5 лет на красной планете. главные открытия марсохода curiosity

Четыреста человек живут на Марсе

За одним неспешно передвигающимся по поверхности Марса аппаратом стоит команда из 250 учёных и примерно 160 инженеров, обеспечивающих круглосуточное наблюдение за ходом миссии. Все они живут по марсианскому времени. Марсианские сутки длиннее земных на 40 минут, из-за чего землянам приходится каждый день переставлять будильники (или устанавливать специальные приложения для iPhone и Android).

У “марсиан” есть специальный утренний список музыкальных композиций, которые они включают с восходом солнца на Красной планете – по одному треку в день (иногда, правда, музыка продолжает играть дальше, так что все заранее знают, с какой песней встретят марсианский рассвет на следующий день). Это продолжение традиции команд предыдущих марсоходов, а ещё раньше музыку по утрам ставили для участников пилотируемых миссий. Вот актуальный марсианский плейлист (словом “сол” обозначают марсианский день).

Сол 2: Beatles – Good Morning Good Morning с альбома Sgt. Peppers Lonely Hearts Club

Сол 3: Good morning, good morning из мюзикла “Поющие под дождём”

Сол 5: Вагнер – “Полёт валькирий“, в случае успешного обновления прошивки марсохода – тема из фильма “Миссия невыполнима”

Сол 6: Anthrax – Got the Time и 30 Seconds to Mars – Echelon

Сол 7: The Doors – Break on Through и Джордж Харрисон – Got My Mind Set on You

Сол 8: Джон Вильямс – тема из “Звёздных войн”

Сол 9: Саймон и Гарфанкел – Wake Up Little Susie

Сол 10: Фрэнк Синатра – Come Fly with me

При желании несложно рассчитать начало светового дня в той точке, где расположен Curiosity, выбрать нужный трек и слушать музыку одновременно с командой марсохода.

Начало экспедиции

Свирепый Марс — несчастливая цель для космонавтики. Начиная с 1960-х к нему отправилось почти полсотни аппаратов, большинство из которых разбилось, отключилось, не сумело выйти на орбиту и навсегда сгинуло в космосе. Однако усилия не были напрасны, и планету изучали не только с орбиты, но даже с помощью нескольких планетоходов. В 1997 году по Марсу проехался 10-килограммовый Sojourner. Легендой стали близнецы Spirit и Opportunity: второй из них героически продолжает работу уже больше 12 лет подряд. Но Curiosity — самый внушительный из них, целая роботизированная лаборатория размером с автомобиль.

6 августа 2012 года спускаемый модуль Curiosity выбросил систему парашютов, которые позволили ему замедлиться в разреженной атмосфере

Сработали восемь реактивных двигателей торможения, и система тросов осторожно опустила марсоход на дно кратера Гейла. Место посадки было выбрано после долгих споров: по словам Санджева Гупты, именно здесь нашлись все условия для того, чтобы лучше узнать геологическое — видимо, весьма бурное — прошлое Марса

Орбитальные съемки указали на наличие глин, появление которых требует присутствия воды и в которых на Земле неплохо сохраняется органика. Высокие склоны горы Шарпа (Эолиды) обещали возможность увидеть слои древних пород. Довольно ровная поверхность выглядела безопасной. Curiosity успешно вышел на связь и обновил программное обеспечение. Часть кода, использовавшегося при перелете и посадке, заменилась новой — из космонавта марсоход окончательно стал геологом.

Технологии
Бессердечный манипулятор: робот-кукловод PuppetMaster

Марсоход Curiosity

Именно к марсоходу Curiosity («Любопытство») сегодня приковано внимание всех неравнодушных людей. Снимки, сделанные этим аппаратом, заполонили интернет, и большое количество людей пытаются рассмотреть на них некие артефакты, из чего потом появляются сенсационные заголовки

Марсоход Кьюриосити оказался на Марсе в августе 2012 года, и сейчас это пока самый новый и современный аппарат на этой планете. Он же и самый большой — если сравнивать его с предыдущими моделями, то этот просто гигант, на Земле весящий 900 кг, и он даже больше советского «Лунохода».

