Curiosity показал таймлапс с марсианскими облаками
NASA показало анимацию движения марсианских облаков, заснятую марсоходом Curiosity в июле 2017 года. Как отмечает агентство, это самые ясно видимые облака за все время миссии марсохода.
![Curiosity показал таймлапс с марсианскими облаками Наука, Новости, Космос, Curiosity, Марс, Марсианские облака, Гифка](https://cs6.pikabu.ru/post_img/2017/08/11/7/1502451802173061709.jpg)
NASA показало анимацию движения марсианских облаков, заснятую марсоходом Curiosity в июле 2017 года. Как отмечает агентство, это самые ясно видимые облака за все время миссии марсохода.
Марсоходу Curiosity исполняется пять земных лет его экспедиции на Красную планету. За это время он успел пройти 17 километров по кратеру Гейла, обнаружить органические соединения в грунте, поймать метан в атмосфере, найти многочисленные свидетельства водного прошлого Марса, и изучить сохранившуюся до настоящего времени воду в поверхностном слое.
Марсоход обладает 10 научными приборами для исследования геологии и внешних условий на поверхности. 17 цветных и черно-белых камер позволяют управлять аппаратом и узнавать новые подробности эволюции планеты. Внутри корпуса марсохода скрыто два сложных лабораторных прибора, которые дали название всему аппарату Mars Science Laboratory. Газовый хроматограф SAM позволяет определять изотопный состав газов атмосферы и выделяемых из грунта. Рентгеновский дифрактометр CheMin позволяет проводить кристаллографические анализы и узнавать минеральный состав породы. Два спектрометра ChemCam и APXS определяют химический состав образцов, причем первый прибор, за счет лазера, может делать это дистанционно с расстояния до 7 м.
Исследование Curiosity продолжает дело его предшественников: марсоходов Spirit и Opportunity, и посадочной платформы Phoenix. Предшественники смогли доказать, что когда-то на Марсе была вода, она была жидкая и ее было много. Для Curiosity осталась работа провести ее изотопный анализ, и попытаться понять куда она подевалась. Российский прибор DAN на борту марсохода определяет содержание воды под аппаратом на глубине до 1 метра, а хроматограф SAM измерил изотопный вес. Оказалось в марсианской воде в пять раз больше тяжелых изотопов чем в земной.
Для геологоразведочных работ марсоход оборудовали несколькими инструментами на манипуляторе. Буровое устройство потребовалось чтобы извлекать породу с глубины, минимально достаточной для сохранности органических соединений от воздействия космической радиации. По подсчетам ученых хватает 5 см, поэтому бур сделали 7 см. Совок позволяет набирать рыхлый грунт с поверхности. Металлическая щетка освобождает образцы от покрывающей пыли.
После миссии 70-80-х Viking ученые NASA уже не надеются найти марсианскую жизнь, но надежда, что она успела зародиться в древних более комфортных условиях, еще жива. Curiosity должен обнаружить и изучить сложные органические соединения, которые могли бы остаться после полного вымирания. Не с первого раза, но органику найти всё же удалось — сначала обнаружили хлорбензолы в грунте, потом метан в атмосфере. Вопрос ее происхождения остается открытым, Curiosity не в состоянии определить биомаркеры, которые показали бы причастность жизни к образованию этих органических соединений. Поиском биомаркеров на Марсе займется следующий марсоход — европейский Paster, который должен прибыть в рамках российско-европейской миссии Exomars в 2020 году.
За время своего путешествия Curiosity немало пострадал от суровых марсианских условий. Ловил программные сбои, короткие замыкания, вышли из строя датчики ветра, забился пылью датчик ультрафиолета, падает качество картинки с цветных камер, заедает крышка макрокамеры… Колеса из тонкого алюминия, медленно, но верно разрушаются. В этом году впервые треснул каркас одного наиболее пострадавшего колеса.
Водители марсохода провели обновление программного обеспечения, которое обещает более щадящий режим передвижения, но начало разрушению уже положено. Впрочем для пятилетней службы повреждения не фатальные, и можно полагать, что марсоход способен преодолеть не меньший отрезок пути, даже если и придется ползти на ободах.
Еще одной серьезной неисправностью стал заевший бур марсохода. Теперь он не может набирать грунт с глубины, и вынужден соскребать породу ковшом с поверхности.
Оглядываясь назад, можем провести краткий обзор путешествия Curiosity благодаря круговым панорамам, которые получил марсоход со своих камер и которые были преобразованы в сферические панорамы талантливым россиянином Андреем Бодровым. Он обработал почти все круговые панорамы Curiosity и они доступны на его странице.
Мы рассмотрим несколько самых знаковых — панорамы кликабельны, для просмотра можно использовать VR-очки.
Bradbury landing
Место посадки марсохода Curiosity. Первый осмотр самого себя и окрестностей. Мы впервые увидели склоны горы Шарпа в центре кратера Гейла, и кольцевой вал кратера, который виден как горная цепь закрывающая горизонт. По сторонам марсохода виднеются четыре серых пятна — следы воздействия реактивных струй системы мягкой посадки Sky Crane. Благодаря ним можно увидеть, что Марс не красный, и его рыжий цвет поверхности возникает от рыжей пыли, покрывающей всё вокруг.
