«Соджорнер»: первый марсоход на Красной планете
«Соджорнер»: первый марсоход на Красной планете
Посадочный модуль Pathfinder запечатлел эту панораму своего нового дома и марсоход Sojourner спустя три сола, или марсианских суток, после посадки. Фото: NASA | JPL-Caltech
Когда вы слышите слово «марсоход», вероятно, в вашем воображении возникает один из современных аппаратов, таких как Perseverance или Curiosity: монстры на колёсах, усыпанные камерами, с лазерами и РИТЭГами размером с бочку, медленно, но неустанно двигающиеся по Марсу, словно песчаный краулер Джав (речь про средство передвижения по пустыни из Звёдных Войн — прим. пер.), чтобы изучать камни и пыль. А если вы немного постарше, то можете представить их предшественников: небольшие марсоходы-близнецы Spirit и Opportunity с питанием от солнечных панелей, которые мчались по Барсуму (аналог Марса в серии книг про Джона Картера – прим. пер.), как щенки-лабрадоры по пляжу, переваливаясь из кратера в кратер и преодолевая больше холмов, чем Великий Старый Герцог Йоркский (персонаж из английского детского стишка – прим. пер.).
Ни один из них, однако, не был бы создан, если бы не удивительный успех гораздо меньшего и менее продвинутого марсохода под названием Sojourner, который прилетел на Марс ещё 26 лет назад. Размером ненамного больше микроволновой печи, он выдержал весьма рискованную посадку внутри воздушных мешков — впечатляющий и весьма опасный метод в отличие от ракетных двигателей, использовавшихся аппаратами семейства Viking для торможения в атмосфере Красной Планеты два десятилетия до этого.
Sojourner не просто отработал на Марсе весь срок службы; он превзошёл все ожидания, выполняя полезные научные исследования и отправляя удивительные изображения спустя много дней после даты предполагаемого завершения своей миссии. Sojourner проложил путь для высокотехнологичных марсоходов, которые в настоящее время передвигаются по Марсу, также, как братья Райт проторили дорогу для истребителей и пассажирских самолётов, рассекающих небеса Земли сегодня.
Камень слева от ровера был назван научными сотрудниками миссии «Барнаклом Биллом», в то время как большой камень в правом верхнем углу был прозван «Йоги». Именно они стали одними из первых целей исследования для марсохода. Фото: NASA | JPL
История Sojourner
Молодые любители космоса могли познакомиться с Sojourner в фильме «Марсианин» 2015 года. Хотя способ, при помощи которого марсоход следил за Марком Уотни, словно пёс за хозяином, был примерно таким же «реалистичным», как и пылевая буря в начале фильма, стоит отметить, что это было мило и стало одной из многих вещей, за которые можно простить все неточности этой кинокартины.
Но какова же подлинная история Sojourner? Запущенный 4 декабря 1996 года на ракете Delta II, он был частью миссии Mars Pathfinder — недорогой программы, целью которой была посадка посадочного модуля и небольшого испытательного марсохода на Красную планету, чтобы узнать, возможно ли там вообще проводить исследования при помощи колёсного транспортного средства.
Sojourner был действительно маленьким. Весом всего 15,6 килограмма, высотой в 30 и длиной в 65 сантиметров, он мог легко поместиться на кухонной столешнице. Однако перед небольшим марсоходом стояли большие задачи.
Sojourner был оборудован передней и задней камерами, а также различными инструментами, предназначенными для проведения ограниченных, но ценных научных исследований. Основным научным инструментом был Alpha Proton X-Ray Spectrometer (APXS). Он включал в себя три различных спектрометра и помогал учёным анализировать камни и пыль, с которыми марсоход взаимодействовал. Головка датчика APXS была установлена на небольшой роботизированный манипулятор, который выдвигался и прижимал датчик к марсианским камням или грунту, подобно тому, как собака прижимает нос к земле, чтобы лучше почувствовать исходящие от неё запахи.
На концептуальных рисунках NASA особенно выделяются шипованные колёса Sojourner, обеспечивающие устойчивость на марсианской местности. На самом деле в зоне посадки оказалось гораздо больше камней, чем ожидалось, что предоставило марсоходу множество объектов для исследования. Изображение: NASA | JPL
Две монохромные камеры Kodak KAI-0371, установленные спереди, действовали как глаза марсохода, изучая местную топографию и записывая карты поверхности в чёрно-белом формате. Прекрасные цветные изображения, которые Sojourner отправлял обратно на Землю и благодаря которым прославился, были сделаны с использованием единственного объектива KAI-037M на его задней части.
Тем не менее, наиболее удивительной особенностью Sojourner была его плоская верхняя поверхность, покрытая солнечными панелями цвета голубого металлика, что придавало марсоходу вид гигантского жука. А шесть маленьких, шипованных колёс сделали бы его идеальным кандидатом для участия в «Битвах роботов» (британское телевизионное шоу — прим. пер.).
