Подробно о космическом: что и зачем сейчас делает марсоход Curiosity? Открытия curiosity Марсоход curiosity

Итак, как же можно связаться с ровером, находящимся на Марсе? Вдумайтесь - даже когда Марс находится на наименьшем расстоянии от Земли, сигналу нужно преодолеть пятьдесят пять миллионов километров! Это действительно огромное расстояние. Но как же маленькому, одинокому марсоходу удается передавать свои научные данные и прекрасные полноцветные изображения так далеко и в таком количестве? В самом первом приближении, это выглядит примерно вот так (я очень старался, правда):

Итак, в процессе передачи информации участвуют, обычно, три ключевые «фигуры» - один из центров космической связи на Земле, один из искусственных спутников Марса, и собственно, сам марсоход. Давайте начнем со старушки Земли, и поговорим о центрах космической связи DSN (Deep Space Network).

Станции космической связи

Любая из космических миссий NASA рассчитана на то, что связь с космическим аппаратом должна быть возможна 24 часа в сутки (ну или по крайней мере всегда, когда она может быть возможна в принципе ). Поскольку, как нам известно, Земля довольно быстро вращается вокруг собственной оси, для обеспечения непрерывности сигнала необходимо несколько точек для приема/передачи данных. Именно такими точками и являются станции DSN. Они расположены на трех континентах и удалены друг от друга примерно на 120 градусов долготы, что позволяет им частично перекрывать зоны действия друг друга, и, благородя этому, «вести» космический аппарат 24 часа в сутки. Для этого, когда космический аппарат выходит из зоны действия одной из станций, его сигнал перебрасывается ну другую.

Один из комплексов DSN находится в США (Goldstone complex), второй - в Испании (около 60 километров от Мадрида), а третий - в Австралии (примерно в 40 километрах от Канберры).

Каждый из этих комплексов имеет собственный набор антенн, но по функциональности все три центра примерно равны. Сами антенны называются DSS (Deep Space Stations), и имеют собственную нумерацию - антенны в США имеют номера 1X-2X, антенны в Австралии - 3Х-4Х, а в Испании - 5Х-6Х. Так что, если вы услышите где-то «DSS53», то можете быть уверены, что речь идет об одной из испанских антенн.

Для связи с марсоходами чаще всего используется комплекс в Канберре, поэтому давайте поговорим о нем чуть подробнее.

У комплекса есть свой сайт , на котором можно найти довольно много интересной информации. Например, совсем скоро - 13 апреля этого года - исполнится 40 лет антенне DSS43.

Всего, на настоящий момент, станция в Канберре имеет три активные антенны: DSS-34 (диаметром 34 метра), DSS-43 (впечатляющие 70 метров) и DSS-45 (снова 34 метра). Разумеется, за годы работы центра были использованы и другие антенны, которые по разным причинам были выведены из эксплуатации. Например, самая первая антенна - DSS42 - была снята с использования в декабре 2000 года, а DSS33 (диаметром 11 метров) была списана в феврале 2002, после чего перевезена в Норвегию в 2009, чтобы продолжить свою работу уже в роли инструмента для изучения атмосферы.

Первая из упомянутых работающих антенн, DSS34 , была построена в 1997 году и стала первым представителем нового поколения этих устройств. Ее отличительной особенностью является то, что оборудование для приема/передачи и обработки сигнала находится не непосредственно на тарелке, а в помещении под ней. Это позволило значительно облегчить тарелку, а также дало возможность обслуживать оборудования не останавливая работу самой антенны. DSS34 является антенной-рефлектором, схема ее работы выглядит примерно так:

Как видите, под антенной располагается помещение, в котором и проводится вся обработка полученного сигнала. У реальной антенны, эта комната находится под землей, так что на фотографиях вы ее не увидите.

DSS34, кликабельно

Передача:

• X-диапазон (7145-7190 МГц)
• S-диапазон (2025-2120 МГц)

Прием:

• X-диапазон (8400-8500 МГц)
• S-диапазон (2200-2300 МГц)
• Ka-диапазон (31.8-32.3 ГГц)

Точность позиционирования: Скорость поворота:

• 2.0°/сек

Устойчивость к ветру:

• Постоянный ветер 72км/ч
• Порывы +88км/ч

DSS43 (у которой скоро юбилей) представляет собой гораздо более старый экземпляр, построенный в 1969-1973 годах, и претерпевший модернизацию в 1987 году. DSS43 - это самая большая подвижная параболическая антенна в южном полушарии нашей планеты. Массивная конструкция весом более 3000 тонн поворачивается на масляной пленке толщиной около 0.17 миллиметра. Поверхность тарелки состоит из 1272 алюминиевых панелей, и имеет площадь 4180 квадратных метров.

DSS43, кликабельно

немного технических характеристик

Передача:

• X-диапазон (7145-7190 МГц)
• S-диапазон (2025-2120 МГц)

Прием:

• X-диапазон (8400-8500 МГц)
• S-диапазон (2200-2300 МГц)
• L-диапазон (1626-1708 МГц)
• K-диапазон (12.5 ГГц)
• Ku-диапазон (18-26 ГГц)

Точность позиционирования:

• в пределах 0.005° (точность наводки на точку небосвода)
• в пределах 0.25мм (точность перемещения самой антенны)

Скорость поворота:

• 0.25°/сек

Устойчивость к ветру:

• Постоянный ветер 72км/ч
• Порывы +88км/ч
• Максимальная расчетная - 160км/ч

DSS45 . Эта антенна была закончена в 1986 году, и предназначена изначально для связи с Voyager 2, изучавшим Уран. Она вращается на круглом основании диаметром в 19.6 метра, используя для этого 4 колеса, два из которых являются ведущими.

DSS45, кликабельно

немного технических характеристик

Передача:

• X-диапазон (7145-7190 МГц)

Прием:

• X-диапазон (8400-8500 МГц)
• S-диапазон (2200-2300 МГц)

Точность позиционирования:

• в пределах 0.015° (точность наводки на точку небосвода)
• в пределах 0.25мм (точность перемещения самой антенны)

Скорость поворота:

• 0.8°/сек

Устойчивость к ветру:

• Постоянный ветер 72км/ч
• Порывы +88км/ч
• Максимальная расчетная - 160км/ч

Если говорить о станции космической связи в целом, то можно выделить четыре основные задачи, которые она должна выполнять:
Телеметрия - получать, декодировать и обрабатывать данные телеметрии, поступающие с космических аппаратов. Обычно эти данные состоят из научной и инженерной информации, передаваемой по радиоканалу. Система телеметрии получает данные, следит за их изменениями и соответствием норме, и передает их в системы валидации или научные центры, занимающиеся их обработкой.
Слежение - система слежения должна обеспечивать возможность двусторонней коммуникации между Землей и космическим аппаратом, и проводить расчеты его местоположения и вектора скорости для правильного позиционирования терелки.
Управление - дает специалистам возможность передавать управляющие команды на космический аппарат.
Мониторинг и контроль - позволяю контролировать и управлять системами самой DSN

Стоит отметить, что австралийская станция обслуживает на сегодняшний день около 45 космических аппаратов, так что расписание времени ее работы четко регламентировано, и получить дополнительное время не так-то просто. У каждой из антенн также имеется техническая возможность обслуживать до двух разных аппаратов одновременно.

Итак, данные, которые должны быть переданы на ровер, присылают на станцию DSN, откуда они отправляются в свое недолгое (от 5 до 20 минут) космическое путешествие к Красной Планете. Давайте теперь перейдем к рассмотрению самого ровера. Какие средства связи имеются у него?

Curiosity

Curiosity оснащен тремя антеннами, каждая из которых может использоваться и для приема и для передачи информации. Это UHF-антенна, LGA и HGA. Все они расположены на «спине» ровера, в различных местах.

HGA - High Gain Antenna
MGA - Medium Gain Antenna
LGA - Low Gain Antenna
UHF - Ultra High Frequency
Поскольку аббревиатуры HGA, MGA и LGA уже имеют в себе слово antenna, я не буду приписывать к ним это слово повторно, в отличие от аббревиатуры UHF.

