Все про місію Perseverance. Mars 2020

В закладки
Аудио

На момент виходу цього відео, зовсім скоро, імовірно – 30-го липня 2020-го року, на Марс буде здійснено запуск чергового космічного апарату NASA. І хоча ззовні він є дуже схожим на свого попередника, апарат Curiosity, насправді між роверами та їх завданнями існують фундаментальні відмінності.

Зараз ви дізнаєтесь про те, з якою метою вчені відправляють на Червону планету марсохід, які завдання перед ним поставлені і за допомогою яких інструментів від буде вирішувати ці завдання… а також – навіщо йому потрібен справжнісінький марсіанський гелікоптер!

Недавно в одному із наших роликів ми обговорювали програму Mars Exploration Program та марсоходи, які входили до неї. А якщо ви переглядаєте це відео вже набагато пізніше, то, цілком можливо, всі дослідження Червоної планети вже складаються у повний цикл.

Так чи інакше, у кожній статті та у кожному відео ми намагаємося рухатися услід за хронологією і логікою подій, пов’язаних із плануванням місії, її запуском та роботою.

Розпочавши із пробного розвідника Соджорнер, перейшовши до простих геологів Опортьюніті та Спіріт, а потім до геолога-шукача ознак життя Кюріосіті, NASA тепер відправляє на Марс повноцінного дослідника можливих ознак життя. До того ж дослідження будуть проводитися як безпосередньо на поверхні планети-сусідки, так і на Землі, адже роверу доведеться зібрати зразки порід у спеціальні контейнери, які через кілька років можуть опинитися… на Землі! Але про це дещо згодом.

А зараз трохи історії.

Роботу над новим марсоходом було розпочато ще до запуску Curiosity. Одразу було вирішено те, що основна база для ровера буде аналогічною тій, яка використовувалась на «Допитливому». У процесі було запропоновано вносити за потребою зміни на основі досвіду роботи першого апарата на Марсі. А попередній список інструментів і наукових завдань було подано NASA у своєму звіті від 2013-го року. Як зазвичай у подібних випадках, було оголошено конкурс.

Наукове керівництво місії заявило: перед нами поставлені ось такі цілі, характеристики апарата заздалегідь є такими, як у Кюріосіті, будь ласка, панове вчені, пропонуйте свої інструменти. Із шестидесяти заявок було відібрано 10 найперспективніших, як додаткове навантаження відразу було визначено два мікрофони, яким доведеться зробити запис звуків під час посадки, збору зразків, і взагалі це врешті дозволить нам насправді почути марсіанський вітер.

Трішки пізніше ми поговоримо про інструменти більш детально, а зараз просто нагадаємо, що ровер не буде самотнім у цій місії. Допомагати йому буде інший хоробрий апарат, якого Perseverance випустить уже на поверхні Червоної планети. Коптер Ingenuity.

З моменту початку робіт над ровером учені шукали пригоже місце для посадки. З самого початку було складено список із 60 кандидатів, які потім ретельно відібрали: спершу вибрали ті, де буде зручно сідати, а потім – ті, де залишається найвідповідніша для завдань марсохода геологія. Переможцем відбору стала ділянка навколо кратера Єзеро. Він розташований на західному краю рівнини Ізіди, гігантського ударного кратера на північ від екватора планети. Позаяк основним завданням Perseverance стане пошук слідів можливого життя, дуже важливим стало припущення, що Єзеро розташований у дельті древньої ріки. Там могли мешкати мікроорганізми, а сліди їхнього існування мають бути доступними серед п’яти очікуваних типів порід: глинистих мінералів та карбонатів.

Насправді з точки зору посадки вибрана область є досить складною: там є досить багато кратерів і брил. Та досвід Curiosity дозволив команді значно вдосконалити процес, завдяки чому він має бути не набагато складнішим за той, з яким 8 років тому довелось зіткнутися «Допитливому».

Власне посадкова система буде аналогічна тій, яка була використана у місії Curiosity. Це так званий «небесний кран».

