Международный марсианский десант

10.09.2020

0 17 18 minutes read

Часть 1. Арабская «Надежда»

Старт ракеты H-IIA со станцией «Аль-Амаль». Фото AFP

19 июля с космодрома, расположенного на юго-восточном побережье японского острова Танэгасима, на юге префектуры Кагосима, в 115 км южнее острова Кюсю, стартовала ракета-носитель H-IIА, отправившая в путешествие к Марсу зонд «Аль-Амаль» (الأمل‎ — «надежда») — первую межпланетную станцию Объединенных Арабских Эмиратов (ОАЭ) и арабского мира в целом. Так Эмираты стали первой арабской страной, отправившей космический аппарат к другим планетам, и шестым государством (после СССР, США, Японии, европы и Индии), пославшим зонд к Марсу.

Созданием и управлением миссии руководит Космический центр имени Мохаммеда бин Рашида (Mohammed bin Rashid Space Centre, MBRSC), названный в честь эмира Дубая, с 2006 года премьер-министра и вице-президента ОАЭ. Космический аппарат делался на арабские деньги при участии арабских ученых (более 150 человек), но руками американских специалистов Лаборатории атмосферной и космической физики (Laboratory for Atmospheric and Space Physics, LASP) Университета штата Колорадо в Боулдере, Университета штата Аризона (Arizona State University, ASU) и Калифорнийского университета в Беркли (University of California, Berkeley).

Межпланетный зонд был разработан почти вдвое быстрее иностранных аналогов и собран в Университете Колорадо. Старший инженер лаборатории LASP Брет Лэндин считает, что в следующий раз его арабские коллеги справятся сами.

«Можно на словах рассказать человеку, как ездить на велосипеде, но, пока не попробуешь, не поймешь, что к чему, — говорит он. — То же самое с космическим аппаратом. Я могу объяснить, как заправлять его, но, пока не наденешь костюм химзащиты и сам не перекачаешь 800 кг взрывоопасного топлива из наземного резервуара в баки аппарата, не научишься. Их инженеры-двигателисты проделали это и теперь знают, что делать в следующий раз».

Научная цель проекта — получение качественных изображений поверхности Марса с орбиты его искусственного спутника, а также сбор информации о метеоусловиях, атмосфере и климате Красной планеты.

Помимо решения научно-технических задач, разработка была направлена на формирование в ОАЭ высококвалифицированных кадров, способных реализовывать сложнейшие современные проблемы в области получения новых знаний и продвижения инноваций. Руководитель проекта «Аль-Амаль» Омран Шараф (Omran Sharaf) пояснил смысл миссии: «Главная цель — не достичь Марса, а подготовить в ОАЭ благодатную исследовательскую почву, чтобы вдохновить молодежь идти работать в науку и инженерные специальности. Марс — это средство для достижения более важных задач…»

Омран Шараф, руководитель проекта «Аль-Амаль». Фото с сайта www.thenational.ae

MBRSC начал разработку зонда в конце 2013 года в качестве следующего шага после проектирования спутников дистанционного зондирования Земли. «От нас требовалось выйти на новый уровень и создать новые возможности для ученых», — заявлял Омран Шараф. Предполагалось, что миссия станет катализатором изменений, частью переходного процесса к устойчивой постнефтяной экономике, основанной на знаниях, и поможет наладить международные партнерские отношения для продвижения позиций Эмиратов.

В июле 2014 года проект был анонсирован, а в апреле 2015 года шейх Мохаммед предложил всем арабским миром придумать название зонда. Через месяц было выбрано имя «Надежда». В марте 2016 года японская компания Mitsubishi Heavy Industries (MHI) получила контракт на запуск аппарата с помощью ракеты-носителя H-IIA.

В ноябре 2017 года состоялась первая публичная демонстрация зонда — посетители выставки Dubai Airshow могли видеть, что «Аль-Амаль» стартовой массой около 1350 кг представляет собой типичный современный космический аппарат в негерметичном исполнении, с электроснабжением от двух солнечных батарей и передачей информации на Землю через остронаправленную антенну. его научная аппаратура включает три инструмента:

12-мегапиксельную камеру EXI (Emirates Exploration Imager) для получения цветных снимков поверхности Марса с достаточно высоким разрешением (около 8 км на пиксель), изучения льда и пыли, а также оценки количества озона в атмосфере;
инфракрасный спектрометр EMIRS (Emirates Mars Infrared Spectrometer) для исследования атмосферы в тепловом диапазоне, определения распределения температур в нижней и срединной атмосфере планеты, льда, водяного пара и пыли;
ультрафиолетовый спектрометр EMUS (Emirates Mars Ultraviolet Spectrometer) для измерения концентрации кислорода и водорода и процесса их улетучивания в верхних слоях атмосферы.