Нас интересуют RUHF, RLGA, и High Gain Antenna

UHF-антенна используется чаще всего. С ее помощью, ровер может передавать данные через спутники MRO и Odyssey (о которых мы поговорим дальше) на частоте около 400 мегагерц. Использование спутников для передачи сигнала является предпочтительным из-за того, что они находятся в поле зрения DSN-станций гораздо дольше, чем сам ровер, одиноко сидящий на поверхности Марса. К тому же, поскольку они значительно ближе к марсоходу, последнему нужно затрачивать меньше энергии для передачи данных. Скорость передачи может достигать 256кб/с для Odyssey и до 2 мбит/с для MRO. Бо льшая часть информации, приходящей от Curiosity, проходит именно через спутник MRO. Сама UHF-антенна находится в задней части ровера, и внешне выглядит как серый цилиндр.

Curiosity также имеет HGA, которую он может использовать для получения команд напрямую с Земли. Эта антенна подвижна (ее можно направить в сторону Земли), то есть для ее использования роверу не приходится менять свое местоположение, достаточно просто повернуть HGA в нужную сторону, а это позволяет сохранять энергию. HGA смонтирована примерно посередине с левого борта ровера, и представляет собой шестигранник диаметром около 30 сантиметров. HGA может передавать данные прямо на Землю со скоростью около 160 бит/сек на 34-метровые антенны, или со скоростью до 800 бит/сек на 70-метровые.

Наконец, третья антенна - это так называемая LGA.
Она посылает и принимает сигналы в любых направлениях. Работает LGA в X-диапазоне (7-8 ГГц). Тем не менее, мощность этой антенны довольно мала, а скорость передачи оставляет желать лучшего. Из-за этого она в основном используется для приема информации, а не для ее передачи.
На фото LGA - это белая башенка на переднем плане.
На заднем плане видна UHF-антенна.

Стоит отметить, что марсоход генерирует огромное количество научных данных, и не всегда все их удается отправить. Специалисты NASA устанавливают приоритеты важности: информация с наибольшим приоритетом будет передана в первую очередь, а информация с меньшим приоритетом будет ждать следующего коммуникационного окна. Иногда часть наименее важных данных и вовсе приходится удалять.

Спутники Odyssey и MRO

Итак, мы выясняли, что обычно для связи с Curiosity необходимо «промежуточное звено» в виде одного из спутников. Благодаря этому удается увеличить время, в течение которого связь с Curiosity вообще возможна, а также увеличить скорость передачи, так как более мощные антенны спутников способны передавать на Землю данные с гораздо большей скоростью.

Каждый из спутников имеет два коммуникационных окна с марсоходом в каждый сол. Обычно эти окна достаточно коротки - всего несколько минут. В случае крайней необходимости, Curiosity может также связаться со спутником Европейского Космического Агентства Mars Express Orbiter.

Mars Odyssey

Mars Odyssey
Спутник Mars Odyssey был запущен в 2001 году и предназначен изначально для изучения строения планеты и поиска минералов. Спутник имеет размеры 2,2х2,6х1,7 метра и массу более 700 килограмм. Высота его орбиты колеблется от 370 до 444 километров. Этот спутник активно использовался предыдущими марсоходами: около 85 процентов данных, полученных со Spirit и Opportunity, были транслированы именно через него. Odyssey может общаться с Curiosity в UHF-диапазоне. Что касается средств коммуникации, у него имеются HGA, MGA (medium gain antenna), LGA и UHF-антенна. В основном, для передачи данных на Землю используется HGA, имеющая диаметр 1.3 метра. Передача ведется на частоте 8406 МГц, а прием данных осуществляется на частоте 7155 МГц. Угловой размер луча составляет порядка двух градусов.

Расположение инструментов спутника

Коммуникации с роверами осуществляются с помощью UHF-антенны на частотах 437 МГц (передача) и 401 МГц (прием), скорость обмена данными может составлять 8, 32, 128 или 256 кб/сек.

Mars Reconnaissance Orbiter

MRO

В 2006 году к спутнику Odyssey присоединился MRO - Mars Reconnaissance Orbiter, который сегодня является основным собеседником Curiosity.
Однако, помимо работы связиста, сам MRO имеет внушительный арсенал научных приборов, и, что самое интересное, оборудован камерой HiRISE, которая представляет собой, по сути, телескоп-рефлектор. Находясь на высоте 300 километров, HiRISE может делать снимки с разрешением до 0.3 метра на пиксель (для сравнения, спутниковые снимки Земли обычно доступны с разрешением около 0.5 метра на пиксель). MRO может также создавать стереопары поверхности с точностью до умопомрачительных 0.25 метров. Я настоятельно рекомендую вам ознакомиться хотя бы с несколькими снимками, которые доступны, например, . Чего стоит, например, вот это изображение кратера Виктория (кликабельно, оригинал около 5 мегабайт):

Предлагаю самым внимательным найти на изображении ровер Opportunity ;)

ответ (кликабельно)

Обратите внимание на то, что большинство цветных снимков сделаны в расширенном диапазоне, так что если вы наткнетесь на снимок, на котором часть поверхности будет ярко сине-зеленоватого цвета, не спешите заниматься конспирологией;) Зато вы можете быть точно уверены, что на разных снимках одинаковые породы будут иметь одинаковый цвет. Однако, вернемся к системам связи.

MRO оборудован четырьмя антеннами, которые по назначению совпадают с антеннами марсохода - это UHF-антенна, HGA и две LGA. Основная используемая спутником антенна - HGA - имеет диаметр три метра, и работает в X-диапазоне. Именно она используется для передачи данных на Землю. HGA также оборудована 100-ваттным усилителем сигнала.

1 - HGA, 3 - UHF, 10 - LGA (обе LGA смонтированны прямо на HGA)

Curiosity и MRO общаются с помощью UHF-антенны, коммуникационное окно открывается дважды в сол, и продолжается примерно 6-9 минут. MRO выделяет 5Гб в день для данных, полученных с роверов, и хранит их до тех пор, пока не окажется в зоне видимости одной из станций DSN на Земле, после чего передает данные туда. Передача данных к марсоходу осуществляется по такому же принципу. На хранение команд, которые должны быть переданы на марсоход, выделяется 30 Мб/сол.

Станции DSN ведут MRO по 16 часов в сутки (остальные 8 часов спутник находится с обратной стороны Марса, и не может вести обмен данными, так как закрыт планетой), 10-11 из которых он передает данные на Землю. Обычно спутник в течение трех дней в неделю работает с 70-метровой антенной DSN, и дважды - с 34-метровой антенной (к сожалению непонятно чем он занимается в оставшиеся два дня, но вряд ли у него есть выходные). Скорость передачи может варьироваться от 0,5 до 4 мегабит в секунду - она уменьшается при отдалении Марса от Земли и увеличивается при сближении двух планет. Сейчас (на момент публикации статьи) Земля и Марс находятся почти на максимальном расстоянии друг от друга, так что скорость передачи скорее всего не очень велика.

NASA утверждает (на сайте спутника есть специальный виджет), что за все время работы MRO передал на Землю более 187 терабит (!) данных - это больше, чем все аппараты, посланные в космос до него, вместе взятые.

Заключение

Итак, подведем итоги. При передаче управляющих команд на марсоход, происходит следующее:

• Специалисты JPL отправляют команды на одну из станций DSN.
• Во время сеанса связи с одним из спутников (скорее всего, это будет MRO), станция DSN передает ему набор команд.
• Спутник сохраняет данные во внутренней памяти, и ожидает следующего коммуникационного окна с марсоходом.
• Когда марсоход оказывается в зоне доступа, спутник передает ему управляющие команды.

При передаче данных с марсохода на Землю, все это происходит в обратном порядке:

• Ровер хранит свои научные данные во внутренней памяти и ожидает ближайшего коммуникационного окна со спутником.
• Когда спутник оказывается доступен, ровер передает ему информацию.
• Спутник получает данные, сохраняет их в своей памяти, и ожидает доступности одной из станций DSN
• Когда станция DSN становится доступна, спутник отправляет ей полученные данные.
• Наконец, после получения сигнала, станция DSN декодирует его, и отправляет полученные данные тем, для кого они предназначены.

