Вот уже два года марсоход Perseverance (Настойчивость) исследует Марс и ищет признаки древней жизни, добывает и хранит образцы для последующего возвращения на Землю.
Марсоход NASA Perseverance не просто исследует Красную планету. Если все пойдет по плану, то через десять лет робот, охотящийся за жизнью, поможет частичке Марса попасть на Землю.
Perseverance, центральный элемент миссии NASA "Марс-2020" стоимостью 2,7 миллиарда долларов, приземлился в кратере Джезеро на Красной планете 18 февраля 2021 года. После того, как он полностью подготовился к работе, робот размером с автомобиль приступил к поиску свидетельства прошлой микробной жизни и собрал уже несколько десятков образцов для последующего возвращения на Землю, среди прочих амбициозных задач.
Если Perseverance выглядит знакомо, это потому, что робот-исследователь во многом основан на своём предшественнике — марсоходе Curiosity (Любопытство) Марсианской научной лаборатории (MSL), который совершил посадку в августе 2012 года и продолжает работать до сих пор.
Размер марсохода Perseverance. Насколько же он большой?
Как и Curiosity, ровер Perseverance был построен инженерами и учеными Лаборатории реактивного движения NASA в Пасадене, Калифорния. По словам представителей агентства, около 85% массы Perseverance основано на "наследственном оборудовании" Curiosity, что позволило NASA сэкономить время и деньги и значительно снизить риск.
Длина Perseverance составляет около 3 метров в длину, 2,7 метра в ширину и 2,2 метра в высоту. При весе 1 025 килограммов Perseverance весит меньше, чем компактный автомобиль.
Как и Curiosity, Perseverance имеет прямоугольный корпус, шесть колес, роботизированную руку, бур для взятия образцов пород, камеры и научные приборы. Но эти приборы значительно отличаются от оборудования на борту Curiosity, потому что у двух марсоходов разные цели. Главная задача Curiosity — оценить пригодность древнего Марса для обитания, в то время как Perseverance будет искать доказательства существования древних марсиан.
Семь инструментов Perseverance основываются на успехе MSL, который был испытательным полигоном для новых технологий, Они будут собирать научные данные такими способами, которые раньше были невозможны. - сказал Джордж Таху (George Tahu), руководитель программы Perseverance в NASA.
Perseverance также использовал ту же стратегию входа, спуска и посадки (EDL), что и Curiosity. Оба ровера вошли в атмосферу Марса на огромной скорости, развернули сверхзвуковой парашют после того, как трение достаточно замедлило их, и, наконец, мягко опустились на красную грязь на тросах с помощью "небесного крана", приводимого в движение ракетой.
Но у Perseverance были некоторые обновления EDL, которыми Curiosity не пользовался. Например, Лаборатория реактивного движения NASA в Южной Калифорнии, которая управляет миссией "Марс-2020", разработала новую технологию посадки, называемую рельефно-относительной навигацией. Когда марсоход спускался в марсианском небе, он использовал компьютер для сравнения ландшафта с предварительно загруженными картами местности, направляя себя к безопасному месту посадки и внося коррективы по пути вниз.
Ещё одна новая функция, известная как триггер дальности, использовала информацию о местоположении и скорости для определения момента открытия сверхзвукового парашюта, что позволило сузить эллипс посадки более чем наполовину.
Навигация с учётом рельефа местности позволяет нам посещать места, которые Curiosity считал слишком рискованными, Триггер "Рейнджер" позволяет нам приземляться ближе к местам, представляющим научный интерес, что позволяет сэкономить километры, потенциально до года, от путешествия ровера. - сказал Эл Чен из JPL, руководитель EDL Perseverance.
Perseverance имеет почти в пять раз больше камер, чем первый марсоход. Sojourner (Странник), приземлившийся в 1997 году, имел всего пять камер, а марсоходы-близнецы Spirit и Opportunity, севшие на красную пыль в 2004 году, имели по 10 камер. У Curiosity их 17.
У "Настойчивости" (Perseverance) 23 камеры. Несколько из них снимали прибытие марсохода на Марс, запечатлев его посадку в исторических и беспрецедентных деталях. Например, эпическое видео EDL показывает, как парашют Perseverance раскрывается в марсианском небе, и документирует момент, когда шесть колес робота попадают на красную пыль.
