Миссия «ЭкзоМарс» выполнима. Уже совсем скоро
Ракета-носитель «Протон-М» стартовала 14 марта 2016 года с космодрома Байконур, неся на борту сразу два космических аппарата необычайной важности! Ещё бы: к Марсу отправилась первая совместная миссия «Роскосмоса» и Европейского космического агентства (ЕКА) — «ЭкзоМарс-2016». Одновременно в космос были доставлены посадочный модуль «Скиапарелли» и орбитальный модуль TGO (Trace Gas Orbiter — «Орбитальная станция для изучения следов атмосферных газов»). За 226 дней посланцы Земли преодолели расстояние почти в 500 миллионов километров.
«Скиапарелли» предназначается для отработки технологии посадки на марсианскую поверхность. TGO приступит к детальному изучению атмосферы, распределения водяного льда в грунте Марса, подробной фотосъёмке и стереосъёмке поверхности.
На самом деле программа «ЭкзоМарс» состоит из двух этапов. В 2016 году начался первый. Запуск аппаратов второго этапа намечен на 2020 год, когда откроется очередное баллистическое «окно» к Марсу. Так что если всё пойдёт хорошо, орбитальный модуль TGO продолжит передавать данные ещё и с марсохода «ЭкзоМарс-2020», если посадка того на Красную планету окажется удачной.
Главная цель программы «ЭкзоМарс» — найти ответ на давний вопрос: была ли когда-нибудь жизнь на Марсе? И если эта миссия не сможет поставить точку в самой долгой и интригующей научной дискуссии, то подбросит в неё горючего — наверняка.
Орбитальная автоматическая станция TGO несёт на себе четыре научных прибора: два спектрометрических комплекса ACS и NOMAD, детектор нейтронов с высоким разрешением FREND и комплекс цветных камер высокого разрешения CaSSIS. Из этих четырёх приборов два — ACS и FREND — были созданы в московском Институте космических исследований (ИКИ) РАН.
Спутник TGO подробнее, нежели все предыдущие миссии к Красной планете, изучит атмосферу и климат Марса, а также в самых мельчайших деталях исследует его поверхность. TGO несёт на борту ряд приборов для мониторинга малых газовых составляющих марсианской атмосферы. В частности, эти приборы должны внести ясность в спор о присутствии в марсианской атмосфере метана, который ранее наблюдался наземными телескопами и марсоходом Curiosity.
Подробнее рассмотрим прибор АСS ИКИ РАН, установленный на марсианской орбитальной станции TGO. Информация о нём недавно появилась в научном журнале Space Science Reviews.
Прибор ACS (Atmospheric Chemistry Suite — «Комплекс изучения химии атмосферы») — это на самом деле три отдельных прибора. Состоящий из трёх спектрометров инфракрасного диапазона комплекс был спроектирован и разработан, чтобы соответствовать требованиям предельно высокой чувствительности, необходимой для обнаружения и измерения малых газовых составляющих атмосферы Марса, и прежде всего метана, который может служить признаком геологической или биологической активности на планете. Спектрометры ACS характеризуются одновременно высокой разрешающей способностью (10 000 и более) и широким спектральным диапазоном от 0,7 до 17 мкм. ACS сможет уточнить и роль основных составляющих марсианской атмосферы (CO2, H2O, аэрозолей) в климате планеты.
Канал ближней инфракрасной области NIR (от Near-InfraRed) представляет собой универсальный эшелле-спектрометр, охватывающий спектральный диапазон от 0,7 до 1,6 мкм с разрешающей способностью ~2×104. Прибор будет в основном применяться для мониторинга вертикальных профилей и горизонтального распределения водяного пара, исследования дневного свечения молекулярного кислорода, а также поиска ночных свечений, вызываемых фотохимическими процессами в марсианской атмосфере. Измерения будут проводиться в режиме солнечных затмений, во время которых свет Солнца проходит через атмосферу Марса и регистрируется прибором, наблюдений в надир (непосредственно под прибором), когда регистрируются отражённый солнечный свет и собственное излучение планеты, а также в режиме наблюдения лимба планеты.
Канал средней инфракрасной области MIR (Mid-InfraRed) представляет собой инструмент, предназначенный для наблюдений атмосферы Марса в режиме солнечных затмений в диапазоне 2,2–4,4 мкм. Эшелле-спектрометр со скрещённой дисперсией MIR достигает разрешающей способности > 5×104. Он был разработан для самых чувствительных измерений малых газовых составляющих атмосферы Марса и будет измерять содержание метана, отношение содержания дейтерия к водороду, малых составляющих атмосферы и аэрозолей. Канал MIR был создан для решения главных задач всей орбитальной миссии «ЭкзоМарс» — именно от него ожидаются основные научные «прорывы».
«Точность измерений будет в сотни раз превышать имеющиеся у нас данные об атмосфере Марса, кроме того, орбита космического аппарата позволит довольно часто проводить наблюдения солнечных затмений», — рассказал ведущий эксперт по прибору MIR, главный специалист ИКИ РАН Александр Трохимовский.
«Для спектрометров NIR и MIR на «Физтехе» были разработаны алгоритмы обработки данных, а для планирования и интерпретации результатов экспериментов построена модель общей циркуляции атмосферы Марса», — добавил руководитель лаборатории прикладной инфракрасной спектроскопии МФТИ Александр Родин.
Наконец, третий прибор — Фурье-спектрометр теплового инфракрасного диапазона TIRVIM, охватывающий спектральный диапазон 1,7–17 мкм с разрешением от 0,2 до 1,3 см-1. Именно на него возлагают надежду по точной характеристике марсианского климата. Он выполнит профили температуры атмосферы, измерит содержание пыли и температуру у поверхности. Ожидается, что наблюдения TIRVIM обеспечат измерения температуры от поверхности до высоты ~60 км с самой высокой возможной точностью, он также произведёт лучшую оценку оптических толщин пыли и облаков, попутно обеспечив уникальную возможность для обнаружения газов O3 и H2O2, имеющих фундаментальное значение для фотохимии. Три последние буквы в аббревиатуре прибора VIM — дань памяти доктора физико-математических наук, профессора Василия Ивановича Мороза, основателя инфракрасной спектрометрии в нашей стране, который долгое время руководил Отделом физики планет и малых тел Солнечной системы ИКИ РАН.
«ЭкзоМарс» — первый совместный проект России и ЕКА, объединяющий международную группу учёных из 29 научных организаций, включая Институт космических исследований РАН (головной исполнитель по созданию научной программы с российской стороны) и МФТИ.