Надеюсь, мне удалось более-менее кратко описать процесс связи с Curiosity. Вся эта информация (на английском языке; плюс огромная куча дополнительной, включая, например, довольно подробные технические отчеты о принципах работы каждого из спутников) доступна на различных сайтах JPL, ее очень легко найти, если знать, что именно вас интересует.

Пожалуйста, сообщайте о всех ошибках и опечатках в личку!

Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. , пожалуйста.

Вот уже прошел новостной бум по поводу посадки марсохода на красную планету, мы уже подробнее вспомнили, . А хорошо ли вы знаете, что из себя представляет сам марсоход "Любопытство" (англ. Curiosity) ?

Давайте познакомимся с ним поближе.

26 ноября 2011 г. в 10:02 EST (15:02 UTC) со стартового комплекса SLC-41 Станции ВВС США «Мыс Канаверал» был выполнен пуск РН Atlas V №AV-028 с американской тяжелой межпланетной станцией Mars Science Laboratory (MSL). Целью экспедиции является исследование поверхности Марса с использованием марсохода Curiosity («Любопытство»).

Кликабельно 4000 рх

Проект MSL - это самая крупная американская миссия на Марс, являющаяся вершиной длительной и успешной программы исследования Красной планеты.

На пионерском этапе марсианской программы США провели съемку и зондирование планеты с трех пролетных (Mariner 4,6 и 7) и трех орбитальных (Mariner 9, Viking 1 и 2) аппаратов, а также исследование грунта Марса на наличие в нем признаков жизни в двух точках поверхности планеты (Viking 1 и 2, 1976 г.).

Современный этап начался запуском в сентябре 1992 г. большого орбитального аппарата Mars Observer с комплексом из шести научных приборов. К сожалению, КА был потерян в результате аварии двигательной установки в августе 1993 г. за несколько дней до выхода на орбиту спутника планеты.

Химическая камера, используется импульсный лазерный луч для испарения крошечной цели - минерального образца, полученные вспышки света могут быть проанализированы для выявления химических элементов. На фото главный исследователь Роджер Вине, Лос-Аламосской национальной лаборатории, (NASA / JPL-Caltech / LANL)

После этого было решено сделать ставку на малые КА, распределив между ними задачи погибшего «Обсервера» и дополняя их новыми исследованиями. Первым стал спутник Mars Global Surveyor, который был успешно выведен на рабочую орбиту в марте 1999 г. и продуктивно работал до ноября 2006 г., осуществляя обзорное и детальное фотографирование, высотную съемку с использованием лазерного альтиметра и картирование минерального состава поверхности Марса. Оставаясь вполне работоспособным через десять лет после старта, MGS был утрачен в результате ошибки при обновлении бортового программного обеспечения.

Этот тест для радиолокационной системы, которые будут использоваться в августе 2012 в момент спуска и посадки. Инженерный образец испытания радиолокационной системы на носу вертолета.

МИССИИ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ МАРСА
Наименование	Дата запуска	Основные результаты	Стоимость, млн. $
Mars Observer	25.09.1992	Утрачен на подлете к Марсу	980
Mars Global Surveyor (MGS)	07.11.1996	Аэродинамическое торможение для перехода на рабочую орбиту. Съемка и зондирование поверхности и атмосферы Марса с орбиты в течение 9 лет (1997-2006). Составил трехмерную карту рельефа планеты, обнаружил залежи гидратированных минералов и овраги, промытые водой	219
Mars Pathfinder (MPF)	04.12.1996	Мягкая посадка на Марс. Съемка и исследование грунта с использованием аппаратуры посадочного аппарата и малого марсохода Sojourner	266
Mars Climate Orbiter (MCО)	11.12.1998	Сгорел в атмосфере Марса из-за навигационной ошибки	328
Mars Polar Lander (MPL)	03.01.1999	Утрачены при аварийной посадке на Марс в районе 76°ю.ш., 165°в.д.
Deep Space 1			3
Mars Odyssey	07.04.2001	Съемка и зондирование поверхности и атмосферы Марса с орбиты до настоящего времени." Открыл обширные зоны наличия подповерхностного льда	297
Mars Exploration Rover-A (Spirit)	10.06.2003	Марсоходы среднего класса. Съемка и исследование фунта Марса по маршруту движения. Spirit работал с января 2004 до марта 2010 г. Opportunity работает	830
Mars Exploration Rover-B (Opportunity)	08.07.2003	до настоящего времени к 1 декабря 2011 г. прошел 34 км. Обнаружены минералы, образовавшиеся в водной среде, изучены слоистые отложения
Mars Reconnaissance Orbiter (MRO)	12.08.2005	Высокодетальная съемка поверхности Марса с орбиты, изучение следов воды на его поверхности и выполнение атмосферной программы КА МСО	540
Phoenix	04.08.2007	Аналитическое исследование фунта в северной полярной зоне Марса в районе 68.22°с.ш. и 125.75°з.д. Обнаружил лед под слоем грунта на глубине около 5 см	386
Mars Science Laboratory	26.11.2011	Исследовательский марсоход тяжелого класса - мобильная долговременная автоматическая научная лаборатория	2476
MAVEN	31.10.2013	Детальное исследование эволюции атмосферы Марса, истории ее климата и возможной обитаемости	655

Кратер Gale (кратер Гейла) будущее место посадки марсохода Curiosity. В августе 2012 года ровер сядет в северной части кратера. Кратер достигает 154 км в диаметре, в его центре гора в высоту 5 км. Место посадки очерчено элипсом (20х25 км). Поверхность кратера в районе посадки указывает на воздейстаие воды.(NASA / JPL-Caltech / ASU)

Кожух посадочного модуля (NASA / Jim Гроссман)

Тепловизор крепится на руке марсохода НАСА в Лаборатории реактивного движения в Пасадене, Калифорния, 4 апреля 2011 года. (AP Photo / Damian Dovarganes)

К началу 2002 г. было решено, что целесообразно делать долгоживущую мобильную лабораторию с питанием от радиоизотопного генератора, а это потребовало отсрочить запуск до сентября 2009 г. Одновременно сменилось имя проекта: сокращение осталось прежним - MSL, а вот расшифровка стала иной - Mars Science Laboratory, то есть марсианская научная лаборатория. Именно ей предстояло открывать новый цикл изучения Марса в 2009-2020 гг., программу которого готовила так называемая «группа синтеза» из ученых NASA и университетов США с учетом рекомендаций Национального исследовательского совета Национальной академии наук США.

В феврале 2003 г. «группа синтеза» сформулировала четыре возможные стратегии научных поисков на Марсе, каждой из которых соответствовали цели MSL и районы ее работы: поиск следов прошлой жизни, изучение районов гидротермальных проявлений, поиск сегодняшней жизни и изучение эволюции планеты. Для оценки научных задач первой экспедиции в каждом из вариантов была сформирована «группа научной интеграции» во главе с Дэниелом МакКлизом (Daniel J. McClease) из JPL и Джеком Фармером (Jack D. Farmer) из Университета штата Аризона.

В августе 2005 г. начался этап реализации проекта, то есть детального проектирования, изготовления и испытаний КА. Основные компоненты посадочного аппарата разрабатывались Лабораторией реактивного движения JPL, а создание системы, обеспечивающей его вход в атмосферу Марса и безопасное торможение в ней, в марте 2006 г. было поручено компании Lockheed Martin Space System. Общая стоимость MSL была оценена тогда в 1327 млн $.

Сейчас общая стоимость проекта оценивается в 2476 млн $ - почти вдвое больше, чем пять лет назад. Около 1.8 млрд из общей суммы приходится на разработку КА и научной аппаратуры, остальное - на запуск и управление. Очередная, казалось бы, миссия к Марсу, обошлась почти во столько же, что и все девять пусков между 1992 и 2011 г., и достигла уровня уникальных проектов флагманского класса. И, увы, нельзя не сравнить ее стоимость с расходами на отечественный проект аналогичного уровня сложности «Фобос-Грунт», официально исчисленными в 5 млрд руб - в пятнадцать раз меньше, чем у американцев!

