Зонд Curiosity досліджує Марс

Одним з головних технологічних досягнень минулого року став запуск та успішне приземлення 6 серпня на поверхню Марса зонду Curiosity ("Допитливість"). Він став 13-м штучним об’єктом, який досягнув поверхні Марса, та п’ятим марсоходом, що успішно працює.

Раніше поверхню Червоної планети вже досліджувати мобільні зонди Phoenix ("Фенікс", 2008), Opportunity ("Можливість", 2004), Spirit ("Дух", 2004) та Mars Pathfinder ("Марсоходець", 1997), а також стаціонарні зонди "Вікінг–1" та "Вікінг–2" (1976). Назву проекту вибрали користувачі інтернету з–поміж варіантів, запропонованих американськими школярами. Серед інших пропозицій були Adventure ("Пригода"), Perception ("Сприйняття"), Pursuit ("Прагнення"), Sunrise ("Схід Сонця"), Vision ("Бачення") та Wonder ("Чудо"). Загальна вартість проекту склала 2,5 млрд. доларів. Очікується, що Curiosity пропрацює 1 марсіанський рік (686 земних днів). За цей час він має виконати такі завдання:

- визначити мінералогічний склад марсіанських грунтів і приґрунтових матеріалів;

- намагатися виявити сліди можливого протікання біологічних процесів на основі вуглецю, кисню, водню, азоту, фосфору та сірки, які ведуть до виникнення життя;

- дослідити процеси, на яких сформувалися марсіанські породи і грунти;

- оцінити довгостроковій перспективі еволюцію атмосфери Марса;

- визначити поточний стан, розподіл і кругообіг води і вуглекислого газу;

- встановити спектр радіоактивного випромінювання поверхні планети.

Сuriosity - найдосконаліший та найтехнологічніший з усіх попередніх марсоходів. Маса наукового обладнання на його борту становить 80 кг (для порівняння, у його попередників Spirit та Opportunity – лише 6,8 кг). Висота Curiosity – 3 м. (разом із щоглою, що має 2,1 м висоти), ширина – 2,7 м, загальна маса – 899 кг. Марсохід здатен рухатися з максимальною швидкістю 144 метри за годину, однак очікується, що середня його швидкість становитиме лише 30 метрів за годину. Для живлення марсохід використовує радіоізотопний термоелектричний генератор (РІТЕГ), який перетворює енергію напіврозпаду плутонію–238 у електричний струм (такі собі "ядерні батарейки"). Енергоустановка зонду містить 4,8 кг радіоактивного плутонію. Її потужність – 125 Вт електроенергії або 0,16 кінських сил. Curiosity керують два однакових комп’ютери RAD750 з частотою 700 МГц, які здатні здійснювати 600 млн. операцій за секунду. Комп’ютери слідкують за марсоходом, самостійно контролюють стан його найважливіших частин, відправляють на Землю звіти про стан інструментів, самостійно фотографують тощо. Система зв’язку включає два передавачі, один з яких працює у діапазоні Х–хвиль (8–12 ГГц) для зв’язку безпосередньо з Землею (швидкість сигналу 32 Кбіт/сек), а другий у дециметровому діапазоні (300 МГц – 3 ГГц) для попереднього зв’язку з супутниками "Марс Одісей" та "Марсіанський розвідувальний супутник" (швидкість сигналу – до 2 Мбіт/сек), які, у свою чергу, передають сигнал на Землю. Обладнання Curiosity встановлене на 6-колісній платформі, кожне з колес оснащене окремим електродвигуном. Два задніх та два передніх колеса беруть участь в управлінні, так що марсохід зможе розвертатися на 360 градусів, залишаючись при цьому на місці.

На Curiosity встановлено найсучаснішу апаратуру, в розробці якої брали участь провідні лабораторії США, Канади, Росії та країн ЄС. Ось неповний перелік обладнання цього дива науки і техніки:

  • 3 камери з роздільною здатністю 1600 х 1200 мегапікселів.
  • Система лазерного дистанційного дослідження ChemCam, що включає 1067–нм інфрачервоний лазер, який генерує імпульси тривалістю 5 наносекунд на відстані до 7 м. Прилад аналізує спектр світла, яке відбивається від досліджуваної породи. Таким чином він може визначити, яка її природа (вулканічна чи осадкова), відстежити її основні елементи, прослідкувати структуру грунту та каміння, розпізнати лід та мінерали з молекулами води, знайти на камінні сліди ерозії тощо. ChemCam була розроблена в Лос–Аламоській національній лабораторії разом та французькій лабораторії CSR.
  • Система опромінення породи альфа–частинками для визначення її елементного складу APXS (Alpha-particle X-ray spectrometer). Команда з розробки APXS включала вчених з НАСА, університетів Гвельфів, Нью–Брансвік, Західного Онтаріо, Каліфорнії, Сан–Дієго і Корнелла.
  • Система CheMin, яка досліджує хімічний і мінералогічний склад за допомогою рентгенівського флуоресцентного випромінювання і рентгенівської дифракції. Розроблена у Лабораторії НАСА з дослідження реактивного руху.
  • Пристрій SAM (Sample Analysis at Mars) – набір інструментів, який буде досліджувати тверді зразки, органічні речовини і атмосферний склад. Інструмент розроблений Центром космічних польотів ім. Годдарда, Лабораторією Inter-Universitaire та французьким Національним центром технічних досліджень (CNRS).
  • Детектор RAD (Radiation assessment detector). На шляху до Марса і під час роботи на його поверхні RAD досліджує радіаційний фон всередині космічного апарату. Вимірювання радіаційного фону є життєво важливим під час підготовки майбутнього польоту людини на Червону планету. RAD – творіння Південно–Західного дослідницького інституту позаземної фізики Університету Христіана-Альбрехта в Кілі (Німеччина).
  • Dynamic Albedo of Neutrons (DAN) – розробка російських вчених з Федерального агентства "Роскосмос". Використовується для виявлення водню та водяного льоду біля поверхні Марса шляхом опромінення нейтронами.
  • Набір метеорологічних приладів REMS (Rover environmental monitoring station). Включає інструменти дослідження атмосферного тиску, вологості, напряму вітру, атмосферних та наземних температур. Спільна розробка Мадридського центру астробіології та Фінського Метеорологічного інституту.

