Марсианские хроники ровера Perseverance

Предшественники

Первым ровером, который удачно приземлился на Марс, был американский Sojourner. В рамках программы Mars Pathfinder он в 1997 году проработал на планете целых три месяца, в разы перекрыв расчётное время жизни. Особо сложных задач перед марсоходом не стояло – уже сам факт нахождения земного роботизированного аппарата на Красной планете произвёл фурор в мире. Тем не менее Sojourner успел выслать массу фотографий Марса, а также провести несложные метеорологические и геологические исследования.
 

Спустя два года NASA снова отправила в космос марсианскую миссию, нацеленную на детальное изучение грунта планеты и климатических условий. Миссия Mars Polar Lander закончилась неудачей – спускаемый аппарат разбился по неизвестным до сих пор причинам. На борту космического корабля сгинул и российский лазерный радар (лидар), предназначенный для изучения состава атмосферы.
 

Американцы вступили в XXI век безусловными мировыми лидерами в области изучения Марса и свой успех подкрепили в 2003 году запуском программы Mars Exploration Rover. По плану уже два марсохода должны были изучать планету – Spirit и Opportunity. Оба ровера на спускаемых аппаратах сели на поверхность Марса в январе 2004 года с интервалом в 21 земной день. Конструкция Opportunity оказалась настолько надёжной и долговечной, что марсоход продолжал трудиться до июня 2018 года.

Сейчас на Марсе работает 900-килограммовый ровер Curiosity с радиоизотопным источником питания, попавший на планету ещё в августе 2012 года. Его основная задача – бурить и исследовать пробы. На данный момент миссия продлена на неопределённый срок.

Этого американцам показалось мало, и ещё раньше, в 2008 году, на планете появилась малогабаритная станция Phoenix, одной из миссий которой был поиск внеземной жизни. Аппарат не был приспособлен к перемещению, отличался относительной дешевизной (400 млн долларов) и прожил в активном состоянии всего несколько месяцев. Тем не менее Phoenix открыл на Марсе воду и провёл несложный химический анализ грунта.

Для замены стационарного робота-исследователя, отключившегося от связи осенью 2008 года, американцам потребовалось почти десять лет. Марсианская сейсмостанция с буровой установкой InSight от NASA приземлилась на планету в 2018 году и до настоящего времени успешно отправляет на Землю результаты исследований.
 

Наличия одного подвижного и одного неподвижного марсианского аппарата американцам явно недостаточно. Для закрепления присутствия на Марсе 18 февраля 2021 года на поверхность сел ровер Perseverance. И у него есть свой вертолёт.
 

Есть ли жизнь на Марсе?

Прежде всего, Perseverance – это самый большой ровер, который удалось на данный момент забросить на Красную планету. Илон Маск когда-то катапультировал в космос свой электрический родстер, а NASA на Марс отправило планетоход размером с легковушку. Длина Perseverance – около 3 метров, ширина 2,7 метра и высота 2,2 метра. Для немаленького ровера использовали сверхпрочные и сверхлёгкие материалы, отчего вес аппарата в земных условиях едва превышает тонну. В условиях Марса Perseverance будет весить в два с половиной раза меньше.
 

 

Запуск столь сложного и дорогостоящего проекта (более 3 млрд долларов) должен быть обеспечен соответствующей исследовательской программой на Марсе. Чтобы оправдать потраченное, американцы оснастили ровер сразу несколькими интересными гаджетами.

Прежде всего, это модельный аппарат MOXIE для синтеза кислорода из углекислого газа марсианской атмосферы, доля которого достигает 93 %. В теории всё очень просто – от молекулы диоксида углерода CO₂ отрываем атомарный кислород и соединяем его с одним таким же. В выхлопе получается угарный газ и молекулярный кислород, которым вполне можно дышать.

До этого в космических условиях кислород синтезировали электролизом воды, но для жизнедеятельности одного человека требуется целый килограмм воды в сутки – такой способ неприменим для Марса. Если кратко, то аппарат MOXIE сжимает диоксид углерода, нагревает до 800 градусов и пропускает через него электрический ток. В итоге на аноде газового электролизера выделяется чистый кислород, а на аноде – угарный газ. Далее смесь газов охлаждают, проверяют на чистоту и выпускают в атмосферу Марса.

