Я практически в каждой публикации, посвящённой освоению космоса, говорю о том, что в данной отрасли человечество работает на пределе своих технических возможностей. Потому-то и возникла идея о запуске рубрики, призванной показать этот предел.
Так было всегда.
В самом начале эры освоения Солнечной системы, в то время, когда космическая деятельность была окутана вуалью романтизма, казалось, что люди, этим занимающиеся, делают что-то невозможное.
Так, вспомним первые сотворённые человеком аппараты, нацеленные на покидание родной Солнечной системы.
Аппараты серии Pioner.
Для управления этими аппаратами была открыта командная радиолиния, по которой со скоростью 1 бит/с можно было передать 222 разных команды — из них 149 для управления системами КА и 73 для управления научной аппаратурой. Конечно же инженеры подумали о безопасности, поэтому два декодера и блок распределения команд определяли достоверность каждой команды и её адресата. На приём и обработку каждой команды, состоящей из 22 бит, требовалось соответственно 22 секунды. Поэтому аппарат имел и программную память — на целых пять команд, которые выполнялись последовательно друг за другом с заданными временными интервалами. Чтобы обеспечить заданную продолжительность работы КА — 21 месяц, разработчики максимально упростили борт за счёт усложнения наземной части. Главные компоненты задублировали, остальные ставили на борт только при наличии опыта использования в космосе. (При проектировании станций учитывался опыт создания аппаратов серии Pioneer A…E, четыре из которых были успешно запущены в 1965-1969 гг., и с них были заимствованы целые блоки.) Электронные компоненты подвергли предварительной отработке, чтобы избежать ранних отказов. Кроме того, два эксперимента проводились без размещения аппаратуры на борту КА — определение массы Юпитера и четырех галилеевых спутников по допплеровскому смещению сигнала и радиопросвечивание Юпитера и Ио.
Вот с такими средствами NASA отправлялось исследовать Юпитер и получило при этом гораздо больше результатов, чем планировалось.
Аппараты серии Voyager.
За последние 40 лет два космических аппарата «Вояджер» исследовали Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, показав нам с удивительными подробностями эти странные и манящие миры, то спрятанные подо льдом луны, то покрытые вулканами или залитые смогом.
Что самое потрясающее, оба «Вояджера» до сих пор работают. Всякий раз, когда «Вояджер-1» отправляет на Землю сигнал, он совершает это с самого дальнего расстояния из всех объектов, когда-либо запущенных с Земли.
«Вояджер-1» покинул пределы гелиосферы в 2013 году и (на момент написания этой статьи) прошёл более 23 миллиардов километров. «Вояджер-2», двигающийся по иной траектории, находится почти в 20 миллиардах километров и вот-вот тоже покинет пересечёт границу «плазменного пузыря» . Для понимания: радиосигнал, летящий на скорости света, добирается от Земли до «Вояджера-1» и обратно более 40 часов. «Вояджеру-2» нужно на это порядка 33 часов.
Мощность передатчика на космическом аппарате составляет около 12 ватт. Когда он работает на пике, она составляет около 20 ватт — примерно как у лампочки в холодильнике.
Попробуйте это представить. Уезжая за город на выходные, вы можете испытывать трудности с мобильной связью. NASA же может поймать сигнал с расстояния в 20 миллиардов километров, отправленный с 40-летнего 12-ваттного передатчика.
Эти сигналы поступают в сеть дальней космической связи NASA — гигантские спутниковые антенны, разбросанные по всему миру и предназначенные для сбора данных с отдалённых космических аппаратов.
Современность.
С момента запуска «Пионеров» и «Вояджеров» у нас появились компьютеры, чуть более мощные приёмники и желание покорять другие звёздные системы, но ограничения в виде, например, скорости света никуда не денутся, поэтому специалисты космических агентств работают с новым оборудованием, но в тех же условиях, что и их учителя в 1970-е годы.
Вернёмся в 2012 год. Марсоходу Curiosity потребовалось 7 минут для того, чтобы, преодолев атмосферу Красной планеты, войдя в неё на скорости 22 000 км/ч, спуститься на её поверхность. При этом, сигналам и данным, передаваемым космическим аппаратом, чтобы достичь центра управления миссией на Земле, потребовалось времени в два раза больше. Всё это время учёные и инженеры могли только смотреть в свои мониторы в надежде на то, что аппарат, в который они вложили всех себя, не потерпел крушение. Пока людишки на Земле держались, чтобы не упасть в обморок от стресса, робот на Марсе безмятежно стоял, ожидая новых команд, готовясь к началу работы.
В этом смысле учёные немного мазохисты и с удовольствием будут снова и снова испытывать эти минуты ужаса, лишь бы быть причастным к чему-либо настолько грандиозному, как космический аппарат на другой планете. В субботу, 5 мая 2018 года, в 11:05 по Гринвичу, со стартовой площадки Launch Complex 3 космодрома базы ВВС США Вандерберг в Калифорнии была успешно запущена ракета-носитель United Launch Alliance Atlas V-401, несущая на себе аппараты миссии Mars InSight, которые отправились в путешествие к Красной планете, длиной в 485 миллионов километров. В отличие от ровера «Кьюриосити», весь жизненный цикл основного спускаемого аппарата InSight пройдёт в одной точке на поверхности Марса. Он должен зарыться в грунт, чтобы изучить свойства внутренней части планеты.
У этой миссии есть ряд особенностей, включая тот факт, что это первая в истории межпланетная миссия, запущенная с западного побережья США. Например, на Марс впервые будет доставлен сейсмограф, для регистрации марсотрясений. А для изучения глубин Красной планеты на борту InSight есть специализированный магнитометр.
Дополнительно, вместе со спускаемым аппаратом InSight, к Марсу летят два космических аппарата MarCO-A и MarCO-B, которые выполнят близкий пролёт у планеты, в то время, как основной модуль будет совершать посадку на её поверхность. Аппараты MarCO являются первыми спутниками стандарта CubeSats, которые побывают у другой планеты. Эти малыши должны продемонстрировать возможность столь малых устройств «общаться» с Землёй, находясь на большом удалении.
Прежде чем команда миссии InSight испытает минуты ужаса посадки аппарата, им придётся очень много поработать во время перелёта на протяжении шести с половиной месяцев. Во время всего рейса команда учёных, инженеров и других сотрудников InSight будет тренироваться в управлении, заданию последовательности команд и отклику на них, а также упражняться в терпении.
Такое бывает довольно редко, но катастрофа может произойти во время фазы перелёта. Так, в 2002 году Contour (COmet Nucleus TOUR), аппарат, отправленный для изучения двух комет во внутренней части Солнечной системы, разрушился, перегревшись, спустя шесть недель после запуска.
Всё началось с того, что команда InSight убедилась, что аппарат успешно пережил стартовые нагрузки. Они провели серию проверок, которых было больше, чем во время контроля работоспособности приборов и различных систем в лабораториях на Земле.
Подготовка к работе на поверхности планеты выматывает больше, чем сама работа. Это так же, как актёры театра месяцами репетируют, чтобы двухчасовое выступление прошло без единой накладки. Вся команда, словно в армии, в любой момент ежедневно поднимается по тревоге. Тренировке подвергается всё: управление, сбор данных и их анализ, производится имитация всего, с чем космический аппарат может столкнуться, находясь на Марсе. Сотни раз прогоняются сценарии от разворачивания инструментов до завершения миссии. Имитируется даже планирование совещаний во время экстренных ситуаций.
Пока «Кьюриосити» на протяжении девяти месяцев летел к Марсу, специалисты NASA в пустыне Нью-Мексико, применяя точную копию марсохода, прогоняли все возможные сценарии, вплоть до выбора мест, где будут делаться фотографии, а где буриться почва.
Прежде чем InSight начнёт свою работу, он должен уцелеть в пути, а затем пережить посадку, ведь отправить космический аппарат на Марс в разы проще, чем мягко посадить его на поверхность. Собственно, удачно совершить посадку и отработать на поверхности Красной планеты удавалось только США.
Несколько посадочных аппаратов, запущенных Советским Союзом в 1970-х годах, потерпели крушение, либо во время спуска, либо спустя несколько минут после посадки. Последняя попытка спустить на поверхность Марса посадочный Schiaparelli в 2016 году европейцами закончилась крушением. Причиной крушения стал сбой в инерциальной измерительной системе аппарата. В течение 1 секунды система выдавала отрицательное значение высоты, как если бы аппарат уже достиг поверхности. Этого оказалось достаточно для того, чтобы на высоте 3,7 километра посадочный компьютер отстрелил парашют, на короткое время включил тормозные двигатели модуля, а также включил ряд «наземных» приборов. Согласно оценке ЕКА, аппарат совершил свободное падение с высоты от двух до четырёх километров и набрал скорость, которая в момент столкновения составила более 300 км/ч.
Интересно, что фактически работу над миссией InSight, хоть это и не было очевидным, начал 20 лет назад Мэтт Голомбек — «парень с посадочной площадки» в Лаборатории реактивного движения NASA в Калифорнии, который всё это время провёл за сбором и оценкой потенциальных посадочных мест для марсианских миссий, включая первый успешно примарсианившийся в 1997 году ровер Sojourner.
«Место для посадки каждой марсианской миссии всегда гладкое, плоское— скучное место», — сказал Голомбек в одном из интервью.
Так как InSight не может маневрировать, команда не имеет права ни на малейшую ошибку. Причём последние команды должны быть отправлены не позднее, чем за 10 минут до входа в атмосферу Марса, так как посадочные операции автоматизированы, а трёх минут до входа должно хватить, чтобы принять и обработать их.
После начала спуска 26 ноября 2018 года пойдёт отсчёт 14 минут, на протяжении которых вся команда InSight будет пялиться, затаив дыхание, в свои мониторы. Кто-то обхватит голову руками, кто-то будет стоять с открытым ртом, кто-нибудь обязательно будет нервно постукивать карандашом по столу, раздражая и без того всех вокруг напряжённых. И вот в момент, когда нервы будут натянуты настолько, что в следующее мгновение порвутся, придёт сигнал, оповещающий о...
Оглавление канала
Подписывайтесь на канал в Telegram, чтобы следить за обновлениями онлайн, и не пропускать интересные новости о науке и технике.
