В то время как НАСА и Европейское космическое агентство, а также китайские планировщики планируют сверхдорогие и сложные миссии по возвращению образцов с Марса, все большее число исследователей разрабатывают недорогие и уникальные методы для дальнейшего изучения Красной планеты.
Они считают, что пришло время разработать новые способы получения большего количества данных из различных мест на этой далекой земле, будь то с помощью усиленных вертолетов или недорогих посадочных и орбитальных аппаратов.
Бетани Элманн, ученый-планетолог из Калифорнийского технологического института в Пасадене, поддерживает идею использования относительно недорогого корабля для второго раунда расследования.
"Марс, как и Земля, обладает широким спектром возможностей. Различные места улавливают различные изображения окружающей среды ", по словам Эльмана, который говорил с Space.com . Далее она сказала, что предстоит провести множество исследований, упомянув о возможности посещения великолепных и экзотических районов, таких как система каньонов Долин Маринерис и полярные шапки Марса, которые наблюдались с орбиты космическими аппаратами.
"Такая сложная система, как Марс, требует как широты, так и глубины, - объяснил Элманн, - и это подразумевает открытие новых способов обучения на различных объектах за счет снижения затрат на полет космического корабля с помощью технологий или новых парадигм программирования и сотрудничества". Представьте себе полдюжины мобильных экспедиций на Марс, каждая из которых проводится разными университетами по всей стране... Это пробудило бы у молодежи интерес к научной и инженерной карьере!"
По словам Элманна, многие важные вопросы, которые остаются после десятилетий исследований Марса, могут быть решены только с помощью сапог на земле, будь то робот или человек.
Подходы "Нового пространства"
"НАСА традиционно была организацией, не склонной к риску. Учитывая, что государственные средства расходуются, это вполне понятно", - Роберт Лиллис, заместитель директора по планетологии и астробиологии Калифорнийского университета, Лаборатории космических наук в Беркли.
Программа малых инновационных миссий НАСА по исследованию планет (сИМПЛЕКс), по словам Лиллис, является "смелой попыткой" предоставить первоклассную планетарную науку за четверть стоимости обычной миссии по открытию. (Программа НАСА "Открытие" финансирует крупномасштабные, но недорогие исследовательские проекты.) Текущая предельная стоимость миссии Discovery составляет около 500 миллионов долларов.)
По словам Лиллис, симплекс также служит отправной точкой для исследователей, изучающих компромисс между затратами и рисками.
Миссия исследователей побега и плазменного ускорения и динамики (Escapade), например, представляет собой симплексный проект, который обещает много науки за деньги, по словам Лиллис, главного исследователя EscaPADE. Общая стоимость этой миссии на Марс, которая, как ожидается, выйдет на орбиту вокруг Красной планеты в 2026 году, оценивается менее чем в 80 миллионов долларов.
По словам Лиллис, двойные зонды EscaPADE обеспечат уникальный "стереоскопический" обзор очень сложной системы верхних слоев атмосферы Марса. "Два наших космических аппарата, Синий и Золотой, дадут нам две пары глаз, что позволит нам в режиме реального времени изучать реакцию моделей атмосферных потерь Марса на электромагнитные порывы и порывы солнечного ветра, которые впервые обрушились на Марс", - сказал он.
Используя подходы "NewSpace" к разработке космических аппаратов, Лиллис считает, что созвездия малых спутников смогут исследовать и контролировать атмосферу Марса с беспрецедентной точностью и охватом. "От поверхности до верхних слоев атмосферы мы сможем видеть все участки планеты в любое время суток".
Этот тип "ситуационной осведомленности", по словам Лиллис, будет иметь решающее значение в двух отношениях для защиты будущих исследователей-людей. Во-первых, превосходное приземное давление воздуха и характеристики ветра обеспечивают более безопасный вход, спуск и посадку. Во-вторых, благодаря усвоению данных мониторинг погоды позволит точно прогнозировать погоду.
"Мы говорим о региональных или глобальных пыльных бурях, когда говорим о том, что прогноз погоды на Марсе жизненно важен для безопасности исследователей", - пояснила Лиллис. "Пыльные бури оказывают негативное влияние на выработку солнечной энергии и видимость".
Точка на далекой планете
Концепция небольшого посадочного устройства с высокой ударной энергией (SHIELD) изучается в Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) в Южной Калифорнии как новый способ недорогой и безопасной посадки на Марс.
"SHIELD - это, по сути, посадочный модуль и амортизатор в одном лице", - сказал Луи Гирш, главный исследователь SHIELD.
"Он не сможет развернуть космический корабль на поверхности, как марсоход НАСА "Настойчивость", - объяснил Гирш, - но это может позволить ученым исследовать больше поверхности Марса во время поездок вместе с более крупными миссиями НАСА". "Мы все еще выясняем, какие научные устройства были бы полезны, но датчики погоды, камеры и масс-спектрометры - все это на столе".
