Отправьте роботизированный космический корабль на Марс, захватите несколько камней и грязи и верните их на Землю.
Как это может быть трудно?
Это больше похоже на межпланетный цирк, чем вы можете себе представить, но НАСА и Европейское космическое агентство считают, что сейчас настало время, когда они могут, наконец, выполнить эту сложную хореографию, бросая камни с одного космического корабля на другой, прежде чем образцы наконец приземлятся на Землю в 2031 году.
"Научное сообщество, конечно, жаждало сделать это в течение довольно долгого времени”, - сказал Джеймс Уотзин, директор программы исследования Марса в НАСА.
За последние пару десятилетий роботизированные исследователи открыли все более сложную картину Марса, но планетологи ограничены количеством науки, которое может быть упаковано в космический корабль.
- Вы можете переносить в поле столько приборов только роботизированно, - сказал мистер Уотзин. “Чтобы по-настоящему разобраться в некоторых действительно интригующих вопросах на уровне деталей, нам нужно проанализировать доказательства на молекулярном уровне и попытаться извлечь информацию из очень, очень старого материала. А для этого нужен целый набор приборов, которые явно были слишком велики, чтобы сжать их и отправить на другую планету.”
Со свежими породами Марса на Земле все больше ученых смогут исследовать их, используя широкий спектр самого сложного оборудования в лабораториях по всему миру.
Первый шаг этого эпического предприятия, известного как возвращение образцов Марса, вскоре начинается с настойчивости, следующего марсохода НАСА. Он должен стартовать 30 июля, направляясь к Джезеро, кратеру, который когда-то был озером около 3,5 миллиардов лет назад, и является многообещающим местом, где могут сохраниться признаки прошлой жизни на Марсе.
Одной из ключевых задач для настойчивости является бурение до 39 кернов породы, каждый шириной в полдюйма и длиной 2,4 дюйма, которые выглядят достаточно интересными, чтобы заслуживать дополнительного изучения на Земле. Каждый образец камня и грязи весом около полунции будет запечатан в сверхчистую металлическую трубку размером с сигару.
Что Же Мешает Большинству Маленьких Детей Получить Ковид-19?
Но изначально НАСА не собиралось возвращать эти трубки на Землю. Упорство не может сбросить камни с Марса.
Миссия НАСА включает в себя упорство, 2200-фунтовый марсоход и изобретательность, экспериментальный марсианский вертолет.
Четырехфунтовый самолет будет поддерживать беспроводную связь с марсоходом "настойчивость".
Будет идентифицировать химические элементы, чтобы искать признаки прошлой жизни на Марсе.
Башенка с множеством инструментов прикреплена к 7-футовой роботизированной руке. Бур будет извлекать образцы из марсианских пород. Устройство Шерлока будет идентифицировать молекулы и минералы для обнаружения потенциальных биосигналов с помощью камеры WATSON.
Три года назад группа инженеров из Лаборатории реактивного движения НАСА в Калифорнии начала более пристально изучать вопрос о том, когда можно будет осуществить возврат части образцов Марса. Они рассмотрели возможность запуска спасательного космического корабля в 2026 году, а образцы вернутся через три года.
Эта временная шкала, как они обнаружили, была слишком амбициозной.
Но если посадка на Землю была перенесена на 2031 год, то график оказался вполне выполнимым. “Мы действительно чувствуем, что могли бы сделать это”, - сказал мистер Уотзин.
Бюджетный запрос администрации Трампа для НАСА на 2021 финансовый год включал 233 миллиона долларов для продолжения разработки, через два года после того, как агентство получило 50 миллионов долларов для первоначальных исследований. В прошлом месяце 22 страны-члена Европейского космического агентства дали добро на сотрудничество с НАСА.
Научная группа "настойчивость" уже приступила к предварительному геологическому анализу того, что должно быть возвращено на Землю.
“Мы все больше сосредотачивались на том, как правильно сделать этот элемент”, - сказал Кеннет Фарли, научный сотрудник проекта Perseverance. “Мы как бы перешли от "Да, когда-нибудь эти образцы будут подобраны" к " да, они могут быть подобраны довольно скоро.- Это была важная эволюция.”
Официальные представители космического агентства пока не объявили общую цену, но ожидается, что ее стоимость составит несколько миллиардов долларов.