После выхода на околомарсианскую орбиту «Аль-Амаль» должен за запланированный срок активного существования (порядка двух земных лет) собрать более 1000 гигабайт данных об атмосфере Красной планеты, структуре ее слоев, взаимодействии с поверхностью, а также о скорости ухода марсианского воздуха в космос.

Заключительные испытания зонда «Аль-Амаль» перед отправкой на космодром Танэгасима. Фото https://twitter.com/HHShkMohd

По словам министра по передовым наукам ОАЭ и заместителя руководителя проекта «Аль-Амаль» Сары аль-Амири (Sarah al-Amiri), одним из исходных требований к миссии было желание сделать «первый полноценный метеоспутник Марса с тем, чтобы затем совершенно бесплатно передавать ученым мира полученные данные». Специалисты считают, что зонд поможет лучше понять взаимодействие верхних и нижних слоев марсианской атмосферы, выяснить механизмы изменения марсианской погоды и особенности ухода в вакуум кислорода и водорода из воздуха.

Непосредственная подготовка к запуску началась за год до старта — 23 июля 2019 года — и, по словам Омрана Шарафа, шла по плану. Тепловакуумные испытания проводились в США в декабре 2019 года, после чего зонд был доставлен в Эмираты для окончательной серии тестов, которые предполагалось завершить в мае. Однако в события вмешался коронавирус, и отправку аппарата в Японию решили ускорить. Аппарат был отправлен на космодром уже в конце апреля 2020 года. «На раннем этапе было принято решение о том, что нам необходимо как можно скорее отправить космический аппарат к месту запуска, учитывая ограничения, накладываемые на международные поездки, — сказал он. — Путешественникам из-за границы (а в том числе и нашим специалистам), прибывшим в Японию, необходимо было пройти двухнедельный карантин. Нам пришлось начать работу по наихудшему сценарию».

Сдвижка сроков отправки аппарата на более ранние даты привела к тому, что в ОАЭ пришлось отменить ряд ранее запланированных испытаний. Омран Шараф признавал возможность неудачного исхода проекта, но был уверен, что пробовать нужно.

«Это исследовательская миссия, и да, провал — один из вариантов, — заявил он. — Но отказаться от прогресса нации для нас не вариант. Главное — возможности и знания, которые страна приобретет, работая над этим проектом».

Дата старта, определяемая очередным противостоянием Земли и Марса, когда минимальное расстояние между планетами здорово сокращает время миссии и затраты энергии на перелет, была предварительно назначена на 14 июля с открытием трехнедельного пускового окна. Однако из-за недельных ливней в Японии старт дважды откладывался, но, несмотря на задержки, состоялся в пределах выделенного окна. Запуск прошел успешно, и на высоте 430 км аппарат отделился от второй ступени ракеты-носителя, начав автономный полет к Марсу.

Краткие технические характеристики миссии «Тяньвэнь-1». Графика с сайта https://forum.novosti-kosmonavtiki.ru

Краткие технические характеристики миссии «Аль-Амаль». Графика с сайта https://forum.novosti-kosmonavtiki.ru

Зонд должен прибыть в окрестности Марса в феврале 2021 года, когда будет праздноваться полувековой юбилей образования ОАЭ. Сначала «Аль Амаль» выйдет на эллиптическую орбиту высотой от 1 000 до 50 000 км, а затем перейдет на целевую орбиту высотой 20 000 на 43 000 км с периодом обращения 55 часов, с которой и будет вести научные наблюдения.

Источники:

https://spacenews.com/uaes-hope-mission-on-its-way-to-mars/
https://spacenews.com/uae-mars-mission-to-ship-to-launch-site/
https://www.emiratesmarsmission.ae
https://vk.com/topic-18940667_32311666
https://www.spacelegalissues.com/the-united-arab-e
https://nauka.tass.ru/nauka/9002755
https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/75177.html

Часть 2. Китайские «Вопросы к небу»

Старт ракеты-носителя «Чанчжэн-5» со станцией «Тяньвэнь-1». Фото Russian.news.cn

23 июля с космодрома Вэньчан на острове Хайнань ушла в свой четвертый полет тяжелая китайская ракета-носитель «Чанчжэн-5» (长征五号 – «Великий поход-5»), которая запустила самую большую и сложную миссию из всех стартовавших к Красной планете летом нынешнего года: пятитонная автоматическая станция «Тяньвэнь-1» (天问一号 — «Вопросы к небу») включала в себя орбитальный и спускаемый аппарат с марсоходом.

