6 августа 2012 года марсоход Curiosity, принадлежащий НАСА, совершил успешную посадку на поверхность Марса, что ознаменовало начало масштабной и долгосрочной миссии по изучению этой планеты.
Разработанный для исследования потенциала микробной жизни на Марсе в прошлом или в настоящем, марсоход Curiosity успешно выполнил свою первоначальную двухлетнюю миссию и продолжает работу, предоставляя важные данные уже более десяти лет. С декабря 2012 года миссия была продлена без ограничения по срокам, и сегодня, 6 августа 2024 года, отмечается 12-я годовщина его работы на поверхности Марса.
Эта мобильная лаборатория, имеющая размеры автомобиля и весящая около 900 кг, укомплектована передовым набором научных приборов. Благодаря им она может с беспрецедентной точностью анализировать марсианскую геологию, климат и окружающую среду. За 12 лет, проведенных на Марсе, начиная с кратера Гейла, куда она прибыла, Curiosity преодолела более 29 км, поднялась на горы, пересекла русла древних озер и кардинально изменила наше представление об истории Марса и его потенциальной обитаемости.
Миссия Mars Science Laboratory
Миссия Mars Science Laboratory, в центре которой находится марсоход Curiosity, является одним из наиболее масштабных проектов в области исследования космоса. Основная задача миссии – установить, существовала ли на Марсе среда, пригодная для поддержания микробных организмов. Чтобы решить эту задачу, Curiosity был оборудован широким спектром сложных научных инструментов, в том числе спектрометрами, камерами высокой четкости, роботизированной рукой-манипулятором и миниатюрной химической лабораторией.
Марсоход оборудован шестью колесами диаметром 50 см, каждое из которых имеет собственный привод. Такая конструкция обеспечивает маневренность, позволяя ему поворачивать на месте, выполнять развороты и преодолевать сложные участки местности, имитируя «скалолазание».
В процессе создания и реализации миссии перед разработчиками стояли значительные технические вызовы. Марсоход должен был функционировать в экстремально суровых условиях, включая температуры от -90°C до 0°C, интенсивное излучение и масштабные пылевые бури. Дополнительно, необходимость работы сложного научного оборудования диктовала потребность в надежной и долговечной системе электроснабжения. Для решения этой задачи был выбран радиоизотопный термоэлектрический генератор (RTG), который использует тепло, образующееся в результате распада плутония-238, для производства электричества.
Сложности с поддержанием связи с марсоходом также стали значительной проблемой. Чтобы Curiosity мог самостоятельно принимать решения, были созданы сложные системы автономного управления и планирования. Хотя связь с Землей возможна и напрямую, с пропускной способностью до 32 кбит/с, основная часть информации передается через орбитальные аппараты Mars Reconnaissance Orbiter и Mars Odyssey.
Высадка на Марс: семь минут отчаяния
Посадка Curiosity на Марс 6 августа 2012 года, как и каждая высадка марсохода на эту планету, ознаменовалась периодом исключительного напряжения и сложности, получившим название «Семь минут страха». Для успешного завершения этой ключевой стадии миссии требовалась четкая последовательность высокоточных и автоматизированных действий, позволяющих снизить скорость марсохода со скоростью около 21 000 км/ч при входе в атмосферу Марса до контролируемой посадки на поверхность.
Посадка началась с входа в атмосферу Марса, при котором тепловой щит предохранил аппарат от перегрева, вызванного трением. Затем был раскрыт большой парашют для дополнительного снижения скорости спуска. Достигнув необходимой скорости и высоты, тепловой экран был сброшен, что позволило посадочному радару определить точное расположение марсохода относительно поверхности планеты.
Для завершения посадки был применен «небесный кран» – инновационная система, ранее не использовавшаяся в межпланетных миссиях. На данном этапе аппарат с марсоходом Curiosity замедлялся при помощи восьми двигателей, работающих в реверс, пока не достиг высоты примерно восемь метров над поверхностью Марса. Затем трос опустил марсоход на поверхность, после чего датчик передал сигнал об отсоединении от «скайкрана», который отдалился в сторону, чтобы упасть в безопасном месте. Применение этой системы позволило существенно улучшить точность посадки.
Кратер Гейла – уникальная возможность заглянуть в прошлое Марса
Выбор кратера Гейла для посадки Curiosity был обусловлен рядом факторов. Этот кратер, имеющий диаметр примерно 154 км и глубину около 5 км, предоставляет уникальную возможность для изучения геологического прошлого Марса. В центре кратера расположена гора Шарп (Aeolis Mons), слоистая гора высотой около 5 км, в слоях которой запечатлена геологическая летопись, охватывающая миллиарды лет марсианской истории.
Кратер Гейла стал результатом тщательного анализа, в котором приняли участие ученые со всего мира. Орбитальные снимки выявили глинистые породы и сульфатные минералы в разных частях кратера, что свидетельствует о том, что на Марсе ранее существовала вода. Слоистая структура горы Шарп, расположенной в кратере, давала возможность исследовать различные геологические периоды, последовательно поднимаясь по её склонам.
Геологическое строение кратера Гейла представляет особый интерес, поскольку позволяет наблюдать изменения, произошедшие в окружающей среде на протяжении длительного периода. Породы, расположенные у подножия горы, указывают на существование древнего озера, тогда как верхние слои содержат признаки постепенного высыхания климата. Эта трансформация может предоставить ценные сведения о том, как и почему Марс изменился из планеты, потенциально подходящей для жизни, в пустынный мир, который мы наблюдаем в настоящее время.
За годы работы на Марсе аппарат Curiosity систематически исследовал кратер Гейла, перемещаясь от места посадки к склонам горы Шарп. В процессе изучения он анализировал горные породы и осадочные отложения, предоставив уникальные данные о геологическом прошлом и климате планеты.
Революционные открытия Curiosity
За время работы, охватывающей 12 лет, марсоход Curiosity совершил ряд открытий, кардинально изменивших представления ученых о Марсе. Ключевым из них стало подтверждение наличия в кратере Гейла в прошлом озерной среды, потенциально пригодной для поддержания микробных организмов. Изучив осадочные породы дна озера, Curiosity выявил наличие химических элементов, необходимых для жизни, а именно: углерода, водорода, кислорода, азота, серы и фосфора.
Обнаружение сложных органических молекул в марсианских породах стало еще одним значимым открытием. Несмотря на то, что эти молекулы не обязательно связаны с биологической активностью, их присутствие указывает на возможность сохранения потенциальных биомаркеров на Марсе.
Марсоход Curiosity зафиксировал сезонные изменения концентрации атмосферного метана — газа, в основном связанного с биологической активностью на Земле. Эти данные предоставили новые сведения об истории марсианской атмосферы и подтвердили, что за миллиарды лет планета утратила значительную часть своей изначальной атмосферы. Благодаря анализу изотопного состава газов, Curiosity способствовал тому, что ученые смогли глубже понять механизмы и сроки потери Марсом плотную, потенциально защитную атмосферу.
Благодаря аппарату Curiosity были сделаны неожиданные открытия, в частности, в некоторых породах обнаружены небольшие шарообразные образования, указывающие на древние гидротермальные процессы. Кроме того, он зафиксировал наличие движущихся песчаных дюн и записал звуки марсианского ветра, предоставив новое сенсорное восприятие для изучения планеты. Он также фотографировал Марс, позволяя нам увидеть его достопримечательности и предлагая совершить виртуальную прогулку по его безжизненным ландшафтам.
После 12 лет эксплуатации на поверхности Марса марсоход Curiosity продолжает функционировать
Несмотря на 12 лет безотказной работы в суровых условиях, марсоход Curiosity продолжает функционировать, превосходя все прогнозы. Однако, как и положено, у него проявляются признаки износа. В особенности, колеса получили серьезные повреждения из-за каменистой и абразивной поверхности Марса. Чтобы уменьшить дальнейший износ, специалисты NASA были вынуждены скорректировать тактику передвижения, иногда даже двигая марсоход задним ходом для более равномерного распределения нагрузки.
Несмотря на возникшие проблемы, научное оборудование марсохода Curiosity продолжает функционировать. Радиоизотопный термоэлектрический генератор по-прежнему обеспечивает необходимую мощность для работы, хотя ее объем со временем постепенно уменьшается. Это обстоятельство требует более эффективного управления энергопотреблением, а также тщательной организации научных исследований и перемещений.
В течение миссии программное обеспечение Curiosity неоднократно модернизировалось, благодаря чему удалось расширить функциональные возможности марсохода и повысить продуктивность его деятельности. Эти улучшения позволили Curiosity выполнять определенные задачи с большей степенью независимости, снижая зависимость от детальных команд, поступающих с Земли, и оптимизируя время, затрачиваемое на научные исследования.
Даже несмотря на возраст и степень износа, марсоход Curiosity все еще поднимается по склонам горы Шарп, исследуя новые геологические слои. Каждый метр подъема позволяет совершить путешествие в прошлое Марса и предоставляет уникальные возможности для новых открытий. Продолжительная работа Curiosity является подтверждением удачности инженерных решений, реализованных в рамках миссии, и он и далее будет предоставлять важные данные, которые определят наше представление о Марсе на протяжении многих лет.