MSL и в самом деле превосходит всех своих предшественников, и не только по сложности, но и просто по отправляемой к Марсу массе. Если Mars Observer «потянул» на 2487 кг, а масса MRO составила 2180 кг, то стартовая масса нового марсианского аппарата равна 3839 кг. Комплекс MSL делится натри основные части:
- перелетная ступень, обеспечивающая полет по траектории от Земли к Марсу, включая коррекции этой траектории, общей массой 539 кг;
- система обеспечения входа в атмосферу, торможения и посадки массой 2401 кг;
- ровер массой 899 кг.

Максимальный диаметр КА (диаметр лобового экрана для торможения в атмосфере Марса) составляет 4.50 м, длина изделия - 2.95 м.

Перелетная ступень выполнена в виде цилиндрического «бублика» диаметром 4.50 м и высотой около 0.90 м с фиксированной солнечной батареей на нижней его части и десятью радиаторами жидкостной системы терморегулирования по периметру. В течение всего полета до Марса она управляется бортовым компьютером ровера, будучи соединена с ним через интерфейсный блок на хвостовом экране десантной части и системы посадочной ступени. Питание ступени осуществляется от шести панелей СБ общей площадью 12.8 м 2 , выдающих 1080 Вт у Марса при наихудшей возможной ориентации, а при необходимости - и от радиоизотопного генератора марсохода. Ступень оснащена звездным датчиком и двумя блоками солнечных датчиков для определения текущей ориентации. На ней имеется два блока по четыре гидразиновых ЖРД MR-111C тягой по 1.1 кгс, обеспечивающих закрутку КА и коррекции траектории перелета. Топливо хранится в двух титановых сферических баках диаметром по 48 см. На перелетной ступени установлена антенна среднего усиления MGA, с помощью которой большую часть полета осуществляется связь с Землей.

Десантный комплекс можно разделить на лобовой экран, хвостовой обтекатель, находящуюся внутри них посадочную ступень и собственно полезный груз - ровер. Все его системы также управляются компьютером марсохода.

Лобовой экран в виде тупого конуса - наибольший из всех подобных изделий для межпланетных аппаратов. Lockheed Martin делала его с учетом опыта по экрану спускаемого аппарата пилотируемого корабля Orion. Композитная конструкция воспринимает механические нагрузки, достигающие 50 тонн, а теплозащиту обеспечивает фенольно-углеродное абляционное покрытие PICA, разработанное Центром Эймса и впервые использованное на возвращаемой капсуле КА Stardust.

На фото Передний лобовой экран и хвостовой обтекатель, именно они будут защищать марсоход при спуске в атмосфере МарсаЫ. Космический центр им. Кеннеди, Флорида.

Биконический хвостовой обтекатель покрыт пробочно-силиконовой теплозащитой типа SLA-561V. На нем смонтированы восемь двигателей управления спуском MR-107U тягой по 30.8 кгс, сбрасываемые балансировочные грузы, парашютная система и три антенны - для связи с Землей в Х-диапазоне и со спутниками Марса на УКВ.

Посадочная ступень MSL, в отличие от всех своих предшественников, несет полезный груз не на себе, а под собой: марсоход крепится к ней пироболтами. Ступень оснащена восемью посадочными двигателями MLE (Mars Landing Engine) - по два на четырех углах платформы. Эти ЖРД регулируемой тяги (до 336 кгс) типа MR-80B работают на гидразине, запас которого - 387 кг - хранится в трех сферических баках. Посадочный радиолокатор с шестью дисковидными антеннами измеряет ориентацию, горизонтальную и вертикальную скорость. Посадочная ступень оснащена приемопередатчиком, усилителем и антеннами X- и УКВ-диапазона.

Ровер Curiosity («Любопытство») получил свое имя в мае 2009 г. по результатам всеамериканского конкурса, который выиграла 12-летняя Клара Ма из городка Ленекса в штате Канзас. Его часто сравнивают с небольшим автомобилем. Действительно, длина ровера без учета манипулятора достигает 3.00 м, ширина - 2.77 м, а высота с мачтой с телекамерами - 2.13 м. Система движения построена сходно с марсоходами MER и имеет в своем составе шесть ведущих колес диаметром 0.51 м с грунтозацепами, причем четыре из них - ориентируемые. Максимальная скорость Curiosity - 4 см/с.

Манипулятор с пятью степенями свободы несет турель массой 33 кг с двумя научными приборами и тремя инструментами для копки грунта, фрезерования камней и дробления образцов.

Ровер питается от расположенного в хвостовой части радиоизотопного генератора типа MMRTG (диаметр 64 см, длина 66 см, масса 45 кг), имеющего в своем составе 4.8 кг радиоактивного изотопа плутония-238. Выделяемое при его распаде тепло преобразуется в электрическую энергию - 110 Вт, или около 2700 Вт-ч за сутки. Минимальный ресурс генератора - 14 лет. Два литий-ионных аккумулятора емкостью по 42 А-ч позволяют накапливать энергию и отдавать ее в те периоды, когда энергопотребление ровера выше средней мощности MMRTG.

Два дублированных бортовых компьютера Curiosity построены на процессоре RAD 750 с тактовой частотой 200 МГц, имеют постоянное запоминающее устройство емкостью 256 кбайт, оперативную память 256 Мбайт и 2 Гбайт флэш-памяти. Для планирования движения и обнаружения опасностей ровер оснащен в общей сложности 12 техническими камерами, в том числе двумя парами навигационных камер NavCam с полем зрения 45° и «картинкой» размером 1024x1024 элемента, а также четырьмя стереопарами контрольных камер HazCam с объективом типа «рыбий глаз» и полем зрения 124°. Эти камеры поровну распределены между двумя компьютерами.

Радиообмен с Землей идет непосредственно через 15-ваттный передатчик и две антенны Х-диапазона (в том числе остронаправленную диаметром 0.3 м) либо через орбитальные ретрансляторы по «местной» УКВ-линии. В первом случае пропускная способность не превышает нескольких килобит в секунду, во втором достигает 0.25 Мбит/с через Mars Odyssey и 2 Мбит/с через MRO. Всего за сутки MSL сможет передавать примерно по 250 Мбит данных.

На верхней панели корпуса ровера закреплены два памятных чипа: один с 1.24 млн имен, присланных в JPL по электронной почте в рамках кампании «Отправь свое имя к Марсу», и второй - с 20000 отсканированными именами людей, увидевших его в JPL и Космическом центре имени Кеннеди.

Основная цель проекта сформулирована так: исследование и описание конкретного района Марса и проверка наличия там в прошлом или настоящем природных условий, благоприятных для существования жизни (вода, энергия, химические ингридиенты). Можно сказать и так: к старому лозунгу марсианских исследований «ищи воду» MSL добавляет новый - «ищи углерод». Биологический потенциал зоны посадки предстоит определить исходя из наличия и количества органических соединений и тех химических элементов, которые являются основой жизни (С, Н, N, О, Р и S), а также путем поиска ее внешних проявлений. Параллельными задачами является описание геологии и геохимии района посадки на всех возможных пространственных масштабах, изучение планетарных процессов, которые могли иметь отношение к жизни в прошлом, а также исследование радиационной обстановки.

Не входят в программу работ поиски самой жизни - ни в виде микроорганизмов, ни путем регистрации биохимических процессов, как пытались сделать в 1976 г. на «Викингах». Однако если MSL докажет потенциальную пригодность исследуемого района для жизни, в дальнейшем могут быть предприняты экспедиции для биологических исследований на месте или для доставки образцов грунта на Землю.