По словам Джима Белла из Университета штата Аризона, главного исследователя системы камер Perseverance Mastcam-Z, некоторые из камер Perseverance позволяют получить больше цветных и трёхмерных изображений, чем может собрать Curiosity. "Z" означает "zoom", одно из усовершенствований камеры высокой четкости Mastcam Curiosity.
Spirit, Opportunity и Curiosity снимали 1-мегапиксельные чёрно-белые изображения своими инженерными камерами, которые помогают в планировании движения и предотвращении опасностей. Но инженерные камеры Perseverance получают цветные 20-мегапиксельные изображения высокого разрешения. Благодаря более широкому полю зрения, вместо того, чтобы тратить время на съёмку нескольких изображений, которые должны быть сшиты вместе на земле, новые камеры снимают один и тот же вид одним снимком. Камеры также уменьшают размытость при движении, поэтому они могут делать снимки во время движения марсохода.
Более детальные изображения означают больше данных для передачи в космос.
"Ограничивающим фактором в большинстве систем визуализации является телекоммуникационная связь, камеры способны получать гораздо больше данных, чем может быть отправлено на Землю. - говорит ученый по визуализации Perseverance Джастин Маки из JPL, руководитель группы по эксплуатации приборов.
Более умные камеры роверов помогают снизить нагрузку. На Spirit и Opportunity сжатие фотографий осуществлялось с помощью бортового компьютера. На Perseverance, как и на Curiosity, сжатие выполняется электроникой, встроенной в камеру.
Данные Perseverance передаются на Землю через несколько космических аппаратов, вращающихся вокруг Марса: Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) и MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) NASA, а также Trace Gas Orbiter Европейского космического агентства.
Odyssey был первым орбитальным аппаратом, который отправил домой данные роверов Spirit и Opportunity.
Мы рассчитывали выполнить эту миссию на десятках мегабит каждый марсианский день, или сол. Когда мы получили первый пролёт Odyssey, и у нас было около 100 мегабит на сол, мы поняли, что это совершенно новая ситуация, которая полностью отличается от того, к чему вы привыкли или ожидаете. - сказал Белл, имея в виду работу Spirit и Opportunity
Mastcam-Z — один из семи научных инструментов Perseverance. Другой, известный как SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals — Сканирование пригодной для жизни среды с помощью комбинационного рассеяния и люминесценции для органических и химических веществ, станет первым инструментом на Марсе, использующим спектроскопию комбинационного рассеяния и флуоресценции — методы, знакомые экспертам в области криминалистики.
Когда ультрафиолетовый свет освещает определенные химические вещества на основе углерода, они светятся подобно материалу под чёрным светом. Это свечение может помочь ученым обнаружить химические вещества, которые образуются в присутствии жизни. SHERLOC будет фотографировать изучаемые породы, а затем наносить обнаруженные химические вещества на карту.
Для такой науки необходима текстура и органические химические вещества — две вещи, которые предоставляет наш целевой метеорит - сказал Рохит Бхартия из JPL, заместитель главного исследователя SHERLOC, в своём заявлении
Упомянутый Бхартиа космический камень — это марсианский метеорит Сайх аль-Ухаймир 008 (SaU008), который команда будет использовать для калибровки SHERLOC. Предыдущие марсоходы включали калибровочные цели, но ни один из них никогда не использовал марсианские метеориты. (Однако метеорит попал на Марс на борту Mars Global Surveyor, который прекратил работу в январе 2007 года).
Другой инструмент Perseverance под названием PIXL ("Планетарный инструмент для рентгеновской лито-химии") определит состав марсианских материалов в очень тонком масштабе с помощью камеры высокого разрешения и рентгеновского флуоресцентного спектрометра.
Прибор SuperCam, который является развитием ChemCam, установленного на Curiosity, будет облучать целевые породы лазером и определять химический состав образующегося пара.
На борту Perseverance также находится радиолокационный прибор RIMFAX ("Radar Imager for Mars' Subsurface Experiment" — Радарное устройство для эксперимента по изучению подповерхностного слоя Марса). RIMFAX станет первым в истории марсохода прибором, который заглянет под поверхность Марса, отображая слои горных пород, воды и льда на глубине до 10 м.
Также на борту марсохода находится метеостанция MEDA ("Mars Environmental Data Analyzer" — Анализатор данных об окружающей среде Марса) и демонстрационная технология MOXIE ("Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment" — Эксперимент по использованию кислородных ресурсов Марса на месте).