У подножия горы Шарпа тянутся темные песчаные дюны, которые пришлось обходить марсоходу долгих три года, в своем пути на склоны горы.
Уже в этой панораме проявилась сложная работа Андрея, который использовал две панорамы, с цветной широкоугольной камеры и с навигационной черно-белой. Благодаря его работе мы можем в деталях рассмотреть корпус марсохода и только при внимательном рассмотрении можем увидеть цветные участки переходящие в черно-белый. Обычно корпус марсохода редко попадает в объективы камер, т.к. основное время идет исследование поверхности Марса, а марсоход только мешает обзору.
Желающие убедиться, что с цветопередачей камер Curiosity всё в порядке, могут посмотреть на солнечные часы, которые виднеются на корпусе, левее радиатора РИТЭГа.
Если смотреть на более поздние снимки, то можно увидеть как марсоход медленно покрывается пылью.
Glenelg
Светлое пятнышко перед марсоходом — единственная надежда, что Марс когда-то был обитаем. Только в этом месте удалось обнаружить глину, в которой определили высокое содержание воды — до 6%, и нашли органические соединения. Если приблизить, то можно увидеть, что светлое пятно — это добытая из скважины голубоватая порода. Скважин две, одна неглубокая, пробная, где операторы определяют плотность и структуру грунта и оценивают устойчивость марсохода. При глубоком бурении сверло могло бы перекосить в скважине, поэтому робот должен стоять как вкопанный.
В этом месте ученые только тренировались, осваиваясь со своей машиной в "боевых" условиях, само же место лежало в стороне от основного маршрута, и его пришлось покинуть. Следующая глина на пути марсохода возникнет через несколько километров впереди, посмотрим, будет ли органика там.
В этом месте операторы марсохода, с одним из которых нам удалось пообщаться, не просто провели круговую съемку мачтовой камерой, но и сделали "сэлфи" при помощи камеры на манипуляторе, которая сделала более 60 кадров, чтобы получить необычное изображение марсохода "со стороны". Используя высокую подвижность манипулятора, операторы добились того, что "сэлфи палки" не видно. Такие снимки до сих пор для многих являются основанием утверждать, что Марс не настоящий, а Curiosity никуда не летал, ведь кто-то же его снял со стороны?
В действительности, ловкость руки и никакого мошенничества.
Такой сферической панорамы тоже не найти на сайте NASA. Тут снова проявился талант Андрея. Ему удалось совместить круговую панораму с мачтовой камеры и "сэлфи" с камеры на манипуляторе. Получилась невероятная картина с эффектом присутствия. Небо Марса на всех панорамах Андрея — искусственное. Его изображение основано на реальных снимках, но марсоход не тратит "пленку" на небо и концентрирует внимание на планете.
Увидеть реальное небо Марса можно на снимках камеры с манипулятора, когда она снимает из сложенного состояния. В таком случае получается "горизонт завален", зато много места занимает небо.
Cooperstown
После Glenelg Curiosity отправился в многокилометровый переход по равнине у подножия горы Шарпа. Его главные научные цели лежат на слоистых склонах горы, но подобраться к ним мешали темные песчаные дюны.
Памятуя о трагической судьбе марсохода Spirit, намертво застрявшего в рыхлом грунте, инженеры не рисковали направить марсоход в самую гущу песка, поэтому двигались к ближайшему месту, где со спутника рассмотрели подходящий проход.
Kimberley
Чтобы как-то разнообразить переход по равнине, иногда марсоходу позволяли сделать небольшой крюк и исследовать холмы-останцы, попадавшиеся по пути. На панораме можно увидеть результат работы щетки DRT, которой зачищалась поверхность от пыли пред началом буровых работ. Левее видно пятно оставшееся от лазерного обстрела.
За спиной марсохода виднеются слоистые отложения, оставленные песчаником, который когда-то был дном марсианского водоема. Как оказалось, практически всё, что прошел марсоход — это донные отложения в различные геологические периоды. Кратер Гейла неоднократно заполнялся водой, превращаясь в круглое 150 километровое озеро, только примеси в воде были разные, поэтому и породы откладывались разные. Собственно для изучения этих изменений марсоход сюда и направили.
Marias Pass
Спустя два года, Curiosity сошел с опостылевшей равнины и по широкой дуге стал заходить на гору. Сближение с горой открыло новые геологические слои, которые ученые бросились изучать с новой силой. Почти полгода марсоход проработал в местности Pahrump Hills, наделал скважин, настрелялся лазером вдоволь, но едва двинулся к выходу, как снова задержался для очередной скважины и "сэлфи" в небольшом каньоне Marias Pass.