Очевидно, в отдалённом будущем тысячи таких генераторов будут перерабатывать марсианский углекислый газ в пригодную для человека атмосферу. Примечательно, что эта технология не самая прогрессивная. Всё-таки, согласно теории, из двух молекул СО₂ вырабатывается всего одна О₂. И это очень далеко от реальной эффективности таких установок. Гораздо интереснее выглядит идея расщепления углекислого газа сразу на углерод С и молекулу О₂. В 2014 году в журнале Science опубликовали методику синтеза кислорода из СО₂ под действием ультрафиолетовых лазеров. Пять лет спустя в Калифорнийском технологическом институте придумали разгонять и ударять молекулы диоксида углерода об инертные поверхности, такие как золотая фольга. В результате такого варварского обращения углекислый газ расщепляется на молекулярный кислород и углерод, то есть сажу. Но пока такие приёмы далеки от технологического совершенства, и NASA приходится довольствоваться аппаратами типа MOXIE.
 

 

Вторым интересным гаджетом для ровера является PIXL, предназначенный для сканирования рентгеновскими лучами окружающей местности. Прибор проводит дистанционное тестирование грунта на предмет химических веществ и элементов, которые могут быть маркерами живых существ. Разработчики уверяют, что PIXL способен распознавать более 26 химических элементов. Аналогичную задачу выполняет многофункциональный сканер SuperCam, способный с семи метров определять атомный и молекулярный состав горных пород. Для этого он оснащён лазером и высокочувствительными инфракрасными сенсорами.
 

И это ещё не всё. Анализ на предмет наличия следов жизни проводят «криминалисты» SHERLOC и WATSON. SHERLOC работает в ультрафиолетовом диапазоне, ощупывая лазером окружающие горные породы. Принцип очень сходен с работой земного сыщика, отыскивающего биологические улики с помощью УФ-фонарика. WATSON, в свою очередь, фиксирует всё происходящее на камеру. Пара сенсоров вместе с «рентгеном» PIXL размещены на конце штанги-манипулятора ровера.

На борту Perseverance нет бура для исследования марсианских недр. Для этой цели служит радиолокационный сканер RIMFAX, способный «просвечивать» Марс на глубину до 10 метров. Георадар будет составлять карту подстилающей поверхности, а также искать залежи марсианского льда.
 

Марсоход с вертолётом

Главным «шоу-стоппером» Perseverance является не описанные выше супергаджеты и даже не ядерная силовая установка, а первый в истории летательный аппарат для Марса. Приземлившись в марсианском кратере Езеро, ровер под своим брюхом принёс миниатюрный соосный вертолёт. В лучших традициях американской астронавтики имя для вертолёта выбрали по конкурсу, и лучшим стал Ingenuity (Изобретательность). Автор – Ваниза Рупани, 11-классница из Нортпорта.
 

 

Никакой научной аппаратуры вертолёт не несёт. Его основная задача – продемонстрировать потенциальную возможность полёта в атмосфере Марса, которая практически полностью состоит из углекислого газа. Атмосфера Красной планеты по плотности схожа с земной, но вот гравитация в 2,5 раза меньше. Летательный аппарат тянет на 1,8 килограмма и для своего веса оснащён сравнительно небольшими винтами (скорость вращения – 2537 об/мин) – бонусы марсианской гравитации. Однако гигантские перепады температур на поверхности планеты заставили инженеров соорудить на вертолёте сложную систему термозащиты. Первый полёт Ingenuity запланирован не ранее 8 апреля, и вся программа испытаний должна уложиться в месяц. Вертолёт одноразовый – после испытаний он останется на Марсе инопланетным мусором. Perseverance тоже со временем превратится в мёртвый кусок дорогих сплавов, но цикл его жизни гораздо больше.
 

 

Предполагается, что Perseverance сбросит своего сателлита в гитарообразном защитном контейнере, откатится на несколько десятков метров и дистанционно запустит тестовую программу полёта. Вертолёт должен будет летать вокруг ровера, не выходя из зоны наблюдения камер и сканеров. Самое сложное – пережить миниатюрному вертолёту первую холодную марсианскую ночь. Если вы читаете материал до 8 апреля 2021 года, то марсианский ровер как раз движется к выбранному заранее аэродрому для запуска Ingenuity.