2003, 2004 годы.
Opportunity
Японский зонд Nozomi, стартовавший ещё летом 1998-года, но из-за неправильного гравитационного маневра изрядно задержавшийся, так и не смог выйти на орбиту Марса.
Японские специалисты долго боролись за его жизнь, но 9 декабря были вынуждены сдаться. Уже безжизненный аппарат 14 декабря прошел на расстоянии около 900 километров от поверхности Марса и растворился во Вселенной.
Следующий земной посланец — космический аппарат (КА) Mars Express (ЕКА — 27816 / 2002 022A.), изготовленный специалистами компании Astrium, с посадочным аппаратом Beagle 2 (Британия) был запущен 2 июня 2003 года в 17:45:24 UTC (21:45:24 мск) с 6-й пусковой установки 31-й площадки 5-го Государственного испытательного космодрома Байконур стартовыми командами Росавиакосмоса при поддержке боевых расчетов Космических войск РФ (по заказу компании Starsem). Он был выведен на марсианскую траекторию ракетой-носителем “Союз-ФГ” с разгонным блоком “Фрегат”.
Выход на орбиту спутника Марса (86.6°, 300×14887 км) , как и планировалось ранее, был совершен 25 декабря. Рабочая орбита станции имеет наклонение 86.35°, высоту 258×11559 км и период 7.5 час. Через 440 суток запланирована коррекция с изменением высоты орбиты до 298×10107 км и периода до 6.7 час. Mars Express должен проработать на орбите по крайней мере один марсианский год, но топлива несет на двойной срок.
Приборный комплекс состоит из камеры высокого разрешения HRSC, картирующего спектрометра OMEGA, фурье-спектрометра PFS, радара для зондирования коры планеты до глубины в несколько километров MARSIS, атмосферного спектрометра SPICAM и анализатора нейтральных атомов ASPERA. С помощью бортового радиопередатчика будет выполняться эксперимент по радиозондированию MaRS. Многие из этих экспериментов перенесены на Mars Express с «Марса-96», рухнувшего в воды Тихого океана из-за неполадок в разгонном блоке.
Согласно полетному заданию, отделение Beagle-2 от Mars Express произошло 19 декабря 2003 года, а посадка на Красную планету — 25 декабря. Увы, но после посадки модуль на связь не вышел, что означает одно – мягкая посадка не удалась. Последнюю попытку установить контакт с посадочным модулем Beagle-2 специалисты Европейского космического агентства предприняли 7 января 2004 года в 12:13 UTC (15:13 мск). Она оказалась неудачной.
Почтим память исчезнувшего космического аппарата его кратким описанием:
Свое название космический аппарат получил в честь судна Beagle, на котором в позапрошлом веке путешествовал Чарльз Дарвин (Charles Darwin), готовя свой труд о происхождении жизни на Земле. Миссия на Марс рассматривается ее организаторами как продолжение дела Дарвина. Это произведение инженерного искусства, авторами которого являются германский DLR, российский «Трансмаш» и итальянская Techniospazio.
В состав его входит манипулятор со стереокамерой, микроскопом, точильно-сверлильным рабочим органом и «кротом» – полуавтономным ползающим сборщиком образцов. На Марсе, где буквально все породы покрыты ржавчиной, необходимо сначала избавиться от нее, а уже потом вести измерения. Для этого предусмотрены две возможности. Первая состоит в том, что поверхность камня фрезеруется, а затем на очищенной площадке высверливается полым сверлом отверстие и забирается образец диаметром 2 мм и длиной 10 мм. Вторая заключена в использовании «крота» по имени Pluto, который выползает из своего «домика», перемещается со скоростью около 1.5 мм/с на расстояние до 3 м и зарывается в грунт под защитой какого-нибудь камня. Обратно он возвращается за счет сматывания кабеля на катушку, неся в своей «пасти» неокисленный образец.
Кстати, точильно-сверлильный орган изготавливается в Гонконге группой во главе с зубным врачом с непроизносимой фамилией Нг (Ng) – кажется, это первый космический инструмент этой страны. Остальные приборы изготавливают университеты и институты Британии, Германии, Франции и Швейцарии. Сам аппарат изготавливает британский филиал фирмы Astrium (ранее Matra Marconi Space).
Стартовая масса станции – 60 кг, из которых половина приходится собственно на посадочный аппарат и его приборы, а вторая – на средства обеспечения посадки. Через 5 суток после сброса с «Марс Экспресса» КА войдет в атмосферу Марса на высоте 120 км со скоростью 6.4 км/с (M=31.5) и испытает торможение с максимальной перегрузкой 19g до «умеренной» сверхзвуковой скорости (M=1.5). От сгорания его предохранят лобовой экран и хвостовой обтекатель. После торможения по данным трехосного акселерометра последовательно вводятся пилотный и основной парашют, а затем надуваются три посадочных амортизатора. Они смягчают касание на скорости до 40 м/с (перегрузка – до 200g).
