Всё о миссии Perseverance. Mars 2020

В закладки
Аудио

Совсем скоро, предположительно — 30-го июля 2020-го года, на Марс будет запущен очередной космический аппарат NASA. И хотя внешне он уж очень похож на своего предшественника, аппарат Curiosity, на деле между роверами и их задачами существуют фундаментальные отличия.

Сейчас вы узнаете о том, с какой целью учёные запускают на Красную планету марсоход, какие перед ним стоят задачи и при помощи каких инструментов он будет эти задачи решать… а также — для чего ему нужен настоящий марсианский вертолёт!

В одном из недавних роликов мы обсуждали программу Mars Exploration Program и входившие в неё марсоходы. А если вы смотрите это видео уже намного позже, то, вполне возможно, все исследования Красной планеты уже складываются в полный цикл.

Так или иначе, в каждом видео и в каждой статье мы стараемся следовать хронологии и логике событий, которые связаны c планированием миссии, её запуском и работой.

Начав с пробного разведчика Sojourner, перейдя к простым геологам Opportunity и Spirit, а затем к геологу-искателю признаков жизни Кьюриосити, NASA теперь отправляет на Марс полноценного исследователя возможных признаков жизни. Причём исследования будут проводиться как непосредственно на поверхности планеты-соседки, так и на Земле, ведь роверу предстоит собрать образцы пород в специальные контейнеры, которые спустя несколько лет могут оказаться… на Земле! Но об этом чуть позже.

Сейчас же немного истории.

Работа над новым марсоходом началась ещё до запуска Curiosity. Сразу было решено, что основная база для ровера будет аналогична той, которая использовалась на “Любопытном”. В процессе предлагалось вносить изменения, если такие потребуются, на основании опыта работы первого аппарата на Марсе. А предварительный список инструментов и научных задач NASA представило в своём отчёте от 2013-го года. Как и всегда в подобных случаях, был объявлен конкурс.

Научное руководство миссии заявило: перед нами стоят вот такие цели, характеристики аппарата предварительно как у Кьюриосити, пожалуйста, господа учёные, предлагайте свои инструменты. Из шестидесяти заявок были отобраны 10 самых перспективных, дополнительной нагрузкой сразу определили два микрофона, которым предстоит записать звуки во время посадки, сбора образцов, да и вообще позволить нам наконец на самом деле услышать марсианский ветер.

Чуть позже мы поговорим об инструментах конкретнее, а пока просто напомним, что ровер будет в этой миссии не один. Помогать ему будет отважный второй аппарат, которого Perseverance выпустит уже на поверхности Красной планеты. Коптер Ingenuity.

С момента начала работ над ровером учёные искали подходящее место для посадки. Изначально был составлен список из 60 кандидатов, которые потом просеяли: сперва выбрали те, где будет удобно садиться, а затем — те, где остаётся наиболее подходящая для задач марсохода геология. Победителем отбора стал участок вокруг кратера Езеро. Он находится на западной окраине равнины Изиды, гигантского ударного кратера к северу от экватора планеты. Так как основной задачей Perseverance станет поиск следов возможной жизни, очень важным стало предположение, что Езеро находится в дельте древней реки. Там могли обитать микроорганизмы, а следы их существования должны быть доступны среди пяти ожидаемых типов пород: глинистых минералов и карбонатов.

На самом деле с точки зрения посадки выбранная область не самая простая: там достаточно много кратеров и валунов. Но опыт Curiosity позволил команде значительно усовершенствовать процесс, благодаря чему он должен быть ненамного сложнее того, с которым 8 лет назад пришлось столкнуться “Любопытному”.

Сама посадочная система будет аналогична той, которая использовалась в миссии Curiosity. Это так называемый “небесный кран”.
В первую очередь с разреженной, но всё же не отсутствующей полностью марсианской атмосферой столкнётся тепловой щит. Трение о молекулы атмосферы затормозит Персевиренс на 90%. Затем в работу вступит парашют, который внесёт вклад в торможение и стабилизирует снижение аппарата. Но скорость снижения будет составлять все ещё более 160 километров в час.