В это раз для съемки инженеры выбрали нестандартный ракурс. Если раньше держали манипулятор как бы на высоте взрослого человека, то в этот раз разместили камеру на высоте около полуметра. Благодаря чему мы можем в деталях рассмотреть переднюю и нижнюю часть марсохода. На этой же панораме хорошо видна тень манипулятора, которую не удалось скрыть при помощи перекрестной съемки.
Murray Buttes
Небольшие столовые горы Murray Buttes подарили немало живописных пейзажей. Для полноты погружения рекомендуется просмотр под советский саундтрек к к/ф "Золото Маккенны".
Это нагорье стало результатом выветривания отложений, выносимых рекой из каньона на склоне горы Шарпа. До этого каньона мы еще доберемся через пару-тройку лет, а пока можем посмотреть только эти дальние отголоски древних наводнений.
Bagnold Dunes
Долгожданные темные пески, которые в течение четырех лет маячили в отдалении, наконец-то приблизились и заполонили все панорамы. Когда-то ученые спорили насколько активны эти пески сегодня, когда атмосфера Марса сильно разрежена, а пески давно могли сцементироваться и превратиться в застывшие каменные волны. Но нет, сначала со спутника рассмотрели, что дюны продолжают движение и перемещаются примерно на метр в год, а потом и Curiosity увидел движение песчаной ряби.
Песок имеет вулканическое происхождение и при определенном освещении может казаться черным с синим отливом. Хотя при близком осмотре он кажется оранжевым, так, что марсианскому спору "черно-синий VS бело-оранжевый" уже миллиарды лет.
После дюн Curiosity вплотную приблизился к одной из важных целей своего пути — Гематитовому хребту. Эта протяженная возвышенность когда-то была дном марсианской реки, и, под действием каких-то факторов на ее дне откладывалась железная руда в форме гематита. Сейчас это известно благодаря спутниковому наблюдению. Марсоход попытается найти гематит непосредственно на месте и определить причину его появления. Одна из гипотез указывает на возможность биологического участия, но пока надежных аргументов маловато.
Сейчас у всех марсоходов и спутников Марса вынужденный отпуск — между нами и ними находится Солнце, чье мощное радиоизлучение блокирует возможность связи. Поэтому пока на Земле звенят бокалы по случаю юбилея, Curiosity стоит в одиночестве на пустынной планете и работает как стационарная климатическая станция, изучающая Марс всё сокращающимся арсеналом датчиков.
А напоследок можно насладиться шуткой Андрея Бодрова — ночным Марсом.
В реальности таких панорам марсоход не делал, а ночью проводил немногочисленные наблюдения естественных спутников, Юпитера или крупных астероидов, а такую красоту ему увидеть не дано — к ночной съемке камеры не приспособлены. Да и такого живописного неба там не увидеть даже человеку. Атмосфера тонкая, но пыль ухудшает качество и яркость звезд не будет существенно отличаться от земной горной местности, а эта панорама неба получена с долгой выдержкой на Земле.
Ссылки автора сохранены
Каждый год, 5 августа, марсоход Curiosity в одиночестве на Марсе поет себе "С днем рождения тебя"
Источник: https://curiosity.com/topics/every-year-the-curiosity-rover-...
19 октября 2016 года в результате программной ошибки системы управления радара-высотомера был потерян спускаемый зонд «Скиапарелли».
Зонд должен был научить Европейское космической агентство садиться на Марс… но не научил. И эта авария стала далеко не первой в попытках землян достичь поверхности Красной планеты.
Сейчас на Марсе действуют два космических аппарата: марсоходы «Оппортьюнити» и «Кьюриосити». В предыдущие годы успешно потрудились еще два марсохода и четыре посадочные станции. Восемь аппаратов сели неудачно, разбившись о поверхность Красной планеты, или частично неудачно, проработав около минуты. Одна посадочная станция пролетела вообще мимо Марса. Все полностью успешные посадочные миссии на Марсе оказались американскими. С 1970-х годов инженерам NASA везло — почти все посадки на Красную планету удавались им с первой попытки.
Места посадок космических аппаратов на Марсе (неполный список)
В 1971 году Марса достигло первое изделие человеческих рук, советский марсоход «Марс-2». Однако скорость посадки была такой, что изделие разбилось о поверхность планеты и уже не могло принести никакой пользы своим создателям, кроме поднятия самооценки. Брат-близнец «Марс-3» оказался более успешен — он благополучно спустился, но вышел из строя примерно через минуту. Пара этих аппаратов должна была отработать технологию посадки на Марс, изучить свойства грунта: плотность, структуру, химический состав. Это исследование рассматривалось как предварение более сложных программ: отправки мощного марсохода, а затем и пилотируемой высадки.
Частично с задачей удалось справиться: «Марс-3» показал, что садиться можно и что Марс столь же твердый, как и Луна. Аппарат заложил практически классическую схему спуска, которая во многом повторялась вплоть до «Кьюриосити», хотя в деталях были и отличия.
