За последние несколько месяцев компания Ingenuity убедительно продемонстрировала, что беспилотник может выжить и работать в марсианских условиях, что позволяет реализовать архитектуру миссий, которая была немыслима всего несколько лет назад. Не секрет, что НАСА считает воздушное исследование других спутников и планет стратегической целью для полетов, начинающихся в этом десятилетии. Достаточно вспомнить миссию Dragonfly по исследованию спутника Сатурна Титана, которая была одобрена, не дожидаясь результатов кампании Ingenuity. Это знак того, что американское космическое агентство считает, что теперь у него есть необходимые ноу-хау в этой области.
Беспилотник, оснащенный научными приборами, произведет революцию в наших знаниях о телах с атмосферой. Такой аппарат будет иметь доступ к крупномасштабным объектам, представляющим научный интерес, и сможет проводить эксперименты в непосредственной близости от посещаемых объектов.
Он также может предоставить ценные изображения для выбора будущих посадочных площадок. Учитывая это, НАСА представило очень интересный документ для Десятилетнего обзора по планетарной науке и астробиологии 2023-2032 гг. Цель состоит в том, чтобы определить периметр научных операций, которые вертолет мог бы выполнять с необходимой скоростью и эффективностью.
Два предложения по созданию следующего марсианского вертолета
В статье предлагаются два транспортных средства с различными размерами и характеристиками. Оба аппарата будут работать на солнечных батареях, летать на высоте менее 5 километров и напрямую связываться с марсианскими орбитальными аппаратами.
Для навигационной системы будет использовано то, что уже присутствует в Ingenuity, технологии, основанные на визуализации видимых изображений.
Навигационная система будет использовать преимущества существующих технологий видимой визуализации Ingenuity и усовершенствовать их.
В системах такого типа используются камеры, которые непрерывно фотографируют местность, над которой пролетает самолет. Алгоритм в режиме реального времени сравнивает кадры, чтобы оценить, насколько сместились значимые точки на местности, что позволяет дрону ориентироваться и придерживаться курса. Давайте кратко рассмотрим технические характеристики двух прототипов.
Сильные стороны беспилотников
Изначально являясь уделом вооруженных сил, в последние годы беспилотники пользуются огромным успехом и на гражданском рынке, в основном благодаря своей универсальности.
Именно эта характеристика позволила им занять место среди стратегических аппаратов, которыми НАСА хочет оснастить себя в ближайшие несколько десятилетий.
Сильные стороны этих конкретных транспортных средств, как на нашей планете, так и на других небесных телах с атмосферой, можно суммировать следующим образом:
- соотношение количества посещенных мест в единицу времени
- способность достигать и преодолевать пересеченную местность
Учтите, что марсоходу Curiosity или Perseverance потребуются годы, чтобы посетить место в 25 км от места посадки. Дрон, способный преодолевать 1 километр за полет — следовательно может сделать это расстояние всего за несколько недель. С помощью беспилотника можно проводить научные исследования в радиусе порядка 100 километров.
На Марсе к двум вышеперечисленным пунктам добавляется третий. Возможность исследовать область атмосферы, о которой мы знаем очень мало, если вообще что-то знаем, на высоте от 5 до 10 километров. Она никогда активно не изучалась, и единственная информация, которой мы располагаем, получена из телеметрии посадочных зондов. Беспилотник, способный подниматься на высоту 1-2 километра, позволил бы нам собрать бесценные данные о динамике марсианской атмосферы.
Три миссии
Наряду с двумя прототипами, НАСА также представило три «концепции миссии». Эти предложения высокого уровня включают анализ основных целей, необходимых научных инструментов и одного или нескольких объектов, представляющих потенциальный интерес на марсианской поверхности. Это, конечно же, миссии, разработанные для полного использования возможностей летательного аппарата.
Астробиологическая миссия
Первая миссия в некоторых отношениях похожа на цели «Настойчивости». Ее цель — определить, связаны ли органические соединения с зонами, богатыми силикатами или глиной, и содержат ли древние отложения биосигнатуры. Биосигнатуры — это вещества или явления, которые служат научным доказательством существования жизни в настоящем или прошлом. Используя спутниковые снимки в качестве отправной точки, беспилотник составит карту геологии местности, чтобы точно определить места сбора образцов. Наиболее подходящим был бы прототип Coassiale, оснащенный роботизированной рукой с микрозаклепкой. На земле его будет поддерживать стационарная или самоходная станция весом около 10 килограммов. Помимо прочего, он будет служить лабораторией для анализа образцов.