Поскольку ранее подобные миссии никогда не проводились, надежды на успех Sojourner были не слишком высокими. Многие участники миссии считали, что, если марсоход и удастся запустить, то он не проработает слишком долго, выйдя из строя после преодоления всего нескольких десятков метров в течение примерно семи марсианских дней (или солов) — такова была его запланированная продолжительность работы. Однако после успешной посадки на поверхность Красной планеты 4 июля 1997 года Sojourner превзошёл все ожидания, проработав более чем в 10 раз дольше, чем планировалось.
Посадочный модуль Mars Pathfinder совершил посадку в районе, называемом Долина Арес — которая, кстати, не имеет ничего общего с местом, откуда Уотни вытаскивает марсоход в фильме «Марсианин». Долина Арес, по сути, представляет собой высохшие остатки огромного канала, сформированного на марсианской поверхности миллиарды лет назад разрушительными наводнениями.
В отличие от современных марсоходов, по сути являющихся полноценными научными лабораториями на колёсах, Sojourner имел на борту всего несколько научных инструментов. Несмотря на то, что его предназначение, в основном, заключалось в доказательстве возможности осуществления подобного проекта, марсоход, тем не менее, достиг впечатляющих результатов своими ограниченными средствами. Изображение: Andrey Simonenko | Dreamstime
Когда Pathfinder отправил первые изображения, на них можно было увидеть оранжево-коричневый ландшафт, усеянный валунами, некоторые из которых были довольно крупными, и практически все имели признаки перемещения, трещин и повреждений под воздействием водных потоков, которые когда-то протекали по долине. Эти изображения вызвали настоящий восторг — в частности потому, что Pathfinder был одной из первых настоящих космических миссий эпохи интернета. Когда NASA начало ежедневно публиковать снимки, к ним было так много интереса, что нагрузка на молодой интернет заметно увеличилась. Люди по всему миру смотрели и скачивали изображения сразу же после их появления, придавая миссии невероятную публичную значимость и показывая, что существует огромный интерес к подлинным изображениям, присылаемым из далёких миров.
Многие поклонники космоса скачивают необработанные изображения, присылаемые Curiosity и Perseverance, чтобы создавать красивые панорамы и пейзажи. Именно из-за тех ранних фотографий, сделанных Sojourner, многие начали заниматься обработкой изображений.
По мере увеличения уверенности инженеров в навигации в тонкой атмосфере Марса и исследовании его поверхности удалённо, размеры марсоходов стали увеличиваться. Sojourner был размером примерно с микроволновую печь, в то время как современные марсоходы Curiosity и Perseverance по своим габаритам ближе к автомобилю. Фото: NASA | JPL-Caltech
Изображения с марсоходов: тогда и сегодня
Снимки, отправленные Sojourner, вызвали настоящий восторг. Они были настолько чёткими и ясными для своего времени, что просто глядя на них, люди чувствовали, будто они перенеслись на Марс. Неудивительно, что они имеют крайне низкое разрешение по сравнению с изображениями, присылаемыми более современными марсоходами. Снимки от Curiosity и Perseverance значительно превосходят их по качеству, каждый из них имеет размер в множество мегабайт. И тем не менее, эти зернистые, искажённые виды на марсианскую поверхность, сделанные Sojourner, до сих пор кажутся красивыми открытками от робота-туриста, бродящего по чужому миру.
Результаты работы марсохода
Sojourner повстречал и сфотографировал множество уникальных камней, многие из которых получили эксцентричные прозвища от команды миссии. Например, камень, прозванный «Йоги», был так назван, потому что немного напоминал голову медведя. А его соседи получили такие имена, как «Поп-Тарт» и «Барнакл-Билл». Два холма на горизонте учёные креативно прозвали «Пиками Близнецами», а выдуваемый ветром песчаный бархан близ посадочной зоны был окрещён «Песчаной Сиреной».
Несмотря на ограниченные возможности научных инструментов Sojourner по сравнению с современными марсианскими лабораториями, они всё равно раскрыли много интересного о Красной Планете — данные, которые они собрали, до сих пор полезны. Марсоход подтвердил предсказания и надежды учёных о том, что место посадки покрыто разнообразными камнями, принесёнными сюда древними наводнениями. Некоторые камни, как «Йоги», имели вулканическое происхождение, в то время как другие были отшлифованы и «вылеплены» марсианскими слабыми, но неумолимыми ветрами. А есть и те, которые, вероятно, сформировались в условиях наличия жидкой воды. Марсоход также доказал, что Долина Арес когда-то была поймой и прислал изображения песчаных барханов между камнями.
Несмотря на ценные научные открытия, сделанные благодаря отправленным Sojourner снимкам, некоторые из наиболее удивительных фотографий представляют собой изображения его самого, запечатлённые Pathfinder. Камера, установленная на высокой мачте посадочного модуля, сделала много фантастических кадров, показывающих марсоход, проходящий между камнями, исследующий грунт своим спектрометрическим «носом». По сравнению с изображениями в высочайшем разрешении, которые сейчас присылает Perseverance, эти фотографии являются не более чем снимками, сделанными одноразовой камерой. Но в них всё равно есть очарование, которым более современные изображения обладают не в полной мере.