Марс-3(CCCP)
Как и большинство посадочных марсианских модулей, «Марс-3» входил в атмосферу планеты без предварительного торможения, на перелётной скорости 5,8 километров в секунду. Первый удар атмосферы принимал на себя тормозной конус, который NASA называет Heat shield, «тепловой щит». Название неслучайно, поскольку даже разреженная атмосфера Марса на такой скорости нагревает его до температуры свыше 1500 градусов Цельсия. Вопреки распространенному убеждению, трение атмосферы не имеет к этому процессу никакого отношения. Нагрев происходит из-за ударной волны, которую формирует перед собой щит, — сильно сжатый газ нагревается и передает температуру поверхности щита. Материал поверхности щита начинает испаряться и, тем самым, охлаждать более глубокие слои.
Космический аппарат ненадолго окутывает облако плазмы. Через нее не проходят радиоволны, поэтому на самом жарком этапе спуска поддерживать связь с аппаратом невозможно. Но из-за расстояния между нашими планетами и задержки времени поступления сигнала в 7–10 минут, управлять посадкой с Земли во время сближения аппарата с Марсом все равно не получилось бы.
Тормозные конусы имелись у всех аппаратов, пытавшихся сесть на Марс. Но у всех, кроме советских «Марсов», щиты составляли часть полной теплозащитной капсулы, в которой прятались марсоход или модуль. На наших же щит и «скорлупа» крепились отдельно.
Когда гиперзвуковая скорость падает до сверхзвуковой, щит перестает быть эффективным. Сразу от него не избавляются, но начинается этап парашютного торможения. Сначала выпускается тонкий вытяжной, а за ним уже и основной парашют. Атмосферный поток еще высок — скорость составляет около 1500 километров в час, поэтому парашют называют сверхзвуковым. Чтобы поток не порвал резко раскрывшийся купол, используют технологию разрифовки: стропы заплетают таким образом, чтобы раскрытие было постепенным.
Чем шире раскрывается парашют, тем больше падает скорость, но атмосфера Марса настолько разреженная, что ее плотности не хватает для обеспечения мягкой посадки. Парашют позволяет сбрасывать скорость примерно до 300 километров в час, и требуется еще какое-то решение, чтобы доставить в сохранности полезную нагрузку на поверхность. Тут уже открывается больше простора для творчества инженеров и конструкторов.
Советские «Марсы» имели довольно малую массу для посадочных станций, поэтому обходились небольшими тормозными пороховыми двигателями. Причем у «Марса-2» и «Марса-3» двигателей было два: один уводил парашют в сторону, а второй «подвешивал» капсулу на цепях над поверхностью. Кстати именно благодаря этой цепи нам и удалось подтвердить обнаружение «Марса-3».
Последние метры «Марсы» пролетали в свободном падении, и удар на себя принимала толстая пенопластовая капсула. Из-за смещенного центра масс, по принципу неваляшки, «яйцо» стабилизировалось, и верхняя часть кожуха отстреливалась в сторону.
У «Марса-6» в 1973 году был один твердотопливный двигатель мягкой посадки, который сразу и гасил скорость, и отводил парашют. Точнее, должен был это делать. Что с ним произошло на самом деле, мы не знаем — передача данных с него прервалась примерно на этапе отделения парашюта, и сам аппарат на поверхности Марса пока не обнаружен. Существует гипотеза, что, как и в случае со «Скиапарелли», к аварии привела неверная оценка расстояния до поверхности.
Передача данных в полете, реализованный на «Марсе-6», это тоже результат опыта «Марса-3». «Третий» молчал, как и задумывалось, но специалисты на Земле поняли, что лучше бы он вещал на протяжении всей посадки. И хотя «Марс-6» отключился, не добравшись до поверхности, поработать он все же успел — провел первый непосредственный анализ атмосферы Марса и передал результаты на Землю. Его напарник «Марс-7» промахнулся мимо планеты, и его сигналы какое-то время регистрировались орбитальной станцией.
Американский аппарат «Викинг-2» сразу после посадки на Марсе
Наземный макет посадки «Викинга» на Марсе
Пара аппаратов под маркировкой «Викинг» от NASA в 1976 году использовала более сложную систему — их уже оснастили жидкостными ракетными двигателями мягкой посадки. Жидкостный двигатель позволяет автоматике контролировать импульс, добиваясь плавности спуска и меньшей скорости достижения поверхности. При этом весь процесс протекал легче, поскольку скорость входа аппаратов в атмосферу составляла всего 3 километра в секунду. Сама посадка проходила не сразу. Межпланетные аппараты сначала выходили на околомарсианскую орбиту, выбирали подходящее место, и только потом посадочные модули спускались в атмосферу. Благодаря такой схеме на поверхность Красной планеты удалось доставить массивные аппараты, которые проработали несколько лет и провели массу экспериментов, в том числе по поиску воды и жизни.
Следующая посадка произошла целых двадцать лет спустя, в 1997 году. Спускаемый аппарат «Марс Пэтфайндер» должен был протестировать несколько технологий, в том числе способ торможения при помощи «воздушных мешков». Первая часть спуска проходила по привычной для NASA схеме, в капсуле. А уже из капсулы на привязи вытягивался спускаемый аппарат. В нескольких десятках метров над поверхностью срабатывали твердотопливные тормозные двигатели. Вокруг аппарата надувались баллоны из прочной ткани, из которой делают скафандры.