MOXIE предназначен для получения кислорода из атмосферы Красной планеты, которая на 95% состоит из углекислого газа. По словам представителей NASA, такое оборудование, если его масштабировать, может помочь человечеству закрепиться на Красной планете в будущем. (Агентство планирует высадку людей на Марс в 2030-х годах).
SHERLOC, PIXL и скальный бур Perseverance находятся на конце роботизированной руки ровера длиной 2,1 м, которая может двигаться с пятью степенями свободы. MEDA, MOXIE и RIMFAX находятся на корпусе Perseverance, а Mastcam-Z и SuperCam - на мачте, похожей на голову ровера.
Звуковое оборудование марсохода Perseverance
Perseverance также несет два микрофона, чтобы передать звуки Красной планеты обратно на Землю. Один из них является частью системы камеры EDL, а другой встроен в SuperCam.
Команда миссии надеялась, что микрофон EDL запишет звук во время приземления Perseverance. Этого не произошло, но прибор все же включился вскоре после посадки, собрав первый в истории настоящий звук на поверхности Марса. (Две другие марсианские миссии NASA, Mars Polar Lander и Phoenix, несли микрофоны, но ни одна из них не вернула никаких аудиоданных. Mars Polar Lander разбился в декабре 1999 года, а микрофон Phoenix так и не был включен из опасений, что он может помешать приземлению космического аппарата в мае 2008 года).
Наличие микрофона на Марсе может принести много пользы науке - сказал член команды SuperCam Сильвестр Морис, учёный-планетолог из Научно-исследовательского института астрофизики и планетологии во Франции.
Например, микрофон поможет определить, насколько тверды целевые породы и есть ли на них покрытие. Марсианский звук также улучшит наше понимание тонкой атмосферы Красной планеты, предоставляя данные для включения в модели, говорят члены команды миссии.
Perseverance даже собирает стереозвук на марсианской поверхности, работая совместно с микрофонами EDL и SuperCam.
Первый марсианский вертолёт: Встреча с Изобретательностью
Perseverance также доставил на Марс крошечного попутчика — вертолёт весом всего1,8 кг под названием Ingenuity(Изобретательность), который попытается совершить первый в истории полёт на винтовом аппарате в мире за пределами Земли.
Как и MOXIE, Ingenuity — это демонстрация технологий; на нём установлена камера высокого разрешения, но нет научных приборов. Если маленькому вертолёту удастся оторваться от марсианской земли, то в будущем вертолёты могут стать основным средством исследования Красной планеты, собирая разнообразные данные самостоятельно и/или служа разведчиками для роверов, говорят представители NASA.
Вертолёт Изобретательность(Ingenuity) получил свой шанс. Как только Perseverance был полностью готов к работе, команда миссии нашла подходящий аэродром и запустила вертолёт в полёт. Марсоход попытался документировать эти полеты с безопасного расстояния, используя свои камеры и микрофоны.
Сила Настойчивости: Раскрыта её ядерная батарея
Spirit и Opportunity работали на солнечных батареях. Оба ровера намного превысили свои трехмесячные гарантийные сроки, блуждая по красной пустыне в течение многих лет. Но в конце концов они оба погибли от стихии, замерзнув насмерть после того, как оказались в ситуациях, когда их солнечные панели не могли впитать достаточно солнечного света. (NASA объявило Spirit и Opportunity мёртвыми в 2011 и 2019 годах).
Curiosity и Perseverance не нужно беспокоиться об уровне марсианского солнечного света. Большие марсоходы работают на ядерном топливе, каждый из них оснащен многоразовым радиоизотопным термоэлектрическим генератором (MMRTG) весом около 45 кг.
Эти MMRTG преобразуют в электричество тепло, которое естественным образом вырабатывается при радиоактивном распаде плутония-238. И они продолжают делать это в течение длительного времени; срок службы MMRTG составляет 14 лет, согласно информационной странице NASA "Марс-2020".
Эта система питания обеспечивает несколько преимуществ:
- 14-летний срок эксплуатации MMRTG обеспечивает значительный резерв для основной миссии "Марс-2020" продолжительностью 1,5 марсианских года (три земных года)
- Эта система обеспечивает большую мобильность ровера в широком диапазоне широт и высот
- Система питания позволяет учёным максимально использовать возможности научных инструментов марсохода
- Она обеспечивает инженерам большую гибкость в эксплуатации ровера (например, днем и ночью, а также в зимний период).