Sojourner никогда сильно не удалялся от своего посадочного модуля. После исследования ближайших и наиболее интересных камней, марсоход отправился в круговое путешествие по окрестностям. Научные сотрудники миссии планировали работать с ним всего семь солов, но Sojourner начал великую традицию марсоходов, значительно перевыполняющих план в продолжительности своей работы. Изображение: NASA | JPL
Sojourner проработал на Марсе 83 сола, проехав за это время почти 100 метров. Он никогда значительно не удалялся от посадочного модуля Pathfinder, который служил ретранслятором сигналов, идущих с Земли и отправляемых обратно. Камеры Pathfinder были довольно неплохими, даже несмотря на всё своё несовершенство по сравнению даже с самыми плохими их аналогами, установленными на Curiosity и Perseverance. Объективы для макросъёмки, функции увеличения и несколько цветных фильтров — всё это помогало собирать ценные данные. Pathfinder также служил марсианской «метеостанцией», снимая показания ветра, температуры и давления на поверхности.
И, пожалуй, самое главное — миссия Pathfinder и Sojourner доказала возможность посадить и эксплуатировать марсоход на Красной Планете. Всё заработало. Воздушные мешки надулись и защитили посадочный модуль и марсоход, пока они отскакивали и отскакивали от каменистой марсианской поверхности. Sojourner спустился по своей рампе и свободно двигался по грунту независимо, не соединённый с Pathfinder какими-либо тросами или электрическими кабелями. И как посадочный модуль, так и марсоход продолжили проводить ценные научные исследования, передавая изображения и данные учёным на Земле — данные, которые изучались в течение 26 лет.
В то время как посадочный модуль Pathfinder оснащался более качественными камерами, сам Sojourner обладал только базовыми возможностями в области получения изображений. Контраст между первым марсоходом и его современными высокотехнологичными научными собратьями явно виден на отправленных ими снимках. Вверху: вид Perseverance на холм Санта-Крус в кратере Езеро в 2021 году. Справа: вид Sojourner на камень Йоги в 1997 году. Фото: NASA | JPL-Caltech | ASU/MSSS; NASA | JPL
Очарование прошлого
Трудно точно определить последнее местоположение Sojourner. Хотя последний раз марсоход был замечен снимках Pathfinder в 13 метрах от него, он продолжал двигаться и после этого. В декабре 2006 года камера HiRISE орбитального зонда Mars Reconnaissance Orbiter сделала снимки высокого разрешения места посадки Pathfinder. На изображениях можно было различить посадочный модуль и его окружение, а также кластер пикселей, которым мог быть как Sojourner, так и простая куча камней.. На снимках также видно что-то на расстоянии около 6 метров от Pathfinder, но что именно — неясно. Возможно, Sojourner действительно достиг борта Pathfinder и остался там, как верный друг, пока не увидел свой последний восход. К сожалению, мы этого никогда не узнаем – по крайней мере, до тех пор, пока в этом районе не побывают люди, если они вообще там побывают.
Sojourner в значительной степени был забыт широкой общественностью. Однако он оставил неизгладимый след в жизни NASA и тех, кто там работает, проложив дорогу для всех последующих марсоходов. При создании Perseverance инженеры установили длинную тёмную панель на его шасси. На ней были выгравированы силуэты роверов, которые путешествовали по Марсу до него. За Perseverance следует Curiosity, затем Spirit и Opportunity. А в самом начале этой процессии, прокладывая путь для всех остальных, расположился Sojourner.
Почти прославившиеся
Sojourner, возможно, был первым марсоходом, передвигавшимся по Марсу, но четверть века ранее Советский Союз отправил свои собственные марсоходы на Красную Планету в рамках миссий «Марс 2» и «Марс 3».
Марсоходы «Марс 2» и «Марс 3» действительно должны были передвигаться по поверхности Красной Планеты, соединённые со своим посадочным модулем при помощи кабеля — если бы у них когда-нибудь появилась такая возможность. Фото: The Planetary Society
Эти «нано-марсоходы» ПрОП-М (Прибор Оценки Проходимости — Марс) не выглядели так, как мы представляем себе марсоходы сегодня. Они были размером с большую книгу в твёрдом переплёте, и весили чуть более 5 килограммов. По сути, это были небольшие квадратные коробочки с широкими плоскими лыжами вместо колёс, которые должны были спускаться с посадочных аппаратов, закрепленные на концах тонких роботизированных манипуляторов длиной 180 сантиметров. ПрОП-М должны были перемещаться вокруг посадочной платформы с максимальной скоростью 1 метр в час, оставаясь соединёнными с ней 15-метровым тросом..
К сожалению, ни один из марсоходов не добился успеха. Первый разбился во время аварийной посадки «Марс 2» 27 ноября 1971 года. Месяц спустя «Марс 3» всё же достиг поверхности планеты в целости и сохранности, но перестал поддерживать связь с Землёй менее чем через две минуты после посадки, так и не выпустив марсоход погулять..
Возможно, будущие марсианские археологи однажды смогут обнаружить ПрОП-М, болтающийся на конце роботизированного манипулятора своего посадочного модуля, всего лишь в нескольких десятках сантиметров над камнями и пылью, по которым он должен был скользить.