Сотрудники NASA на Земле проверяют систему посадки «Пэтфайндера»
Модуль в «пузырях» ударялся о поверхность и сотни метров скакал, подобно мячу. В конце концов баллоны сдувались, и «Марс Пэтфайндер» раскладывался по хитрой схеме, обеспечивающей вертикализацию аппарата, на какой бы боку ни оказался аппарат в конце движения.
Впервые эту технологию применили еще в СССР для посадки «Луны-9», а позже она пригодилась для посадки марсоходов «Спирит» и «Оппортьюнити».
Первый европейский посадочный зонд «Бигл-2» в 2003 году садился похожим образом, только он даже умудрился обойтись без порохового тормозного двигателя. Спускался в капсуле и на парашюте, а потом сразу скакал, как мячик. «Бигл-2» сел практически удачно, даже сумел немного проработать на поверхности, подобно «Марсу-3». Только на Земле узнали об этом спустя десять лет после посадки.
Для нормальной работы «Бигл-2» надо было развернуть 4 лепестка с солнечными батареями и одну панель с приборами. Аппарат успел раскрыть только две солнечные батареи и остановился навсегда по неизвестной причине. Скорее всего, его аккумулятор сел, не успев зарядиться от Солнца, но это только предположение. «Бигл-2» не передал данные о себе, поэтому, с точки зрения ESA, он ушел в атмосферу и навсегда замолчал.
Нашли «Бигл-2» только в 2013 году, по снимкам спутника MRO.
В 1999 году NASA потеряло свою единственную посадочную миссию на Марсе — Mars Polar Lander. К его модулю прилагались два отделяемых импактных зонда Deep space 2. Предполагалось, что они будут садиться и работать самостоятельно, и хотя потеряли все вместе, можно считать эту неудачу сразу за три. Картина выглядела так же: ушли в атмосферу, и тишина. Южный полюс Марса оказался недостижим, даже следов миссии не нашли.
В 2009 году попытку покорения полюса, на этот раз Северного, повторили. Конструкция «Феникса» во многом повторяла «Полар Ландер», только с учетом прежних ошибок. Это была спускаемая платформа, похожая на «Викинг», и спускалась она так же, только без торможения на орбите. Полет завершился удачно. Северное приполярье было изучено, и найдена марсианская вода.
В 2012 году марсоход «Кьюриосити» стал самым тяжелым объектом, который удалось благополучно доставить на Марс. Мало того, что он был вдвое тяжелее среднего значения массы других марсианских посадочных модулей, «Кьюриосити» отличался еще и высочайшей конструктивной сложностью, поэтому эквилибристика в надувном мяче ему не подходила, и даже ронять его со спускаемой платформы на высоте пары метров было нельзя. Сесть мягко платформа может, но на последних метрах реактивная струя поднимает слишком много пыли. Поэтому даже на легких аппаратах конструкторы стараются ставить как можно больше сопел, чтобы распределять реактивный поток. Для посадки «Кьюриосити» пришлось разрабатывать новую сложнейшую конструкцию, которая оставляла ракетные двигатели высоко наверху, и в вместе с ними поднимала мастерство посадки до фантастического уровня, — SkyCrane.
Модели марсоходов в сравнении: «Соджорнер» (маленький), «Спирит»/«Оппортьюнити» (средний), «Кьюриосити» (самый большой)
По сути технология и название SkyCrane заимствованы у вертолетчиков. Именно там принцип «подлететь, зависнуть и погрузить» применяется давно и успешно. Только винт на Марсе бесполезен, поэтому пришлось полагаться на ракетные двигатели. Сейчас взлетающей, зависающей и мягко садящейся ракетой никого не удивишь, а в середине 2000-х это было весьма рискованное решение. Думаю, инженеры JPL потратили немало нервных клеток и скотча, чтобы убедить всех чиновников NASA в успехе своего плана.
Вторая европейская попытка, «Скиапарелли», опирался, кажется, на весь предыдущий опыт посадок на Марс, и свой, и чужой. В целом, посадочная схема повторяла схему «Феникса» или «Викингов», только вместо ног удар приходился на широкий поддон из алюминиевых сот.
Памятуя о неудаче «Бигл-2», инженеры ESA разработали модуль «из целого куска», без каких-либо подвижных механизмов, антенн или панелей. От солнечных батарей вообще решено было отказаться.
Странно, что при этом решили обойтись без воздушных мешков, хотя они практически успешно посадили «Бигл-2». Видимо, когда в 2013 году нашли пропавший зонд, разработка «Скиапарелли» дошла уже до того уровня, когда что-либо переделывать было поздно. Тем более, как показывают предварительные сообщения, сбой в посадке «Скиапарелли» случился на программном уровне, а не в «железе». Хотя точная причина зависания программы, погубившей зонд, пока еще не известна.
