Perseverance VS Curiosity — Что нового?

1В закладки

Осталось всего 4 дня до посадки марсохода Perseverance на Марс. В честь этого я перевел статью Тима Додда (Everyday Austronaut). Заваривайте чай, берите печеньки (с), приятного прочтения.

Введение

Perseverence является преемником ровера Curiosity от NASA, который был флагманской миссией для агентства. Агентство получило невероятное количество данных с тех пор, как он сел на Марс 6 августа 2012 года.

За восемь лет работы на марсианской поверхности вездеход обнаружил следы жидкой воды, обнаружил древний органический материал и обнаружил, что когда-то на планете была более плотная атмосфера и вода на поверхности.

Также было обнаружено, что Марс когда-то обладал тем химическим составом, который нужен для поддержания микробной жизни: углеродом, водородом, азотом, кислородом, фосфором и серой.

Более того, марсоход также помог заложить основу для будущих пилотируемых полетов, точно измерив дозу радиации.

График выполнения миссии

Perseverance планируется запустить во время стартового окна 2020 года, которое продлится с середины июля до середины августа. Это означает, что если вы читаете это после 15 августа, а оно не полетело, то следующая возможность представится только в августе 2022 года.

Хотя на момент написания этой статьи НАСА рассматривает возможность запуска после 15 августа как непредвиденный случай (Во время перевода этой статьи марсоход уже почти закончил свое путешествие;) ).

Независимо от того, когда он будет запущен, марсоход сядет на Марсе в одно и то же время и в одну и ту же дату: 18 февраля 2021 года в 22:15 по МСК — благодаря орбитальной механике.

Траектория Perseverance

Те из вас, кто играл в KSP, знают, что для того, чтобы добраться до Марса вы не путешествуете по прямой линии. Вместо этого вы поднимаете свою орбиту вокруг Солнца так, что оно пересекает орбиту Марса. В результате получается траектория, которая перехватывает Марс в тот момент и в то время, когда он ближе всего.

Запуск

Так же, как Curiosity перед ним, Perseverance отправился на Марс верхом на ракете Атлас V, почти в своей самой мощной конфигурации 541. 

Первая цифра обозначает более крупный 5-метровый обтекатель, вторая цифра обозначает четыре твердотопливных ракетных ускорителя, а окончательная определяет количество двигателей RL-10 на разгонном блоке Centaur.

ULA Atlas V 541

Где совершит посадку Perseverance?

После 7-месячного путешествия протяженностью 497 миллионов километров, Perseverance приземлится в Кратере Езеро (Jezero) в феврале 2021 года.

Езеро, что в переводе с балканского означает «озеро», был выбран за возможность прошлого существования в нем жизни. Как следует из названия, считается, что когда-то кратер был затоплен водой, которая могла допускать жизнь в древние времена.

Мин/Сек Событие
-10:00 Перелетный модуль отделяется и сгорает в марсианской атмосфере.
+00:00 Марсоход начинает входить в марсианскую атмосферу.
+01:20 Теплозащитный экран подвергается максимальному нагреву, около 2100 градусов
+01:30 Марсоход испытывает максимальное замедление. Замедление с 21 200 км/ч до 1600 км/ч занимает всего 2,5 минуты.
+04:00 На высоте от 9 до 13 км развертывается парашют.
+04:20 Тепловой щит отделяется и падает на марсианскую поверхность. После этого радары активируются и начинают сканирование марсианской поверхности для поиска подходящей зоны приземления.
+05:30 Задняя крышка отделяется, и марсоход начинает кратковременное свободное падение до того, как зажгутся посадочные двигатели — это, безусловно, максимально опасный момент.
+05:XX На высоте 21 метр марсоход отделяется от “посадочной площадки” и плавно опускается на землю по 3 нейлоновым тросам. В этот момент он замедлился всего до 2,7 км/ч.
+05:XX Марсоход приземляется на марсианскую поверхность. После этого посадочная площадка и Sky Crane улетают, а затем разбиваются на безопасном расстоянии. Официально это положит начало миссии Perseverance на поверхности Марса.

Различия посадок

Для тех из вас, кто знаком с предшественником Perseverance, это может показаться немного дежавю, но в миссии используется несколько новых технологий. В частности: EDLS, или Entry Descent and Landing System, содержит инновационную навигационную систему, ориентированную на рельеф местности. Технология позволяет компьютеру сканировать местность во время спуска и сравнивать ее с картой орбиты, при необходимости отклоняясь в более безопасную зону посадки.

Вышеуказанная система также имеет специальный триггер, который определит, когда парашют должен открыться. Это позволит марсоходу приземляться ближе к точкам, представляющим научный интерес, экономя драгоценное время, которое в противном случае было бы потрачено на блуждание по поверхности красной планеты.