Этот марсоход представляет собой мощную автономную лабораторию. Если предыдущие модели имели небольшой набор оборудования, в основном геологического, то здесь есть практически всё – марсоход может как изучать химический состав всего, что попадется на пути, так и искать следы жизни. Кстати, такое оборудование используется впервые – оно способно изучать молекулярный состав образцов и сможет обнаружить даже обрывки органических молекул, если они попадутся.

Цель марсохода – собрать максимум информации, достаточной для планирования освоения Марса непосредственно человеком в ближайшем будущем. Поэтому он ведет всесторонние исследования с использованием большого набора научных приборов.

17 видеокамер способны вести круговую съемку в высоком качестве со скоростью 10 кадров в секунду – получается практически видеосъемка. Раз в сутки на марсоходом пролетает орбитальный аппарат и марсоход быстро передает ему огромный массив данных, накопленный за это время. Потом уже этот спутник по мощному каналу передает все на Землю.

Иногда Curiosity делает селфи, по которым изучается общее состояние марсохода. Камера расположена на выносной штанге, которая в кадр не попадает.

Питание марсохода также отличается от предыдущих моделей – на нем нет солнечных батарей, а стоит ядерный источник энергии на плутонии-238, который производит как тепло для обогрева оборудования, так и электроэнергию. Его ресурса хватит еще лет на 20-35, а то и больше. «Вояджеры» с подобной энергоустановкой работаю уже 40 лет, хотя энергия у них уже практически закончилась.

Видеозапись спуска марсохода Curiosity на поверхность Марса, ускоренная в 3 раза:

На этом краткий обзор всех марсоходов, побывавших на Красной планете, закончим. Все они внесли большой вклад в изучение соседнего мира и в подготовку к освоению Марса человеком. На данный момент там работает один марсоход — Curiosity и стационарный геологический зонд InSight.

Колонизация опасна

Кроме перхлоратов в марсианских породах, Curiosity нашла кое-что еще, что может испортить жизнь будущим колонизаторам. Данные, которые передавал установленный в лаборатории детектор космического излучения во время полета к Марсу и работы на планете, показали, что участники возможной марсианской экспедиции получат потенциально смертельную дозу космической радиации. И большую часть еще в космосе. Статья с такими выводами появилась в журнале Science весной 2013 года.

Curiosity

Curiosity на Марсе, автопортрет

Фото: NASA/JPL-Caltech/MSSS

В конце 2013 года в том же журнале была опубликована другая статья на тему. В ней утверждалось, что за год на Марсе организм живого существа накопит около 15 рентген ионизирующего излучения. Это в 300 раз больше предельной годовой дозы для работников атомной промышленности. Если судить по этим данным, максимальный срок пребывания человека на Марсе без вреда для здоровья составляет 500 дней. Это может существенно сократить сроки проекта Mars One, если он когда-нибудь будет реализован. В 2013 году компания из Нидерландов предложила всем желающим улететь на Марс на всю жизнь. Откликнулись на это около 200 тыс. землян.

От космических лучей страдает и Curiosity без защиты густой атмосферой и магнитного поля. «Бомбардирующие» аппаратуру частицы высокой энергии могут приводить к поломкам.

За семь лет у марсохода отказывал датчик ветра — его функции взял на себя дублирующий. Ученые считают, что его повредили кусочки породы, поднятые при посадке. Выходил из строя один из двух компьютеров, следящих за температурой марсохода, отдающего команды на фотографирование, перемещение и отправляющего данные на Землю. Тут миссия винит аппаратные и программные проблемы. Еще падало напряжение в шасси из-за замыкания.

Причину самой серьезной аварии марсохода так и не выяснили. В декабре 2016 года механизм, который втягивал и вытягивал бур в «руку» Curiosity, перестал работать. Сверло, которое к тому моменту позволило взять семь образцов пород, заклинило. Почти через год, осенью 2017 года, инженеры придумали, что делать.

