Во второй раз в истории человечество отправит летательный аппарат в атмосферу другого небесного тела — и впервые он будет тяжелее марсианского «воздуха». Кроме того, Perseverance поможет прояснить ряд важных вопросов, касающихся изучения и потенциальной колонизации Марса. Однако с высокой степенью вероятности можно предположить, что он не сможет ответить на вопрос о наличии жизни на Марсе. Но это не его недостаток, а общая сложность для беспилотных миссий на Красную планету. Рассмотрим подробнее.
В июле 2020 года NASA отправило на Марс новый марсоход, который 18 февраля, наконец, достиг поверхности Красной планеты. Местом посадки стал кратер Езеро – ранее здесь располагалось значительное озеро, рядом с которым до сих пор можно увидеть высохшую дельту реки, некогда впадавшей в него.
Кратер получил свое название, созвучное русскому слову «озеро», в 2007 году, в честь города Езеро, расположенного в Республике Сербской (Босния и Герцеговина). Этот топоним переводится как «озеро».
Вероятность обнаружения жизни: исключительно гипотетическая
Выбор места посадки был обусловлен не только наличием водоема. На Марсе существует множество свидетельств о существовавших ранее озерах, морях и реках. Ранее марсоход Curiosity уже исследовал подобные территории. Однако у кратера Езеро есть особенность, которая редко встречается в других местах – орбитальные снимки NASA зафиксировали карбонатные породы на его склонах. На Земле подобные образования нередко являются результатом жизнедеятельности организмов.
Существует предположение, что цианобактерии способны выживать в марсианских условиях. В истории Земли эти микроорганизмы формировали обширные цианобактериальные маты, ископаемые следы которых, известные как строматолиты, встречаются довольно часто. На Земле их возраст может достигать 3,7 миллиарда лет, и в некоторых случаях ветер выносит поверхностные слои грунта, обнажая следы древних цианобактерий, которые оказываются практически на поверхности. Подобный процесс на Марсе, теоретически, может предоставить возможности для исследования остатков древней марсианской жизни с помощью аппарата Perseverance.
Несмотря на то, что это выглядит как теория, на практике древние карбонатные породы, подверженные воздействию окружающей среды, могут претерпеть значительные изменения из-за ветровой эрозии (воздействия пыли и песчинок), а также космической радиации, что затруднит интерпретацию находки как подлинных строматолитов.
Не исключено, что в непосредственной близости, на глубине всего в несколько сантиметров песка, могут находиться хорошо сохранившиеся свидетельства существования древних организмов. Однако, извлечь их невозможно: инструменты марсохода Perseverance, как и его предшественника Curiosity, не позволяют бурить грунт глубже нескольких сантиметров.
А чем он все-таки отличается от Curiosity?
Системы бурения горных пород у нового планетохода аналогичны тем, что использовались в предыдущей модели, продолжавшей функционировать на Марсе уже через девять лет после посадки. Однако, у новой машины присутствуют и существенные отличия.
Прежде всего, это самый массивный планетоход, когда-либо созданный человеком. Если Curiosity имел массу 900 килограммов, то новый аппарат весит 1025 килограммов. Увеличение веса связано с модификацией конструкции шести колес. При разработке Curiosity выбор алюминия для ободьев оказался неудачным: они были недостаточно прочными. В результате местный грунт повредил их, образовав дефекты. Передвижение остается возможным, однако это негативно сказалось на проходимости, а также увеличило энергозатраты при движении.
Для повышения проходимости диаметр колес марсохода Perseverance увеличили до 525 миллиметров, в то время как у Curiosity он составлял 500 миллиметров. Спицы колес остались титановыми, однако их изогнули для увеличения общей прочности. Эти изменения не являются излишними мерами предосторожности, поскольку основной причиной поломок планетоходов является их застревание в грунте. Именно поэтому высокая надежность колесной системы имеет первостепенное значение.
Существенным отличием является наличие на новом марсоходе аппарата MOXIE, который отсутствовал на предыдущей модели. MOXIE предназначен для проведения эксперимента по разложению углекислого газа (СО2) – основного компонента марсианской атмосферы – на угарный газ (СО) и кислород (О2). Преимущества эксперимента очевидны: он продемонстрирует возможность получения кислорода непосредственно из марсианской атмосферы, в которой его практически нет. MOXIE должен производить до 22 граммов кислорода в час в течение 1230 часов – приблизительно эквивалентное количество кислорода, потребляемое человеком во время регулярных физических упражнений. Подобное достижение может оказаться полезным для будущих пилотируемых миссий.
Реальность оказывается не столь радужной. Извлечение кислорода из крайне разреженной атмосферы требует значительно больше энергии, чем электролиз воды с получением кислорода и водорода. Устройство MOXIE массой 15 килограммов потребляет 300 ватт при пиковой, хотя и непродолжительной, нагрузке. Большинство планировщиков будущих пилотируемых миссий полагают, что высадку следует осуществлять в местах, где залежи водяного льда расположены близко к поверхности Марса. Получение кислорода из воды, полученной таким образом, является более простым процессом.
Марсоход не обладает способностью к бурению. В связи с этим, подобно персонажу из известного анекдота, отравленному этиловым спиртом, он вынужден «осуществлять поиск там, где светлее, а не там, где предмет был утерян» — проводить не самые полезные для будущих миссий эксперименты, а те, которые позволяют довольно скромные технические возможности земных роверов.
