfera marciana a uma altitude de cerca de 110 km. Durante cada passagem atmosférica, a sonda tinha sua velocidade reduzida em uma pequena quantidade devido ao arrastro atmosférico. A densidade da atmosfera marciana em tais altitudes é comparativamente baixa, permitindo que este procedimento seja realizado sem danos à sonda. Esta redução de velocidade fez com que a sonda reduzisse o apogeu de sua órbita. A Surveyor utilizou esta técnica de aerofrenagem durante um período de quatro meses para reduzir o apogeu de sua órbita de 54 mil quilômetros, a altitudes próximas dos 450 quilômetros.
Em 11 de outubro de 1997, a equipe de voo realizou uma manobra para elevar a altitude do perigeu para fora da atmosfera marciana. Esta suspensão da aerofrenagem foi realizada porque a pressão de ar da atmosfera causou com que um dos dois painéis solares da sonda dobrassem para trás em uma pequena quantidade. O painel em questão foi ligeiramente danificado logo após o lançamento, em novembro de 1996. A aerofrenagem foi retomada em 07 de novembro, depois que os membros da equipe de voo concluíram que a aerofrenagem era segura, desde que ocorresse a um ritmo mais suave do que o plano original da missão.
Sob o novo plano de missão, a aerofrenagem ocorreu com o perigeu da órbita a uma altitude média de 120 km, em oposição à altitude original de 110 km. Esta altitude ligeiramente mais alta resultou em uma diminuição de 66% em termos da pressão do ar sofrida pela sonda. Durante estes seis meses, a aerofrenagem reduziu o período orbital da sonda para entre 12 e 6 horas.
De maio a novembro de 1998, a aerofrenagem foi temporariamente suspensa para permitir que a órbita de deriva se colocasse na posição adequada em relação ao Sol. Sem este hiato, a sonda iria completar a aerofrenagem com sua órbita na orientação solar errada. A fim de maximizar a eficiência da missão, esses seis meses foram dedicados a coletar o máximo de dados científicos possível. Os dados foram coletados entre duas e quatro vezes ao dia, no perigeu de cada órbita.
Finalmente, de novembro de 1998 a março de 1999, a aerofrenagem continuou e reduziu o apogeu da órbita até 450 km. A essa altura, a Surveyor orbitava Marte uma vez a cada duas horas. A aerofrenagem foi programada para terminar ao mesmo tempo em que a órbita de deriva se colocasse em sua posição apropriada em relação ao Sol. Na orientação desejada para operações de mapeamento, a sonda cruzava o equador do lado do dia às 14h00 (horário local de Marte), movendo-se do sul para o norte. Esta geometria foi selecionada para aumentar a qualidade total do retorno de dados científicos.
Resultados da missão
Mapeamento A sonda orbitava Marte uma vez a cada 117,65 minutos a uma altitude média de 378 km, em uma órbita polar próxima (inclinação de 93 graus), que é quase perfeitamente circular, movendo-se de do polo sul ao polo norte em apenas uma hora. A altitude foi escolhida para tornar a órbita hélio-síncrona, de modo com que todas as imagens que foram fotografadas pela sonda da mesma área da superfície em diferentes datas fossem fotografadas em condições de iluminação idênticas. Após cada órbita, a sonda orbitava o planeta 28,62 graus para o oeste, pois Marte já havia rotacionado por baixo dela. Com esse efeito, era sempre 14h00 para a sonda, já que ela se movia de um fuso horário para o outro exatamente tão rápido quanto o Sol. Após sete sols e 88 órbitas, a sonda se aproximava de seu trajeto precedente, com um desvio de 59 km a leste. Isto assegurou a eventual cobertura total de toda a superfície.
Em sua missão prolongada, a Surveyor fez muito mais do que estudar o planeta diretamente abaixo dela. Comumente executou manobras de rotações e elevações para adquirir imagens de sua posição no nadir. As manobras de rotação, denominadas de ROTOs (Roll Only Targeting Opportunities), rotacionavam a sonda à esquerda ou à direita da sua posição terrestre para fotografar até 30° do nadir. Era possível que uma manobra de elevação fosse adicionada para compensar o movimento relativo entre a espaçonave e o planeta. Esta era denominada de CPROTO (Compensation Pitch Roll Targeting Opportunity), e permitiu algumas imagens de alta resolução por parte da MOC (Mars Orbiting Camera).
Além disso, a sonda poderia fotografar outras sondas em órbita e as luas de Marte. Em 1998, a imagem número da MOC, ganhou destaque por exibir um monólito em Fobos, uma das duas luas de Marte. A imagem posteriormente ganhou o nome de "Monólito de Fobos".
Depois de analisar centenas de imagens de alta resolução da superfície marciana fotografadas pela sonda, uma equipe de pesquisadores descobriu que a meteorização e os ventos do planeta criam formas de relevo, especialmente dunas de areia, notavelmente semelhantes às de alguns desertos na Terra.
Os resultados da missão principal da Mars Global Surveyor (de 1996 até 2001) foram publicados no Journal of Geophysical Research de Michael C. Malin e K. Edgett. Algumas dessas descobertas são: Descobriu-se que o planeta possui uma crosta em camadas a profundidades de 10 km ou mais. Para produzir tais camadas, grandes quantidades de material tiveram de ser resistidas, transportadas e depositadas.
O hemisfério norte, provavelmente, possui mais crateras que o hemisfério sul, mas as crateras são cobertas, em sua maior parte. Muitas características, como crateras de impacto, foram cobertas e, em seguida, descobertas recentemente.
Foi descoberto que centenas de ravinas foram formadas a partir de água líquida, possível nos últimos tempos.