Curiosity

Марс глазами Curiosity

Фото: Global Look Press/NASA

Они переложили задачу долбить породу на саму «руку», в которой установлено несколько мощных двигателей. Так химическая лаборатория марсохода, бездействовавшая без материала, вернулась в рабочее состояние лишь через 18 месяцев после поломки механизма. Первую лунку новым способом марсоход пробурил в мае этого года.

Несмотря на всё это, ученые NASA более чем довольны работой Curiosity. Изначально планировалось, что лаборатория будет действовать один год, так что она уже значительно превысила свой срок службы. И, вполне вероятно, если не будет фатальных поломок, прослужит весь срок, на который рассчитана емкость радиоактивной батареи — основного источника энергии Curiosity. Даже состояние колес, износ которых — одна из главных опасностей миссии — по состоянию на середину 2018 года не вышел за рамки расчетов.

Марсоход Sojourner

После Викингов наступило некоторое затишье в изучении и подготовке к освоению Марса. Наконец, в 1996 стартовала ракета Дельта-2 с аппаратами миссии Mars Pathfinder. В итоге на Марсе оказался марсоход Sojourner, который был подвижной частью самой станции Mars Pathfinder. Он съехал с нее и стал работать на местности, в то время как основная станция была неподвижной.

В процессе работы марсоход передал на Землю много фотографий и данные спектрометрии, что позволило лучше разобраться с химическим составом марсианского грунта. Также изучалась атмосфера и изменения температуры.

Несмотря на малые размеры – марсоход Sojourner по габаритам можно сравнить разве что с микроволновкой на колесах, он дал много ценной информации, и проработал он 3 месяца, хотя планировали максимум месяц. Выход из строя, как предполагается, произошел из-за выработанного ресурса батарей – энергия использовалась в том числе для обогрева оборудования в марсианские ночи, без чего быстро вышла из строя.

Марсоход Sojourner изучает камень

Любопытно, что в книге-бестселлере Энди Вейра «Марсианин» главный герой Марк Уотни отправляется в путешествие к Патфайндеру и забирает с собой марсоход Соджорнер, чтобы установить с его помощью связь с Землей.

У Curiosity есть лазер и взрывчатка

Когда участников команды Curiosity просят рассказать что-нибудь крутое про марсоход, они без колебаний отвечают: “Конечно же, лазер!” Мощным лазером Opportunity может испарить камень (вернее, его небольшую часть). Смысл в том, чтобы сфотографировать образующуюся в момент попадания плазму камерой ChemCam и, анализируя световой спектр на фотографиях, понять, из чего состояла порода. 20 августа 2012 года Curiosity впервые опробовал своё оружие, подстрелив марсианский булыжник. Пусть Марс знает, с кем имеет дело!

В ближнем бою Curiosity также может использовать бур, зарывающийся в грунт на глубину до пяти сантиметров.

На борту Curiosity есть и некоторое количество взрывчатки, однако она предназначена не для того, чтобы делать новые кратеры. Взрывчатое вещество используется в так называемых пироболтах – механических соединениях, требующих автоматической отстыковки. Такие устройства использовались и в других космических аппаратах, включая марсоходы Spirit и Opportunity, и технология считается хорошо отработанной. Тем не менее пиротехника требует кропотливого тестирования: никто не хочет, чтобы один из снарядов сработал в неподходящий момент.

Марсоход 2013

4) На Марсе губительная радиация

Галактические космические лучи и солнечная радиация атакуют Марс, а высокоэнергичные частицы разбивают связи, которые позволяют живым организмам выжить. Когда прибор под названием Radiation Assessment Detector, который измеряет уровень радиации, сделал первые измерения на поверхности Красной планеты, результаты были просто ошеломляющими.

Radiation Assessment Detector

Радиация, которую засекли на Марсе, просто губительна для микробов, которые могли жить на поверхности и на глубине несколько метров под землей. Более того, такая радиация, скорее всего, наблюдалась тут в течение последних нескольких миллионов лет.

