Большое интервью с создателем марсохода Perseverance. Бактерии, iPhone и поиск жизни
Интересное время, в которое мы живем, становится еще интереснее. Примерно так можно сказать о том, что сейчас происходит в мире. Ракеты летят все выше, исследовательские аппараты улетают все дальше, а на Марс доставляются все более совершенные и тяжелые марсоходы. Вчера произошло большое событие, когда на Красную планету в несколько этапов приземлился аппарат Perseverance. Только с момента запуска ракеты с Земли до этого момента прошло около полугода, а сколько еще потребовалось на разработку оборудования и подготовку миссии… К этому событию ExtremeTech подготовил большое интервью с Адамом Штельцнером — главным инженером проекта Mars 2020. Он занимался не только подготовкой полета и самого марсохода, но и сложной системой возврата образцов марсианского грунта обратно на Землю для дальнейшего изучения. Мы решили, что это интервью слишком интересное, чтобы оставить его без внимания, и хотим привести самые важные моменты из него.
Марсоход Perseverance.
Содержание
- 1 Приземлился ли марсоход на Марс
- 2 Как устроен марсоход Perseverance
- 2.1 Perseverance и Curiosity
- 2.2 Где приземлился марсоход NASA
- 2.3 Зачем на Земле образцы марсианского грунта
- 2.4 Как избежать загрязнения марсианского грунта
- 2.5 Когда на Землю привезут марсианский грунт
- 2.6 Была ли жизнь на Марсе
- 2.7 Чем пахнет Марс
- 2.8 Когда колонизируют Марс
- 2.9 Как будут исследовать планеты
- 3 Работа марсохода Perseverance
Приземлился ли марсоход на Марс
В отдельной статье наш Рамис Ганиев уже рассказывали о том, как прошла доставка аппарата Perseverance на поверхность Марса. Если коротко, то все прошло в целом хорошо, и марсоход уже отправил фотографии планеты.
Естественно, впереди еще много работы и собранных материалов, но уже сейчас понятно, что миссия стала самой амбициозной за все время изучения Марса. Кроме самого марсохода, поверхность будет изучать небольшой вертолет, который специально спроектирован, чтобы летать в той атмосфере. Она сильно разряжена и соответствует плотности атмосферы Земли на высоте примерно 35 километров.
Летать в таких условиях сложно и конструкция аппарата была специально адаптирована под эти условия. Зато данный вертолет или дрон может стать первым в истории аппаратом, который будет свободно летать в атмосфере Марса.
Как устроен марсоход Perseverance
А теперь переходим к интервью, которое дал чуть ли не главный человек в этом амбициозном проекте. Интервью было взято до посадки аппарата, поэтому некоторые комментарии могут показаться уклончивыми, но это не помешает понять, как устроен аппарат и чего от него ждать. Дальше будет перевод выдержек из интервью, оригинал которого можно найти на сайте ExtremeTech.
Perseverance и Curiosity
ExtremeTech: При подготовке к Mars 2020 всегда ли планировалось использовать шасси Curiosity?
Адам Штельцнер: На момент запуска Curiosity не было плана каких-либо последующих миссий. Мэтт Уоллес сел и сказал: ”Сколько у нас оборудования? Можно ли собрать все это вместе и уменьшить затраты на сборку, получив миссию на Марс, опираясь в основном на то, что мы сделали, создавая Curiosity?” С самого начала идея заключалась в том, чтобы опираться на фундамент этого аппарата.
Адам Штельцнер.
ExtremeTech: Были ли какие-то идеи, которые вы просто не могли реализовать из-за нехватки времени или денег?
Адам Штельцнер: Я думаю, что да.
ExtremeTech: Вы получили все, что хотели?
Адам Штельцнер: Редко кто-то говорит: ”Ты получил все, что хотел?”. Вот почему мне нужно время, чтобы сказать «да», потому что я говорю: «Я думаю, что да”.
Марсоход Perseverance высадился на Марс. Как это было?
Где приземлился марсоход NASA
ExtremeTech: Каково геологическое значение кратера Джезеро, где приземлился Perseverance?
Адам Штельцнер: Ученые решили отправиться к кратеру Джезеро, потому что когда-то в этом месте было озеро, а прямо там, где мы приземляемся, была дельта.
Веерообразная структура дельты возникает из-за того, что река впадает в большой водоем и вода замедляется. Когда вода замедляется, средняя скорость в потоке уменьшается, и он больше не может переносить эти частицы в потоке.
Так могло раньше выглядеть то место, куда сел марсоход.