Curiosity був запущений в космос ракетою–носієм "Атлас–5", яка стартувала з мису Канаверал 25 листопада 2011 р. Увесь політ на відстань 567 млн. км, таким чином, тривав 255 днів. Технологічно найскладнішою була процедура посадки апарата, адже атмосфера Марса надто розріджена, щоб посадити апарат лише за допомогою аеродинамічного гальмування і парашутів, та водночас надто густа, щоб використовувати лише стабілізацію ракетними двигунами (як, наприклад, під час посадки місячних модулів програми "Аполлон"). Повітряні подушки на кшталт автомобільних подушок безпеки, які були задіяні під час посадки попередніх марсоходів, у випадку з Curiosity не могли використовуватися через його надто велику масу. Через високий ризик спеціалісти НАСА назвали процедуру посадки зонду "сімома хвилинами страху".

Посадка Curiosity здійснювалася за допомогою аеродинамічної капсули, захищеної з фронтальної сторони термостійким екраном діаметром 4,5 м. Від перелітного модуля, який відповідав за рух зонда в міжпланетному просторі, аеродинамічна капсула від’єдналася приблизно за 10 хв. до входу в атмосферу. Швидкість капсули під час руху в атмосфері зменшилася з приблизно 5,8 км/сек до 470 м/сек, яка дає змогу розкрити парашут (розкрився на висоті близько 10 км). На висоті 1,8 км, сповільнившись під дією парашута до швидкості 100 м/сек, марсохід разом з так званим "небесним краном" відділився від аеродинамічної капсули. "Небесний кран" – це платформа з чотирма ракетними двигунами на бокових штангах, які плавно загальмували та спустили апарат. Опустивши марсохід на тросах приблизно на 7.5 м нижче тягового модуля, система плавно зупинилася, і марсохід торкнувся поверхні. "Небесний кран" же автоматично відстрелився на безпечну відстань. До речі, технологія спуску за допомогою "Небесного крана" є безпрецедентною та ніколи раніше використовувалась в польових умовах.

Curiosity приземлився в районі кратера Гейла, який, з огляду на припущення про існування тут стародавнього озера, є одним з найцікавіших для науки об’єктів на Марсі. 16 серпня він передав на Землю перші наукові результати: пристрій REMS зафіксував коливання денної температури в районі його посадки від +3 °С вдень до – 91 °С вночі, а також атмосферного тиску на 10–12% (для порівняння, на Землі добові перепади тиску не перевищують 1,2%). За період з 16 серпня до 6 вересня, за який марсохід проїхав близько 100 м, пристрій DAN зафіксував незначну частку водяного льоду в грунті (біля 1,5–2%), що виявилося набагато менше ніж очікувалося (5 – 6,5%). 18 вересня Curiosity спостерігав часткове сонячне затемнення, викликане проходженням поверхнею Сонця супутника Фобос. Спостереження за сонячним затемненням дозволить визначити, як планета "стискається" під дією приливних сил своїх супутників, що, в свою чергу, проллє світло на її геологічну будову та формування в далекому минулому.

Найзначніше своє відкриття Curiosity зробив 27 вересня, коли NASA заявило про виявлення ним донних відкладень, які свідчать про існування давнього струмка. Вода у ньому текла зі швидкість 0,9 м/сек, а глибина була біля півметра. Це відкриття дозволяє вважати майже доказаною гіпотезу про те, що в далекому минулому поверхня Марса була покрита водою.

Майбутні завдання марсохода включають буріння твердої породи та дослідження підніжжя гори Шарпа (5,5 км) в районі кратера Гейла. Завершення основної місії "Curiosity" планується на липень 2014 року, хоча енергії плутонієвого генератора РІТЕГ вистачить як мінімум ще на 12 років роботи.

Curiosity - яскравий приклад співпраці сотень учених з провідних лабораторій світу. Вже сьогодні очевидно, що його місія впише чергову яскраву сторінку в історію дослідження космосу.

16.01.2013