Для решения поставленных задач марсоход Curiosity оснащен комплексом из 10 научных приборов суммарной массой 75 кг, которые подразделяются на обзорные инструменты (размещенные на мачте на высоте около 2 м над грунтом планеты), контактные (выносимые к объекту исследования с помощью манипулятора) и аналитические (для анализа образцов грунта и атмосферы Марса). В эту классификацию не входят десантная камера, работающая на этапе спуска, и приборы радиационного контроля и метеонаблюдений. Кроме того, на лобовом экране спускаемого аппарата установлены датчики для регистрации условий гиперзвукового входа и полета в атмосфере.

Отметим, что ныне работающий на Марсе ровер Opportunity имеет комплект научной аппаратуры общей массой всего 5 кг и масса одного лишь анализатора SAM на борту Curiosity составляет 40 кг.

Камера MastCam в первоначальном варианте проекта была задумана как цифровая стереокамера с двумя объективами, оси которых находятся на высоте 1.97 м над грунтом и разнесены на 24.5 см по горизонтали. Каждый из них должен был иметь переменное фокусное расстояние в пределах от 6.5 до 100 мм, что позволяло вести стереосъемку при любом уровне «зума». Однако в сентябре 2007 г. NASA распорядилось изменить проект в пользу двух камер с фиксированным фокусным расстоянием -100 мм на правом «глазу» и 34 мм на левом. В начале 2010 г., когда они были уже изготовлены, агентство согласилось оплатить компании MSSS первоначальные камеры с зумом с тем условием, что они будут поставлены на борт в случае своевременного изготовления и соответствия заявленным характеристикам. Однако в итоге Curiosity так и остался «разноглазым».

Итак, левая обзорная камера М-34 с фокусным расстоянием 34 мм и светосилой 1:8 имеет поле зрения 15° по вертикали и 18° по горизонтали. Правая камера М-100 с фокусным расстоянием 100 мм и светосилой 1:10 имеет поле зрения 5x6°. Ее разрешение составляет около 7.5 см на дальности 1 км и 0.15 мм на расстоянии 2 м, что позволит использовать М-100 для поиска интересных объектов для исследования. Обе камеры могут фокусироваться на объектах на расстоянии от 1.8 м до бесконечности.

В конструкции обеих камер применен встроенный байеровский фильтр, позволяющий одновременно фиксировать красный, зеленый и синий компонент изображения на приемной матрице фирмы Kodak размером 1600x1200 элементов. Этот режим применяется совместно с широкополосным сменным фильтром; помимо него имеется еще семь фильтров, из которых три (440,525 и 1035 нм) общие для обеих камер, а четыре индивидуальны для каждой из них.

Российская аппаратура , установленная на американском марсоходе Curiosity, работает в штатном режиме, сообщил научный сотрудник Института космических исследований РАН (ИКИ) Максим Литвак, находясь в Лаборатории реактивного движения НАСА в Калифорнии. Его слова передает РИА «Новости».

Работоспособность нейтронного детектора (ДАН - детектор альбедных нейтронов), разработанного в ИКИ, уже проверили. Первое включение было короткое, потом он также будет включаться и выключаться в соответствии с графиком работы. Российский прибор стал одним из двух «иностранцев» из десяти научных инструментов, установленных на Curiosity. Испанцы для него разработали метеостанцию REMS.

ДАН способен определить на планете содержание водорода, а значит и воды, а также гидратированных минералов. Зоны с большой концентрацией этих веществ наиболее интересны ученым.

Принцип работы нейтронного детектора заключается в том, что он облучает поверхность планеты нейтронами высоких энергий, затем по свойству потока вторичных нейтронов и определяет содержание тех или иных веществ. Он сможет «почувствовать» присутствие воды в грунте, даже если ее содержание там будет минимальным. Примечательно, что специалисты НАСА выбрали для посадки марсохода район, где так мало льда. Это сделано для того, чтобы не заразить Марс земными микроорганизмами.

Такая технология уже была опробована ранее на двух приборах, разработанных в ИКИ. Устройство ХЕНД уже более 10 лет работает на марсианской орбите, на борту зонда «Марс-Одиссей». С помощью него ученые установили, что в высоких широтах планеты присутствует толстый слой льда. А детектор ЛЕНД на борту зонда LRO нашел лед в кратерах у лунных полюсов.

Импульсный нейтронный генератор ДАН-ИНГ, изготовленный во ВНИИ автоматики имени Н.Л.Духова на базе промышленного импульсного генератора, способен выдать примерно 107 импульсов с частотой до 10 раз в секунду по 10 млн частиц в импульсе. Регистрирующий блок ДАН-ДЭ создан в лаборатории космической гамма-спектроскопим И. Г. Митрофанова в ИКИ. В разработке и создании комплекса аппаратуры участвовали также Институт машиноведения имени А.А. Благонравова РАН и Объединенный институт ядерных исследований (Дубна).

ДАН будет проводить измерения вдоль трассы движения марсохода во время длительных стоянок и остановок, чтобы оперативно оценивать содержание воды и гидратированных соединений в грунте. При обнаружении участков с повышенным содержанием воды будут проводиться детальные исследования грунта другими приборами.

М-34 может снять цветную круговую панораму до высоты 60° из 150 кадров примерно за 25 минут. Предусмотрен также режим видеосъемки с шириной кадра 720 пикселов и скоростью 4-7 кадров в секунду, в зависимости от экспозиции. Каждая камера имеет флэш-память объемом 8 Гбайт и собственный блок обработки и сжатия изображений, функционирующий независимо от основного компьютера марсохода. Блоки электроники MastCam и еще двух камер MARDI и MAHLI, также разработанных MSSS, аналогичны.

Новым и очень интересным инструментом MSL является анализатор элементного состава пород ChemCam, расположенный на мачте рядом с камерами. Основная задача ChemCam - выбор среди окружающих ровер пород наиболее интересных для химического анализа. Прибор имеет в своем составе инфракрасный лазер, способный сконцентрировать на определенной точке образца достаточную мощность для испарения его верхнего слоя, и спектрометр для регистрации спектра образовавшейся плазмы. Лазерный импульс продолжительностью 5 нс и мощностью более 1 МВт излучается через телескопическую систему с апертурой 110 мм, которая также служит для приема ответного сигнала и для контрольной съемки образца на матрицу размером 1024x1024.

Излучение испаренного вещества по шестиметровому оптоволоконному кабелю передается на три спектрометра, размещенные в корпусе марсохода, где разлагается на 6144 спектральных канала в диапазоне от 240 до 850 нм. Спектры позволяют определить элементный состав образца, и в первую очередь количество натрия, магния, алюминия, кремния, кальция, калия, титана, марганца, железа, водорода, кислорода, бериллия, лития, стронция, серы, азота и фосфора. Многократная «стрельба» по одной и той же точке улучшает надежность их определения, а также позволяет удалить слой пыли или ржавчины и вести измерения по нижележащему веществу. ChemCam способен оперативно определять содержание в образце кислорода и водорода и однозначно выявлять воду.

Партнером Лос-Аламосской лаборатории в создании ChemCam является французский Институт исследований в области астрофизики и планетологии в Тулузе, поставивший лазер и телескоп. В Лос-Аламосе были изготовлены спектрометры и

Тестирование парашюта.

Спектрометр имеет радиоактивный источник с 0.7 г альфа- и гамма-активного изотопа кюрия 244 Си в составе измерительной головки и блок регистрации «ответного» рентгеновского излучения в корпусе ровера. Этот изотоп имеет период полураспада 18.1 года, а это значит, что быстродействие и чувствительность прибора будут практически неизменными в течение всего срока работы ровера. Детектор APXS размещается на высоте всего 20 мм над объектом, благодаря чему время измерений сокращается втрое.

Прибор определяет содержание элементов в диапазоне от натрия до стронция, включая такие породообразующие компоненты, как натрий, магний, алюминий, кремний, кальций, железо и сера. Высокая чувствительность к сере, хлору и брому позволит ему уверенно определять залежи солей. В режиме «быстрого просмотра», за 10 минут, он может определить элементы с концентрацией до 0.5%, а за трехчасовой сеанс измерений - малые составляющие в количестве до 0.01%. Твердотельный электрический холодильник позволяет использовать детектор не только ночью, как на марсоходах 2003 года, но и днем.

