Как первые марсоходы "заселяли" Красную планету

«Дух» на Марсе

Марсоход Spirit в составе межпланетной станции MER-1 (Mars Exploration Rover) был запущен со стартового комплекса SLC-17A с мыса Канаверал 10 июня 2003 года на ракете-носителе «Дельта II 7925». Это был первый марсоход, созданный по программе НАСА Mars Exploration Rover.

1 / 6

i

НаукаЗагадка последнего парсека: астрономы нащупали связь между темной материей и черной дырой

ПроектыНа Луне найден вход в пещеру, пригодную для создания базы

4 января 2004 года примерно за 15 минут до входа в марсианскую атмосферу посадочный модуль с "Духом" на борту отделился от перелетной ступени. На высоте от 6 до 7,5 км раскрылся парашют. Затем, через 30 секунд последовал выпуск нижнего теплозащитного экрана. Марсоход снижался со скоростью 70 м/с. Раскрылись четыре подушки безопасности, а тормозные двигатели работали до тех пор, пока посадочный модуль не оказался примерно в 8,5 м от поверхности. С этой высоты аппарат свободно падал со скоростью около 14 м\с.

В результате Spirit успешно «примарсился» примерно в 10 км от центра эллипса планируемой посадки в точке с координатами 14°34′18″ ю. ш. 175°28′43″ в. д. в кратере Гусева, который раньше, возможно, был озером, и приступил к исследованиям.

Марсоход Spirit - это, прежде всего робот-геолог, оснащенный аппаратурой для анализа состава марсианских пород. Его задача – собрать данные для выяснения истории воды на Марсе, ее роли в геологии и климате планеты. «Дух» не менее чем за 90 марсианских суток (солов) должен:

1. Найти и описать различные типы пород и грунта, имеющие следы воздействия воды в прошлом;
2. Изучить выбранные по результатам съемок с орбиты районы, в которых заметны следы физического или химического воздействия воды;
3. Определить пространственное распределение и состав минералов, пород и грунта, окружающих место посадки;
4. Определить морфологию и химический состав поверхностных геологических процессов;
5. Подтвердить результаты дистанционного зондирования с орбиты, оценить количество и масштаб неоднородностей;
6. Определить относительное количество разных железосодержащих минералов, которые содержат связанную воду или гидроксилы, а также железосодержащих карбонатов;
7. Описать минеральные ассоциации и текстуры разных типов пород и грунта в геологическом контексте;
8. На основе полученных с марсохода данных ученые на Земле надеялись определить условия среды, при которых существовала жидкая вода, и оценить их пригодность для жизни.

Конструкция межпланетных станций MER

Межпланетная станция MER по своей конструкции напоминает матрешку. Внутри – шестиколесный марсоход. Он располагался на посадочном устройство с тремя боковыми треугольными раскрывающимися лепестками для принудительного переворачивания в правильное положение. Чтобы марсоход уместился внутри посадочной платформы, его мачта и солнечные батареи складываются, а передняя пара колес выворачивается причудливым образом. Снаружи на посадочную платформу установлены шесть надувных амортизаторов. В собранном и закрытом виде посадочный аппарат с марсоходом размещается на лобовой экран, а сверху прикрывается обтекателем с парашютной системой. Собранный таким образом спускаемый аппарат прикреплен к перелетному модулю – в итоге получилась межпланетная станция MER.

Масса станции 1077 кг, из которых 179 кг -  ровер Spirit, 369,5 кг – посадочное устройство, 84 кг –лобовой экран, 209 кг –  хвостовой обтекатель и парашютная система, 190,5 кг – перелетная ступень с 45 кг топлива для коррекций.

Перелетная ступень имеет диаметр 2,65 м, высоту 1,60 м. Она оснащена солнечными батареями, которые дают более 600 Вт в районе Земли и около 300 Вт у Марса. Система ориентации со звездным и солнечным датчиками обеспечивает заданный режим полета.  Двигательная установка для коррекции траектории и направления оси вращения с двумя баками для гидразина имеет два комплекта двигателей - по четыре в каждом. Связь с Землей поддерживается с помощью ненаправленной (LGA) и малонаправленной (MGA) антенн. Для управления перелетной ступенью используется компьютер ровера, тепло от которого отводится фреоновым контуром.

Посадочная платформа изготовлена из композиционного материала и, помимо электроприводов боковых лепестков, имеет моторы подтягивания сдутых амортизаторов, трап для схода ровера, радиовысотомер и две антенны.

Марсоход с развернутыми панелями солнечных батарей и поднятой штангой имеет длину 1,6 м, ширину 2,3 м и высоту 1,5 м. Корпус изготовлен из сотового композитного материала с теплоизоляцией из аэрогеля. Необходимая температура +20 градусов Цельсия внутри поддерживается электронагревателями и восемью радиоизотопными источниками (по 2,7 г двуокиси плутония-238 в каждом). Здесь  же аккумуляторы, 32-битный компьютер Rad-6000 и служебная аппаратура. На верхней плоскости установлены остронаправленная HGA, ненаправленная LGA антенны и антенна UHF-диапазона для ретрансляции данных через спутники Марса, а также штанга научной аппаратуры. Шесть колес ровера алюминиевые, диаметром 26 см.