Осевшие частицы невероятно хороши в сохранении свидетельств жизни, которая обитала там, поскольку они добавляют защитный слой геологического материала. Дельтовые отложения — лучшее место, чтобы искать признаки древней жизни.
Зачем на Земле образцы марсианского грунта
ExtremeTech: Давайте поговорим о системе возврата образцов. Зачем тратить силы на возвращение образцов на Землю? Что можно сделать с образцом марсианского грунта здесь, на Земле, чего нельзя сделать с марсоходом на Марсе?
Адам Штельцнер: Ответить на это довольно просто — все, что захотите. Проблема в том, что на Марсе нет возможности проводить такие детальные исследования. Представьте, что вы берете что-то размером с комнату, включающее большую часть оборудования, и делаете его миниатюрную версию, закаленную для космических полетов, прикрепляете ее к марсоходу и отправляете на Марс. Вы проводите измерения и думаете:”Да, похоже, что есть органика, но я бы хотел провести другие исследования”. В итоге, вам надо придумать еще одну миссию и снова отправить ее на Марс и так снова и снова. Такой цикл длится около 10 лет.
Чтобы ездить по Марсу нужны специальные колеса.
Если вы принесете образцы с Марса на Землю, у вас будет все земное оборудование, все ученые Земли, вся изобретательность, присущая всему земному шару, которая может быть использована в изучении образцов.
Как будут выглядеть марсоходы будущего?
Как избежать загрязнения марсианского грунта
ExtremeTech: Похоже, если вы возвращаете все эти образцы и собираетесь провести все эти тесты, вы хотите быть уверены, что случайно не проанализируете какие-либо кусочки Земли.
Адам Штельцнер: Верно.
ExtremeTech: Как можно быть уверенным? Вы строите эти штуки в атмосфере Земли. Как убедиться, что ничего не попадает в контейнеры для проб?
Адам Штельцнер: Это огромная проблема. Мы создали самое чистое оборудование, которое когда-либо было в космосе. Я разработал систему отбора проб и изобрел протоколы очистки. Это были огромные усилия. Например, пробирки для образцов сделаны из титана, но имеют поверхность из нитрида титана. Титановая трубка для образца подвергается воздействию плазмы газообразного азота низкого давления в среде с высокой энергией. Эта высокоэнергетическая азотная плазма проникает через поверхность титана и создает нитрид титана, который является тугоплавким и невероятно инертным материалом. Он более пассивен, чем золото. Эта пассивность означает, что попавшие внутрь частицы не смогут там задержаться. В каком-то смысле это похоже на супер тефлон.
Нельзя просто собрать грунт в пакет. Нужны специальные контейнеры.
Затем мы берем эту сверхчистую пробоотборную трубку пассивной системы и помещаем ее за жидкостный механический барьер для частиц. Это специально разработанный барьер, который не позволяет частицам размером более 0,3 микрон попадать в объем, в котором запечатаны пробирки с пробами. Затем, когда они в нем, мы помещаем их в термокамеру на несколько сотен часов и очищаем все внутри этой трубки. В итоге мы получаем стерильные контейнеры в индивидуальной упаковке.
Когда на Землю привезут марсианский грунт
ExtremeTech: Думаю, вам нужно еще две миссии, чтобы вернуть эти образцы на Землю. Правильно?
Адам Штельцнер: Верно.
ExtremeTech: Как вы думаете, когда вы сможете вернуть их на Землю?
Адам Штельцнер: Примерно через 10 лет, даже через 10–12 лет.
Марсоход InSight перестал бурить скважину на Марсе. Что произошло?
Была ли жизнь на Марсе
ExtremeTech: Если вы обнаружите следы жизни на Марсе, когда вы вернете эти образцы, какие данные убедят ученых, что что-то было живым в кратере Джезеро три миллиарда лет назад?
Адам Штельцнер: Признаки древней жизни могут быть разных форм. Чтобы привести убедительные аргументы, вы, вероятно, должны согласовать несколько из этих форм доказательств. Например, вы бы посмотрели на морфологические формы, которые выглядят как микроструктуры. Затем вы должны посмотреть, были ли эти формы сделаны из того, что, как я думаю, ученые назвали каррагинаном, который по сути является углеродным остатком жизни. В любом случае вы бы использовали несколько линий доказательств.
Даже не знаю, восхищаться его внешним видом или нет. Но технически он совершенен и в нем есть все, что нужно.
Вы бы посмотрели на то место в геологическом месторождении, где находились эти вещи, и увидели бы, что это было связано, например, с берегом озера в прошлом. Вы бы использовали наборы доказательств, которые согласовывались и подтверждали положение о древней жизни в той форме, которую вы видите. Только вместе все эти вещи вместе говорят, что жизнь на Марсе действительно была. Это было древнее дно озера, а там должны были быть водоросли, которые образовывались на краю озера.
Чем пахнет Марс
ExtremeTech: Чем пахнет Марс? Очевидно, вы полетели туда не для того, чтобы понюхать его, но может быть вы угадываете?
Адам Штельцнер: Марс пахнет чемоданом с одеждой вашего дедушки и бабушки, который не открывали десятилетиями.
ExtremeTech: Мне это нравится. Почему?
Адам Штельцнер: Марс это что-то сухое, старое и пыльное.
Когда колонизируют Марс
ExtremeTech: Как вы думаете, насколько мы далеки от возможности колонизировать Марс?
Адам Штельцнер: Я надеюсь, что бесконечно далекими от возможности колонизировать Марс.
ExtremeTech: Вы не думаете, что Марс — это место, где нам следует жить?
Адам Штельцнер: Нет. В ходе эволюции Земли окружающая среда временами становилась очень плохой. В частности, около 65 миллионов лет назад, когда астероид врезался в район полуострова Юкатан и убил всех динозавров, сильно загрязнив атмосферу. Он убил множество растений и 90 процентов видов живых организмов. В самый разгар тех событий окружающая среда на Земле все равно была бесконечно более пригодной для жизни, чем то, что мы могли бы когда-либо создать на Марсе. Я так думаю.
Мы эволюционировали так, чтобы иметь одну земную гравитацию, которая держит мою спинномозговую жидкость под нужным давлением. Наши организмы адаптированы под существование на Земле. Если мы не сможем двигаться так, как мы привыкли, то будем очень быстро стареть. Волокна наших костей растут в направлениях основного напряженного состояния скелета, определяемого тем, как он взаимодействует с Землей. Уходить от этих условий очень неправильно для нас.
Вертолет на Марсе это уже историческое событие.
Как будут исследовать планеты
ExtremeTech: Как вы думаете, что станет следующей технологией, которая изменит правила игры для исследования планет?
Адам Штельцнер: Я думаю, что следующей революционной технологией для исследования планет, которая может показаться не слишком удачной, станет использование коммерческой готовой бытовой электроники. Вот наглядный, хотя и абсурдный пример. Представьте себе 10 iPhone, лежащих в коробке. Они не закалены от радиации, но работают. Процессоры постоянно выполняют какие-либо задачи. Некоторые из них могут сломаться, но остальные будут работать. Мы делаем это все время с некоторыми вещами, например, у Boeing 777 есть три компьютера, и они страхуют друг друга, так что если один компьютер выйдет из строя, самолет полетит дальше.
Процессор, на котором у нас работает Perseverance, совпадает с процессором Curiosity. Он тот же, что был в моем Beige Box G4 Macintosh в 1999 году, когда я получил степень доктора философии. Создавая компьютер для Perseverance, человек вручную припаивает провода к проводам. Это тяжелое, дорогое оборудование, созданное 25 лет назад. В 10 раз больше, в 100 раз больше, чем нынешние. В последнее время я не делал математических расчетов на своем iPhone, но он обладает большей вычислительной мощностью. [Авторы интервью проверили и выяснили, что нынешний iPhone примерно в 15-20 раз производительнее процессора в Perseverance.]
Современный iPhone имеет в 15-20 раз большую вычислительную мощность, чем главный компьютер марсохода Perseverance
Межпланетный космический корабль стоит около миллиарда долларов. Когда услуги по запуску упадут до порядка 100 миллионов долларов, запуск больше не будет считаться дорогим. Теперь вы, наверное, спросите, как мне снизить цену на космический корабль? Одним из важных моментов, которые могли бы быть, является то, как мы контролируем, как мы программируем, как мы управляем транспортным средством. Использование современных технологий и их применение в освоении космоса может позволить нам снизить стоимость миссий и еще больше повысить ценность наших роботизированных исследований космоса.
Так готовили марсоход к отправке на Марс.
Работа марсохода Perseverance
Интервью дало ответы на многие вопросы и позволило лучше понять, как строился аппарат, и задуматься о таких вещах, которые раньше просто не приходили в голову. Например, загрязнение грунта бактериями с Земли. Оказывается, это тоже было продумано. А могло ли быть иначе, когда в течение такого долгого времени готовилась такая важная и дорога миссия? При этом для получения образцов придется запустить еще одну, а загрязнение контейнеров могло бы поставить крест на обоих.
Мы еще подготовим не один материал на эту тему, а пока можете еще раз ознакомится с тем, как происходила посадка аппарата на поверхность Марса.