Зачем использовать Sky crane (небесный кран)?

Ты, наверное, задумался: «Какой смысл в этом “небесном кране”? С дополнительными деталями он кажется гораздо более сложным, чем стоит. Почему бы им просто не приземлить его, как обычно, и не столкнуть с вершины посадочной платформы — разве это не было бы намного проще и легче?

Во-первых, это делается для того, чтобы избежать слишком большого повреждения поверхности. Двигатели, работающие вблизи земли, могут помешать марсоходу, делая в земле большие коварные ямы.

Использование небесного крана не только предотвращает это, удерживая двигатели на большом расстоянии от земли, но и допускает большую погрешность при выборе места посадки. Благодаря использованию двигателей, вся система может парить, мягко опуская марсоход до тех пор, пока он не коснется земли, что устраняет необходимость точной посадки.

Во-вторых, хотя это может показаться интуитивно непонятным, система экономит вес. Для посадочной площадки потребуются посадочные лапы, средство для удержания двигателей от земли и рампа для опускания вездехода, что увеличит вес и сложность.

Почему “Настойчивость”?

Perseverance был назван Алексом Мазером, который выиграл публичный конкурс имен K-12 с 28 000 заявок. Названная в честь человеческой характеристики, миссия следует именному шаблону своих предшественников: Любопытство, наряду с Духом и Возможностью.

Марсоход не будет бродить по бесплодной планете в одиночку; он будет нести имена 10,9 миллионов человек на борту трех кремниевых чипов. На марсоходе, наряду с эмблемами Земли, Марса и Солнца, также помещена табличка, воздающая должное медицинскому сообществу за их неустанную работу во время пандемии.

Perseverance против Curiosity

Прежде всего, роверы почти идентичны по дизайну, при этом Perseverance использует некоторые запасные части Curiosity. Оба марсохода имеют ширину около 2,9 м, длину 2,7 м и высоту 2,2 м. Размер маленького внедорожника, но при этом легко забыть, насколько велики эти вездеходы.

Оба ровера используют одну и ту же базу, известную как «WEB» или «Warm Electronics Box». Она действует как прочный внешний слой, защищая всю электронику и сохраняя при этом температурный контроль.

В верхней части WEB, известной как палуба, находится большая мачта, на которой размещаются основные камеры (SuperCam и MastCam-Z), а также Mars Environmental Dynamics Analyzer, или MEDA. Последняя, по сути, является метеостанцией.

Curiosity vs Perseverance

Несмотря на схожие размеры, Perseverance будет тяжелее — 1050 кг по сравнению с 899 кг Curiosity. Так что давайте посмотрим на изменения, которые делают его тяжелее.

Отбор проб породы

Возможно, одним из самых больших обновлений в ровере является его способность собирать образцы. В “животе” Perseverance находится система сбора проб, которая позволит ему собирать пробы горных пород для будущих исследований. Образцы будут храниться, готовые к тому, чтобы кто-то — или что-то — забрал их позже в миссии Mars Sample Return.

Почему образцы будут храниться?

Во-первых, хранение образцов до начала любой человеческой деятельности — будь то будущие пилотируемые миссии или марсоходы — это мудрая идея. Это гарантирует, что чистые образцы не будут содержать никаких потенциальных загрязнений марсианской окружающей среды. Таким образом, мы не загораживаем потенциально ценные данные.

Во-вторых, это экономит вес тяжелой системы бурения и локализации от необходимости использования ее в будущем ровере.

“Трубки свидетели”

Perseverance оснащен 43 контейнерами для сбора проб, из которых, как минимум, 20 будут использованы. В запасе также имеется пять «трубок-свидетелей», которые будут использоваться для улавливания молекулярных и определенных загрязняющих веществ во время буровых работ.

Другими словами, они будут улавливать газы, которые могут высвобождаться или выделяться аппаратурой марсохода, химические остатки от системы посадки или любой другой земной материал, который мог каким-то образом попасть на Марс.

Открытие трубок во время бурения обеспечивает контроль, который можно наблюдать в дальнейшем. То есть, когда ученые будут изучать образцы, они смогут перепроверить трубки свидетели, чтобы убедиться, что все материалы, находящиеся внутри, пришли с Марса.

Что будут делать с образцами?

В зависимости от того, что NASA в конечном итоге захочет сделать, образцы будут либо сданы на хранение все сразу, либо размещены в нескольких стратегических местах для будущего сбора и возврата.

ESA и NASA даже планируют отправить еще один ровер. Он, вооруженный мини-ракетой, будет собирать пробы и выводить их на орбиту Марса. Откуда они, скорее всего, будут собраны еще одним зондом и возвращены на Землю.