Curiosity всё ещё продолжает работать в кратере Гейла на Марсе, более чем через восемь лет после приземления. Поэтому есть все основания полагать, что источник питания Perseverance и другие жизненно важные компоненты позволят роботу продолжать перемещаться и после завершения основной миссии марсохода, рассчитанной на один марсианский год, или около 687 земных дней.
Запуск ровера Perseverance: Путешествие на Марс в условиях пандемии
Perseverance стартовал с Космического побережья Флориды 30 июля 2020 года, устремившись в космос на ракете Atlas V компании United Launch Alliance.
Покинуть Землю всегда непросто, а у Perseverance был особенно сложный путь. Команда миссии должна была провести заключительные процедуры сборки и тестирования, а также сам запуск, в то время как вокруг бушевала пандемия коронавируса.
Как и всем нам, многим членам команды Perseverance пришлось адаптироваться к работе из дома; основные приготовления ровера проводились из гостиных, кухонь и внутренних двориков. И своевременная доставка робота на стартовую площадку, что является первоочередной задачей, поскольку окна для запуска марсианских миссий открываются всего на несколько недель раз в 26 месяцев — была далеко не предрешенным фактом.
"В марте и начале апреля [2020 года] мы не были уверены, что успеем, Но мы смогли проработать планирование и достичь цели. Это настоящая заслуга преданности и упорной работы команды. - сказал Юрчик в интервью (В то время администратором NASA был Джим Брайденстайн, а Юрчик возглавлял Директорат космических технологий).
Высадка на Марс в кратере Дзезеро
Путешествие Perseverance в дальний космос прошло гладко, и марсоход прибыл на Марс, как и планировалось, через 6,5 месяцев после старта. Однако пандемия всё ещё оставалась проблемой в день посадки; члены команды ровера собрались в центре управления полетом в JPL, чтобы наблюдать за EDL 18 февраля, но они носили маски и практиковали социальное дистанцирование, насколько это было возможно.
В ужасающие "семь минут ужаса" ровер погрузился в марсианскую атмосферу, сбросил теплозащитный экран и развернул самый большой парашют, когда-либо созданный для Марса, чтобы замедлить спуск на марсианскую поверхность. Камеры на марсоходе, его небесном кране и заднем корпусе зафиксировали спуск на землю, включая момент, когда небесный кран, зависнув над марсианской поверхностью, опустил Perseverance на землю для идеальной посадки.
Марсоход Perseverance благополучно приземлился на Марс и приступил к исследованию своего дома — кратера Джезеро.
В феврале 2017 года группа учёных сократила число кандидатов на место посадки Марса-2020 до трех финалистов: Columbia Hills, Northeast Syrtis и Jezero Crater.
Одно из этих мест уже исследовалось ранее. Начиная с 2004 года, марсоход Spirit перемещался по кратеру Гусева и холмам Колумбии, где робот обнаружил свидетельства наличия воды в прошлом — единственное место, где он нашел воду в огромном кратере. Позднее анализ данных показал, что в кратере когда-то могло быть неглубокое озеро.
Древний вулкан на северо-востоке Сыртиса мог генерировать горячие источники и тающий лёд, создавая идеальные условия для существования микробной жизни в прошлом, считают исследователи. Край вулкана Сыртис Майор обнажает породу, возраст которой составляет 4 миллиарда лет, а также множество минералов, измененных вулканической активностью в ранний период истории Красной планеты.
Кратер Джезеро шириной 45 км представляет собой древнее озеро, в котором могла развиваться микробная жизнь, говорится в заявлении NASA. В Джезеро также находятся остатки давно исчезнувшей речной дельты, структура которой говорит о том, что вода наполняла и вытекала из этого места по крайней мере дважды. Ровер также обнаружил минералы, которые были химически изменены водой.
В ноябре 2018 года NASA объявило об окончательном выборе: Perseverance будет исследовать кратер Джезеро.
Место посадки в кратере Джезеро предлагает геологически богатую местность с формами рельефа, возраст которых достигает 3,6 миллиарда лет, что потенциально может дать ответы на важные вопросы планетарной эволюции и астробиологии. Получение образцов из этой уникальной области произведет революцию в наших представлениях о Марсе и его способности приютить жизнь. - сказал в своём заявлении Томас Зурбухен, помощник администратора Директората научных миссий NASA.