Чтобы проверить, способны ли какие-либо живые существа выжить при таких условиях, ученые взяли в качестве модели земную бактерию Deinococcus radiodurans, которая способна выдержать невероятные дозы радиации. Если бактерии, подобные D. radiodurans, появились в те времена, когда Марс был более влажной и теплой планетой и когда на нем еще существовала атмосфера, тогда теоретически они могли выжить после долгого периода покоя.

Живучая бактерия Deinococcus radiodurans

Геология пугает

В первый же год работы Curiosity нашла на Марсе русло древней реки. По тому, как были окатаны обломки пород, ученые даже выяснили, что вода в ней текла со скоростью 0,9 м/с, а глубина была примерно полметра.

Curiosity

Запуск ракеты Atlas V с марсианской научной лабораторией Curiosity на борту, 26 ноября 2011 года

Фото: Getty Images/Darrell L. McCall/NASA

Через год ученые сделали вывод, что весь кратер Гейла, где высадился и всё это время работал марсоход, когда-то был озером. Если точнее, пресноводным озером около 3,6 млрд лет назад. И в нем могли находиться микроорганизмы, соответствующие земным представлениям об органической жизни. Правда, с тех пор воды в грунте осталось немного — около 4%. Это меньше, чем где-либо на Земле, но хоть что-то. Да и сам минеральный состав марсианской почвы указывает на то, что она когда-то могла быть покрыта водой.

В марсианском грунте Curiosity обнаружила не только воду, но и кое-что опасное — до 5% перхлоратов кальция и магния. Это ядовитые и взрывчатые вещества, которые другие аппараты находили в разных частях планеты. Значит, они покрывают всю планету. Проблема с перхлоратами в том, что при нагреве, необходимом для анализа почвы, они быстро сгорают. Из-за этого следов органических соединений, если они и были в анализируемой породе, найти не удается. Но есть и хорошие новости — будущие колонисты смогут добывать из грунта, богатого перхлоратами, топливо. А могут и случайно подорваться на взрывоопасной почве.

Марсоход Opportunity

Марсоход Оппортьюнити сел на поверхность Марса 25 января 2004 года, через 3 недели после Спирита, но по долготе это место было смещено на 180 градусов. Этот марсоход по конструкции практически идентичен Спириту, то есть их можно считать близнецами. В отличие от Спирита, Оппортьюнити нигде не застрял (был один случай, но его удалось освободить), и продолжает работать до сих пор, побив все рекорды по долгожительству среди всех марсоходов.

Оппортьюнити – один из наиболее совершенных марсоходов. Он снабжен мощным компьютером (по меркам 2003 года), имеет отличную конструкцию, прекрасное программное обеспечение и множество оборудования. Например, когда марсоходу приказывают двигаться к какой-либо точке, он проводит анализ местности на наличие опасных и труднопреодолимых мест, затем делает снимки двумя камерами и на основе стереоизображения определяет наиболее легкий маршрут. Этот процесс периодически повторяется, и напоминает работу обычного зрения.

Работа марсохода была рассчитана на 90 солов (92.5 земных дня), а проработал он 15 лет. Данные, переданные им, бесценны. За неоценимый вклад в науку именем этого марсохода даже назвали астероид.

Дополнение: 13 февраля 2019 года миссия Opportunity была прекращена. Марсоход с 18 июня 2018 года не выходил на связь, когда на Марсе бушевала мощная пылевая буря, охватившая всю планету. Солнечные батареи несколько недель не могли получать достаточно света для энергосети. С тех пор связь с Opportunity пропала и установить её не удалось. Подробнее об этом…

Источник питания Curiosity

Питание марсохода обеспечивает радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ), такая технология успешно применялась в спускаемых аппаратах «Викинг-1» и «Викинг-2».

