MarsExplorationRover– это знаменитая программа NASA, направленная на всестороннее исследование планеты Марс. В рамках данной программы практически одновременно на поверхность «красной планеты» были доставлены два марсохода – Spirit и Opportunity. В 2012 году, в связи с выходом из строя аппарата Spirit и с постановкой новых научных задач, NASA доставляет на поверхность планеты марсоход нового поколения Curiosity, который ощутимо больше и тяжелее своих предшественников.
Первые шаги по планете Марс: Spirit и Opportunity
Марсоход Spirit опустился на поверхность Марса 3 января 2004 года. Opportunity присоединился к нему уже 25 января того же года. Что касается третьего всемирно известного марсохода Curiosity, то он достиг поверхности Марса 6 августа 2012 года, и сразу же приступил к работе.
Нужно сказать, что Spirit осуществил ряд интересных открытий. В частности, по результатам проб марсианского грунта, сделанных этим аппаратом, учёные смогли выдвинуть гипотезу о том, что в прошлом на Марсе были отличные условия для жизни микроорганизмов. Не смотря на то, что миссия этого марсохода должна была продлиться 90 дней, его использовали свыше шести лет. Связь со Spirit прервалась 23 июля 2010 года.
Opportunity, прибывший на три недели позже, чем Spirit работает до сих пор. Нужно отметить, что именно Opportunity смог найти на Марсе следы целого пересохшего океана. Кроме того, ему принадлежат очень точные измерения различных параметров марсианской атмосферы.
Исследование Марса Curiosity
Марсоход Curiosity – это не просто прекрасный марсианский вездеход нового поколения, но ещё и довольно крупная автономная химическая лаборатория. Основной задачей использования данного аппарата является проведение целого ряда глубоких исследований грунта и атмосферы. Сейчас марсоход занимается изучением геологической истории «красной планеты» в кратере Гейла, где есть возможность работать с глубинными грунтами.
Марсоход, который весит на Земле 900 кг 3 метра длины и 2,7 метра ширины, имеет 3 пары колес диаметром 50 см, способен передвигаться в любом направлении и передавать на Землю данные о проб грунта, снимки с поверхности планеты и другую ценную информацию. Ожидаемое время миссии 1 марсианский год, что равно 687 земных дней.
Первая цель после посадки, которую NASA Curiosity благополучно совершил 6 августа этого года в кратер Гейла диаметром в 150 км, стало путешествие к подножью горы Шарпа. Сама гора имеет высоту 5,5 км. Задача изучить версию воздействия водных потоков, которыми когда-то подвергались склоны горы Шарпа, но на данный момент марсоход на месте посадки обнаружил не так много воды, как того ожидалось по расчетам, всего 1,5%. А ведь предполагали ее наличие от 5,6 до 6,5%.
Основные результаты работы Curiosity состоят в том, что им была определена двухслойность марсианского грунта. Первый, так называемый сухой слой, практически не содержит воды. В то же время, на глубине свыше 40 см. содержание воды составляет порядка 4%.
И вот, получены качественные при помощи наложенных фильтров снимки с марса, который передал марсоход Curiosity. На одном из снимков виднеется подножье горы Шарпа к которой следует Curiosity.
Тем не менее, первые данные настоящей хроники с Марса получены. Температура окружающего воздуха +3 градуса по Цельсию и несколько любопытных снимков, на одном из них хорошо видна гора Шарпа к которой движется марсоход. Правда, достигнет ее он только к новому году на земле, ведь его скорость очень низкая, всего 0,14 км/ч.
(Видео поверхности планеты Марс, переданное марсоходом Curiosity)
Перед тем, как направиться к горе, марсоход NASA Curiosity проверил всю аппаратуру, сделал множество снимков, пошевелил буром и опробовал лазерную пушку, назначение которой не защита от марсиан, а сбор анализа образцов почвы и воздуха на расстоянии.
На данный момент из трёх марсоходов, запущенных в период с 2003 года, на Марсе работают два. За это время сделано множество научных открытий разных масштабов.