В целом, опыт полетов и посадок на Марс говорит о том, что это дело сложное, но возможное. И опыт тут является определяющим фактором — частота попыток повышает шансы на успех, и даже наземной отработки, с испытаниями всех возможных сценариев, никогда не бывает мало.
В будущем, вероятно, полеты на Марс дополнятся новыми приемами и технологиями. И в России, и в США не первый год испытываются надувные тормозные щиты. Космопромышленник Илон Маск собирается сажать на поверхность Марса корабль «Рэд дрэгон» массой в несколько тонн и, возможно, попытается обойтись при этом без парашютов (хотя вряд ли). В своих планах на будущее он анонсировал аэродинамическую посадку по схеме Space Shuttle. Сотрудники РКК «Энергия» тоже рассматривали такую схему еще в 1980-х — 1990-х годах и сочли ее вполне перспективной.
Из более реальных проектов в ближайшие годы стоит ожидать посадку марсохода «Пастер» в рамках российско-европейского проекта «ЭкзоМарс» — там будет применена платформа. Также нас ждет посадка американского MSL 2020 — SkyCrane. И, возможно, посадка китайского марсохода — как именно ее будут осуществлять, пока неизвестно, но скорее всего либо на платформе, либо по схеме «Спирит»/«Оппортьюнити».
19 октября 2016 года в результате программной ошибки системы управления радара-высотомера был потерян спускаемый зонд «Скиапарелли».
Зонд должен был научить Европейское космической агентство садиться на Марс… но не научил. И эта авария стала далеко не первой в попытках землян достичь поверхности Красной планеты.
Сейчас на Марсе действуют два космических аппарата: марсоходы «Оппортьюнити» и «Кьюриосити». В предыдущие годы успешно потрудились еще два марсохода и четыре посадочные станции. Восемь аппаратов сели неудачно, разбившись о поверхность Красной планеты, или частично неудачно, проработав около минуты. Одна посадочная станция пролетела вообще мимо Марса. Все полностью успешные посадочные миссии на Марсе оказались американскими. С 1970-х годов инженерам NASA везло — почти все посадки на Красную планету удавались им с первой попытки.
В 1971 году Марса достигло первое изделие человеческих рук, советский марсоход «Марс-2». Однако скорость посадки была такой, что изделие разбилось о поверхность планеты и уже не могло принести никакой пользы своим создателям, кроме поднятия самооценки. Брат-близнец «Марс-3» оказался более успешен — он благополучно спустился, но вышел из строя примерно через минуту. Пара этих аппаратов должна была отработать технологию посадки на Марс, изучить свойства грунта: плотность, структуру, химический состав. Это исследование рассматривалось как предварение более сложных программ: отправки мощного марсохода, а затем и пилотируемой высадки.
Частично с задачей удалось справиться: «Марс-3» показал, что садиться можно и что Марс столь же твердый, как и Луна. Аппарат заложил практически классическую схему спуска, которая во многом повторялась вплоть до «Кьюриосити», хотя в деталях были и отличия.
Марс-3(CCCP)
Как и большинство посадочных марсианских модулей, «Марс-3» входил в атмосферу планеты без предварительного торможения, на перелётной скорости 5,8 километров в секунду. Первый удар атмосферы принимал на себя тормозной конус, который NASA называет Heat shield, «тепловой щит». Название неслучайно, поскольку даже разреженная атмосфера Марса на такой скорости нагревает его до температуры свыше 1500 градусов Цельсия. Вопреки распространенному убеждению, трение атмосферы не имеет к этому процессу никакого отношения. Нагрев происходит из-за ударной волны, которую формирует перед собой щит, — сильно сжатый газ нагревается и передает температуру поверхности щита. Материал поверхности щита начинает испаряться и, тем самым, охлаждать более глубокие слои.
Космический аппарат ненадолго окутывает облако плазмы. Через нее не проходят радиоволны, поэтому на самом жарком этапе спуска поддерживать связь с аппаратом невозможно. Но из-за расстояния между нашими планетами и задержки времени поступления сигнала в 7–10 минут, управлять посадкой с Земли во время сближения аппарата с Марсом все равно не получилось бы.
Тормозные конусы имелись у всех аппаратов, пытавшихся сесть на Марс. Но у всех, кроме советских «Марсов», щиты составляли часть полной теплозащитной капсулы, в которой прятались марсоход или модуль. На наших же щит и «скорлупа» крепились отдельно.
Когда гиперзвуковая скорость падает до сверхзвуковой, щит перестает быть эффективным. Сразу от него не избавляются, но начинается этап парашютного торможения. Сначала выпускается тонкий вытяжной, а за ним уже и основной парашют. Атмосферный поток еще высок — скорость составляет около 1500 километров в час, поэтому парашют называют сверхзвуковым. Чтобы поток не порвал резко раскрывшийся купол, используют технологию разрифовки: стропы заплетают таким образом, чтобы раскрытие было постепенным.