Создание первого китайского зонда для исследования Марса — долгая история, которая изначально должна была развиваться по отлаженному «лунному алгоритму»: сначала вывод на орбиту целевой планеты искусственного спутника, затем выполнение мягкой посадки аппарата, потом высадка марсохода и где-то в отдаленной перспективе — доставка образцов марсианского грунта на Землю. Первый этап — запуск марсианского орбитера «Инхо-1» (萤火一号 — «Светлячок-1») — планировалось осуществить в рамках российского проекта «Фобос-Грунт». Однако китайский зонд, бывший одной из полезных нагрузок, застрял вместе с основным аппаратом на околоземной орбите в ноябре 2011 года, а через два месяца погиб в атмосфере Земли.

После этого наши восточные соседи решили срезать углы и ускорить всю марсианскую программу, реализуя ее самостоятельно. В 2014 году геохимик и космохимик, научный руководитель китайской лунной программы академик Оуян Цзыюань объявил о намерении уже в первом полете закрыть сразу два этапа: создать искусственный спутник Марса и высадить на поверхность планеты ровер. К этому уже имелись предпосылки, в частности, завершалась разработка новых мощных ракет-носителей и накопился обширный опыт реализации лунной программы «Чанъэ» (嫦娥 — «Богиня Луны»).

Проект продвигался быстро. На X Международном аэрокосмическом салоне Airshow China, проходившем в ноябре 2014 года в Чжухае, показали макеты марсохода, посадочной платформы и орбитального аппарата, указав на планируемую дату старта в 2020 году. 11 января 2016 года проект был официально утвержден и получил финансирование для полномасштабной разработки, а в августе того же года была представлена окончательная конфигурация станции (более 60% массы приходилось на орбитер, остальное — на спускаемый аппарат с марсоходом).

Сравнительные изображения китайского пилотируемого транспортного корабля нового поколения, марсианского зонда и станции «Чанъэ-5» для доставки образцов лунного грунта на Землю. Графика CNSA

За разработку, изготовление и интеграцию всего зонда в целом, а также за спускаемый аппарат и ровер отвечала Китайская академия космических технологий CAST (China Academy of Space Technology) в Пекине (главный конструктор миссии Чжан Жунцяо, административный руководитель Хэ Жунвэй и главный конструктор Сунь Цзэчжоу), за орбитер — Академия космических технологий SAST (Shanghai Academy of Spaceflight Technology) в Шанхае (руководитель проекта Хоу Цзяньвэнь, а затем Чжан Юйхуа).

Научные цели миссии, которая до апреля 2020 года называлась банально «Хосин» (火星 — «Марс»), и программу их достижения сформулировала Китайская академия наук под руководством академика Вань Вэйсина (увы, он ушел из жизни 20 мая 2020 года, не дожив до старта всего два месяца). Они включают изучение всей поверхности Марса с орбитального аппарата (в частности, картографирование и изучение геологической структуры) и детальные исследования отдельных участков с помощью марсохода (в том числе определение распределения водяного льда под поверхностью). А также измерения параметров ионосферы, электромагнитного и гравитационного полей и получение информации о климате планеты и состоянии среды на ее поверхности.

«Наука» станции представлена 13 приборами. Шесть стоят на орбитальном аппарате:

камера MRC (Mars High-resolution Camera) сможет получать изображения предметов на поверхности Марса с высоким разрешением — от 0,5 м на пиксель в панхроматическом диапазоне до 2 м на пиксель в мультиспектральном, при узкой полосе обзора 9 км с высоты 260 км;
камера MRC (Medium Resolution Camera) служит для обзорной съемки с умеренным (порядка 100 м на пиксель) разрешением в широкой полосе обзора;
радиолокатор MOSER (Mars-Orbiting Subsurface Exploration Radar) будет измерять высоту орбиты, искать лед и зондировать подповерхностные слои грунта;
минералогический спектрометр MMS (Mars Mineralogy Spectrometer) определит элементный состав поверхности для изучения ресурсов Марса;
трехкомпонентный магнитометр MM (Mars Magnetometer) с высоким разрешением (0.01 нТ) измерит магнитное поле планеты;
анализатор ионов и нейтральной плазмы MINPA (Mars Ion and Neutral Particle Analyzer) определит состав, плотность, скорость и температуру ионных потоков с выделением в нем атомов и ионов кислорода, водорода и гелия;
анализатор энергичных частиц MEPA (Mars Energetic Particle Analyzer) зарегистрирует потоки и получит энергетические спектры электронов, протонов, альфа-частиц и тяжелых ионов до железа включительно.