“Мы пытаемся держать это под определенным целевым уровнем затрат", - сказал Брайан К. Мюрхед, который руководит проектом возврата образцов в Лаборатории реактивного движения. “Мы действительно приходим с оценками — ‘это то, что мы думаем, что это займет "— и до сих пор НАСА сказало: "хорошо, продолжайте.’”
Если все пойдет по плану, то в 2026 году на Марс отправятся два космических аппарата. Одним из них будет построенный НАСА спускаемый аппарат, который станет самым тяжелым кораблем, когда-либо поднимавшимся на поверхность Марса. Он будет нести марсоход, построенный европейцами, чтобы забрать образцы породы, и небольшую ракету, которая запустит камни на орбиту вокруг Марса.
Спускаемый аппарат пройдет окольную траекторию к Марсу, прибудет в августе 2028 года, в начале марсианской весны. Затем марсоход на солнечных батареях откатится от посадочного модуля, сделает рывок, чтобы собрать по крайней мере некоторые образцы горных пород, вернуть их и перенести в посадочный модуль. Образцы, в свою очередь, будут роботизированно перемещены на вершину марсохода-ракеты, которая будет запускать камни с Марса.
Второй космический аппарат, возвращающийся на орбиту Земли, будет построен Европейским космическим агентством. Он пройдет более быстрый путь к Марсу, выйдя на орбиту до прибытия посадочного модуля. Это позволит орбитальному аппарату служить ретранслятором для связи с посадочным модулем, когда он приближается к поверхности.
В результате запуска ракеты-носителя будет установлен контейнер размером с футбольный мяч, в котором образцы горных пород будут кружить вокруг Марса на высоте около 200 миль над поверхностью. Затем орбитальный корабль должен найти этот контейнер, как бейсбольный аутфилдер, преследующий Летающий мяч. Орбитальный аппарат будет отслеживать запуск ракеты, но для простоты сам контейнер не имеет ни двигателей, ни радиомаяка. Он, однако, Белый, что должно было бы сделать его более заметным на фоне темноты космоса.
"Это, очевидно, один из ключевых вопросов: как вы находите его?- Сказал мистер Мюрхед. - Как только вы знаете, где находится его орбита, очень легко найти совпадение с орбитой.”
Дверь на орбитальном корабле откроется, чтобы захватить контейнер. Затем 1000-фунтовое приспособление внутри орбитального аппарата вращается и перемещает контейнер в нужную конфигурацию внутри космического аппарата, заботясь о том, чтобы исключить возможность того, что что-либо с Марса может загрязнить что-либо за пределами контейнера для образцов.
Затем орбитальный аппарат должен был покинуть Марс. По мере приближения к Земле он будет выбрасывать образцы, установленные в так называемом земном транспортном средстве, на встречном курсе с пустыней Юта.
Парашюты были еще одним осложнением, которое инженеры сочли ненужным, поэтому входная машина, напоминающая большое сомбреро, должна была врезаться в землю со скоростью, сравнимой с автокатастрофой на шоссе: 90 миль в час.
Научный груз-камни и грязь, которые не являются хрупкими, - легко выдержит это воздействие.
Многие детали, такие как место посадки посадочного модуля, остаются нерешенными. Если настойчивость все еще находится в хорошем рабочем состоянии, она может направиться ко второму участку за пределами Иезеро, где могли быть геотермальные горячие источники, другая среда, где жизнь могла бы процветать.
Но эти решения не должны приниматься годами, и лучшие ответы могут не стать очевидными, пока настойчивость не получит хорошего взгляда на Jezero.
Если одна часть ломается, миссия возврата образца не обязательно терпит неудачу. "Настойчивость", скорее всего, сбросит некоторые пробирки на землю, если позже в ходе миссии возникнет неисправность. Если марсоход сломается, то "настойчивость"сможет доставить образцы на посадочный модуль.
Даже если орбитальный аппарат потерпит неудачу, его контейнер размером с футбольный мяч, содержащий образцы, может оставаться на орбите Марса в течение многих лет, пока другой космический корабль не будет послан, чтобы поймать его.
“Это была моя работа как архитектора, - сказал мистер Мюрхед. "Чтобы продумать процесс с точки зрения концепции операций, разработайте концепции, которые могут достичь целей различных этапов, и убедитесь, что везде есть хорошая маржа. Чтобы конструкция не была хрупкой.”