Ведущие мировые эксперты полагают, что основой успеха американских марсоходов является умение их создателей учиться на собственных ошибках. Соответственно, каждый новый аппарат становится более совершенным, чем его предшественники.
Любопытный факт. Сотрудники Nasa предусмотрели вариант первого знакомства с "марсианами". Так после приземления, марсоход первым делом обратился с приветствием к пустынной планете голосом директора NASA Чарльза Болдена и переслал на землю песню Will.I.Am.
История марсохода
Марсоход «Opportunity » - второй аппарат из двух отправленных к Марсу в рамках программы «Mars Exploration Rover ». Старт с Земли состоялся 7 июля 2003 года, на неделю позже запуcка его близнеца – марсохода . Приземление на Марс , а именно в кратере Игл на плато Меридиана, было совершено 25 января 2004 года, на три недели позже, чем посадка ровера «Spirit».
По устоявшейся традиции название проекту было найдено на конкурсе, победителем которого стала девятилетняя девочка Софи Коллиз, родившаяся в Сибири и удочерённая семьёй из штата Аризона.
Функционирование «Opportunity» продолжается по сей день и он является рекордсменом по длительности работы среди аппаратов, работающих на поверхности Марса. Этому способствует то, что солнечные панели ровера очищаются марсианскими ветрами.
Учитывая неоценимый вклад ровера «Оппортьюнити» в исследование Марса, его имя получил астероид 39382. Это предложение поступило от астронома Ингрид ван Хаутен-Груневельд, открывшей этот астероид совместно с Корнелисом Йоханнесом ван Хаутеном и Томом Герелсом 24 сентября 1960 года. Посадочная платформа «Оппортьюнити» получила название «Мемориальная Станция Челленджера»
Цели миссии
Главная задача миссии заключалась в изучении осадочных пород, которые предполагалось найти в кратере Гусева и кратере Эребус , где, по предположениям. когда-то находилось озеро или море.
Миссия Mars Exploration Rovers должна была заняться:
поиском и описанием разнообразных видов горных пород и почвы, которые содержали бы свидетельства существования водной среды в марсианской прошлом. В том числе, поиском образцов с минералами, которые образовались под действием осадков, испарения или осаждения воды или при гидротермальной активности;
определением распространенности и состава горных пород, минералов и видов грунта в районе приземления;
определением геологических процессов, сформировавших местность, и химического состава почвы. Речь идет о водной или ветровой эрозии, отложении осадков, гидротермальных механизмах, вулканизме и образовании кратеров;
проверкой открытий, сделанных «Марсианским разведывательным спутником» (). Это окажет помощь в определении точности и эффективности различных инструментов, использующихся при изучении геологии Марса с орбиты;
Поиском железосодержащих минералов и оценкой относительного количества определённых типов минералов, содержащих воду или сформированных в воде, например, железосодержащих карбонатов;
классификацией и определением процессов, сформировавших минералы и геологический ландшафт;
поиском геологических особенностей, существовавших на планете вместе с нахождением на поверхности жидкой воды. Оценкой условий, благоприятных для появления жизни на Марсе.
- Марсоход «Opportunity» на поверхности красной планеты (рисунок)
- Створки посадочной платформы смыкаются вокруг сложенного марсохода
- Автопортрет «Оппортьюнити», декабрь 2004 года
- «Обнажение Пейсона» на западном крае кратера Эребус
- Группа инженеров и техников работает над «Тепловым блоком электроники» (WEB)
- Кратер Эндевор
Инновации в миссии Mars Exploration Rovers
Контроль за опасными участками
Марсоходы мисси MER оснащены системой контроля за опасными участками, что позволяет благополучно избегать их при передвижении по поверхности планеты. Подобная система реализована впервые при исследовании Марса, она была создана в университете Карнеги-Меллона.
Цели увеличения общей производительности служат две другие похожие программы. Первая контролирует работу двигателя, осуществляет управление колесами ровера, чистящей щёткой и инструментом RAT, предназначенным для бурения породы. Вторая контролирует работу солнечных батарей марсохода, перенаправление энергии к двум аккумуляторам, выполняет функции ночного компьютера и часов марсохода.