Межпланетная станция «Тяньвэнь-1» на траектории ухода от Земли. С сайта https://vk.com/chinaspaceflight

Семь инструментов установлены на ровере (посадочная ступень выполняет только транспортные функции и научных приборов не несет):

стереокамера служит для навигации, топографическая — для построения трехмерных моделей поверхности Марса;
мультиспектральная камера MSC (Multispectral Camera) работает в видимом и ближнем ИК-диапазоне и изучит морфологию и распределение различных минералов на поверхности;
радар MRSER (Mars-Rover Subsurface Exploration Radar) пробьет лед на глубину до 100 м и грунт на 10 м, исследуя подповерхностные слои;
лазерный спектрометр MSCD (Mars Surface Composition Detector) служит для дистанционного определения элементного состава и опознания пород на поверхности;
трехкомпонентный магнитометр MMFD (Mars Magnetic Field Detector) выполняет те же функции, что аналогичный прибор на орбитере;
метеокомплекс MMM (Mars Meteorology Monitor) измерит температуру, давление, скорость и направление ветра, а также запишет звуки у поверхности.

Столь сложные миссии редко выполняются быстро — иной раз задержки тянутся долгие годы. Но китайцы уложились в срок: к 2020 году межпланетная станция была изготовлена и испытана, в том числе на стенде с имитацией марсианской гравитации, где проводились финальные бросковые тесты, успешно продемонстрировавшие мягкую посадку аппарата. А вот с ракетой-носителем возникли проблемы.

Первый пуск «Чанчжэн-5» в ноябре 2016 года был успешным, но второй — в июле 2017 года — завершился аварией. Поиск и устранение причин последней продлились до декабря 2019 года, когда средство выведения было реабилитировано. В мае 2020 года с его помощью на околоземную орбиту вышел демонстратор перспективного китайского космического корабля, подтвердив надежность матчасти. Запуску марсианского зонда больше ничего не препятствовало.

Краткие технические характеристики миссии Mars-2020 Perserverance. Графика с сайта https://forum.novosti-kosmonavtiki.ru

Краткие технические характеристики миссии «Тяньвэнь-1». Графика с сайта https://forum.novosti-kosmonavtiki.ru

В апреле 2020 года станция получила новое имя «Тяньвэнь» (отсылка к поэме Цюй Юаня, написанной в III веке до н. э., название которой обычно переводят на русский как «Вопросы к небу»). В начале месяца компоненты комплекса прибыли на космодром, а в середине мая туда же были доставлены блоки ракеты-носителя. 17 июля полностью собранную «Чанчжэн-5» вывезли на старт. Наземная подготовка завершилась успешным запуском. 2 августа зонд выполнил первую коррекцию траектории. Полет проходит штатно.

Как и остальные члены марсианской троицы, «Тяньвэнь» прибудет в окрестности цели в феврале 2021 года. В отличие от выполняемых в последнее время миссий с прямым входом посадочного аппарата в атмосферу, для него выбрана иная схема: 11 февраля с помощью бортового двигателя он выйдет на околомарсианскую орбиту, затем скорректирует ее и будет проводить дистанционную разведку будущего места посадки.

23 апреля спускаемый аппарат сойдет с орбиты, выполнит управляемый спуск с аэродинамическим торможением (балансировку предполагается осуществлять с помощью отклоняемого щитка-триммера), после чего в действие будет введена парашютная система из четырех куполов — двух вытяжных и двух основных. В конце парашютирования будут сброшены лобовой теплозащитный экран и верхняя крышка спускаемого аппарата, а мягкую посадку с высоты 100 м обеспечит дросселируемый ракетный двигатель. Непосредственно у поверхности к нему присоединятся микродвигатели, а остаточную вертикальную скорость погасят амортизаторы посадочных опор.

