Der ExoMars Trace Gas Orbiter (kurz TGO, englisch für [ExoMars-]Spurengas-Orbiter) ist eine Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) im Rahmen des ExoMars-Projektes zur Erforschung der Marsatmosphäre, bis 2022 in Zusammenarbeit mit der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos. Der Orbiter wurde am 14. März 2016 mit einer russischen Proton-Rakete gestartet und trat am 19. Oktober 2016 in eine Umlaufbahn um den Mars ein.
Primäres Ziel war, ein besseres Verständnis der Vorgänge in der Marsatmosphäre zu erhalten und Gase wie Methan sowie andere Spurengase auf biologische oder geologische Ursachen hin zu untersuchen.
Zusätzlich wurde der Lander Schiaparelli mitgeführt, mit dem Landetechniken auf dem Mars erprobt werden sollten. Beim Landeversuch ging der Funkkontakt mit Schiaparelli verloren und konnte nicht wiederhergestellt werden. Laut ESA erfolgte „keine sanfte Landung“.
ExoMars dient außerdem als Relaisstation für verschiedene Marsmissionen der NASA und fängt deren schwache Signale auf.
Der Orbiter suchte mögliche Landestellen für den Rover Rosalind Franklin und sollte ihm dann als Relaisstation zur Erde dienen. Wegen des Überfalls Russlands auf die Ukraine 2022 wurde die Zusammenarbeit mit Roskosmos beendet und der Start der Rosalind-Franklin-Rovermission mit dem russischen Lander Kazachok und einem europäischen Transportmodul mit einer russischen Trägerrakete abgesagt. Seither plant die ESA einen eigenen Lander in Zusammenarbeit mit NASA. Ein entsprechendes Abkommen wurde am 16. Mai 2024 unterzeichnet. Zu den geplanten Beiträgen der NASA gehören Radionuklid-Heizelemente und Antriebssysteme für den Lander, die für die Marslandung benötigt werden, dazu das Instrument Mars Organic Molecule Analyzer.
Das ursprünglich rein europäische Projekt hat im Laufe der Jahre viele Veränderungen durchlaufen. Als das Finanzvolumen immer größer wurde, kam es zunächst zu einer Zusammenarbeit mit der NASA. Als sich diese 2012 wieder zurückzog, kam es zur Kooperation mit Roskosmos, die wegen des Russischen Überfalls auf die Ukraine im Jahr 2022 eingestellt wurde.
Wichtigste Aufgabe war die Untersuchung von Methan und dessen Zerfallsprodukten, auch im Hinblick auf mögliche biologische Ursachen. Die Primärmission mit den wissenschaftlichen Untersuchungen begann im April 2018 und dauerte fünf Jahre. Der Betrieb wurde seither mehrfach verlängert.
Wichtigstes Ziel war die Gewinnung eines besseren Verständnisses von Methan und anderen Spurengasen in der Marsatmosphäre. Mit weniger als 1 % Bestandteil in der ohnehin schon dünnen Marsatmosphäre können sie dennoch wichtige Hinweise auf mögliche biologische oder geologische Aktivitäten geben. Methan wurde bereits früher nachgewiesen und es wurde auch gezeigt, dass die Konzentration sich über die Zeit und verschiedene Orte verändert. Da Methan in geologischen Zeiträumen gemessen sehr kurzlebig ist, wurde angenommen, dass es noch aktive Quellen für dieses Gas gibt. Ursachen können biologische, aber auch chemische Prozesse sein. Auf der Erde wird Methan von Lebewesen bei der Verdauung und im Faulschlamm erzeugt; chemische Prozesse, wie die Oxidation von kohlenstoffhaltigem Eisen oder die Wechselwirkung von Ultraviolettstrahlung mit Meteoritenmaterial sind andere mögliche Ursachen.
Die Instrumente des Orbiters detektieren verschiedene Spurengase wie Methan, Wasserdampf, Stickstoffdioxid und Ethin und übertreffen dabei die vorherigen Untersuchungen in der Genauigkeit um drei Größenordnungen. Untersucht werden saisonale Änderungen der Zusammensetzung und die Temperatur der Atmosphäre, um die Modelle der Atmosphäre zu verfeinern. Darüber hinaus sollte Wasserstoff bis zu einem Meter unter der Oberfläche mit einer größeren Genauigkeit nachgewiesen werden. Dieses ermöglicht unter der Oberfläche verstecktes Wassereis oder mögliche Quellen für Spurengase zu finden, was für die Wahl zukünftiger Landestellen von Bedeutung sein kann.
Der TGO wurde von der ESA entwickelt. Die wissenschaftlichen Instrumente wurden sowohl in Europa als auch in Russland entwickelt. Der Aufbau wurde von früheren ExoMars-Szenarien abgeleitet und war in der Masse im Wesentlichen von der Kapazität der Proton-Startrakete bestimmt.
Gesamtsystem und Satellitenbus
Sondenkörper 3,2 m × 2 m × 2 m
Die Solarpanele erreichen 17,5 m Spannweite und haben 2000 W Leistung
Startmasse: 4332 kg, davon als Nutzlast 112 kg wissenschaftliche Instrumente und 600 kg für den Lander Schiaparelli
Antrieb: 424 N starkes Haupttriebwerk betrieben mit Methylhydrazin (MMH) als Treibstoff und Stickoxide (MON-1) als Oxidator, für den Eintritt in den Marsorbit und größere Kurskorrekturen
Zwei Lithium-Ionen-Akkus mit insgesamt 5100 Wh Kapazität
Mehrere Kommunikationsanlagen: eine 2,2-m-Parabol-Hochgewinnantenne mit einem X-Band-Sender von 65 Watt Sendeleistung. Drei Rundstrahlantennen (Low Gain Antenna – LGA) für die Sicherung der Kommunikation zur Erde. Diese können aus jeder Lage senden und empfangen, erreichen aber nur kleine Datenraten. Zwei Electra-UHF-Transceiver von der NASA zur Kommunikation mit Landern und Rovern auf der Oberfläche.
Der Orbiter führt folgende Messgeräte mit: