1106 подписчиков

Научные инструменты Perseverance

22 августа 202022 авг 2020

7 мин

Марсоход Perseverance, который создатели иногда ласково называют «Percy», запустили к Красной планете 30 июля 2020 года с помощью ракеты-носителя Atlas V. Посадка на марсианскую поверхность в кратере Езеро (Jezero — да, в западно-славянских языках это знакомо звучащее слово означает именно «озеро») ожидается 18 февраля 2021 года. В этом материале мы приведём обзор научных инструментов, которые составляют полезную нагрузку новейшего планетохода NASA.

Perseverance визуально похож на своего предшественника — хорошо зарекомендовавшего себя Curiosity. Однако он имеет более прочные колёса, новую систему сбора и сохранения образцов (Sampling and Caching System), расширенный набор улучшенных научных инструментов и даже экспериментальный роботизированный вертолёт Ingenuity. Это привело к увеличению его массы на 17% по сравнению с Curiosity, до 1025 кг. Габариты планетохода составляют 3 м в длину, 2,7 метра в ширину и 2,2 м в высоту.

Помимо системы сбора и хранения образцов, Perseverance несёт 7 основных научных инструментов:

Mastcam-Z — разработанная на основе камер Curiosity стереоскопическая система из двух панорамных широкоугольных камер с возможностью оптического зума. Она способна делать снимки с максимальным разрешением 1600х1200 пикселей, разрешением до 150 микрон на пиксель. Её будут использовать для записи видео, создания трёхмерных снимков марсианской поверхности и атмосферы и отбора наиболее интересных мест для изучения.
MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer) — набор метеорологических датчиков, которые будут проводить измерения температуры, скорости ветра, относительной влажности, формы и размера частиц пыли и уровень ультрафиолетового излучения. Эти данные позволят наземной команде управления прогнозировать погоду, изучать её влияние на марсоход, а также расскажут учёным, как пыль управляет химическими и физическими процессами на планете.
MOXIE (Mars OXygen In situ resource utilization Experiment) — экспериментальный инструмент для демонстрации возможности производства кислорода из углекислого газа марсианской атмосферы. Это электрохимический реактор размером с автомобильный аккумулятор, который при температуре 800 °C будет разделять CO2 на CO и O2. Ожидается, что за часовой цикл работы прибор сможет произвести до 10 граммов кислорода — 1/50 от потребности человека за это время.
PIXL (Planetary Instrument for x-ray Lithochemistry) — хорошо знакомый земным геологам и материаловедам инструмент: рентгенофлуоресцентный спектрометр, который также оборудован камерой высокого разрешения. Его принцип основан на сборе и последующем анализе спектра, который возникает при воздействии на исследуемый образец рентгеновского излучения. Он займётся поиском микроскопических изменений текстуры образцов, которые могут быть свидетельствами образования биоплёнок древней микроскопической жизнью.
RIMFAX (Radar Imager for Mars’ Subsurface Experiment) — георадар, с помощью которого можно изучать подповерхностные структуры марсианского грунта. Он может «просматривать» поверхность примерно на 10 м вглубь с разрешением 15-30 см и находить лёд или резервуары с водой и её солевыми растворами. Это первый инструмент такого рода на Марсе. Он даст много полезной информации о геологической истории Красной планеты. Принцип его работы схож с обыкновенным радаром: он генерирует радиоволны, которые по-разному отражаются от разных геологических слоёв и улавливаются на приёмнике. По изменению принимаемого сигнала строится профиль подповерхностных слоёв с шагом в 10 см.
SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics and Chemicals) — ещё один инструмент из повседневной жизни геолога: рамановский ультрафиолетовый спектрометр. Он расположен на руке-манипуляторе марсохода и оборудован ультрафиолетовым лазером, с помощью которого марсоход будет искать следы органических веществ. Это первый инструмент такого рода, который отправился на поверхность Марса. Принцип его работы основан на неупругом рассеянии ультрафиолетового излучения молекулами — эффекте Рамана. Образец под ультрафиолетовым излучением будет слабо светиться с характерным спектром, по которому можно изучать молекулярные связи, кристаллографию, искать органические вещества и следы воздействия воды на минералы. Интересный факт — инструмент несёт в себе крошечные частицы метеорита, который когда-то был выброшен с поверхности Марса и через миллиарды лет попал на Землю. Если посадка Perseverance будет успешной, то эти частицы совершат первое символичное путешествие с Марса на Землю и обратно!
SuperCam — набор из камеры, лазера и спектрометров, который будет осуществлять первичный анализ химического состава, минералогии и фотографировать цели для дальнейших исследований. Он может находить органические соединения, а максимальное расстояние, на котором он может изучать образцы, составляет 7 метров. Кроме того, лазер SuperCam способен счищать с поверхности камней и марсианского грунта слой пыли, что улучшит качество анализа другими инструментами. Он представляет собой улучшенную версию лазера ChemCam, который используется на марсоходе Curiosity.

Помимо этого впечатляющего арсенала инструментов Perseverance обладает тем, что ещё ни разу не удавалось успешно использовать на Марсе — микрофонами! Наконец-то человечество сможет услышать настоящие звуки марсианского ветра, шорох колёс во время передвижения марсохода, рёв ракетных двигателей во время его посадки, возможно даже щелчки от испаряющейся под действием лазера SuperCam марсианской породы. Учёные планируют определять по ним массу и состав испаряющегося материала.

Кроме камер, которые установлены на научных инструментах, Perseverance имеет ещё инженерные и навигационные камеры. Всего на планетоходе их 23 штуки. Четыре камеры позволят взглянуть на спуск аппарата в атмосфере. Шесть фронтальных и кормовых камер будут искать опасные препятствия при движении по Марсу. Две навигационные камеры позволят аппарату самостоятельно планировать маршрут без участия человека. Ещё одну камеру будут использовать при заборе образцов в капсулы.

Один из самых важных компонентов марсохода — его манипулятор. У Perseverance он имеет длину 2,1 м и обладает пятью степенями свободы. На его поворотном механизме-турели располагаются такие приборы как SHERLOC и его дополнительная камера WATSON, спектрометр PIXL, инструмент для пневматического удаления пыли GDRT, датчик контакта с грунтом и бур. Последний по принципу работы напоминает обыкновенную ударную дрель и имеет три сменных сверла для сбора кернов твердого и рассыпчатого материала, а также абразивной обработки поверхности исследуемых образцов. Собранные образцы упаковываются в герметичную трубку. При этом перемещать собранный в трубках грунт будет специальный малый манипулятор под днищем аппарата. На борту Perseverance образцы запечатывают и хранят, пока команда управления не выберет для них хорошо узнаваемое и безопасное место для хранения на марсианской поверхности. Там они останутся для последующего сбора и отправки на Землю в рамках разрабатываемой программы Mars Sample Return Mission. Всего марсоход сможет оставить до 43 трубок с образцами.

Наконец, Perseverance обладает и своей «палубной авиацией» — роботизированным вертолётом Ingenuity. Этот автономный летательный аппарат имеет независимую задачу — технологический эксперимент по демонстрации возможности аэродинамического активного управляемого полёта в марсианской атмосфере. Так что он не будет каким-либо образом содействовать работе марсохода Perseverance. Масса вертолёта составляет всего 1,8 кг, размах его винтов — 1,2 м, а высота — 0,49 м. Ingenuity питается от солнечных батарей и самостоятельно управляет своим полётом с помощью миниатюрных навигационных датчиков, бортового компьютера и двух камер. Связь с Землёй он будет осуществлять через ретрансляцию на марсоход Perseverance.

Технические характеристики и возможности нового марсохода напоминают научную фантастику о роботах. Однако это уже свершившаяся реальность, и вскоре мы увидим, сумеет ли он оправдать ожидания своих создателей.

Дмитрий Логинов