После посадки и контроля состояния с платформы на поверхность сойдет шестиколесный марсоход, который, по расчетам, проработает как минимум 90 марсианских суток, переезжая с места на место со скоростью до 200 м/ч и преодолевая подъемы крутизной до 30°. Орбитальный аппарат должен функционировать один марсианский год — примерно 687 земных суток.

Макет китайского марсохода и посадочной ступени. Фото еКА

Источники:

https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/75042.html
https://m.weibo.cn/detail/4529195138679368
https://m.weibo.cn/detail/4527240572049365

Часть 3. Американская «Настойчивость»

Старт ракеты Atlas V со станцией Mars 2020 Perserverance. Фото с сайта defpost.com

30 июля с космодрома на мысе Канаверал во Флориде стартовала ракета-носитель Atlas V. Она вывела на отлетную траекторию автоматическую станцию, построенную NASA по проекту Mars-2020 Rover Mission для доставки на поверхность Красной планеты ровера Perseverance («Настойчивость»). Имя автоматическому планетоходу для астробиологических исследований планетной среды, поверхности и геологических процессов, а также оценки прошлой обитаемости Марса и поиска доказательств существования древней жизни было выбрано семиклассником Александром Мазером (Alexander Mather) из средней школы в Берке, штат Вирджиния. Это — первый марсоход, на который возложена задача сбора образцов грунта для последующей доставки на Землю в рамках будущей миссии Mars Sample Returne.

Проект ровера, являющегося развитием успешной научной лаборатории Curiosity («Любопытство»), работающей на Марсе с августа 2012 года, был впервые анонсирован специалистами Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory, JPL) 4 декабря 2012 года на заседании Американского геофизического союза (American Geophysical Union, AGU).

После тщательного просеивания 58 предложений по составу научной аппаратуры, полученных со всего мира, 31 июля 2014 года NASA объявило о выборе инструментов, среди которых были:

система из двух камер Mastcam-Z панорамного и стереоскопического отображения с зуммирующими объективами, предназначенная для определения минералогического состава марсианской почвы;
прибор для анализа химического и минералогического состава почвы SuperCam, способный дистанционно обнаруживать присутствие органики в горных породах и грунте;
рентгеновский флуориметрический спектрометр PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry) с тепловизором высокого разрешения, позволяющий определять состав почвы с гораздо более высокой точностью, чем ранее;
ультрафиолетовый рамановский спектрометр SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics and Chemicals), позволяющий получать мелкомасштабные изображения для определения минерального состава грунта и обнаружения органики;
эксперимент по производству кислорода из атмосферы Марса MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment);
набор датчиков MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer) для измерения температуры, скорости и направления ветра, давления, относительной влажности, размера и формы частиц пыли;
радар RIMFAX (Radar Imager for Mars Subsurface Exploration) для геологического зондирования недр с разрешением в один сантиметр.

В составе аппаратуры впервые имеется маленький вертолет-дрон MHS (Mars Helicopter Scout) массой 1,8 кг, способный совершать кратковременные полеты для разведки возможных целей и прокладки маршрута для ровера. Роторный разведчик, способный по три минуты в день летать на дистанцию до 600 м, был испытан в условиях Арктики и в симуляторе крайне разреженной атмосферы Марса. его включили в состав миссии только 11 мая 2018 года.

Разведку целей будет осуществлять дрон Ingenuity («Изобретательность»). Графика NASA

Станция Mars-2020 стартовой массой около 4 т состоит из перелетной ступени и спускаемого аппарата, внутри которого на системе мягкой посадки «Небесный кран» (Sky Crane) крепится шестиколесный марсоход Perserverance массой около 1050 кг с электроснабжением от радиоизотопного термоэлектрического генератора.

В отличие от предыдущих роверов новый должен продемонстрировать технологии, которые пригодятся и для пилотируемых миссий. «Perseverance прокладывает путь для новых научных и технологических открытий, — сообщил руководитель Директората космических технологий NASA Джим Рейтер (Jim Reuter). — Знания и возможности, полученные в результате этой миссии, помогут нам подготовиться к высадке на Марс в 2030-х годах. Технологии станут движущей силой процесса освоения этой планеты».