Особенно перспективным местом для этой миссии является Долина Мавра. Это 600-километровый древний канал оттока в Аравия Терра, богатый филлосиликатами, которые, вероятно, отложились более 3,5 миллиарда лет назад. Эти минералы представляют особый интерес, поскольку они могут сохранять органический материал на Земле. Результаты орбитальных пролетов, полученные к настоящему времени, свидетельствуют о том, что в этом районе интенсивно происходила как поверхностная (лужи и пруды), так и подповерхностная (ударные гидротермальные системы) водная активность.
Климатологическая миссия
Изучение и поиск залежей льда будет иметь фундаментальное значение для освоения Марса человеком. Эти месторождения в основном находятся в средних и высоких широтах, предпочтительно вдоль склонов, обращенных к полюсу соответствующего полушария. Склоны обычно наклонены под углом 45°, что способствует сохранению отложений толщиной в несколько десятков метров. Особенно подходящей зоной является кратер Миланкович, диаметр которого составляет около 75 километров.
Для этой миссии подойдет гексакоптер. Его исследования будут включать изучение залежей льда и их взаимодействия с марсианской атмосферой. Помимо очевидных последствий для человеческих миссий, можно получить ценную информацию о прошлых марсианских ледниковых периодах. Собранные данные будут касаться сезонных изменений формы и толщины склонов с соответствующими циклами колебаний температуры, влажности и скорости ветра. Атмосферные параметры сильно зависят от обмена водяного пара с почвой.
Геологическая миссия
Хотя нельзя сказать, что Марс обладает структурированным магнитным полем, в отличие от Земли, известно, что некоторые районы Красной планеты обладают заметной остаточной магнитной активностью. Эта активность наиболее заметна в южном марсианском полушарии, где обнажаются самые древние породы.
Для изучения магнитного поля Lucus Planum в низком пространственном масштабе можно использовать гексакоптер. Это может пролить свет на так называемый период конца динамо, когда планетарное магнитное поле Марса окончательно потеряло силу. Согласно последним исследованиям, это событие произошло 3,7 миллиарда лет назад, что на несколько сотен миллионов лет позже, чем считалось ранее.
Научная нагрузка будет сведена к минимуму, чтобы обеспечить максимально возможную автономию. Исследования будут проводиться на расстоянии сотен километров во время полетов на высоте менее одного километра.
Станут ли эти миссии реальностью?
Хотя нет никакой уверенности в том, что одна или несколько из этих миссий будут действительно профинансированы и организованы, следует отметить революционный характер этих предложений. Фактически, НАСА демонстрирует свою глубокую веру в универсальность беспилотников, что уже было продемонстрировано при утверждении миссии Dragonfly. Кроме того, следует отметить чрезвычайную вариативность трех предложенных миссий с совершенно разными целями, что доказывает возможность использования этих аппаратов в самых разных областях.
Не исключено, что один из двух прототипов — предположительно, Coassiale — может найти место в качестве дополнительного груза в следующих миссиях на Красную планету. Что-то очень похожее на то, что произошло с «Perseverance» и «Ingenuity». Другой вариант, который может сделать НАСА, — отправить несколько экземпляров одного и того же беспилотника, возможно, оснащенных различными научными приборами. Снижение веса и размера «Coassiale» может оправдать такой тип архитектуры. Для того чтобы хотя бы часть этого стала реальностью, ключевую роль будут играть исследования. Аккумуляторы, роторы, солнечные батареи и системы связи в настоящее время слишком тяжелы и дороги для воздушных решений.
В случае выбора марсохода / посадочного модуля наземной поддержки на него можно было бы возложить задачи по подзарядке батарей и замене полезных нагрузок. Фактически, считается, что на дрон можно устанавливать по одному инструменту за раз, в зависимости от типа выполняемого полета. Гениальное решение, которое позволило бы облегчить летательный аппарат. Если эта архитектура миссии будет одобрена, несколько головных болей будут связаны с системой стыковки беспилотника с посадочным аппаратом. Фактически, это было бы решающим элементом успеха миссии.