В першу чергу із розрідженою, та все ж не повністю відсутньою марсіанською атмосферою зіткнеться тепловий щит. Тертя об молекули атмосфери загальмує Персевіренс на 90%. Потім спрацює парашут, який зробить внесок у гальмування та стабілізує зниження апарата. Однак швидкість зниження все ще складатиме понад 160 км на годину. Тоді тепловий щит і парашут будуть відстрелені, а у верхній частині, над апаратом запрацює джет-пак, реактивна гальмівна система. Саме її в NASA називають «небесним краном». Запалювання її двигунів дозволить здійснити м’яку реактивну посадку із швидкістю, менше 3-х кілометрів за годину.

Після того, як колеса марсохода доторкнуться до поверхні, небесний кран підійме тягу своїх двигунів і відлетить якнайдалі від місця посадки для того, щоб під час падіння не пошкодити апарат. Ровер проведе перевірку систем і поступово приступатиме до роботи.

Потім Perseverance зможе стати до виконання чотирьох основних завдань: 

  • Спершу йому доведеться віднайти місця, де в минулому могли бути сприятливі умови для існування марсіанського життя.
  • Потім – вивчити ці місця та пошукати, власне, ознаки того, що життя справді там існувало. Особлива увага буде приділятися тим породам (за аналогією із земними), які мають здатність зберігати зразки життя недоторканими протягом мільйонів років.
  • До того ж зразки порід будуть зібрані у спеціальні контейнери всередині апарата. Це потрібно саме для згаданої на початку відео місії, яка потім забере контейнери і відправить їх назад на Землю. Вона запланована спільно із Європейським Космічним Агентством, запуск якої буде здійснено орієнтовно після 2025-го року
  • Врешті, останнє цікаве завдання – випробувати можливість добування кисню із марсіанської атмосфери. Вона на 96% складається із вуглекислого газу і якщо дослід буде вдалим, то це означає те, що можливі майбутні поселення на поверхні планети зможуть забезпечувати себе придатним для дихання киснем.

А тепер обговорімо конкретні інструменти і прилади, за допомогою яких зазначені завдання будуть виконуватись.

Інструменти

Вся наукова діяльність марсохода Perseverance базується на спостереженні за навколишньою обстановкою. Очима ровера є інструмент Mastcam-Z. Тут слід зазначити, що деякі із наукових приладів Perseverance є вдосконаленими аналогами інструментів марсохода Curiosity.

І Mastcam-Z є саме одним із них. Цей прилад є системою із двох камер масою близько чотирьох кілограмів. Інструмент установлений на щоглі й має здатність обертатися на 360 градусів. Він зможе записувати відео високої чіткості, робити панорамні та тривимірні знімки поверхні планети. Mastcam-Z має досить потужний зум. Перелічені особливості інструмента допоможуть ученим у виборі цілей для дослідження.

Камери здатні аналізувати структуру і тип марсіанських порід, а також спостерігати за атмосферними явищами (на зразок пилових дияволів чи хмар) вони дозволяють марсоходу пересуватися і виступають у ролі своєрідних «навідників» для інших наукових інструментів.

Ще одним приладом, встановленим на Perseverance є RIMFAX. Це дуже важливий інструмент. По суті, це георадар. RIMFAX допоможе вченим вивчати підповерхневий світ Марсу. Цей прилад здатен виявляти поклади водяного льоду на глибині до десяти метрів. Трикілограмовий інструмент також допоможе оцінити товщину марсіанського реголіту і погляне на структуру шарів ґрунту Червоної планети. 

Тепер побалакаємо трішки про погоду. Марсіанська погода – річ непередбачувана. Її вивченням займатиметься прилад під назвою MEDA. По суті цей інструмент є набором датчиків, розміщених по всьому роверу. Кожен датчик відповідає за вимірювання певного параметру. Система допоможе оцінити вологість, температуру і тиск атмосфери, швидкість вітру, радіаційний фон і температуру поверхні. Інструмент MEDA також спостерігатиме за кількістю та розміром частинок атмосферного пилу. Вчені мають надію, що прилад допоможе у складенні щоденного прогнозу марсіанської погоди. Дуже важлива річ для майбутніх колоністів, між іншим!