Чем шире раскрывается парашют, тем больше падает скорость, но атмосфера Марса настолько разреженная, что ее плотности не хватает для обеспечения мягкой посадки. Парашют позволяет сбрасывать скорость примерно до 300 километров в час, и требуется еще какое-то решение, чтобы доставить в сохранности полезную нагрузку на поверхность. Тут уже открывается больше простора для творчества инженеров и конструкторов.
Советские «Марсы» имели довольно малую массу для посадочных станций, поэтому обходились небольшими тормозными пороховыми двигателями. Причем у «Марса-2» и «Марса-3» двигателей было два: один уводил парашют в сторону, а второй «подвешивал» капсулу на цепях над поверхностью. Кстати именно благодаря этой цепи нам и удалось подтвердить обнаружение «Марса-3».
Последние метры «Марсы» пролетали в свободном падении, и удар на себя принимала толстая пенопластовая капсула. Из-за смещенного центра масс, по принципу неваляшки, «яйцо» стабилизировалось, и верхняя часть кожуха отстреливалась в сторону.
У «Марса-6» в 1973 году был один твердотопливный двигатель мягкой посадки, который сразу и гасил скорость, и отводил парашют. Точнее, должен был это делать. Что с ним произошло на самом деле, мы не знаем — передача данных с него прервалась примерно на этапе отделения парашюта, и сам аппарат на поверхности Марса пока не обнаружен. Существует гипотеза, что, как и в случае со «Скиапарелли», к аварии привела неверная оценка расстояния до поверхности.
Передача данных в полете, реализованный на «Марсе-6», это тоже результат опыта «Марса-3». «Третий» молчал, как и задумывалось, но специалисты на Земле поняли, что лучше бы он вещал на протяжении всей посадки. И хотя «Марс-6» отключился, не добравшись до поверхности, поработать он все же успел — провел первый непосредственный анализ атмосферы Марса и передал результаты на Землю. Его напарник «Марс-7» промахнулся мимо планеты, и его сигналы какое-то время регистрировались орбитальной станцией.
Американский аппарат «Викинг-2» сразу после посадки на Марсе
Пара аппаратов под маркировкой «Викинг» от NASA в 1976 году использовала более сложную систему — их уже оснастили жидкостными ракетными двигателями мягкой посадки. Жидкостный двигатель позволяет автоматике контролировать импульс, добиваясь плавности спуска и меньшей скорости достижения поверхности. При этом весь процесс протекал легче, поскольку скорость входа аппаратов в атмосферу составляла всего 3 километра в секунду. Сама посадка проходила не сразу. Межпланетные аппараты сначала выходили на околомарсианскую орбиту, выбирали подходящее место, и только потом посадочные модули спускались в атмосферу. Благодаря такой схеме на поверхность Красной планеты удалось доставить массивные аппараты, которые проработали несколько лет и провели массу экспериментов, в том числе по поиску воды и жизни.
Следующая посадка произошла целых двадцать лет спустя, в 1997 году. Спускаемый аппарат «Марс Пэтфайндер» должен был протестировать несколько технологий, в том числе способ торможения при помощи «воздушных мешков». Первая часть спуска проходила по привычной для NASA схеме, в капсуле. А уже из капсулы на привязи вытягивался спускаемый аппарат. В нескольких десятках метров над поверхностью срабатывали твердотопливные тормозные двигатели. Вокруг аппарата надувались баллоны из прочной ткани, из которой делают скафандры.
Сотрудники NASA на Земле проверяют систему посадки «Пэтфайндера»
Модуль в «пузырях» ударялся о поверхность и сотни метров скакал, подобно мячу. В конце концов баллоны сдувались, и «Марс Пэтфайндер» раскладывался по хитрой схеме, обеспечивающей вертикализацию аппарата, на какой бы боку ни оказался аппарат в конце движения.
Впервые эту технологию применили еще в СССР для посадки «Луны-9», а позже она пригодилась для посадки марсоходов «Спирит» и «Оппортьюнити».
Первый европейский посадочный зонд «Бигл-2» в 2003 году садился похожим образом, только он даже умудрился обойтись без порохового тормозного двигателя. Спускался в капсуле и на парашюте, а потом сразу скакал, как мячик. «Бигл-2» сел практически удачно, даже сумел немного проработать на поверхности, подобно «Марсу-3». Только на Земле узнали об этом спустя десять лет после посадки.
Для нормальной работы «Бигл-2» надо было развернуть 4 лепестка с солнечными батареями и одну панель с приборами. Аппарат успел раскрыть только две солнечные батареи и остановился навсегда по неизвестной причине. Скорее всего, его аккумулятор сел, не успев зарядиться от Солнца, но это только предположение. «Бигл-2» не передал данные о себе, поэтому, с точки зрения ESA, он ушел в атмосферу и навсегда замолчал.
Нашли «Бигл-2» только в 2013 году, по снимкам спутника MRO.