Научная аппаратура обоих марсоходов:

1. Панорамная цветная стереокамера PanCam;
2. Термоэмиссионный спектрометр Mini-TES (Thermal Emission Spectrometer) для определения по инфракрасному излучению минеральный состав деталей окружающего рельефа, а так же определения тепловой инерции камней и грунта;
3. Альфа и рентгеновский спектрометр APXS (Alpha Particle and Xray Spectrometer) определяет элементный состав пород и грунта за исключением водорода;
4. Мёссбауэровский спектрометр с двумя радиоактивными источниками на кобальте-57 определяет с высокой точностью структуру ядерных уровней железа-57, что позволяет установить состав и относительное количество железосодержащих минералов и их магнитные свойства;
5. Камера-микроскоп (Microscope Imager) с фокусным расстоянием камеры 20 мм, поле зрения – 31x31 мм;
6. Чтобы очистить исследуемые образцы от пыли есть шлифовальное устройство RAT (Rock Abrasion Tool).

Кроме того, марсоходы имеют три магнитные ловушки, на которых оседают обладающие магнитными свойствами частицы пыли. Одна ловушка установлена на передней части ровера, вторая - на верхней плоскости, а третья – на устройстве RAT.

Наконец, на корпусе марсоходов есть калибровочные мишени для трех спектрометров и цветная калибровочная таблица для панорамной камеры, выполненная в форме солнечных часов.

Смерть «Духа» и итоги его работы

Марсоход Spirit проработал гораздо дольше, чем запланированные 90 солов (марсианских солнечных суток). Благодаря очистке солнечных батарей ветром выработка электроэнергии возрастала, благодаря чему «Спирит» мог продолжать работу. И, в итоге, значительно превысив запланированный срок службы, проехал 7,73 км вместо запланированных 600 м, что позволило провести более обширные анализы геологических пород Марса.

1 мая 2009 года (через 5 лет, 3 месяца, 27 земных суток после посадки, что в 21,6 раза больше, чем запланировано), Spirit застрял в песчаной дюне. Еще восемь месяцев НАСА прилагало усилия по его освобождению. 26 января 2010 года агентство отказалось от попыток снова заставить марсоход двигаться, но ровер продолжали использовать как стационарную платформу.

22 марта 2010 года Spirit "умер"  - перестал передавать информацию на Землю и отвечать на команды. Попытки реанимации не увенчались успехом.

Первый марсоход обнаружил неожиданное разнообразие пород Марса, говорящее о непростой геологической истории холмом района Колумбии. Камеры Spirit засняли несколько видео «пыльных дьяволов» (аналогов земных смерчей).

Во вскрытом с помощью бура марсохода грунте в месте под названием Тайрон, обнаружено неожиданно большое количество серы, а также следы ранее бывшей там воды. "Дух", кроме того, обнаружил подпочвенный почти без примесей кремнезем (основа для производства оконного стекла), а также другие минералы, которые могут образовываться только в присутствии большого количества воды. Ученые полагают, что этот факт убедительно доказывает, что древний Марс был гораздо влажнее, чем сейчас.

Opportunity стал лучшим исследователем Марса и погиб в песчаной буре

7 июля 2003 года близнец Spirit - марсоход Opportunity в составе межпланетной станции MER-2 был выведен на траекторию полета к Марсу с помощью ракеты-носителя «Дельта-2 7925-H». 25 января 2004 года "Возможность" достигла поверхности Марса на три недели позже своего близнеца. Посадка произведена в кратере Игл на плато Меридиана.

Напомним, что по конструкции межпланетная станция MER-2 и ее марсоход аналогичны станции MER-1 и марсоходу Spirit.

После без малого 15 лет после старта, 12 июня 2018 года,  марсоход Opportunity перешёл в спящий режим из-за длительной и мощной пылевой бури, препятствующей поступлению света на солнечные батареи.

За время своего путешествия марсоход изучил строение многочисленных кратеров, включая Эребус, Викторию, Индевор, Санта-Мария, наблюдал прохождение Фобоса по диску Солнца, регистрировал ранее неизвестные геологические образования, посылал ученым панорамные снимки. Как у человека, у марсохода накопились «возрастные» проблемы: отказал двигатель правого колеса и один обогреватель; сломалось плечо манипулятора, из-за чего невозможно его переместить в походное положение; солнечные батареи вырабатывают примерно половину энергии от уровня на момент посадки.

После окончания пылевой бури «резидент» на связь не вышел. Восемь месяцев специалисты НАСА пытались реанимировать марсоход, но безуспешно. 13 февраля 2019 года NASA официально объявило о его «кончине».

Главный итог работы марсохода Opportunity был озвучен 7 июня 2013 года на специальной конференции, посвящённой десятой годовщине запуска, руководителем научной программы марсохода Opportunity Стивом Сквайерзом. Он заявил: однозначно установлено, что в древние времена на Марсе была вода, пригодная для живых организмов. Открытие было сделано при изучении камня, получившего название Esperance 6. Результаты чётко свидетельствуют о том, что несколько миллиардов лет назад этот камень находился в потоке воды. Причём эта вода была пресной и пригодной для существования в ней живых организмов. Все предыдущие свидетельства существования воды на Марсе сводились к тому, что на планете существовала жидкость, более напоминающая серную кислоту. Opportunity же нашёл именно пресную воду.

Стоимость проекта MER

 Проект MER реализован Лабораторией реактивного движения по контракту с Управлением космической науки NASA. Менеджер проекта в лаборатории – Питер Тезингер, научный руководитель комплекса научной аппаратуры Athena – Стив Сквайрс из Корнеллского университета.

На проект потрачено более 800 миллионов долларов. Разработка аппаратов обошлась в 729,4 млн долларов, из которых 32,4 млн было выделено дополнительно для решения проблем с массой марсоходов и отставанием от графика, и приблизительно $100 млн было потрачено на два запуска. Расходы на эксплуатацию двух марсоходов оцениваются в $37 млн и на обработку данных – в $34,5 млн .