Возможно, что Perseverance обнаружит убедительные признаки древней жизни на марсианской поверхности — что-то сродни окаменевшим строматолитам на Земле. Однако для одинокого робота на далёкой планете это непосильная задача, поэтому, по словам членов команды, более вероятно, что данные, полученные марсоходом в ходе поиска жизни, будут в лучшем случае предположительными.
Однако "Настойчивость" позволит учёным гораздо лучше и детальнее изучить перспективные образцы, начав первую в истории человечества кампанию по возвращению образцов с Марса.
Марсоход пробурит не менее 20 кернов горных пород, а возможно, даже 30-40. Этот марсианский материал будет помещен в специальные трубки для образцов и размещен в определенных местах для извлечения в рамках совместной кампании NASA и Европейского космического агентства.
В брюхе ровера находится все оборудование и принадлежности, необходимые для сбора образцов. В нём находится вращающаяся буровая карусель, которая представляет собой колесо, содержащее различные виды буровых коронок. Пока большая рука ровера протягивает руку и сверлит породу, в брюхе ровера находится маленькая роботизированная рука, которая работает в качестве "лаборанта" большой руки. Маленький манипулятор подбирает и переносит новые трубки с образцами к буровой установке, а также переносит заполненные контейнеры с образцами в помещение, где они герметично закрываются и хранятся. - сказали представители NASA в описании новаторского оборудования Perseverance для сбора образцов
Если всё пойдет по плану, образцы попадут на Землю уже в 2031 году. Затем учёные всего мира с помощью мощных приборов будут искать в них признаки жизни и сведения о давнем превращении Марса из относительно теплого и влажного мира в холодную пустынную планету, которой он является сегодня.
Такая работа будет продолжаться десятилетиями; в конце концов, ученые до сих пор изучают лунные камни, привезенные на родину астронавтами NASA "Аполлон" полвека назад.
Возвращение образцов с Марса — это планетарное научное начинание нашего поколения, Это амбициозно. Это сложная задача. Это научно убедительная цель, над которой мы работали десятилетиями. И она прямо здесь. Она в пределах нашей досягаемости. - сказал Бобби Браун (Bobby Braun), директор по исследованию Солнечной системы в JPL, во время пресс-конференции NASA перед посадкой 17 февраля.
Как Настойчивость и Изобретательность получили свои названия
NASA позволило школьникам дать имена марсоходам Sojourner, Spirit, Opportunity и Curiosity в рамках общенационального конкурса, и агентство продолжило эту традицию в проекте Mars 2020.
Имя победителя было предложено семиклассником из Вирджинии Алексом Мазером и объявлено в марте 2020 года. Эссе, представленное Мазером, заканчивается следующим образом:
"Мы - вид исследователей, и на пути к Марсу мы встретим много неудач. Однако мы можем упорствовать. Мы — не как нация, а как люди — не сдадимся. Человечество всегда будет упорно идти в будущее".
По словам представителей NASA, "Настойчивость" — особенно подходящее название для марсохода, учитывая, что команде Mars 2020 пришлось столкнуться с глобальной пандемией в преддверии запуска.
Да, нас тянет туда любопытство, но именно настойчивость не позволяет нам сдаться. Без настойчивости нет исследования. - сказал Зурбухен журналистам вскоре после объявления названия.
Школьница из Алабамы Ванеза Рупани представила на конкурс название ровера "Находчивость".
Это название так понравилось сотрудникам NASA, что они дали его вертолету миссии.
Чтобы подготовить вертолёт и установить его на марсоход, потребовалось много тяжелой и изобретательной работы, и потребуется еще много. Я был рад, что у нас есть ещё одно замечательное имя из числа финалистов конкурса названий, из которых я смог выбрать что-то столь представительное для этой захватывающей части нашей следующей миссии на Марс. - сказал Брайденстайн в заявлении от апреля 2020 года.
И теперь, спустя 550 марсианских солов, что соответствует 1.5 лет на Земле, это удивительное создание под названием Perseverance, уже собрал множество образцов и камней, которые жду своего отправления на Землю для изучения.
Очень жаль, что этот ровер не Российский, всё-таки бюджеты у нас разные и поэтому разные возможности для освоения космоса.
Друзья, поделитесь своим мнением в комментариях, что вы думаете об этом проекте, что бы вы хотели изменить или добавить, в общем, пишите, не стесняйтесь.
♥Увидимся в следующий раз ♥