Улучшенное зрение
В общей сложности двадцать камер, помогали марсоходам в искать следы воздействия воды на поверхности Марса, предоставляя ученым Земли качественные снимки планеты.
Технические достижения помогли уменьшить вес и размер камер, что позволило смонтировать по девять камер на каждом марсоходе и по одной на спускаемой платформе. Камеры марсоходов созданы Лабораторией реактивного движения (JPL) и на тот момент являлись лучшими камерами, которые были когда-либо работали на другой планете.
Улучшенное сжатие данных
Данные, предназначенные для передачи на Землю, обрабатывались системой сжатия данных, также разработанной Лабораторией реактивного движения. Конечный размер изображения размером 12 мегабайт составляет лишь 1 мегабайт, таким образом достигается значительная экономия памяти. Все изображения делятся программой на группы, по 30 изображений в каждой, что уменьшает риск потери данных при их передаче Сетям дальней космической связи в Австралии.
Моделирование карт местности
Инновационной особенностью миссии стала возможность создания карты окружающей местности. Такая информация очень ценна для научной группы, так как это помогает узнать возможность проходимости и угол наклона аппарата. Стереоснимки дают возможность создавать трехмерные изображения, что позволяет точно определять расположение и расстояние до объекта наблюдения.
Технология мягкой посадки
Инженерам пришлось решать непростую задачу по уменьшению скорости космического аппарата c 12000 миль в час при входе в атмосферу планеты до 12 миль в час при столкновении с поверхностью Марса. Вход в атмосферу, спуск и посадка в миссии Mars Exploration Rovers был реализован с использованием многих технологий её предшественников: миссий «Викинг» и Mars Pathfinder. Для уменьшения скорости снижения была использована унаследованная технология парашюта и хотя масса космических аппаратов миссии Mars Exploration Rovers намного превышает предыдущие, основа конструкция парашюта не изменилась, н лишь его площадь была увеличена на 40 %.
Технология подушек безопасности, примененная в миссии , также была доработана. Посадочный модуль, содержавший марсоход, находился внутри сферы из двадцати четырех надутых ячеек. Синтетический материал «Vectran», из которого были сделаны подушки безопасности, также применяется при изготовлении скафандров. Как стало ясно после нескольких проверок на падение, дополнительная масса вызывала сильные повреждения и разрыв материала. В итоге инженерами была разработана двойная оболочка из подушек безопасности, призванных избежать серьёзных повреждений при приземлении с большой скоростью, когда подушки безопасности могут войти в контакт с острыми булыжниками.
Научные результаты
«Оппортьюнити» были найдены убедительные аргументы в поддержку его главной научной миссии: поиск и исследование образцов камня и грунта, которые возможно содержат свидетельства активной водяной деятельности в марсианской прошлом. Дополнениельно с проверкой «водной гипотезы», марсоходом совершены различные астрономические измерения, а также он помог уточнить некоторые параметры марсианской атмосферы.
7 июня 2013 года состоялась специальная конференция, посвящённоая десятой годовщине старта «Opportunity», на которой руководителем научной программы марсохода Стивом Сквайрсом было заявлено, что в древности на Марсе присутствовала вода, пригодная для живых организмов. Такие выводы были сделаны при исследовании камня под названием «Esperance 6». Результаты позволяют утверждать, что несколько миллиардов лет назад этот камень контактировал с потоком воды.
Важно то, что эта вода была пресной и подходила для нахождения в ней живых организмов. Ранее все доказательства существования воды на Марсе говорили лишь о том, что на поверхности планеты была некая жидкость, больше похожая на серную кислоту, а с помощью программы «Оппортьюнити»
были обнаружены следы воздействия именно пресной воды.
Прошло уже более двух месяцев с тех пор, как ветеран исследований , шестиколесный покоритель красных пустынь, один из самых успешных роботов NASA – марсоход «Opportunity» последний раз связывался с Землей.