РИТЭГ вырабатывает электроэнергию в результате  естественного распада изотопа плутония-238. Выделяющееся при этом тепло преобразуется в электроэнергию, также тепло используется для подогрева оборудования. Это обеспечивает экономию электроэнергии, которая будет использована для передвижения ровера и функционирования его инструментов. Диоксид плутония  находится в 32 керамических гранулах, каждая имеет размер примерно в 2 сантиметра.

Генератор марсохода «Кьюриосити» принадлежит к последним поколениям РИТЭГов, он создан в компании Boeing, и носит название «Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator» или MMRTG. Хотя в его основе лежит классическая технология РИТЭГов, он создан более более гибким и компактным. Он производит 125 Вт электрической энергии (что составляет 0,16 лошадиной силы), перерабатывая приблизительно 2 кВт тепловой. Со временем мощность генератора будет снижаться, но за 14 лет (минимальный срок службы) его выходная мощность понизится только до 100 Вт. За каждый марсианский день MMRTG производит 2,5 кВт·ч , что значительно превышает результаты энергоустановок роверов «Спирит» и «Оппортьюнити» — лишь 0,6 кВт.

Исследователи обнаружили древнюю ультрамассивную галактику, в которой внезапно перестали рождаться звёзды. Достойного объяснения этому явлению у учёных пока нет, хотя есть интересные версии.

Открытие описано в научной статье, опубликованной в издании Astrophysical Journal.

Галактика, обозначенная как XMM-2599, находится очень далеко от Земли. Астрономы увидели её такой, какой она была 12 миллиардов лет назад, когда Вселенной было всего 1,8 миллиарда лет отроду.

Суммарная масса звёзд в этой системе оценивается в 300 миллиардов солнц. Образование столь богатой светилами галактики в такие древние времена — само по себе из ряда вон выходящее событие. Хотя современные модели допускают это, подобные объекты должны быть крайне редкими.

Но ещё более необычна её история. Проанализировав спектр галактики, полученный на оптическом телескопе Keck I, исследователи обнаружили удивительную картину.

Все звёзды XMM-2599 сформировались в одну бурную эпоху, когда темп звездообразования превышал тысячу солнечных масс в год (для сравнения: в Млечном Пути сегодня он составляет порядка одной солнечной массы в год). В тот момент она почти наверняка выглядела как некоторые крайне далёкие и богатые пылью галактики с интенсивным звездообразованием, недавно открытые в инфракрасные телескопы.

Проведя сотни миллионов лет в таком режиме, XMM-2599… прекратила порождать новые светила вообще.

Возможный эволюционный путь галактики XMM-2599.Иллюстрация NRAO/AUI/NSF/B. Saxton; NASA/ESA/R. Foley; NASA/StScI.

На иллюстрации слева направо показан возможный эволюционный путь XMM-2599.

Такая внезапная остановка звездообразования — в некотором смысле смерть галактики — не имеет объяснения. Учёные могут лишь предполагать, что произошло. Не исключено, что причиной катастрофы стала активность центральной чёрной дыры.

Поскольку исследователи не знают, почему прекратилось формирование новых светил, трудно сказать, и на что эта звёздная система похожа сегодня (мы не можем этого увидеть, так как испущенный ею недавно свет до нас ещё не дошёл и дойдёт весьма нескоро).

Отдельный вопрос, что происходит вокруг XMM-2599. Есть вероятность, что благодаря огромной массе она притянула к себе окрестные галактики.

Следы жизни на Марсе

В последние годы геологи, астробиологи и другие специалисты активно спорят о том, существуют ли запасы органики или микробы в приповерхностных слоях почвы Марса, где есть жидкая вода, куда почти не проникают космические лучи и где относительно тепло.

Марсоход прибыл на Красную планету 6 августа 2012 года, чтобы выяснить, существовали ли на Марсе подходящие для жизни условия, собрать подробные данные о климате и геологии планеты и подготовиться к высадке человека.

Кратер Гейла был выбран для посадки неслучайно — в далеком прошлом он был марсианским морем, и на его дне накопились минералы, образовавшиеся за время жизни этого водоема. Как считают ученые, что исследование грунта кратера ответит на вопрос о существовании жизни на Марсе.