Зонд должен был выполнить посадку на равнине Изиды в точке 10.6° с.ш., 270° з.д. (центр эллипса рассеяния размером 95×500 км). Связь с Землей планировалась через ретранслятор на КА Mars Express или Mars Odyssey. Работа станции на поверхности была рассчитана на 6 месяцев, дополнительная программа – до конца первого марсианского года (669 местных суток).
Mars Exploration Rover — 10 июня 2003 года в 17:58:46.773 UTC (21:58:46.773 мск) с площадки SLC-17A Станции ВВС США Мыс Канаверал стартовыми командами компании Boeing Expendable Launch Systems при поддержке боевых расчетов ВВС США (45th Space Wing) осуществлен пуск ракеты-носителя Delta-2 (7925), которая вывела на траекторию полета к Марсу межпланетную станцию Spirit (27828 / 2003 027А). До недавнего времени в графике пусков станция имела обозначение MER-A (Mars Exploration Rover-A) и лишь за два дня до старта обрела собственное имя.
Конструктивно Spirit состоит: из межпланетной ступени, которая должна обеспечить защиту оборудования и бортовых систем от воздействия межпланетной среды, систем, обеспечивающих сохранность станции при входе в марсианскую атмосферу, снижении и перед посадкой, посадочной ступени и марсохода. Масса межпланетной станции, включая посадочную ступень и марсоход, 1063 кг. Он создан специалистами Лаборатории реактивного движения в Пасадене, шт. Калифорния.
Посадка произошла 4 января 2004 г. в 04:35:17 UTC (07:35:17 мск) внутри кратера Гусева в точке с координатами 15 град. Ю.ш. и 175 град. В.д. Сигнал от марсохода с поверхности Марса принят в центре управления полетом.
Примечание:
Кратер Гусева, в котором обнаружены следы воды, получил свое название в 1976 году в честь русского астронома Матвея Гусева (1826-1866). Очень часто это название связывают с именем персонажа романа Алексея Толстого “Аэлита” — красноармейцем Гусевым.
Приблизительно за 1 час до посадки станция была сориентирована теплозащитным лобовым экраном вперед.
Спускаемый аппарат отделился от перелетной ступени за 21 минуту до посадки и вошел в атмосферу на высоте 128 км под углом 11,5 град к горизонту при скорости 5,4 км/с.
Примерно 4 минуты шло интенсивное торможение, в результате чего скорость упала до 130 м/с, а высота уменьшилась до 8,6 км. Примерно за 1 минуту 53 секунды до посадки был раскрыт парашют диаметром 15 м. Спустя 20 секунд был сброшен лобовой экран, а еще через 10 секунд посадочная ступень опустилась на тросе на 20 м. вниз от хвостового обтекателя.
За 8 секунд до запланированного времени посадки на высоте 284 м. от порохового аккумулятора давления были надуты посадочные амортизаторы, а двумя секундами позже выдан тормозной импульс — тремя двигателями мягкой посадки на хвостовом обтекателе для гашения вертикальной составляющей скорости и одним двигателем бокового сноса для компенсации горизонтальной составляющей.
В результате этой операции аппарат оказался “обездвижен” на высоте 10-15 м. С этой высоты он упал, подпрыгнул, покатился и спустя некоторое время замер неподвижно на поверхности Марса.
Сдутие амортизаторов (через 66 минут после посадки), раскрытие лепестков посадочного устройства (с 96-й до 187-й минуты), раскрытие панелей солнечных батарей, фотосъемка двумя навигационными стереокамерами, раскрытие остронаправленной антенны, подъем мачты с панорамной камерой, съемка панорамы места посадки (1-е сутки после посадки). Прошли нормально .
Предполагается, что марсоход будет функционировать около 90 суток и преодолеет расстояние около 1 км. Основной задачей полета является изучение поверхности Красной планеты. Задачи и состав научной аппаратуры КА MER похожи на Beagle 2. «Американцы» также оснащаются панорамной камерой, микроскопом и спектрометром Мёссбауэра, манипулятором с пятью степенями свободы и даже шлифовальным устройством RAT для удаления ржавчины на участке диаметром 47 мм.
Марсоход MER в принципе может связываться с Землей напрямую, но это очень медленный канал. Чтобы передать «картинку», нужен орбитальный ретранслятор. В штатном режиме для этого используется ретранслятор на «Одиссее», и он, по-видимому, будет работоспособен. Его может заменить и Mars Express.
А 8 июля 2003 года в 03:18:15.170 UTC (07:18:15.170 мск) с площадки SLC-17B Станции ВВС США Мыс Канаверал стартовыми командами компании Boeing Expendable Launch Systems при поддержке боевых расчетов ВВС США (45th Space Wing) осуществлен пуск ракеты-носителя Delta-2 (7925-Н), которая вывела на траекторию полета к Марсу ещё одну межпланетную станцию Opportunity (27849/2003 032А).