Тогда тепловой щит и парашют будут отстрелены, а в верхней части, над аппаратом, заработает джет-пак, реактивная тормозная система. Именно её в NASA называют “небесный кран”. Зажигание её двигателей позволит совершить мягкую реактивную посадку, на скорости менее 3-х километров в час.

…После того как колёса марсохода мягко коснутся поверхности, небесный кран поднимет тягу своих двигателей и улетит подальше от места посадки, чтобы при падении не повредить аппарат. Ровер проведёт проверку систем и постепенно будет включаться в работу.

Затем Perseverance сможет приступить к выполнению четырёх основных задач:

Сперва ему предстоит найти места, где в прошлом могли быть благоприятные условия для существования марсианской жизни.

Потом — изучить эти места и поискать, собственно, признаки того, что жизнь там существовала. Особый упор будет делаться на те породы, которые (по аналогии с Земными) способны сохранять образцы жизни нетронутыми в течение миллионов лет.

При этом образцы пород будут собираться в специальные контейнеры внутри аппарата. Это нужно как раз для упомянутой в начале видео миссии, которая затем контейнеры заберёт и отправит обратно на Землю. Она планируется совместно с Европейским Космическим Агентством и будет запущена ориентировочно после 2025-го года. Дополнительных деталей, увы, пока нет.

Наконец, последняя интересная задача — испытать возможность выработки кислорода из марсианской атмосферы. Она на 96% состоит из углекислого газа и если опыт удастся, значит возможные будущие поселения на поверхности планеты смогут обеспечивать себя пригодным для дыхания кислородом.

А теперь обсудим конкретные инструменты и приборы, при помощи которых указанные задачи и будут выполняться. 

Инструменты

Вся научная деятельность марсохода Perseverance базируется на наблюдении за окружающей обстановкой. Глаза ровера – это инструмент Mastcam-Z. Тут стоит отметить, что некоторые из научных приборов Perseverance являются усовершенствованными аналогами инструментов марсохода Curiosity. И Mastcam-Z – как раз один из таких.

Он представляет из себя систему из двух камер массой примерно четыре килограмма. Инструмент установлен на мачте и способен вращаться на 360 градусов. Он сможет записывать видео высокой чёткости, делать панорамные и трёхмерные снимки поверхности планеты.

Mastcam-Z имеет довольно мощный зум. Перечисленные особенности инструмента помогут учёным в выборе целей для исследования. Камеры способны анализировать структуру и тип марсианских пород, а также наблюдать атмосферные явления (вроде пылевых дьяволов или облаков). Они позволяют марсоходу перемещаться и выступают в роли своего рода “наводчиков” для других научных инструментов.

Ещё одним прибором, установленным на Perseverance является RIMFAX. Это очень важный инструмент. По сути, он представляет из себя георадар. RIMFAX поможет учёным изучать подповерхностный мир Марса. Этот прибор способен обнаруживать залежи водяного льда на глубине до десяти метров. Трёхкилограммовый инструмент также поможет оценить толщину марсианского реголита и взглянет на структуру слоёв грунта Красной планеты.

Теперь поговорим немного о погоде. Марсианская погода – вещь непредсказуемая. Её изучением займётся прибор под названием MEDA. По сути этот инструмент представляет из себя набор датчиков, расположенных по всему роверу. Каждый датчик отвечает за измерение определённого параметра.

Система поможет оценить влажность, температуру и давление атмосферы, скорость ветра, радиационный фон и температуру поверхности. Инструмент MEDA также будет наблюдать за количеством и размером частиц атмосферной пыли. Учёные надеются, что прибор поможет в составлении ежедневного прогноза марсианской погоды. Очень важная вещь для будущих колонистов, между прочим!