Это на самом деле возможно, ведь Марс имеет более низкую гравитацию и более тонкую атмосферу, чем Земля. То есть для того, чтобы отправить что-то с Марса на Землю, нужна ракета гораздо меньшего размера, чем в противоположном направлении.

Эти планы, скорее всего, изменятся, но не будут реализовываться до 2028 года. Так что в любом случае мы не получим образец до 2030 года.

Я почти удивлюсь, если в конце концов люди будут собирать образцы с помощью собственных сил и наблюдать за ними на марсианской базе или космическом корабле, прежде чем эти образцы вернутся на Землю. Но независимо от этого, это крутой способ сохранить образцы до того, как люди вернутся на Землю.

Уроки, извлеченные из Curiosity.

Изучая проблемы, связанные с Curiosity, команды НАСА внесли некоторые существенные изменения в конструкцию Perseverance, которые должны продлить срок службы ровера, что позволит ему дольше заниматься научной деятельностью.

Колеса

Функционально наиболее существенные изменения коснулись колес, которые были переработаны, увеличили диаметр и уменьшили ширину протектора. Итерация должна предотвратить застревание в вездехода в мелком марсианском песке, как это сделал Curiosity в 2014 году.

На пути к исследованию основания горы Sharp — конечного научного пункта назначения миссии — предшественник Perseverance застрял в песчаной ловушке размером с футбольный мяч. Чтобы не застрять надолго, вездеход был вынужден изменить маршрут по Скрытой Долине (Hidden Valley), отнимая у миссии драгоценное время.

Поврежденные колеса Curiosity

Набор инструментов

Perseverance представляет собой новый ультрасовременный набор инструментов. Используя рентгеновский спектрометр и УФ-лазер, он будет сканировать марсианскую поверхность в более тонком масштабе, чем когда-либо — в поисках свидетельств древней жизни.

Роботизированная рука

Рука ровера неоднократно модернизировалась по сравнению с Curiosity. Perseverance оснащена новой рукой, или башней, полной новых научных инструментов.

Обновленная дрель для бурения, два научных инструмента и цветная камера для контроля поверхности крупным планом — последняя может использоваться в качестве отличной камеры самообслуживания, которая, несомненно, будет использоваться для селфи в стиле Curiosity.

Камеры

Возможно, одна из вещей, которая меня больше всего волнует, это огромная модернизация камер. Perseverance использует замечательные 23 камеры. Некоторые из них будут снимать спуск ровера в марсианскую атмосферу, запечатлевая впечатляющие кадры по мере того, как он опускается на марсианскую поверхность.

Новые камеры, с их более высоким разрешением, обеспечат гораздо лучшее качество изображения. В то время как Curiosity делал 2-мегапиксельные черно-белые фотографии, камеры на борту Perseverance будут делать 20-мегапиксельные полноцветные снимки.

Хотя фотографии могут показаться не самыми ценными с научной точки зрения, я думаю, что они являются одним из самых важных аспектов этой миссии. Они помогут поднять общественный интерес, создавая ощущение того, каково это быть на бесплодной поверхности. Будучи финансируемыми налогоплательщиками, общественный интерес играет большую роль во флагманских миссиях НАСА.

В дополнение к этому, Perseverance будет иметь два микрофона, которые будут улавливать звуки Марса во время посадки, а также с поверхности. С прекрасными кадрами спуска, реальным звуком и потрясающими изображениями в формате хайрезов, эта миссия принесет Марс к нам лучше, чем когда-либо прежде.

Связь

Как и Curiosity, Perseverance использует три формы связи:

Сверхвысокочастотная антенна со скоростью передачи 2 мегабита в секунду в релейный канал связи.

Напротив, антенна с высоким коэффициентом усиления в X-диапазоне и управляемым лучом будет использоваться для передачи данных непосредственно на Землю со скоростью 160-500 бит в секунду.

Наконец, в марсоходе установлена антенна с низким коэффициентом усиления в X-диапазоне, которая будет использоваться главным образом для приема сигналов. Так как она может передавать только 10 бит в секунду, она не будет использоваться для передачи изображений или чего-либо значительного.

Perseverance Communication Methods

Как работает марсоход?

Perseverance использует тот же источник питания, что и Curiosity, который доказал свою невероятную надежность. Радиоизотопный термоэлектрический генератор весом 45 кг, или РИТЭГ, преобразует тепло радиоактивного распада плутония в электричество.

Пара литий-ионных батарей будет работать в тандеме с РИТЭГ, чтобы помочь справиться с пиковым спросом. Батареи будут заряжаться, когда вырабатывается избыточное электричество, и разряжаться в то время как вездеход потребляет больше энергии, чем генерирует РИТЭГ.