Микроскопическая камера МАНИ предназначена для получения детальных изображений исследуемых образцов и участков грунта. От своего предшественника на роверах MER она отличается цветным «зрением», подсветкой и наличием автофокуса. Разрешение МАНИ при съемке с предельно малого расстояния 21 мм составляет 14 мкм в поле зрения 22x17 мм. Камера оснащена двумя белыми светодиодами для съемки ночью и в тени и двумя светодиодами, излучающими в ультрафиолете (365 нм), для флуоресцирующих материалов. Изображение принимается на матрицу 1600x1200 пикселов.

Рентгеновский диффракционный анализатор CheMin позволяет изучать структуру и состав кристаллических образцов. Масса прибора - 10 кг, объем - примерно 25x25x25 см. Он смонтирован в корпусе ровера и имеет на верхней поверхности воронку со сдвигаемой крышкой для загрузки образцов. Это может быть либо песок, либо порода, предварительно измельченная и просеянная через сито с ячейкой 0.15 мм. Приемное устройство разделено на 32 сектора, в пяти из которых заложены на Земле контрольные образцы, а остальные 27 могут быть использованы, причем многократно, для анализа марсианских пород. На одно измерение требуется примерно 10 часов облучения образца кобальтовым источником. CheMin определяет элементы с атомным номером от 11 (натрий) и выше и минералы, составляющие по крайней мере 3% изучаемого образца. Он также способен определить некристаллические ингредиенты, такие как вулканическое стекло.

Аппаратура SAM, самая сложная и тяжелая на борту MSL, предназначена для поиска органических соединений в количестве до одной части на миллиард и для измерения соотношений изотопов отдельных элементов (в частности, 12 С/ 13 С и 18 O/ 16 O). Исследоваться будут как составляющие атмосферы, так и газы, выделяющиеся из образцов грунта под действием химических агентов и нагрева. Измельченный грунт поступает в прибор через две приемные воронки. Система подачи образцов манипулирует 74 кюветами объемом по 0.78 см 3 , из которых шесть содержат контрольные образцы, девять предназначены для химической обработки, а 59 -из кварцевого стекла - для возгонки. Две «печки» способны нагревать образцы до 1000°С, потребляя при этом всего 40 Вт. Микроклапаны (в количестве 52) обеспечивают перемещение газовых порций, а два вакуумных насоса создают рабочие условия для измерительных устройств.

В составе SAM имеется три аналитических прибора, размещенных в корпусе марсохода. Масс-спектрометр определяет ионизированные газы по молекулярному весу и заряду. Он рассчитан на регистрацию важнейших составляющих живой материи - азота, фосфора, серы, кислорода, водорода и углерода. Лазерный спектрометр использует явление абсорбции света на конкретных длинах волн для определения концентраций метана, углекислого газа и водяного пара и выявления их изотопных вариантов. (Соотношения между изотопами расскажут историю потери Марсом своей атмосферы и климата на планете.) Наконец, газовый хроматограф, созданный французскими специалистами, разделяет газовую смесь и выявляет органические соединения с помощью капиллярной колонки, а затем направляет фракции в масс-спектрометр для более точного определения.

Десантная камера MARDI предназначена для цветной видеосъемки на этапе спуска и приземления с целью привязки района посадки, получения контекстной геологической информации и планирования начального этапа движения ровера. Во время работы на поверхности с ее помощью можно будет снимать грунт непосредственно под днищем марсохода с разрешением до 1.5 мм. MARDI снимает в поле зрения 70x55° на матрицу 1600x1200 пикселов при частоте кадров до 4 в секунду.

Радиационный комплекс RAD представляет собой телескоп с детекторами заряженных частиц, нейтронов и гамма-лучей, приходящих как из атмосферы, так и со стороны поверхности планеты. Измерения уровней солнечного и галактического излучения - по 15 минут в течение каждого часа - позволят сделать выводы о пригодности района работы Curiosity для жизни в настоящее время и в прошлом и, что еще более важно, получить количественные оценки радиационных доз по трассе перелета и на поверхности Марса и необходимого уровня защиты для проектов пилотируемых экспедиционных комплексов. Создание RAD было профинансировано Директоратом исследовательских систем NASA и Германским аэрокосмическим центром.

Испанский метеорологический комплекс REMS включает датчики скорости и направления ветра, атмосферного давления, температуры и влажности, а также инфракрасный датчик температуры грунта и прибор для измерения ультрафиолетового излучения Солнца в шести спектральных полосах. Данные REMS предполагается снимать ежечасно в течение пяти минут.

Научным руководителем всего проекта MSL является Джон Гротцингер (John Grotzinger) из Калифорнийского технологического института.

Кликабельно 6000 рх

Curiosity уже получил 360-градусную панораму Марса. Конечно, панорама не целостная, а состоит из 130 изображений разрешением 144 на 144 пикселя

Диаметр кратера - свыше 150 километров, в центре располагается конус осадочных пород высотой 5,5 километров - гора Шарпа. Желтой точкой отмечено место посадки марсохода Curiosity - Bradbury Landing (Посадка Брэдбери)

Космический аппарат опустился почти в центре заданного эллипса недалеко от Aeolis Mons (Эолида, гора Шарпа) - главной научной цели миссии.

Путь Curiosity в кратере Гейла (6.08.2012 посадка - 1.08.2018, Sol 2128)

На маршруте отмечены основные участки научных работ. Белая линия - южная граница эллипса посадки. За шесть лет марсоход проехал около 20 км и прислал свыше 400 тыс. фотоснимков Красной планеты

Curiosity собрал образцы "подземного" грунта на 16 участках

(по данным NASA/JPL)

Марсоход Curiosity на хребте Веры Рубин (Vera Rubin Ridge)

С высоты хорошо видны район выветренных холмов Murray Buttes, темные пески Bagnold Dunes и равнина Aeolis Palus (Эолидское болото) перед северным валом кратера Гейла. Высокий пик стенки кратера справа снимка находится на расстоянии около 31.5 км от марсохода, а его высота составляет ~ 1200 метров
Восемь основных задач Марсианской научной лаборатории:
1.Обнаружить и установить природу марсианских органических углеродных соединений.
2.Обнаружить вещества, необходимые для существования жизни: углерод, водород,
азот, кислород, фосфор, серу.
3.Обнаружить следы возможных биологических процессов.
4.Определить химический состав марсианской поверхности.
5.Установить процесс формирования марсианских камней и почвы.
6.Оценить процесс эволюции марсианской атмосферы в долгосрочном периоде.
7.Определить текущее состояние, распределение и круговорот воды и углекислого газа.
8.Установить спектр радиоактивного излучения поверхности Марса.

Свою главную задачу - поиск условий, благоприятных когда-либо для обитания микроорганизмов - Curiosity выполнил, исследовав высохшее русло древней марсианской реки в низине . Марсоход обнаружил веские доказательства того, что на этом месте было древнее озеро и оно было пригодно для поддержания простейших форм жизни.

Марсоход Curiosity в Yellowknife Bay

На горизонте возвышается величественная гора Шарпа ( Aeolis Mons, Эолида)

(NASA/JPL-Caltech/Marco Di Lorenzo/Ken Kremer)

Другими важными результатами являются:
- Оценка естественного уровня радиации во время полета на Марс и на марсианской поверхности; эта оценка необходима для создания радиационной защиты пилотируемого полета на Марс

( )

- Измерение отношения тяжелых и легких изотопов химических элементов в марсианской атмосфере. Это исследование показало, что большая часть первичной атмосферы Марса рассеялась в космосе путем утраты легких атомов из верхних слоев газовой оболочки планеты ( )

Первое измерение возраста горных пород на Марсе и оценка времени их разрушения непосредственно на поверхности под действием космической радиации. Эта оценка позволит выяснить временные рамки водного прошлого планеты, а также темпы разрушения древней органики в камнях и почве Марса

Ц ентральная насыпь кратера Гейла - гора Шарпа - была сформирована из слоистых отложений осадочных пород в древнем озере на протяжении десятков миллионов лет

Марсоход обнаружил десятикратное увеличение содержания метана в атмосфере Красной планеты и отыскал органические молекулы в пробах грунта

Марсоход Curiosity на южной границе эллипса посадки 27 июня 2014 года, Sol 672

(Снимок камеры HiRISE орбитального зонда Mars Reconnaissance Orbiter)

С сентября 2014 года по март 2015 марсоход исследовал холмистую возвышенность "Pahrump Hills" (Парампские Холмы). По мнению планетологов, она представляет собой выход коренных пород центральной горы кратера Гейла и геологически не относится к поверхности его дна. С этого времени Curiosity приступил к изучению горы Шарпа.