Взглянем поближе на инструмент PIXL. У этого прибора очень интригующая задача.

PIXL – это настоящий прорыв. Инженерами удалось уместить функционал полноценной лаборатории в инструмент массой чуть более четырёх килограмм.

По сути прибор является рентгеновским спектрометром, работающим совместно с камерой, который может фокусироваться на мелких участках поверхности и определять их детальный химический состав. PIXL способен обнаруживать более 20 химических элементов. Учёные надеются, что найденные PIXL химические элементы могут дать подсказки о существовании древней микробной жизни на Марсе.

Поисками жизни на Красной планете будет занят и другой инструмент – SHERLOC. Это рамановский спектрометр. Такой прибор будет задействован на Марсе впервые. Его задачей является сканирование минералов на предмет обнаружения биосигнатур и органических молекул. Прибор установлен на “руке” Perseverance и весит чуть больше трёх килограмм. Работает SHERLOC круглосуточно и без выходных.

В своих поисках он использует ультрафиолетовый свет. А ещё SHERLOC возьмёт с собой небольшие фрагменты материала скафандра – проверит их устойчивость к марсианским условиям.

Ещё один научный инструмент Perseverance – SuperCam. Его технологическая база была заложена в приборе ChemCam, установленном на Curiosity. SuperCam будет исследовать марсианские камни и грунт дистанционно – с помощью лазера. Прибор сможет изучать объекты  в радиусе семи метров от марсохода. Метод, заложенный в основу его работы, называется лазерно-искровая эмиссионная спектроскопия. По сути, SuperCam будет испарять поверхность различных типов камней и грунта, а затем анализировать химический состав получившегося газа. Это прибор поможет учёным как в изучении геологии планеты, так и в изучении органики.

Самое любопытное как всегда мы оставили напоследок. 17-килограммовый прибор MOXIE отправится на Красную планету с единственной целью – попытаться произвести кислород из марсианской атмосферы, которая на 96% состоит из углекислого газа.

Этот инструмент будет работать как растение, а проводимый им эксперимент очень важен для будущих пилотируемых миссий на Марс. Потому что кислород необходим не только для дыхания. Он также является важным компонентом ракетного топлива – окислителем. Зачем брать с собой лишний груз, если его можно произвести на месте? Правильно: незачем. Надеемся, что результаты эксперимента MOXIE будут успешны.

Ну и пару слов скажем о марсианском вертолёте, он является демонстрационным проектом. Вроде первого лёгкого марсохода Sojouner или двух марсианских кубсатов MarCo. Под него был выделен ограниченный бюджет, а целью миссии станет доказательство того, что в марсианской атмосфере можно осуществлять перелёты на вертолёте.

Аппарат совсем не тяжёлый, его масса — всего около 1800 грамм. Наверху, на двух вращающихся в противоположных направлениях роторах, установлены четыре лёгких лопасти из углеволокна. За минуту они совершают 2400 оборотов. Научной нагрузки на вертолёте нет, лишь солнечные панели, батареи и оборудование для связи с ровером.

Коптеру придётся столкнуться с экстремально низкими температурами, ночью они достигают минус 90 градусов по цельсию. Хотя всё оборудование было испытано в аналогичных условиях на Земле, всё же это будет серьёзная проверка материалов и внутренней “начинки” Ingenuity.

Вертолёт автономен, он сам прокладывает маршрут к заданной инженерами области, собирая в полёте данные, которые затем будут проанализированы на Земле.

Задачи у демонстрационного аппарата, как вы понимаете, — просто работать. Без шуток инженеры ставят перед Ingenuity четыре задачи:

  1. Пережить старт с мыса Канаверал и добраться к Марсу
  2. Безопасно сесть с марсоходом на поверхность и отделиться от него
  3. Пережить холодные марсианские ночи
  4. Автономно работать и заряжать батареи при помощи солнечных панелей.