Техники JPL работают на РИТЭГом Perseverance

В подвиге сверхмощности JPL генератор рассчитан на 14 лет — что намного превышает запланированную продолжительность миссии в 3 земных года (1,5 марсианских года). Это типично для лаборатории, и мы благодарны за это, когда речь идет о подобных миссиях. Например, Opportunity и Curiosity превзошли все ожидания по продолжительности работы, позволив им провести гораздо больше научной работы, чем ожидалось.

Забавная заметка: Это будет первая миссия с РИТЭГ, которая была запущена из США, не требующая прямого одобрения президента. После недавнего изменения разрешений администраторы NASA теперь имеют право утверждать запуск с использованием чувствительной технологии. Это означает, что наш хороший друг Джим Брайденстин поднимет свой большой палец вверх, и настанет время запуска.

Эксперименты на борту

MOXIE

MOXIE (Mars Oxygen in-situ resource utilisation) станет первой попыткой получения кислорода на поверхности Марса с использованием ресурсов in-situ, что является важнейшим первым шагом для выполнения пилотируемых миссий.

Несмотря на то, что атмосфера на Марсе очень тонкая — всего около 1% плотности, как на Земле. И из этого 1% плотности, углекислый газ составляет ~96% газа в атмосфере Марса. Кислород составляет всего 0,174% по сравнению с 21% в атмосфере Земли.

Atmospheric composition

Если учесть парциальные давления Земли и Марса  принять во внимание среднюю температуру: вздохнув на Марсе, вы вдыхаете только около 0,0071% кислорода от того количества, сколько вы бы вдыхали на уровне моря на Земле. Или, другими словами, на Земле на литр кислорода в 14000 раз больше, чем на поверхности Марса.

Когда его спросили, что его больше всего волнует, Бобак Фердоуси — инженер JPL, работавший над Curiosity, — сделал дело для MOXIE лучшим: «Как тот, кто надеется навестить своего малыша на Марсе, я хотел бы иметь много кислорода, когда я приеду туда.»

Если человеку суждено жить на Марсе, то для выживания жизненно важно понять, как вырабатывать кислород из углекислого газа. Точно так же, если им суждено вернуться домой, им понадобится окислитель для их ракеты.

MOXIE, хотя и производит всего 10 граммов кислорода в час, является важной первой попыткой превратить CO2 в кислород на другой планете, демонстрируя интегральный процесс, прежде чем человек ступит на красную планету.

Ingenuity

У Perseverance есть еще один трюк в рукаве, вернее под брюшком. Ровер летит не в одиночку, а в сопровождении небольшого беспилотного вертолета «Ingenuity».

Беспилотник будет демонстрировать возможность полета на Марсе, обеспечивая при этом инженеров на земле аэрофотоснимками. Которые, в силу своей близости к поверхности, будут иметь примерно в десять раз большее разрешение по сравнению с орбитальными снимками, что позволит инженерам лучше планировать маршруты марсохода.

Ingenuity

Предполагается, что в течение 30-дневной тестовой кампании, каждый полет будет длиться не более 3 минут. И хотя это не так уж и долго, мысль о том, что на другой планете на расстоянии миллионов километров летает беспилотный летательный аппарат, просто невероятна. Хотя я могу быть предвзятым, после того, как я увидел его собственными глазами, когда он проходил финальные испытания в JPL.

Надеюсь, что спутник Perseveranc`а будет первым из многих беспилотников, летающих на других планетах. Мы можем с нетерпением ожидать таких миссий, как Dragonfly. Это квадрокоптер, который будет летать на самой большой луне Сатурна — Титане. Но этого не случится до середины 2030-х.

Заключение

В целом, следующую миссию НАСА ждут с нетерпением. Невероятный набор камер, собственный беспилотный летательный аппарат и способность сохранять марсианские образцы для последующей обратной миссии — трудно выбрать фаворита.

Лично я метаюсь между Ingenuity и камерами. Но я также считаю, что использование ресурсов на месте и реальное производство кислорода тоже удивительно. Эта миссия будет невероятной.

Что вы думаете?

Как насчет вас, чего вы больше всего ждете? Какие еще вопросы у вас есть по поводу этой миссии? Может быть, вы один из тех, у кого есть имя на Perseverance? Дайте мне знать ваши мысли и вопросы в комментариях ниже.

Если у вас есть еще вопросы, присоединяйтесь ко мне в прямом эфире посадки. Я буду транслировать ее в прямом эфире, помогая выявить все интересные нюансы и отвечая на ваши вопросы в прямом эфире.

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

46
Войдите, чтобы видеть ещё 4 комментария, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Фёдор Дмитриевич
Вечность назад

Наступні за Персі дрони будуть колесними, чи "ногатими"?

Эллен Рипли
Вечность назад

Смотрю что-то знакомое. А потом вспомнил что смотрел видео от Тима: https://youtu.be/UEO77UEFGT4

Показать скрытые комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
If you were unable to log in, try this link.