Вид на возвышенность "Pahrump Hills"

Отмечены места бурения плиток "Confidence Hills" ,"Mojave 2" и "Telegraph Peak". На заднем плане слева видны склоны горы Шарпа, вверху - обнажения горных пород Whale Rock, Salsberry Peak и Newspaper Rock. Вскоре MSL отправился к более высоким склонам горы Шарпа через ложбину под названием "Artist"s Drive"

(NASA/JPL)

Камера высокого разрешения HiRISE орбитального зонда Mars Reconnaissance Orbiter увидела ровер 8 апреля 2015 года с высоты 299 км.

Север сверху. Изображение охватывает область шириной около 500 метров. Светлые участки рельефа - осадочные горные породы, темные - покрыты песком

(NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona)

Ровер постоянно проводит съемку местности и некоторых объектов на ней, осуществляет мониторинг окружающей среды инструментами . Навигационные камеры присматриваются и к небу в поисках облаков.

Автопортрет в окрестностях ложбины Marias Pass

31 июля 2015 года Curiosity побурил каменистую плитку "Buckskin" на участке осадочных пород с необычно высоким содержанием кремнезема. Такой тип породы впервые встретился Марсианской научной лаборатории (MSL) за три года пребывания в кратере Гейла. Взяв пробу грунта, ровер продолжил путь к горе Шарпа

(NASA/JPL)

Марсоход Curiosity у бархана Namib Dune

Крутой склон подветренной стороны Namib Dune поднимается под углом 28 градусов на высоту 5 метров. На горизонте виден северо - западный вал кратера Гейла

Номинальный технический срок эксплуатации аппарата - два земных года - 23 июня 2014 года на Sol-668, но Curiosity находится в хорошем состоянии и успешно продолжает исследования марсианской поверхности

Слоистые холмы на склонах Эолиды, таящие геологическую историю марсианского кратера Гейла и следы изменений окружающей среды Красной планеты, - будущее место работы Curiosity

Наука

Марсоход НАСА Curiosity , который работает на Марсе уже более полутора лет , успел сделать немало открытий, расширив наши знания и представления о Красной планете, особенно о ее далеком прошлом.

Марс и Земля, как оказалось, на ранних этапах существования, были весьма похожи . Появилось даже предположение, что жизнь вначале зародилась на Марсе, а затем уже попала на Землю. Однако это всего лишь догадки. Многие вещи мы не знаем наверняка, однако очень близко подходим к разгадке.

Марсоход Curiosity

1) Ранний Марс был населен живыми существами, возможно, в течение долгого времени

После того, как группа исследователей, которые работают с марсоходом Curiosity , выяснила, что когда-то в кратере Гейла текли реки и ручьи, они сообщили, что там также плескалось целое озеро . Это небольшое вытянутое озеро с пресной водой, вероятно, существовало примерно 3,7 миллиарда лет назад

Эта вода на поверхности планеты, как и подземные воды, которые ушли на глубину несколько сот метров , содержали все необходимое для зарождения микроскопической жизни.

Кратер Гейла был более теплым, влажным и обитаемым примерно 3,5 - 4 миллиарда лет назад . Именно тогда и на Земле стали появляться первые живые организмы, по мнению ученых.

Был ли Марс домом для примитивных внеземных существ? Марсоход Curiosity не может и никогда не сможет дать 100-процентно точный ответ на этот вопрос, однако открытия, которые он сделал, позволяют сделать вывод, что вероятность того, что примитивные марсиане все же существовали, очень велика.

Кратер Гейла

2) Вода когда-то текла во многих уголках Марса

Ученые еще совсем недавно не могли даже предположить, что на Марсе когда-то были бурные реки и большие водоемы жидкой воды. Наблюдения с помощью искусственных спутников, которые находятся на орбите Марса, позволяли исследователям догадываться об этом. Однако именно марсоход Curiosity помог доказать, что реки и озера действительно существовали.

Фото, сделанные марсоходом на поверхности Красной планеты, демонстрируют множество окаменелых структур , которые являются следами существовавших тут когда-то рек и ручьев, каналов, дельт и озер.

Марсоход новости

3) На Марсе найдены следы органических веществ

Поиск органических компонентов на основе углерода - одна из основных целей миссии марсохода Curiosity , задача, которую он будет выполнять и дальше. И хотя миниатюрная химическая лаборатория на его борту под названием Sample Analysis at Mars (SAM) уже обнаружила целых шесть различных органических компонентов , их происхождение пока остается загадкой.

Химическая лаборатория на борту марсохода Sample Analysis at Mars

"Нет сомнений в том, что SAM выявила органические вещества, но мы не можем сказать с уверенностью, что эти компоненты марсианского происхождения", - говорят исследователи. Существует несколько вариантов происхождения этих веществ, например, просачивание в печи SAM органических растворителей с Земли, которые необходимы для некоторых химических экспериментов.

Впрочем, поиски органики на Марсе весьма продвинулись за время работы Curiosity . Каждая новая коллекция марсианского грунта и песка содержала все большую концентрацию органических веществ, то есть различные образцы марсианского материала демонстрируют совершенно разные результаты. Если бы органика, найденная на Марсе, была земного происхождения, ее концентрация была бы более-менее стабильна .

SAM является самым сложным и важным инструментом, когда-либо работающем на другой планете. Естественно, нужно время, чтобы понять, как лучше всего с ним работать .

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 , 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

Марсоход Curiosity 2013

5) Радиация Марса мешает нормальному протеканию химических реакций

Ученые, работающие с марсоходом Curiosity , подчеркивают, что из-за того, что радиация мешает нормальному протеканию химических реакций на Марсе, трудно обнаружить органику на его поверхности.

Используя метод радиоактивного распада , который также применяется на Земле, ученые из Калифорнийского технологического института выяснили, что поверхность в районе местности Гленелг (кратер Гейла) подвергалась влиянию радиации уже около 80 миллионов лет .

Этот новый метод может помочь находить места на поверхности планеты, которые меньше были подвержены радиации , мешающей протеканию химических реакций. Такие места могут быть в районе скал и выступов, которые обтесывались ветрами. Радиация в этих районах могла блокироваться породами, которые нависали сверху. Если исследователи найдут такие места, они начнут бурить именно там.

Марсоход последние новости

Задержки в пути

Марсоходу Curiosity сразу после приземления был задан особый маршрут , согласно которому он должен держать курс к интересной с научной точки зрения горе Шарпа высотой около 5 километров , расположенной в центре кратера Гейла . Миссия длится уже более 480 дней , а марсоходу требуется еще несколько месяцев, чтобы добраться до искомой точки.

Что же задержало марсоход? На пути к горе была обнаружена масса важной и интересной информации . В настоящее время Curiosity направляется к горе Шарпа практически без остановок, пропуская потенциально интересные места.

Найдя и проанализировав потенциально обитаемую среду на Марсе, исследователи Curiosity будут продолжать работу. Когда станет ясно, где находятся защищенные от радиации места, марсоходу будет дана команда бурить. А пока Curiosity приближается к первоначальной цели - горе Шарпа.