Речь идет в первую очередь о новой системе точной посадки, новой метеостанции, уже упомянутом оборудовании для получения кислорода из очень «жидкого» марсианского воздуха, состоящего в основном из углекислого газа, и новой системе измерения температуры теплозащитного экрана. Последний способен выдержать нагрев до 1500 °С, возникающий при входе спускаемого аппарата в атмосферу Марса. Он аналогичен примененному в миссии Curiosity, в которой набор датчиков MEDLI (Mars Science Laboratory Entry, Descent, and Landing Instrumentation) на экране показал, что фактические условия входа в атмосферу отличались от компьютерной модели. Для нынешней миссии инженеры создали инструмент MEDLI2, позволяющий собрать более точные данные, такие как изменения температуры, влияние ветра на траекторию движения аппарата и нагрев внутренней оболочки экрана.

Новый комплект датчиков позволит собрать более полную информацию об условиях входа в атмосферу Марса. Графика NASA

Высокую точность управляемого спуска должна обеспечить технология навигации по рельефу местности TRN (Terrain Relative Navigation), отыскивающая наиболее безопасную зону приземления. «TRN — это новая подсистема, которая позволяет спускаемому аппарату определять свое положение по отношению к посадочной зоне, ведя съемку поверхности во время парашютного спуска. Предыдущие миссии такой возможности не имели», — сообщил менеджер по подсистеме управления, навигации и контроля в JPL Эндрю Джонсон (Andrew Johnson).

Технология основана на сравнении фактического рельефа с картой, заложенной в память бортового компьютера и составленной по снимкам аппарата MRO (Mars Reconnaissance Orbiter), который с марта 2006 года работает на околополярной орбите вокруг Марса. Камера TRN делает 10 четких снимков в секунду даже при быстром спуске. Высокопроизводительный компьютер осуществляет ускоренную обработку изображений и сравнивает их с уже имеющейся картой по специальному алгоритму.

За несколько секунд до посадки TRN оценивает зону приземления, и, если территория является небезопасной (крупные камни, склон горы), выбирает ближайшее ровное место и передает информацию бортовому компьютеру. Тот выработает управляющий сигнал для «Небесного крана».

Для составления полной картины процесса высадки и получения «многомерной» записи изображений и звуков при пролете через атмосферу и посадке ровер оснащен многочисленными микрофонами и двадцатью тремя камерами, которые получают изображения ландшафта и научных образцов с высокой детализацией. Как и в предыдущих экспедициях планетоходов, «сырые» и обработанные изображения планируется сделать доступными на веб-сайте миссии. Кроме прочего, Perseverance несет чипы с именами почти 11 млн человек, подписавшихся через сайт проекта.

Первоначально предполагалось, что новый планетоход будет построен быстро и дешево («всего лишь» за $1,5 млрд), поскольку для этого использовались чертежи и запчасти Curiosity. Однако уже в 2017 году по стоимости разработки, изготовления и запуска ровер почти сравнялся с предшественником — $2,1 млрд. еще примерно $300 млн шло на управление миссией.

Perserverance (Mars 2020, справа) — усовершенствованный вариант ровера Curiosity (Mars Science Laboratory). Фото NASA

Как и все нынешние марсианские проекты, американский встретился с трудностями из-за пандемии коронавируса. Они потребовали от создателей аппарата нестандартных решений, чтобы уложиться в срок. «Строительство этого невероятно сложного марсохода было самой непростой задачей, с которой я когда-либо сталкивался как инженер, — сказал руководитель разработки систем управления полетом аппарата в JPL Рэй Бейкер (Ray Baker). — Хотя коронавирус добавил множество новых проблем, в том числе связанных с логистикой, команда продемонстрировала большую решимость и усердие в создании марсохода».

После семимесячного перелета 18 февраля 2021 года Mars-2020 должен совершить посадку. «Научная группа подробно обсуждала возможные места высадки Perseverance, — объясняет Кен Фарли (Ken Farley) из Калифорнийского технологического института. — В конечном итоге мы выбрали ударный кратер езеро (Jezero) шириной 45 км, находящийся на западном краю Равнины Исиды (Isidis Planitia), гигантского котлована к северу от марсианского экватора. Кратер появился очень давно в результате столкновения астероида с планетой. Примерно 3-4 млрд лет назад в езеро впадала река, образуя водоем размером с озеро Тахо. Это очень перспективное место для поиска органических молекул и других потенциальных признаков микробиальной жизни».