В 1999 году NASA потеряло свою единственную посадочную миссию на Марсе — Mars Polar Lander. К его модулю прилагались два отделяемых импактных зонда Deep space 2. Предполагалось, что они будут садиться и работать самостоятельно, и хотя потеряли все вместе, можно считать эту неудачу сразу за три. Картина выглядела так же: ушли в атмосферу, и тишина. Южный полюс Марса оказался недостижим, даже следов миссии не нашли.
В 2009 году попытку покорения полюса, на этот раз Северного, повторили. Конструкция «Феникса» во многом повторяла «Полар Ландер», только с учетом прежних ошибок. Это была спускаемая платформа, похожая на «Викинг», и спускалась она так же, только без торможения на орбите. Полет завершился удачно. Северное приполярье было изучено, и найдена марсианская вода.
В 2012 году марсоход «Кьюриосити» стал самым тяжелым объектом, который удалось благополучно доставить на Марс. Мало того, что он был вдвое тяжелее среднего значения массы других марсианских посадочных модулей, «Кьюриосити» отличался еще и высочайшей конструктивной сложностью, поэтому эквилибристика в надувном мяче ему не подходила, и даже ронять его со спускаемой платформы на высоте пары метров было нельзя. Сесть мягко платформа может, но на последних метрах реактивная струя поднимает слишком много пыли. Поэтому даже на легких аппаратах конструкторы стараются ставить как можно больше сопел, чтобы распределять реактивный поток. Для посадки «Кьюриосити» пришлось разрабатывать новую сложнейшую конструкцию, которая оставляла ракетные двигатели высоко наверху, и в вместе с ними поднимала мастерство посадки до фантастического уровня, — SkyCrane.
Модели марсоходов в сравнении: «Соджорнер» (маленький), «Спирит»/«Оппортьюнити» (средний), «Кьюриосити» (самый большой)
По сути технология и название SkyCrane заимствованы у вертолетчиков. Именно там принцип «подлететь, зависнуть и погрузить» применяется давно и успешно. Только винт на Марсе бесполезен, поэтому пришлось полагаться на ракетные двигатели. Сейчас взлетающей, зависающей и мягко садящейся ракетой никого не удивишь, а в середине 2000-х это было весьма рискованное решение. Думаю, инженеры JPL потратили немало нервных клеток и скотча, чтобы убедить всех чиновников NASA в успехе своего плана.
Вторая европейская попытка, «Скиапарелли», опирался, кажется, на весь предыдущий опыт посадок на Марс, и свой, и чужой. В целом, посадочная схема повторяла схему «Феникса» или «Викингов», только вместо ног удар приходился на широкий поддон из алюминиевых сот.
Памятуя о неудаче «Бигл-2», инженеры ESA разработали модуль «из целого куска», без каких-либо подвижных механизмов, антенн или панелей. От солнечных батарей вообще решено было отказаться.
Странно, что при этом решили обойтись без воздушных мешков, хотя они практически успешно посадили «Бигл-2». Видимо, когда в 2013 году нашли пропавший зонд, разработка «Скиапарелли» дошла уже до того уровня, когда что-либо переделывать было поздно. Тем более, как показывают предварительные сообщения, сбой в посадке «Скиапарелли» случился на программном уровне, а не в «железе». Хотя точная причина зависания программы, погубившей зонд, пока еще не известна.
В целом, опыт полетов и посадок на Марс говорит о том, что это дело сложное, но возможное. И опыт тут является определяющим фактором — частота попыток повышает шансы на успех, и даже наземной отработки, с испытаниями всех возможных сценариев, никогда не бывает мало.
В будущем, вероятно, полеты на Марс дополнятся новыми приемами и технологиями. И в России, и в США не первый год испытываются надувные тормозные щиты. Космопромышленник Илон Маск собирается сажать на поверхность Марса корабль «Рэд дрэгон» массой в несколько тонн и, возможно, попытается обойтись при этом без парашютов (хотя вряд ли). В своих планах на будущее он анонсировал аэродинамическую посадку по схеме Space Shuttle. Сотрудники РКК «Энергия» тоже рассматривали такую схему еще в 1980-х — 1990-х годах и сочли ее вполне перспективной.
Из более реальных проектов в ближайшие годы стоит ожидать посадку марсохода «Пастер» в рамках российско-европейского проекта «ЭкзоМарс» — там будет применена платформа. Также нас ждет посадка американского MSL 2020 — SkyCrane. И, возможно, посадка китайского марсохода — как именно ее будут осуществлять, пока неизвестно, но скорее всего либо на платформе, либо по схеме «Спирит»/«Оппортьюнити».
«Чат на чат» — новое развлекательное шоу RUTUBE. В нем два известных гостя соревнуются, у кого смешнее друзья. Звезды создают групповые чаты с близкими людьми и в каждом раунде присылают им забавные челленджи и задания. Команда, которая окажется креативнее, побеждает.
Реклама ООО «РУФОРМ», ИНН: 7714886605
Марсоход Curiosity уже практически пять лет добывает для ученых огромное количество новых данных о Красной планете. Пока он медленно забирается на гору Шарпа, спутник MRO заснял его перемещения с высоты 270 километров