В отличие от марсохода Curiosity, в российском аппарате нейтронный детектор воды ДАН разработки Института космических исследований РАН был заменен на радар RIMFAX, ориентированный вниз и излучающий на частоте 150-200 мегагерц. Этот радар, в отличие от нейтронного детектора, не способен обнаруживать воду, связанную в составе минералов. Однако он предназначен для различения водяного льда и выявления признаков жидкой воды на глубине до 10 метров. Этот прибор имеет критическое значение, поскольку ДАН мог обнаруживать воду не глубже нескольких метров. Чем глубже залегают слои грунта, тем выше температура, и, следовательно, возрастает вероятность существования жидкой соленой воды. Вместе с тем, для радара RIMFAX сложнее распознавать минералы, насыщенные водой, по сравнению с нейтронным детектором.
Согласно теории, часть образцов, собранных Perseverance, может быть забранa следующим марсоходом NASA в 2026 году и доставлена на Землю. Предполагается, что данный «транспортный» марсоход будет легче «универсального». Доставка образцов с Марса на Землю, в любом случае, потребует экспедиции с большим посадочным весом: для взлета с Красной планеты необходимо будет доставить топливо с нашей планеты.
В заключение стоит отметить еще одно отличие, которое невидимо для глаза, но имеет большое значение для американской стороны. Марсоход Perseverance использует энергию, полученную из американского, а не российского плутония-238. Производство этого изотопа в Соединенных Штатах было возобновлено в последние годы. Мощность радиоизотопного генератора, работающего на этом плутонии, осталась прежней и составляет чуть более 100 ватт, что сопоставимо с мощностью обычной лампочки накаливания.
Отдельная миссия: второй космический аппарат в атмосфере другой планеты
Марсоход Perseverance доставил на планету небольшой дрон Ingenuity. По своей конструкции это вертолет, использующий соосный принцип, аналогичный «камовским». Диаметр его несущего винта составляет 1,2 метра, а вес — всего 1,8 килограмма. Частота вращения лопастей может достигать 40 оборотов в секунду. Необходимость таких значительных габаритов и высокой скорости вращения обусловлена тем, что атмосфера Марса в 100-150 раз менее плотная, чем земная. Испытания, проведенные в герметичной камере, продемонстрировали, что при меньших характеристиках аппарат не смог бы подняться в воздух.
Энергопотребление дрона достигает 350 ватт, что превышает мощность источника питания марсохода. В связи с этим, миниатюрный вертолет сначала заряжает встроенную литиевую батарею весом 0,27 килограмма, после чего совершает полет, однако не более трех минут.
Чтобы Ingenuity не разрядился, его радиус действия от марсохода ограничен сотней метров. Однако для последующих миссий этот параметр может быть скорректирован. В частности, при исследовании спуска в лавовые трубки Марса дрон может оказаться незаменимым инструментом. Роботы испытывают значительные трудности при передвижении по пересеченной местности (что и приводило к поломкам марсоходов даже на ровных участках). В то время как полет представляет собой более стабильный процесс, где даже без участия человека шансы на успешное функционирование аппарата возрастают.
Именно поэтому беспилотные летательные аппараты, вероятно, являются наиболее эффективным способом исследования марсианских лавовых пещер. Предполагается, что в них содержится значительное количество водяного льда. Кроме того, на некотором удалении от входа температура может быть существенно выше, чем на поверхности планеты. Проверка этих предположений была бы весьма полезной, поскольку наличие воды и тепла является благоприятным признаком для возможной жизни. Несколько исследователей полагают, что поиск жизни на Марсе следует именно в таких трубках.
Ingenuity, безусловно, является лишь началом этого пути. Для полноценного исследования пещер потребуются значительно более крупные устройства, однако предварительно необходимо оценить, сможет ли там функционировать даже небольшой, экспериментальный дрон.
Успешный запуск Ingenuity станет значительным достижением. До настоящего момента аппарат, спроектированный для продолжительного полета в атмосфере другой планеты, осуществлял полеты только в Советском Союзе — и это было очень давно, в 1984 году (миссии «Вега-1» и «Вега-2»). Прошло уже более 36 лет — пора, наконец, обновить то давнее достижение.
Итак, давайте подытожим. Миссия Perseverance, стоимость которой составляет около 2,5 миллиарда долларов, является относительно недорогой автоматизированной экспедицией, которая, вероятно, сможет функционировать на Марсе в течение длительного времени. Подобно всем марсоходам, она не обладает достаточной универсальностью для ответа на вопрос о наличии жизни на Марсе. Даже если бы она оказалась в непосредственной близости, буквально в метре над подпочвенной бактериальной колонией, Perseverance не сможет достичь ее: отсутствует необходимое буровое оборудование.
Такая функциональность не является характерной чертой для современных планетоходов. Даже стационарные посадочные аппараты, такие как Insight от NASA, не способны бурить грунт глубже нескольких десятков сантиметров.
Ограниченность возможностей марсианских миссий – временное явление. В ближайшее десятилетие с большой долей вероятности на планету будет доставлен аппарат, сопоставимый по возможностям с Starship, представляющий собой более крупную посадочную платформу, чем когда-либо созданную людьми. В случае реализации этого сценария, на Марс отправятся и люди. Им, несомненно, будет под силу исследовать марсианскую подповерхностную среду обитания – при условии, что она там существует. Ведь, в отличие от роботизированных аппаратов, человеческие конечности обладают большей универсальностью, а человеческий интеллект – большей адаптивностью.