Краткие технические характеристики миссии «Аль-Амаль». Графика с сайта https://forum.novosti-kosmonavtiki.ru

Краткие технические характеристики миссии Mars-2020 Perserverance. Графика с сайта https://forum.novosti-kosmonavtiki.ru

Источники:

https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7696
https://mars.nasa.gov/mars2020/
https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/NASAs_Next_Mars_Rover_to_Test_Tech_Useful_for_Human_Missions

Часть 4. Парашюты, коронавирус и «ЭкзоМарс»

Механическая стыковка перелетного и десантного модулей ExoMars-2020 в Thales Alenia Space Italia (Италия). Фото Роскосмоса

Вообще-то в 2020 году к Марсу должна была полететь еще одна автоматическая станция — российско-европейский комплекс ExoMars-2020. Однако не срослось…

Проект ExoMars, стартовавший в 2002 году как программа европейского космического агентства (еКА), неоднократно менял свой формат. Работа завязывалась как совместная европейско-американская, с возможным российским участием, но через несколько лет NASA не смогла ее продолжать. С 2012 года основным партнером европейцев стал Роскосмос. Да и сама концепция тоже неоднократно менялась. В конце концов проект было решено реализовать в два этапа. На первом, начавшемся в марте 2016 года (миссия ExoMars-2016), к Красной планете на ракете «Протон-М» отправились орбитальный модуль TGO (Trace Gas Orbiter) и экспериментальный посадочный модуль — демонстратор входа в атмосферу EDM (Entry, Descent and Landing Demonstrator Module), нареченный Schiaparelli. Российским вкладом, кроме носителя, стали два научных прибора на TGO, который в октябре 2016 года успешно вышел на орбиту вокруг Марса, где и работает до сих пор. А вот Schiaparelli не повезло — он разбился при посадке.

Старт второго этапа (ExoMars-2020) намечался на июль-август 2020 года во время очередного противостояния Земли и Марса: к цели — опять-таки с помощью «Протона-М» — должен был отправиться целый комплекс для поиска следов жизни (как прошлой, так и настоящей) с учетом различных периодов существования на планете жидкой воды. В этот раз выход на околомарсианскую орбиту не предусматривался: десантный модуль (спускаемый аппарат, внутри которого находится посадочная платформа с планетоходом) входит в атмосферу со второй (для планеты) космической скоростью, которая гасится за счет аэродинамического торможения и парашютов. Мягкую посадку обеспечивают дросселируемые ракетные двигатели посадочной платформы.

Элементы миссии ExoMars-2020 — перелетный модуль, десантный модуль, планетоход. Графика еКА

После посадки раскрывается трап, и по нему на поверхность съезжает марсоход. Ровер и стационарная платформа самостоятельно проводят исследования поверхности и подповерхностного слоя Марса, выполняют геологические изыскания и ищут следы возможного существования жизни на планете.

Российским вкладом в проект становились ракета-носитель, посадочная платформа «Казачок» и 13 научных приборов. европейцы были «головниками» и поставляли перелетный и десантный модули, а также марсоход Rosalind Franklin. Таким образом, для России появлялась возможность полноценного участия в межпланетной миссии высокого уровня. Высадка на Марс планировалась на март 2021 года.

Однако подготовить комплекс к расчетному времени не удалось. Основной причиной задержки эксперты называют сложности отработки парашютной системы десантного модуля. Она состоит из двух основных куполов диаметром 15 и 35 м, и каждый оснащен своим вытяжным парашютом.

В мае и августе 2019 года в Швеции прошли бросковые испытания. В майском тесте оба основных купола раскрылись нормально, но сразу после выхода из контейнера в ткани парашютов проявились разрывы. В августовском испытании у 35-метрового купола обнаружились проблемы со стропами: макет посадочной платформы спускался только под вытяжными парашютами и, естественно, разбился…

Предварительный анализ, выполненный с участием американских специалистов, нашел проблемы в конструкции парашютных контейнеров. Осенью 2019 года еКА было вынуждено обратиться за помощью к NASA. Тесты, проведенные в Лаборатории реактивного движения JPL, показали готовность основных парашютов к двум заключительным бросковым испытаниям, которые стояли в планах на март 2020 года. Однако их пришлось отложить на октябрь, и произошло это уже после переноса миссии.

Последовательность раскрытия парашютов десантного модуля ExoMars-2022. Графика еКА

По российской части график проекта соблюдался. В декабре 2019 года платформа «Казачок» успешно проходила комплексные испытания в НПО имени Лавочкина. 3 марта 2020 года сообщалось об успешном завершении прожигов двигательной установки десантного модуля в КБхиммаш имени А. М. Исаева. К началу марта все летное оборудование, необходимое для выполнения миссии, было установлено на космический аппарат. Посадочная платформа и марсоход успешно прошли заключительные тепловакуумные тесты во Франции.

