На снимке с зонда показали недавно появившийся кратер на марсе

Орбитальный разведчик

Mars Reconnaissance Orbiter, MRO – американская автоматическая межпланетная станция, созданная для изучения Марca. постройка аппарата произведена в компании Lockheed Martin под руководством Лаборатории Реактивного Движения (Jet Proulsion Laboratory), стоимость проекта составила 720 миллионов долларов. Управление спутником осуществляется Лабораторией реактивного движения, научной частью проекта занимается НАСА.

Старт миссии произошел 12 августа 2005 года на космодроме на мысе Канаверал, для выхода на земную орбиту была использована ракета-носитель Атлас V. Аппарат достиг  красной планеты 10 марта 2006 года, после чего начал маневрировать, выходя на рабочую орбиту, с помощью так называемого аэродинамического торможения в верхних слоях марсианской атмосферы, что позволило значительно уменьшить расход топлива. Серия орбитальных манёвров, различных проверок и калибровки оборудования закончилась в ноябре 2006 года, затем спутник приступил к полноценной работе.

На орбите красной планеты «Mars Reconnaissance Orbiter» присоединился к пяти активно работавшим на тот момент космическим аппаратам, находившимся на орбите и на поверхности планеты: орбитальным аппаратам «Mars Global Surveyor»,  «Mars Odyssey», «Mars Express» и марсоходам («Spirit» и «Opportunity») — так был поставлен рекорд по количеству работающих космических аппаратов, исследующих Марс. На борту MRO находится большое количество научных приборов — камер, спектрометров, радаров для анализа рельефа, стратиграфии, состава поверхности и марсианского льда.

Задачей аппарата является исследование погоды и поверхности планеты, нахождение вероятных мест для посадки, а его новая система связи откроет дорогу для будущих космических проектов.

История

MRO был одним из двух миссий, рассматривавшихся НАСА кандидатом на стартовое окно 2003 года. Однако в процессе выбора были выбраны марсоходы Mars Exploration Rover, а запуск орбитального аппарата был перенесён на 2005 год. НАСА объявило окончательное название аппарата — Mars Reconnaissance Orbiter — 26 октября 2000 года.

MRO спроектирован по весьма успешному аппарату Mars Global Surveyor, который проводил исследования Марса с орбиты. Новый спутник включает в себя большую камеру для съёмки фотографий высокого разрешения. В связи с этим Джим Гарвин заявил, что MRO будет «микроскопом на орбите». MRO также имеет инфракрасный спектрограф.

3 октября 2001 года НАСА выбрало компанию Lockheed Martin в качестве основного подрядчика в изготовлении космического аппарата. К концу 2001 года все инструменты миссии были выбраны. Никаких серьёзных ошибок в ходе строительства MRO допущено не было, аппарат был доставлен в Космический центр Кеннеди и 1 мая 2005 года был готов к запуску.

Стоимость проекта составила около 720 млн долларов, из которых 450 млн долларов пошло на создание самого аппарата.

Результаты миссии

  • 29 июня 2014 года MRO камерой HiRISE сфотографировал британский зонд Бигль-2, потерянный в 2003 году.
  • 19 октября 2014 года орбитальный аппарат MRO передал изображения кометы C/2013 A1 (Макнота). Изображения высокого разрешения были получены камерой HiRISE на расстоянии в 138 000 километров. Масштаб изображения составляет 138 метров на один пиксель.
  • 9 июня 2015 года орбитальный аппарат MRO обнаружил на поверхности Марса залежи стекла. Это первые подобные залежи, когда-либо найденные на Марсе. Стекло обнаружено в нескольких древних ударных кратерах, в частности в кратере Харгрейвс. Кратер диаметром 68 километров расположен на территории Нили.
  • В сентябре 2015 года в журнале Nature Geoscience были опубликованы результаты исследования снимков, полученных с аппарата MRO, проводившегося учёными из Технологического института Джорджии под руководством астронома Луджендры Оджи. Учёные сделали вывод, что тёмные полосы, появляющиеся на поверхности планеты в тёплое время года и похожие на отложения солей, могут образовываться на месте периодических потоков воды в жидком состоянии.
  • При помощи радиолокатора SHARAD обнаружены крупные слои льда, залегающие на глубине около 1,5 км на северном полюсе Марса.

Технические данные

Конструкция

Работники компании Lockheed Martin Space Systems в Денвере собрали структуру космического аппарата и установили научные инструменты. Инструменты были созданы в Лаборатории реактивного движения, Аризонском университете и Лунно-планетарной лаборатории (англ.)русск. в Тусоне, штат Аризона, Университете Джонса Хопкинса в Лаборатории прикладной физики в Лореле, штат Мэриленд, Итальянском космическом агентстве в Риме, и в компании Lockheed Martin Space Systems в Сан-Диего. Общая стоимость космического аппарата составила $ 720 млн долларов США.