Поглянемо ближче на інструмент PIXL. Завдання у цього приладу є дуже інтригуючим. PIXL – це справжній прорив. Інженерам вдалося помістити функціонал повноцінної лабораторії в інструмент масою трошки більшою за чотири кілограми. 

По суті прилад є рентгенівським спектрометром, який працює разом із камерою. Він може фокусуватися на дрібних ділянках поверхні та визначати їхній детальний хімічний склад. PIXL здатен виявляти понад 20 хімічних елементів. Учені сподіваються, що знайдені PIXL хімічні елементи можуть дати підказки про існування давнього мікробного життя на Марсі.

Пошуками життя на Червоній планеті також займатиметься інший інструмент – SHERLOC. Це раманівський спектрометр. Такий прилад буде задіяний на Марсі вперше. Його завданням є сканування мінералів на предмет виявлення біосигнатур та органічних молекул. Прилад установлений на «руці» Perseverance і має вагу трошки більше за три кілограми. Працює SHERLOC цілодобово і без вихідних. У своїх пошуках він використовує ультрафіолетове світло. А ще SHERLOC візьме із собою невеликі фрагменти матеріалу скафандра – перевірить їхню стійкість до марсіанських умов.

Ще один науковий інструмент Perseverance – SuperCam. Його технологічна база була закладена у приладі ChemCam, встановленому на Curiosity. SuperCam досліджуватиме марсіанське каміння і ґрунт дистанційно – за допомогою лазера. Прилад зможе вивчати об’єкти в радіусі семи метрів від марсохода. Метод, закладений в основу його роботи, має назву лазерно-іскрова емісійна спектроскопія. По суті, SuperCam випаровуватиме поверхню різноманітних типів каміння і ґрунту, а потім аналізуватиме хімічний склад отриманого газу. Цей прилад допоможе вченим як у вивченні геології планети, так і у вивченні органіки.

Найцікавіше, як завжди, ми залишили на останок. 17-кілограмовий прилад MOXIE вирушить на Червону планету з єдиною метою – спробувати виділити кисень із марсіанської атмосфери, яка на 96% складається із вуглекислого газу.

Цей інструмент працюватиме як рослина, а проведений ним експеримент є дуже важливим для майбутніх пілотованих місій на Марс. Оскільки кисень є потрібним не тільки для дихання. Він також є важливим компонентом ракетного палива – окисником. Для чого брати із собою зайвий вантаж, якщо його можна виготовити на місці? Правильно: ні для чого. Сподіваємось, що результати експерименту MOXIE будуть успішними. 

І ще кілька слів про марсіанський гелікоптер, який є демонстраційним проєктом. На зразок першого легкого марсохода Sojourner або двох марсіанських кубсатів MarCo. На нього було виділено обмежений бюджет, а метою місії стане доказ того, що в марсіанській атмосфері можливо здійснювати перельоти на гелікоптері. 

Апарат є досить легким, його маса – лише близько 1800 грамів. Наверху, на двох обертальних у протилежних напрямках роторах встановлені чотири легкі лопаті із вуглеволокна. За хвилину вони здійснюють 2400 обертів. Наукове навантаження на гелікоптері відсутнє, наявні лише сонячні панелі, батареї та обладнання для зв’язку із ровером.

Коптеру доведеться зіткнутися із екстремально низькими температурами, вночі вони сягають мінус 90 градусів за Цельсієм. Хоча все обладнання випробовувалося за аналогічних умов на Землі, та все ж це буде серйозною перевіркою матеріалів та внутрішньої «начинки» Ingenuity. Гелікоптер є автономним, він сам прокладає маршрут до заданої інженерами області, збираючи під час польоту дані, які опісля будуть проаналізовані на Землі.

Завданнями у демонстраційного апарату, зрозуміла річ, є просто працювати. Без жартів інженери ставлять перед Ingenuity чотири завдання: 1) Пережити старт із мису Канаверал і дістатися до Марсу; 2) Безпечно здійснити посадку з марсоходом на поверхню і відокремитися від нього; 3) Пережити холодні марсіанські ночі; 4) Автономно працювати і заряджати батареї за допомогою сонячних панелей.

Опісля буде перша спроба автономного польоту. Якщо вона виявиться успішною, інженери планують протягом 30 марсіанських солів здійснити ще близько чотирьох запусків.

Від успіху заходу залежать подальші кроки NASA з вивчення Марсу: результат підкаже, чи варто робити ставку на літальні апарати, які здатні покривати набагато більші відстані і здійснювати розвідку місцевості зверху, чи все-таки в пріоритеті мають залишатися більш традиційні марсоходи.

Конструкція

Стосовно конструкції ровера загалом, то вона також зазнала змін порівняно із Curiosity. Детальніше про «тіло» марсохода ми розповімо у статті про «Допитливого», а зараз коротко про зміни.

NASA завжди вчиться на помилках, тому, наприклад, у нового марсохода були змінені колеса. За досвідом роботи Curiosity і за прикладом проблем, що виникали, інженери змогли виправити і менш помітні недоліки у структурі ровера.

До того ж, через іншу кількість елементів у роботизованої руки марсохода з’явилося спеціальне видовження. А внутрішня структура була трохи змінена – замість аналізу зразків, який здійснював Кюріосіті, Персевіренс збиратиме їх. І всередині довелося шукати місце для зберігання зразків. Допрацьовано енергетичну систему, перероблено електроніку всередині. Трохи вдосконалено програмне забезпечення – особливо в частині автономної роботи ровера. Додано планувальник завдань, який оптимізує роботу ПЗ і сортує поставлені завдання за важливістю. Це дозволить економити час та енергію.

Габарити апарату є такими: він три метри завдовжки, ширина його 2,7 метра, і висота – 2,2 метра. Маса ровера становить 1025 кілограмів. А вартість створення місії та перших етапів її обслуговування склала $2,1 млрд доларів, що є на 400 мільйонів менше за вартість Curiosity

Навесні 2020-го року NASA підбивало підсумки традиційного конкурсу з надання марсоходу імені. Школярам із США було запропоновано написати есе, у якому вони пояснили б, чому саме запропоноване ними ім’я краще за все підходить Mars 2020. До фіналу пройшли 9 варіантів:

  • Courage – Мужність
  • Vision – Бачення
  • Perseverance – Наполегливість
  • Ingenuity – Винахідливість
  • Clarity – Чіткість
  • Endurance – Витривалість
  • Tenacity – Завзятість
  • Promise – Перспектива
  • Fortitude – Сміливість

Перемогу в онлайн-голосуванні отримав варіант семикласника Александра Мазера, а ім’ям Ingenuity, запропонованим одинадцятикласницею Ванессою Рупані, було названо гелікоптер.

На момент виходу статті до запуску залишаються лічені дні. Ракета-носій Atlas V має запустити апарат 30-го липня. У випадку переносів запуск можливо буде здійснити аж до 15-го серпня. Однак, в який день не було б здійснено запуск марсохода, прибуде він на Червону планету в точно визначену дату: 18-го лютого 2021-го року.

На нашому каналі відбудуться трансляції цих подій (російською мовою). Ось посилання на стрім запуску:

Окрім того, ми анонсуємо серію відео, присвячену дослідженням Марса: від перших спроб до орбітальних апаратів і планів на майбутнє. Вже зараз є доступним інший ролик із цієї серії, про марсоходи Спіріт та Опортьюніті. А якщо ви переглядаєте відео набагато пізніше літа 2020-го, напевне є готовими й інші частини цього циклу. Перевіряйте плейлист за посиланням.

Займатись цією працею: збирати для вас інформацію, упаковувати її у зручний формат відео, писати статті і проводити трансляції ми можемо завдяки підтримці спонсорів на YouTube та Patreon. Для того, щоб долучитися до їхнього числа і підтримати наш проект на суму, аналогічну вартості чашки еспресо на місяць, переходьте прямо на Patreon, або ж на сторінку «Підтримати проєкт» на нашому сайті.

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

19
Войдите, чтобы видеть ещё 11 комментариев, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Юрий Г.
Вечность назад

МОХІЕ той, як рослина працюватиме? Там що, хлорофіловий цикл?

Показать скрытые комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

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