12 марта 2020 года гендиректор Роскосмоса Дмитрий Рогозин и глава ЕКА Ян Вернер в ходе телеконференции (личной встрече помешала, как нетрудно догадаться, эпидемия коронавируса) обсудили ход проекта и приняли решение о переносе миссии на 2022-й — год следующего противостояния Земли и Марса. Название поменялось c ExoMars-2020 на ExoMars-2022. Это решение было принято, в частности, по рекомендациям генеральных инспекторов с европейской и российской стороны. Они пришли к выводу, что для подтверждения годности всех компонентов зонда требуются дополнительные испытания, а значит, нужно больше времени.

В итоговом заявлении руководители двух космических ведомств объясняли решение о переносе запуска миссии: «…Оно обусловлено… требованием к максимальной надежности всех систем космического аппарата… Я уверен, что меры, которые мы и наши европейские коллеги предпринимаем для успешной реализации проекта, будут оправданы и принесут исключительно положительные результаты…» — заявил Дмитрий Рогозин. «Мы хотим убедиться в том, что на 100% уверены в успешной реализации миссии. Мы не допускаем ни малейшей вероятности ошибки, — в свою очередь сообщил Ян Вернер. — Проведение дополнительных испытаний для верификации обеспечит безопасный перелет и получение максимальной научной отдачи на Марсе…»

европейский марсоход Rosalind Franklin на российской посадочной платформе «Казачок». Графика еКА

Если учесть стоимость миссии — порядка 1 млрд €, такая осторожность не лишняя. Новый график предусматривает старт в августе—октябре 2022 года и посадку на Марс в период с апреля по июль 2023 года.

Несмотря на все резоны, специалисты неоднозначно оценивают принятое решение. «Насколько я знаю, основными инициаторами этого переноса выступали наши европейские партнеры. С технологической стороны посадка на Марс — чрезвычайно рисковое предприятие. Они осознают, что система сырая и проще отложить запуск, чем идти на огромный риск», — отметил сотрудник Института космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) Александр Родин. По его мнению, решение о переносе на самом деле планировалось давно и было связано в основном с низкой степенью готовности европейских систем посадки.

Основным риском он считает необходимость консервации и последующей «реанимации» некоторых приборов. Не исключено, что при хранении часть из них выработает гарантийный ресурс и потребует замены и новых испытаний. «Часть… компонентов может не пережить консервации, так как мы готовились к длительному перелету в космосе, а не к хранению в земных условиях. Что еще важнее, приоритетность всей миссии в целом снизится, — отметил ученый. — Этот период ожидания будет для нас очень непростым, так как, в частности, наш прибор надо будет консервировать, или же его нужно будет снимать с аппарата и заново готовить».

Кроме прочего, Родин не исключает отмену проекта вообще из-за неуверенности в надежности системы посадки (ни Россия, ни еКА не располагают необходимым опытом в создании работоспособных посадочных систем для Марса), а также из-за дальнейшего возможного ухудшении политической обстановки.

Впрочем, у других ученых оптимизма больше. Научный руководитель миссии в еКА Дмитрий Титов считает, что перенос запуска не будет проблемой.

Карантинным мероприятиям при подготовке миссии ExoMars-2022 уделяется серьезное внимание. Фото Роскосмоса

Заместитель гендиректора Роскосмоса по космическим комплексам и системам Михаил Хайлов отметил, что после решения о переносе старта работа по проекту идет в том же темпе, что позволит за три-четыре месяца завершить все операции. «На 2022 год мы должны выйти с гарантированным 100-процентным подтверждением всех приборов, бортовых систем и элементов миссии, — отметил он. — Надо пройти весь цикл испытаний».

Научный руководитель ИКИ РАН Лев Зеленый нашел в ситуации повод для шутки: «Главное — коронавирус мы на Марс не привезем!»

Шутки шутками, но карантинным мероприятиям при подготовке миссии уделяется самое серьезное внимание. Заражение планеты-цели земными микробами считается абсолютно недопустимым. «В ходе подготовки проекта ExoMars реализуются жесточайшие меры планетарного карантина. Отправляемый на Марс в 2022 году аппарат самым тщательным образом проверяют на наличие споровых форм микроорганизмов для исключения занесения их на Красную планету», — отметил заместитель директора по научной работе Института медико-биологических проблем (ИМБП) Владимир Сычев.

Источники: