Новая публикация НАСА демонстрирует уверенность в изучении спутников и планет с орбиты Земли.
В течение последних месяцев компания Ingenuity показала возможность выживания и функционирования беспилотника в условиях Марса, открыв путь для миссий, немыслимых несколько лет назад. НАСА считает воздушное исследование других планет и спутников стратегической задачей текущего десятилетия. Достаточно вспомнить миссию Dragonfly по изучению спутника Сатурна Титана, которая получила одобрение до завершения кампании Ingenuity. Это свидетельствует о том, что НАСА считает, что располагает необходимыми технологиями для проведения таких исследований.
Беспилотник с научными приборами изменит наше представление о планетах с атмосферами. Аппарат получит доступ к крупномасштабным объектам, важным для науки, и сможет проводить эксперименты рядом с исследуемыми телами.
Вертолет может предоставить ценные изображения для выбора будущих посадочных площадок. В связи с этим НАСА представило интересный документ для Десятилетнего обзора по планетарной науке и астробиологии 2023-2032 гг. Цель заключается в определении периметра научных операций, которые вертолет мог бы выполнять с необходимой скоростью и эффективностью.
Предложения о разработке нового вертолёта для Марса.
Статья описывает два транспортных средства разного габарита и функциональности.
Обе машины будут функционировать на солнечной энергии, совершать полеты в слое атмосферы до пяти километров и осуществлять прямой контакт с марсианскими спутниками, расположенными на орбите.
Для навигации системы применят технологию, используемую в Ingenuity, основанную на обработке видимых изображений.
Навигационная система применит плюсы уже применяемых методик наглядной визуализации Ingenuity, дополнив их нововведениями.
Камеры в системах подобного типа постоянно фотографируют местность под самолетом. Алгоритм сравнивает кадры в реальном времени, чтобы определить смещение ключевых точек на местности. Это позволяет дрону ориентироваться и держаться курса. Рассмотрим технические характеристики двух прототипов.
Сильные стороны беспилотников
Некогда предназначенные исключительно для армии, беспилотники сейчас востребованы и в гражданской сфере благодаря своим широким возможностям.
Благодаря этой характеристике этот аппарат может стать частью стратегических комплексов НАСА для будущих десятилетий.
Преимущества этих транспортных средств, действующих как на Земле, так и на других планетах с атмосферой, можно свести к следующему:
- Плотность посещений.
- Способность передвигаться по сложной местности.
Для посещения точки в 25 километрах от места посадки марсоходу Curiosity или Perseverance понадобятся годы. Дрон, способный преодолеть километр за полет, совершит это расстояние всего за несколько недель. С его помощью можно проводить научные исследования в радиусе примерно 100 километров.
На Марсе к двум упомянутым пунктам добавляется третий: возможность исследовать область атмосферы на высоте от 5 до 10 километров, о которой известно очень мало, если вообще что-то известно. Ее никогда не изучали активно, и единственная информация получена из телеметрии посадочных зондов. Беспилотник, способный подниматься на высоту 1-2 километра, позволил бы собрать ценные данные о динамике марсианской атмосферы.
Три миссии
Помимо двух макетов, НАСА также представило три концепции миссий. Предложения высокого уровня включают анализ основных целей, необходимых научных инструментов и одного или нескольких объектов, представляющих потенциальный интерес на марсианской поверхности.
Астробиологическая миссия
Первая миссия частично совпадает с задачами программы «Настойчивость». Её смысл — выяснить, связаны ли органические соединения с зонами, богатыми силикатами или глиной, и содержат ли древние отложения биосигнатуры. Биосигнатуры — это вещества или явления, которые служат научным подтверждением существования жизни в прошлом или настоящем. Спутниковые снимки станут началом для составления беспилотником карты геологии местности с целью определения точных мест сбора образцов. Лучшим выбором станет прототип Coassiale с роботизированной рукой и микрозаклепкой. На земле его поддержит стационарная или самоходная станция массой около 10 килограммов. Помимо прочего, она будет служить лабораторией для анализа образцов.
Долина Мавра — перспективное место для миссии из-за 600-километрового древнего канала оттока в Аравия Терра, богатого филлосиликатами. Вероятно, минералы образовались более 3,5 миллиарда лет назад и могут сохранять органический материал на Земле. Орбитальные снимки показывают интенсивную как поверхностную (лужи и пруды), так и подповерхностную (ударные гидротермальные системы) водную активность в этом районе.
Климатологическая миссия
Исследование и разведка залежей льда критически важны для освоения Марса человеком. Месторождения преимущественно расположены в средних и высоких широтах, желательно вдоль склонов, обращенных к полюсу соответствующего полушария. Склоны обычно имеют наклон 45°, что способствует сохранению отложений толщиной десятков метров. Особенно перспективной является зона кратера Миланковича диаметром около 75 километров.
Для этой миссии пригоден гексакоптер. Его исследования включат изучение залежей льда и их взаимодействия с марсианской атмосферой. Помимо очевидных последствий для будущих человеческих миссий, можно получить ценную информацию о прошлых марсианских ледниковых периодах. Собранные данные будут касаться сезонных изменений формы и толщины склонов, а также соответствующих циклов колебаний температуры, влажности и скорости ветра. Атмосферные параметры сильно зависят от обмена водяного пара с почвой.
Геологическая миссия
Несмотря на то, что у Марса нет такого же структурированного магнитного поля, как у Земли, некоторые области Красной планеты демонстрируют ощутимую остаточную магнитную активность. Такая активность наиболее выражена в южном полушарии Марса, где доступны самые древние породы.
Изучение магнитного поля Лукуса Планума в малом масштабе возможно с помощью гексакоптера. Данный метод может помочь пролить свет на так называемый период конца динамо, когда планетарное магнитное поле Марса перестало действовать. Согласно последним исследованиям, это произошло 3,7 миллиарда лет назад, что на несколько сотен миллионов лет позже, чем считалось раньше.
Научные исследования будут оптимизированы для максимальной самостоятельности аппарата.
Станут ли эти миссии реальностью?
Отсутствие гарантии финансирования и реализации этих миссий не умаляет их революционности. НАСА убедительно демонстрирует веру в универсальность беспилотников, подтвердив это утверждением миссии Dragonfly. Вариативность трех предложенных миссий с разными задачами доказывает потенциал использования подобных аппаратов в самых разных областях.
Один из двух прототипов, предположительно Coassiale, может стать дополнительным грузом в миссиях на Марс, подобно «Perseverance» и «Ingenuity». Другой вариант – отправить несколько одинаковых беспилотников с разными научными приборами. Компактность Coassiale оправдывает такую архитектуру. Для реализации этого потребуются исследования аккумуляторов, роторов, солнечных батарей и систем связи, которые сейчас слишком громоздки и дороги для воздушных аппаратов.
Если выбрать марсохода или посадочный модуль наземной поддержки, его можно будет использовать для подзарядки батарей и замены полезных нагрузок. Предполагается, что на дрон можно устанавливать по одному инструменту за раз в зависимости от типа полета. Это гениальное решение, которое позволит облегчить летательный аппарат. Если такая архитектура миссии будет одобрена, возникнут проблемы с системой стыковки беспилотника с посадочным аппаратом. Это фактически станет решающим элементом успеха миссии.