Конструктивно Opportunity состоит: из межпланетной ступени, которая должна обеспечить защиту оборудования и бортовых систем от воздействия межпланетной среды, систем, обеспечивающих сохранность станции при входе в марсианскую атмосферу, снижении и перед посадкой, посадочной ступени и марсохода. Масса межпланетной станции, включая посадочную ступень и марсоход, 1063 кг. Он создан специалистами Лаборатории реактивного движения в Пасадене, шт. Калифорния.
Посадка на Марс состоялась 25 января 2004 года. В качестве места посадки выбран район кратера Гусева. NASA выбрало точку приземления для Opportunity в области по имени Meridiani Planum из-за обширных отложений кристаллического гематита. А он, как правило, формируется в присутствии жидкой воды. Любопытно, что гематит в мелкозернистой форме ответственен за красный цвет Марса.
На Земле отложения гематита найдены, к примеру, в местах, где некогда работали горячие источники, типа тех, что в заповеднике Йеллоустоун. Но в некоторых случаях гематит — продукт вулканической деятельности. Учёные ещё с 1998 года мечтают узнать, какой из этих процессов создал серый гематит на Марсе. Тогда спутник Mars Global Surveyor определил большие концентрации этого минерала около экватора планеты.
Учёные надеялись, что марсоход Opportunity попадёт на такую площадку, где он мог бы исследовать и поверхностный слой грунта, и более глубокие скальные слои. Маленький кратер (диаметром приблизительно 20 метров), кажется, имеет и те, и другие участки, так что попадание “Возможности” оказалось снайперским.
30.01.04 Марсоход съехал на грунт планеты. Робот изучил почву рядом с точкой посадки, а затем отправился к обнажению слоистых скал.
Участок поверхности Марса, который был сфотографирован при помощи “микроскопа” составил 3 см в поперечнике. Комбинированное цветное изображение было получено с использованием оранжевого светофильтра и противопыльных чехлов. Внимание ученых привлекла необычная форма “песчинок”, указывающая на то, что поверхность Марса могла сформироваться из остывших частиц лавы и дальнейшего напластования грунта вокруг них.
Ученые высказали несколько гипотез происхождения круглых частиц. Согласно одной из них, частицы могли “обрасти” наслоениями, если бы перекатывались в течение долгого времени в воде. Такие камни называются оолитами. Однако это вряд ли могут быть оолиты — вокруг в марсианском грунте слишком мало таких камней, а, кроме того, в оолитах часто присутствуют пузырьки газа, которых на фотографиях не видно.
Согласно другой теории, частицы могли приобрести обтекаемую форму, если бы они образовались в результате падения метеорита. Во время входа в атмосферу от метеорита откалываются обломки, которые, долетев до поверхности, “обтачиваются” об газ, который ее образует. Еще одна теория объясняет шарообразную форму частиц грунта извержением вулкана. Небольшие куски лавы, остывая, могут приобретать круглую форму. Такие “камни” называются лапилли. Пока ни одна из теорий не получила документального подтверждения.
После этого марсоход выбрался из кратера и сделал панорамный снимок места посадки. На заднем плане фотографии различимы посадочный модуль и парашют марсохода.
Но основной интерес вызвали следы воды.
Однако продолжим о следующих планах, не отрываясь от текущих марсианских экспедиций. Неполадки марсохода Opportunity. Пока что у него не срабатывает лишь один маленький нагреватель (мощность 1 вт), который расположен в сочленении манипулятора. Точнее, срабатывает не тогда, когда нужно. Он должен греть тогда, когда одновременно: а) ХОЛОДНО; б) манипулятор функционирует. Сейчас же он работает всегда, когда ХОЛОДНО, независимо от функционирования руки. . Следствие — при холоде возникает утечка энергии. Руководители считают, что если проблему не удасться устранить, они просто будут стараться держать манипулятор в тепле, когда можно, чтоб не терять попусту хоть небольшую, да полезную мощность.
Неполадки марсохода Spirit
У аппарата возникли серьезные проблемы с центральным процессором.
Вкратце о нем: Процессор, наряду с батареей и прочей электроникой, находится в теплозащитном кожухе, который защищает его от низкой температуры на поверхности Марса (до-100 гр. Цельсия). Наряду с изоляцией рабочая температура поддерживается собственной теплоотдачей (около 7 ватт), небольшими электрическими термонагревателями (1 ватт) и восемью радиоактивными плутониевыми нагревателями, размером с горошину, находящимися в защитной оболочке..
Роверы используют компьютер, произведенный BAE. Этот процессор почти идентичен по архитектуре старому PowerPC (использовался в компьютерах Макинтош). По сегодняшним стандартам, он весьма слаб. Тактовая частота 20 мегагерц, 128-КБ RAM, 256 КБ флэш памяти и ROM, содержащую операционную систему. Никаких винчестеров там нет. Энергопитания обеспечивается солнечными батареям.
Как оказалось проблемы были вызваны переполнением памяти. Память очистили и марсоход продолжил работу. 8 февраля марсоход Spirit просверлил первое отверстие в горной породе на Марсе. С помощью специального устройства в камне Адирондак проделано отверстие 2.7 мм глубиной и 45 мм в диаметре. На это аппарату потребовалось три часа.