Марсоход, выключив все энергоемкие устройства, застыл на краю обрыва – кратера Индевор , посреди пыльной бури, обдуваемый сухим ветром, несущим по мертвой поверхности красную пыль. Находясь в этом неуютном и холодном мире уже более 14 лет, «Opportunity» всегда поддерживал связь с Центром управления миссией. Однако нынешняя пыльная буря оказалась настолько мощной, что марсоходу пришлось перейти в режим экономии энергии и остаться в полном одиночестве на холодном ветру. «Opportunity» находится в спящем режиме с 10 июня, когда концентрация пыли в воздухе Красной планеты стала настолько плотной, что солнечный генератор перестал обеспечивать заряд его батарей. Команда «Opportunity» надеется, что шестиколесный робот действительно погрузился всего лишь в своего рода спячку, и рассчитывает получить от него сигнал как только пыльная буря рассеется.
И для такого оптимизма есть причины, заявили представители НАСА.
«Батареи «Opportunity» находились в работоспособном состоянии до начала пыльной бури, и их деградация не должна быть катастрофической», – заявили исследователи из НАСА. «Известно, что пыльные бури способствуют нагреванию атмосферы Марса и его поверхности. К тому же нынешняя буря случилась в тот период, когда в том месте, где работает «Opportunity» наступило лето. Поэтому марсоход не должен сильно замерзнуть».
Желание познать таинственный мир космического пространства по сей день не оставляет человечество. Прямо сейчас на расстоянии 228 млн километров от Земли дремлет марсоход Opportunity в ожидании момента, когда закончится песчаная буря и он сможет продолжить изучение четвертой по удаленности от Солнца планеты.
Почему марсоход так назвали
Распространенное английское слово opportunity было выбрано в результате конкурса, проведенного самими NASA, а победила в нем 9-летняя Софи Коллиз. Несмотря на свое русское происхождение (родившись в Сибири, она была удочерена семьей из Аризоны), девочка ясно понимала перевод слова - возможность. Если начнем переводить на русский точнее, то получится: удобный случай. И это имя послужило для ровера талисманом: он много раз застревал в коварной чужой почве, сталкивался с песчаными бурями, испытывал трудности со связью и получением энергии, но всё равно выходил победителем даже тогда, когда в него переставали верить на Земле.
Задачи и цели миссии
За 14 лет программа Opportunity успела претерпеть весомые изменения. На сегодняшний день он выполняет множество разнопрофильных задач:
- Исследует различные земельные массивы, проверяя, подвергались ли они когда-либо воздействию воды: например, испарению. Ученых интересует, существовали ли в прошлом на этой планете микроорганизмы.
- Составляет подробную карту поверхности и ищет ответ на вопрос, какие процессы сформировали Марс таким, какой он есть. Для этого он проводит анализ всех находящихся в грунте минералов, ища те, что будут незнакомы человечеству.
Разработан ровер был для изучения осадочных пород, образовавшихся в кратерах, которые когда-то могли быть частью океана.
Все эти эксперименты служат одной цели: понять, возможно ли в будущем зарождение жизни в привычном нам смысле так далеко от Земли.
Место посадки
Марсоход опустился на исследуемую поверхность ещё в январе далекого 2004 года и до 10 июня 2018 года исправно функционировал, превзойдя даже самые смелые ожидания разработчиков в 55 раз! Больше примеров настолько удачных запусков просто нет.
Как и было запланировано, марсоход Opportunity совершил высадку на поверхности 22-метрового кратера Игл. Для исследователей было приятной неожиданностью то, что ровер приземлился так точно, всего в 25 км от поставленной цели.
Как была произведена посадка Оппортьюнити
Сесть на поверхность красной планеты невероятно трудно: восемь аппаратов разбились о нее при посадке, а еще несколько вышли из строя в первые минуты после посадки. Вся сложность заключается в том, что атмсофера Марса разряжена, и быстро сбросить скорость не получается из-за её низкой плотности.