Цель SHIELD - снизить стоимость спускаемого аппарата на Марс на порядок, сделав возможным широкий спектр миссий. Например, технология может позволить НАСА за короткий промежуток времени развернуть десятки различных роботов, разбросанных по всей далекой планете.
ЩИТ, по словам Гирша, установит большие ограничения на полезную нагрузку для науки, чем более традиционные спускаемые аппараты на Марс. Он ожидает, что научные пакеты будут еще более компактными и долговечными, с дополнительным преимуществом более частого доступа к поверхности Марса из-за более низких затрат на миссию.
Смена парадигмы
"Пришло время для недорогого регулярного доступа к Марсу", - сказал Натан Барба, системный инженер из SHIELD в JPL. В ноябре 2018 года спутники Mars Cube One (Marco) A и B cubesats, также известные как EVE и WALL-E, совершили успешный облет Марса. JPL потратила всего 18,5 миллиона долларов на создание и запуск этой пары, которая работала вместе с посадочным модулем Insight Mars НАСА.
"ЩИТ может быть запущен как один посадочный модуль или как группа посадочных модулей. SHIELD, недорогой посадочный модуль, может позволить проводить первые измерения или разведку с помощью навигатора, а также данные наземной проверки, что имеет решающее значение для более крупных и дорогостоящих миссий ", - отметил Барба.
Барба продолжил: "Это фантастика - иметь больший доступ к космосу". "потому что это означает больше научных перспектив на Марсе, если новый класс недорогих межпланетных миссий станет реальностью, это будет стимулировать более широкий спектр исследований и создаст возможности для многих более молодых ученых и инженеров".
По словам Барбы, в тандеме с программой возврата образцов Марса более мелкие и недорогие космические полеты могут привести к науке десятилетнего класса. Многие переменные факторы способствовали изменению парадигмы в возможностях и стоимости, начиная от снижения затрат на запуск на порядок, возможного благодаря совместному использованию и новым крошечным ракетам-носителям, до производства научных приборов, предназначенных для общественности.
Обучающие моменты
Барба продолжил: "Это фантастика - иметь больший доступ к космосу". "потому что это означает больше научных перспектив на Марсе, если новый класс недорогих межпланетных миссий станет реальностью, это будет стимулировать более широкий спектр исследований и создаст возможности для многих более молодых ученых и инженеров".
По словам Барбы, в тандеме с программой возврата образцов Марса более мелкие и недорогие космические полеты могут привести к науке десятилетнего класса. Многие переменные факторы способствовали изменению парадигмы в возможностях и стоимости, начиная от снижения затрат на запуск на порядок, возможного благодаря совместному использованию и новым крошечным ракетам-носителям, до производства научных приборов, предназначенных для общественности.
Усовершенствованный вертолет Mars, устройство для гексакоптера, которое может поднимать большие полезные грузы и преодолевать большие расстояния, чем уже летающая изобретательность, - это одно из циркулирующих предложений. По словам Уитроу-Мазера, обучающие моменты, предоставляемые данными изобретательности, которые загружаются и оцениваются после каждого полета, помогают построить эту стратегию научного вертолета Mars.
"Каждый раз, когда Изобретательность взлетает, приходится немного задерживать дыхание", - заметил Уитроу-Мазер. "Мы будем делать это шаг за шагом. Это намного превышает пределы того, что было создано и испытано на Земле".
Воздушная разведка
Определение будущего винтокрылого летательного аппарата для Марса, по словам Уитроу-Мазера, само по себе зверь. "Мы можем взлететь откуда угодно и зависнуть над интересующими объектами, - объяснила она, - и сделать некоторые очень эффектные вещи с помощью винтокрылых машин".
В настоящее время проводится оценка перспективного развертывания гексакоптера в воздухе, который будет выпущен на полпути через процедуру входа, спуска и посадки. Можно было бы изучить целый ряд характеристик Марса, которые трудно или невозможно изучить с помощью марсоходов, таких как полярные шапки, высокие скалы и грязевые вулканы.
Аппарат также может пролететь мимо таинственных повторяющихся наклонных линий на Марсе, которые могут быть индикаторами активности жидкой воды. Гексакоптер также может быть полезен для картирования вертикальных профилей атмосферы или погружения во входы лавовых труб.
"Сообщество только начинает понимать, что можно сделать с помощью аэроразведки", - сказал Уитроу-Мазер. "Мы можем путешествовать намного дальше и быстрее на винтокрылом самолете. Все области исследований могут извлечь выгоду из новых транспортных платформ. Я считаю, что мы находимся в сильном положении, чтобы воспользоваться любыми представившимися шансами".