Корпус выполнен в основном из углеродных композиционных материалов и пористых алюминиевых пластин. Титановый топливный бак занимает большую часть объёма и массы космического аппарата, а также значительно увеличивает его структурную прочность. Суммарная масса космического аппарата составляет около 2180 кг, а его сухая масса (без топлива) 1031 кг.

Системы питания

MRO получает всю электрическую мощность от двух панелей солнечных батарей, каждая из которых может двигаться независимо вокруг двух осей (вращение вверх-вниз, или влево-вправо). Каждая солнечная панель размером 5,35 × 2,53 метра и площадью 9,5 м² покрыта 3744 отдельными фотоэлектрическими элементами. Высокоэффективное тройное сочленение солнечных ячеек позволяет преобразовать более чем 26 % энергии Солнца непосредственно в электричество. Все ячейки соединены вместе для суммарного генерирования 32 вольт, которое является рабочим напряжением для большинства устройств на космическом корабле. На орбите Марса каждая из солнечных панелей производит более 1 кВт, то есть суммарная мощность генерирования электроэнергии составляет 2 кВт. Для сравнения, аналогичные панели создавали бы около 3 кВт на орбите Земли, будучи ближе к Солнцу. Солнечные панели были развёрнуты вскоре после запуска и останутся раскрытыми на протяжении всей миссии.

Во время атмосферного торможения солнечные панели играли особую роль. При торможении корабль скользит сквозь верхние слои марсианской атмосферы, а крупные, плоские панели играли роль парашюта, чтобы замедлить космический корабль и уменьшить размер его орбиты. Трение космического аппарата об атмосферу во время атмосферного торможения нагревало его, а солнечные батареи нагревались больше всего. Панели солнечных батарей были разработаны таким образом, чтобы выдерживать температуру почти в 200 °C.

MRO имеет два никель-водородных аккумулятора, используемых для питания космического корабля, когда он находится в тени Марса и на его солнечные батареи не попадают солнечные лучи. Каждая батарея имеет ёмкость 50 ампер-часов (180 кКл) и напряжение 32 В, что составляет 1600 Вт за один час. Космический корабль не может использовать весь потенциал аккумуляторов, так как при разряде батареи происходит падение напряжения. Если напряжение составит около 20 В или упадёт ниже, то бортовой компьютер прекращает свою работу из-за недостаточного напряжения, что очень опасно для космического аппарата. Таким образом для обеспечения безопасности, используется только порядка 40 % от ёмкости аккумулятора. К тому же такое использование аккумуляторов значительно продлевает срок их жизни.

Системы телекоммуникаций

Трёхметровая параболическая антенна для дальней космической связи работает в X-диапазоне (около 8 ГГц) и Ka-диапазоне (32 ГГц). Наибольшие скорости передачи данных составляют до 6 Мегабит в секунду, что в 10 раз превышает скорости предыдущих аппаратов. На аппарате установлено два усилителя X-диапазона с мощностью в 100 Вт (один запасной), один 35 Вт усилитель Ka-диапазона и два транспондера SDST (англ.)русск..

Цели миссии

Шкала работы приборов MRO в электромагнитном спектре частот.

Научная миссия MRO первоначально была запланирована на 2 земных года, с ноября 2006 года по ноябрь 2008 года. Одной из главных задач миссии является создание подробной карты марсианского ландшафта с помощью камеры высокого разрешения и выбор посадочных площадок для будущих миссий на поверхности Марса. MRO играл важную роль в выборе места посадки для “Phoenix Lander”, который изучал условия в полярной части Марса. Участок, выбранный учёными, был отснят с помощью камеры HiRISE и оказалось, что место завалено валунами. После анализа камерами HiRISE и THEMIS “Марс Одиссей” было выбрано новое место. Также исследовались места посадки для мобильного марсохода “Mars Science Laboratory”. MRO передавал телеметрию во время посадки этих аппаратов и действовал в качестве телекоммуникационного ретранслятора для них.

MRO использует свою научную аппаратуру для изучения марсианского климата, погоды, атмосферы и геологии; ищет признаки жидкой воды в полярных шапках и под поверхностью планеты. Кроме того, MRO ищет обломки ранее утраченных аппаратов “Mars Polar Lander” и “Beagle 2”. После того, как его основная научная программа завершилась, миссия получила расширение в качестве системы ретрансляции и навигации для аппаратов и марсоходов.

Обзор миссии

Снимок MRO, виден марсоход Оппортьюнити, а также край кратера Виктория (3 октября 2006 года).