Оппортьюнити удалось посадить успешно благодаря технологии, которая использовалась еще при запуске советских марсоходов. Посадка проходила в три стадии:
- Вход в атмосферу
Этот этап был самым легким для ровера, требовалось лишь приблизиться к Марсу на достаточное расстояние, а дальше начинала действовать сила притяжения. - Спуск
Важнее всего было успеть сбросить скорость в атмосфере, чтобы марсоход не разбился о твердые горные породы. Для этого были использованы три ракетных двигателя. Получив через камеру фотографии поверхности, главный компьютер определял исходную скорость спуска и давал команду реактивным двигателям. - Посадка
Защитить аппарат могли бы более прочные материалы, но их добавление обозначало бы увеличение массы, чего допустить было нельзя. Роскосмос взял на себя заботу об этом этапе и оборудовал Оппортьюнити воздушными подушками, состоящими из 24 ячеек.
В кратер Игл он попал случайно, но это стечение обстоятельств было на руку исследователям: изучив почву, он сделал выводы о существовании в прошлом воды в этом грунте.
Характеристики марсохода
Марсоход Opportunity обладает внушительной массой в 185 килограммов, а суммарная масса перелетного модуля, спускаемого аппарата и самого ровера составляет 1063 килограмма. Его габариты: высотой 1,5 метра 2,3длина и ширина 1,6 метра. Для совершения поворотов используются независимые электродвигатели. Его маневренность гарантируют шесть колёс. Одно из них способно вращаться для того, чтобы копать землю и извлекать образцы почвы (при этом он остается неподвижным). Максимальная скорость 50 мм в секунду, хотя средняя скорость составляет 5 –ю часть.
Чем оборудован марсоход
- Глазами Оппортьюнити являются панорамные камеры, которые делают снимки в высоком разрешении и отправляют их в центр управления. Навигационные, снимают в разрешении похуже и нужны непосредственно для того, чтобы ровер мог оценить обстановку и не врезаться ненароком в препятствие.
- Магниты собирают частицы магнитной пыли, а рентгеновский спектрометр анализирует, из каких веществ состоит почва.
- Буры, микроскоп и несколько спектрометров необходимы для взятия и анализа проб почвы.
Система управления
Навигация совершается через мощнейший компьютер, надежно укрытый от перепадов температур, характерных для этих земель.
Модуль, отвечающий за все процессы, проходящие в электронном мозге, расположен точно в центре устройства. Он обеспечивает исправную работу всех сложных систем марсохода. Чтобы передать данные, собранные за сутки, у механического исследователя есть всего 16 минут раз в сутки, когда орбитальный аппарат Марс Одиссей появляется в зоне доступа. Посланный радиосигнал достигает Земли в лучшем случае за 4 минуты. Ухудшить связь могут Луна и Солнце, если они окажутся на пути радиоволн. Тогда послание дойдет до нашей планеты в течение 20 минут.
Источник питания
Всю энергию Оппортьюнити получает от солнечных батарей, расположенных сбоку. Они состоят из множества ячеек, что значительно повышает их надежность: если одна из них выйдет из строя, это не коснется остальных.
По сравнению со своими предшественницами эти солнечные батареи способны поглощать в три раза больше света, излучаемого Солнцем. И всё это благодаря новшеству - тройному слою из арсенида галлия.
Самые важные открытия марсохода
В июне 2004 года в самом начале своей миссии Opportunity блестяще справился с важнейшей, по словам ученых, задачей: спустился в кратер Эндьюранс и изучил горные породы. Администраторы NASA не были уверены, что он сможет подняться обратно, однако к середине декабря он успешно вернулся и приступил к выполнению заданных целей.
В январе следующего года марсоход обнаружил первый в истории человечества метеорит на другой планете. Его назвали Камнем Теплового Щита, потому что он был обнаружен за теплозащитным экраном ровера.
Больше всего инициаторы космической экспедиции гордятся тем, что их детищу удалось найти свидетельства существования на красной планете пресной воды. Камень, найденный ровером, находился в потоке воды, что еще раз подтверждает догадки ученых о прошлом Марса.
Наблюдения с орбиты не дали землянам практически никаких знаний о климате красной планеты, а Оппортьюнити смог охарактеризовать распределение теплых слоев в атмосфере и сделать выводы о погоде на Марсе.
Хоть он и не был предназначен для наблюдений за ночным небом, несколько раз ровер всё же следил за кометами, пролетавшим рядом. Также он был использован для наблюдения за спутниками планеты: .