Марсоход ранее в кратере Гейла нашел силикатные отложения песка, которые стали свидетельством существования на Марсе воды 2,3 миллиарда лет назад.

Кроме того, анализ химического состава минералов показал наличие на планете органических веществ. В отложениях были обнаружены следы хлорбензола и нескольких хлорпроизводных алканов.

Однако, несмотря на то, что присутствие органических веществ было подтверждено несколькими методами, никакой информации о возрасте этих соединений и их возможных источниках получено не было.

Инструмент ChemCam обнаружил высокие уровни оксида марганца в породах области Кимберли кратера Гейла. Эти данные подтверждают идею, что свободный кислород находился на поверхности Марса в больших количествах в период, когда планета была более теплой, и ее поверхность изобиловала озерами / NASA

На конференции объявили, что химический анализ озерных отложений, найденных марсоходом в кратере Гейла, подтвердил наличие в горных породах планеты большого количества различных органических соединений: тиофенов, ароматических и алифатических углеводородов.

Основу этих пород составляют филлосиликаты, сульфаты и оксид железа. При этом ученые отмечают, что все обнаруженные органические группы могут быть частями каких-то более сложных молекул.

Вопрос же о точном происхождении этих веществ так и остается открытым: нельзя исключать ни биологические, ни геологические источники, ни возможное попадание органических соединений на Марс с метеоритом. Однако сейчас наверняка можно утверждать о том, что 3,5 миллиарда лет назад эти вещества на планете уже были.

Год первый: cледы воды

Вскоре геолог «размял ноги» — шесть алюминиевых колес, проверил многочисленные камеры и протестировал оборудование. Его коллеги на Земле рассмотрели точку посадки со всех сторон и выбрали направление. Путь до горы Шарпа должен был занять около года, и за это время предстояло немало работы. Прямой канал связи с Землей не отличается хорошей пропускной способностью, но каждый марсианский день (сол) над марсоходом пролетают орбитальные аппараты. Обмен с ними происходит в тысячи раз быстрее, позволяя ежедневно передавать сотни мегабит данных. Ученые анализируют их в Обсерватории данных, рассматривают снимки на экранах компьютеров, выбирают задачи на следующий сол или сразу на несколько и отправляют код обратно на Марс.

Работая практически на другой планете, многие из них вынуждены сами жить по марсианскому календарю и подстраиваться под чуть более длинные сутки. Сегодня для них — «солдня» (tosol), завтра — «солвтра» (solmorrow), а сутки — просто сол. Так, спустя 40 солов Санджев Гупта выступил с презентацией, на которой объявил: Curiosity движется по руслу древней реки. Мелкая, обточенная водой каменная галька указывала на течение со скоростью около 1 м/с и глубину «по щиколотку или по колено». Позднее были обработаны и данные с прибора DAN, который для Curiosity изготовила команда Игоря Митрофанова из Института космических исследований РАН. Просвечивая грунт нейтронами, детектор показал, что до сих пор на глубине в нем сохраняется до 4% воды. Это, конечно, суше, чем даже в самой сухой из земных пустынь, но в прошлом Марс все-таки был полон влаги, и марсоход мог вычеркнуть этот вопрос из своего списка.


В центре кратера 64 экрана высокого разрешения создают панораму охватом 313 градусов: Обсерватория данных KPMG в Имперском колледже Лондона позволяет геологам перенестись прямо в кратер Гейла и работать на Марсе почти так же, как на Земле. «Посмотрите поближе, вот здесь тоже следы воды: озеро было довольно глубоким. Конечно, не таким, как Байкал, но достаточно глубоким», — иллюзия была настолько реальной, что казалось, будто профессор Санджев Гупта перепрыгивал с камня на камень. Мы посетили Обсерваторию данных и пообщались с ученым в рамках мероприятий Года науки и образования Великобритании и России — 2017, организованного Британским советом и посольством Великобритании.

Ссылка на основную публикацию