29 сентября 2006 года MRO сделал своё первое изображение в высоком разрешении. На изображении различимы предметы до 90 см в диаметре. 6 октября 2006 года НАСА опубликовало подробные снимки кратера Виктория вместе с марсоходом Оппортьюнити, находившемся на краю кратера. В ноябре появились неполадки в работе двух инструментов MRO. Шаговый механизм Mars Climate Sounder (MCS) пропустил несколько команд, что привело к незначительному смещению поля зрения. К декабрю работа прибора была приостановлена, хотя и была разработана стратегия работы, при которой прибор выполнял бы большую часть своих запланированных наблюдений. Кроме того, в камере HiRISE увеличились шумы и на ПЗС-матрицах наблюдалось несколько «битых» пикселей. Увеличение длительности прогрева камеры смягчило проблемы. Причины неполадок так и не были обнаружены, подобные проблемы в работе оборудования могут снова появиться.

Камера HiRISE продолжает делать качественные снимки, которые помогли учёным в изучении геологии Марса. Важнейшим из открытий является обнаружение признаков наличия жидкого диоксида углерода (CO2) или воды на поверхности планеты в прошлом. 25 мая 2008 года MRO заснял момент, когда аппарат Феникс спускался на парашюте.

В 2009 году MRO начал испытывать повторные проблемы с оборудованием, в том числе 4 внезапные перезагрузки и 4 месячное отключение с августа по декабрь. Инженеры не смогли обнаружить причину неполадок, и было создано новое программное обеспечение, которое помогло бы отладить проблемы в случае их повторения.

6 августа 2012 MRO находился над кратером Гейла и во время посадки нового марсохода Кьюриосити. Камера HiRISE засняла момент спуска марсохода, на снимке видны капсула и сверхзвуковой парашют ровера.

Запуск и выведение на орбиту

Старт ракеты Атлас V с MRO на борту, 11:43:00 UTC 12 августа 2005 года.

MRO по версии художника.

12 августа 2005 года MRO был запущен при помощи ракеты Атлас V-401 с космического стартового комплекса 41 на мысе Канаверал. Верхняя ступень ракеты завершила работу через 56 минут, отправив MRO на межпланетную переходную гомановскую орбиту.

MRO летел через межпланетное пространство семь с половиной месяцев прежде чем достиг Марса. Во время полёта большая часть научных приборов были протестированы и откалиброваны. Чтобы обеспечить правильную траекторию для выхода на орбиту Марса, были запланировано четыре коррекционных манёвра, и обсуждалась необходимость пятого. Тем не менее, потребовалось лишь три коррекционных манёвра, и было сэкономлено 27 кг топлива.

MRO начал выходить на орбиту Марса 10 марта 2006 года, пройдя над южным полушарием на высоте 370—400 км. Все шесть главных двигателей MRO работали 27 минут, чтобы замедлить скорость станции с 2900 до 1900 м/с. Температура гелия в баке наддува оказалась ниже, чем ожидалось, из-за чего давление в топливном баке снизилось примерно на 21 кПа. Снижение давления привело к уменьшению тяги двигателей на 2 %, но MRO автоматически скомпенсировал это за счёт увеличения времени использования двигателей на 33 секунды.

Этот манёвр поместил аппарат на высокую эллиптическую полярную орбиту с периодом примерно 35,5 часов. Перицентр этой орбиты был удалён на 3806 км от центра планеты (426 км от поверхности), а апоцентр — на 47972 км от центра планеты (44500 км от поверхности).

30 марта 2006 года MRO начал длительный процесс атмосферного торможения, который состоял из 3 этапов и требовал в два раза меньше топлива, чем необходимо для достижения низкой круговой орбиты за небольшое время. Во-первых, в течение первых пяти витков вокруг планеты (одна земная неделя) MRO использовал свои двигатели, чтобы перицентр его орбиты уменьшился до высоты атмосферного торможения. Эта высота зависит от толщины атмосферы, так как плотность атмосферы Марса изменяется по сезонам. Во-вторых, используя свои двигатели и внося незначительные изменения в высоту перицентра, MRO поддерживал атмосферное торможение в течение 445 витков вокруг планеты (около 5 земных месяцев), чтобы уменьшить апоцентр орбиты до 450 километров. Это было сделано таким образом, чтобы не перегревать аппарат, но и войти достаточно глубоко в атмосферу Марса, снизив скорость корабля. В-третьих, после того, как процесс был закончен, MRO использовал свои двигатели, чтобы поднять свой перицентр за границы атмосферы Марса — это произошло 30 августа 2006 года.

В сентябре 2006 года MRO дважды включил свои двигатели, чтобы точнее настроить свою финальную траекторию — почти круговую орбиту на высоте от 250 до 316 километров над поверхностью Марса. Радиолокационные антенны радара SHARAD были развёрнуты 16 сентября. Все научные приборы были протестированы, и большинство из них было выключено до солнечного соединения, которое происходило в период с 7 октября до 6 ноября 2006 года. После этого начался «Первый научный этап».

17 ноября 2006 года NASA объявила об успешном испытании MRO в качестве орбитального ретранслятора. Данные с марсохода Спирит передавались на MRO и затем пересылались на Землю.

Ссылка на основную публикацию