После этого будет первая попытка автономного полёта. Если она окажется успешной, инженеры планируют в течение 30 марсианских сол совершить ещё до четырёх запусков.

От успеха предприятия зависят дальнейшие шаги NASA по изучению Марса: результат подскажет, стоит ли делать ставку на летательные аппараты, способные покрывать гораздо большие расстояния и проводить разведку местности свысока, либо всё же приоритетом должны оставаться более традиционные марсоходы.

Конструкция

Что касается конструкции ровера в целом, она тоже претерпела изменения по сравнению с Curiosity. Подробнее о “теле” марсохода мы расскажем в ролике о “Любопытном”, здесь уже вкратце об изменениях.

NASA всегда учится на ошибках, поэтому, например, у нового марсохода поменялись колёса.

На опыте работы Curiosity и на примере проблем, с которыми он столкнулся, инженеры смогли исправить и менее заметные недочёты в структуре ровера.

К тому же из-за другого количества элементов роботизированная рука марсохода обзавелась специальным удлинением. А внутренняя структура была немного переделана — вместо анализа образцов, как это делал Кьюриосити, Персевиренс будет их собирать. И внутри пришлось искать место для их хранения. Доработана энергетическая система, переделана электроника внутри. Немного усовершенствовано программное обеспечение, — особенно в части автономной работы ровера. Добавлен планировщик задач, который оптимизирует работу ПО и сортирует поставленные задачи по важности. Это позволит экономить время и энергию.

Габариты аппарата следующие: он имеет три метра в длину, 2.7 метра в ширину и 2.2 — в высоту. Масса ровера составляет 1025 килограмм. А стоимость создания миссии и первых этапов её обслуживания составили $2.1 млрд долларов, что на 400 миллионов меньше стоимости Curiosity.

Весной 2020-го года NASA подводило итоги традиционного конкурса по выдаче марсоходу имени. Школьникам из США предлагалось написать эссе, в котором они объяснили бы, почему именно предложенное ими название больше всего подходит Mars 2020. В финал прошли 9 вариантов:

  • Courage — Отвага
  • Vision — Видение
  • Perseverance — Настойчивость
  • Ingenuity — Изобретательность
  • Clarity — Ясность
  • Endurance — Выносливость
  • Tenacity — Стойкость
  • Promise — Перспектива
  • Fortitude — Смелость

Победу в онлайн-голосовании одержал вариант семиклассника Александра Мазера, а имя Ingenuity, предложенное одиннадцатиклассницей Ванессой Рупани, было дано вертолёту.

На момент выхода статьи и видео до старта миссии остаются считанные дни. Ракета-носитель Atlas V должна запустить аппарат 30-го июля. В случае переносов запуск можно будет осуществить вплоть до 15-го августа. Однако в какой бы день ни был запущен марсоход, прибудет на Красную планету он в точно определённую дату: 18-го февраля 2021-го года.

На нашем канале пройдут трансляции этих событий. Например, пуск мы покажем по этой ссылке:

А ещё мы анонсируем серию видео, посвящённую исследованиям Марса: от первых попыток до орбитальных аппаратов и планов на будущее. Уже сейчас доступен другой ролик из этой серии, о марсоходах Спирит и Оппортьюнити. А если вы смотрите видео намного позже лета 2020-го, наверняка готовы и другие части этого цикла. Проверяйте плейлист по ссылке из описания.

Заниматься этим трудом: собирать для вас информацию, упаковывать её в удобный формат видео, писать статьи и проводить трансляции, мы можем благодаря поддержке спонсоров на YouTube и Patreon. Чтобы присоединиться к их числу и поддержать наш проект на сумму, аналогичную чашечке эспрессо в месяц, можете перейти на Patreon, либо на страницу со всеми возможными способами нас поддержать.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

23
Войдите, чтобы видеть ещё 10 комментариев, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Показать скрытые комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
Если не получается зайти отсюда, попробуйте по ссылке.