Фото с марсохода

Взятие образцов

Фото, сделанное марсоходом во время его работы в местности Rocknest в октябре-ноябре 2012

Автопортрет. Фото представляет собой коллаж из десятков снимков, сделанных с помощью камеры на конце руки-робота марсохода. Вдалеке виднеется гора Шарпа

Первые образцы марсианского грунта, взятые марсоходом

Яркий объект в центре снимка – скорее всего, обломок корабля, который откололся во время приземления

• ChemCam представляет собой набор инструментов для проведения дистанционного химического анализа различных образцов. Работа проходит следующим образом: лазер проводит серию выстрелов по исследуемому объекту. Затем проводится анализ спектра света, который излучила испарившаяся порода. ChemCam может изучать объекты, расположенные на расстоянии до 7 метров от него. Стоимость прибора составила около 10 миллионов долларов (перерасход 1.5 млн. долл.). В штатном режиме фокусировка лазера на объекте проходит автоматически.
• MastCam: система состоящая из двух камер, и содержит множество спектральных фильтров. Возможно получение снимков в естественных цветах размером 1600 × 1200 пикселей. Видео с разрешением 720p (1280 × 720) снимается с частотой до 10 кадров в секунду и аппаратно сжимается. Первая камера — Medium Angle Camera (MAC), имеет фокусное расстояние в 34 мм и 15 градусное поле зрения, 1 пиксель равен 22 см при расстоянии 1 км.
• Narrow Angle Camera (NAC), имеет фокусное расстояние в 100 мм, 5.1 градусное поле зрения, 1 пиксель равен 7,4 см при расстоянии 1 км. Каждая камера имеет по 8 Гб флеш-памяти, которая способна хранить более 5500 необработанных изображений; имеется поддержка JPEG-сжатия и сжатия без потери качества. В камерах есть функция автоматической фокусировки, которая позволяет им сфокусироваться на объектах, от 2,1 м до бесконечности. Несмотря на наличие у производителя конфигурации с трансфокатором, камеры не имеют зума, поскольку времени для тестирования не оставалось. Каждая камера имеет встроенный фильтр Байера RGB и по 8 переключаемых ИК-фильтров. По сравнению с панорамной камерой, которая стоит на Спирите и Оппортьюнити (MER) и получает чёрно-белые изображения размером 1024 × 1024 пикселя, камера MAC MastCam имеет угловое разрешение в 1,25 раза выше, а камера NAC MastCam — в 3,67 раза выше.
• Mars Hand Lens Imager (MAHLI): Система состоит из камеры, закреплённой на роботизированной «руке» марсохода, используется для получения микроскопических изображений горных пород и грунта. MAHLI может снять изображение размером 1600 × 1200 пикселей и с разрешением до 14,5 мкм на пиксель. MAHLI имеет фокусное расстояние от 18,3 мм до 21,3 мм и поле зрения от 33,8 до 38,5 градусов. MAHLI имеет как белую, так и ультрафиолетовую светодиодную подсветку для работы в темноте или с использованием флуоресцентной подсветки. Ультрафиолетовая подсветка необходима для вызова излучения карбонатных и эвапоритных минералов, наличие которых позволяет говорить о том, что в формировании поверхности Марса принимала участие вода. MAHLI фокусируется на объектах от 1 мм. Система может сделать несколько изображений с акцентом на обработку снимка. MAHLI может сохранить необработанное фото без потери качества или же сделать сжатие JPEG файла.
• MSL Mars Descent Imager (MARDI): Во время спуска на поверхность Марса, MARDI передавал цветное изображение размером 1600 × 1200 пикселей со временем экспозиции в 1,3 мс, камера начала съёмку с расстояния 3,7 км и закончила на расстояния 5 метров от поверхности Марса, снимала цветное изображение с частотой 5 кадров в секунду, съёмка продлилась около 2-ух минут. 1 пиксель равен 1,5 метра на расстоянии 2 км, и 1,5 мм на расстоянии 2 метра, угол обзора камеры — 90 градусов. MARDI содержит 8 Гб встроенной памяти, которая может хранить более 4000 фотографий. Снимки с камеры позволили увидеть окружающий рельеф на месте посадки. JunoCam, построенная для космического аппарата Juno, основана на технологии MARDI.
• Alpha-particle X-ray spectrometer (APXS): Это устройство будет облучать альфа-частицами и сопоставлять спектры в рентгеновских лучах для определения элементного состава породы. APXS является формой Particle-Induced X-ray Emission (PIXE), который ранее использовался в Mars Pathfinder и Mars Exploration Rovers. APXS был разработан Канадским космическим агентством. MacDonald Dettwiler (MDA) — Аэрокосмическая канадская компания, которая строит Canadarm и RADARSAT, несут ответственность за проектирование и строительство APXS. Команда по разработке APXS включает в себя членов из Университета Гвельфов, Университета Нью-Брансуик, Университета Западного Онтарио, НАСА, Университет Калифорнии, Сан-Диего и Корнельского университета.
• Collection and Handling for In-Situ Martian Rock Analysis (CHIMRA): CHIMRA представляет собой ковш 4х7 сантиметров, который зачерпывает грунт. Во внутренних полостях CHIMRA он просеивается через сито с ячейкой 150 микрон, чему помогает работа вибромеханизма, лишнее удаляется, а на просеивание отправляется следующая порция. Всего проходит три этапа забора из ковша и просеивания грунта. В результате остается немного порошка необходимой фракции, который и отправляется в грунтоприемник, на теле ровера, а лишнее выбрасывается. В итоге из всего ковша на анализ поступает слой грунта в 1 мм. Подготовленный порошок изучают приборы CheMin и SAM.
• CheMin: Chemin исследует химический и минералогический состав, с помощью рентгеновского флуоресцентного инструмента и рентгеновской дифракции. CheMin является одним из четырёх спектрометров. CheMin позволяет определить обилие полезных ископаемых на Марсе. Инструмент был разработан Дэвидом Блейком в Ames Research Center НАСА и Jet Propulsion Laboratory НАСА. Марсоход будет бурить горные породы, а полученный порошок будет собран инструментом. Затем рентгеновские лучи, будут направлены на порошок, внутренняя кристаллическая структура полезных ископаемых отразится на дифракционной картине лучей. Дифракция рентгеновских лучей различна для разных минералов, поэтому картина дифракции позволит учёным определить структуру вещества. Информацию о светимости атомов и дифракционную картину будет снимать специально подготовленная E2V CCD-224 матрица размером 600х600 пикселей. У Кьюриосити имеется 27 ячеек для анализа образцов, после изучения одного образца ячейка может быть переиспользована, но анализ проводимый над ней будет иметь меньшую точность из-за загрязнения предыдущим образцом. Таким образом у ровера есть всего 27 попыток для полноценного изучения образцов. Ещё 5 запаянных ячеек хранят образцы с Земли. Они нужны чтобы протестировать работоспособность прибора в марсианских условиях. Для работы прибора нужна температура −60 градусов Цельсия, иначе будут мешать помехи от прибора DAN.
• Sample Analysis at Mars (SAM): Набор инструментов SAM будет анализировать твёрдые образцы, органические вещества и состав атмосферы. Инструмент был разработан: Goddard Space Flight Center, Лаборатория Inter-Universitaire, Французскими CNRS и Honeybee Robotics, наряду со многими другими партнёрами.
• Radiation assessment detector (RAD), «Детектор оценки радиации»: Этот прибор собирает данные для оценки уровня радиационного фона, который будет воздействовать на участников будущих экспедиций к Марсу. Прибор установлен практически в самом «сердце» ровера, и тем самым имитирует астронавта, находящегося внутри космического корабля. RAD был включен первым из научнах инструментов для MSL, ещё на околоземной орбите, и фиксировал радиационный фон внутри аппарата — а затем и внутри ровера во время его работы на поверхности Марса. Он собирает данные об интенсивности облучения двух типов: высокоэнергетических галактических лучей и частиц, испускаемых Солнцем. RAD был разработан в Германии Юго-западным исследовательским институтом (SwRI) внеземной физики в группе Christian-Albrechts-Universität zu Kiel при финансовой поддержке управления Exploration Systems Mission в штаб-квартире НАСА и Германии.
• Dynamic Albedo of Neutrons (DAN): «Динамическое альбедо нейтронов» (ДАН) используется для обнаружения водорода, водяного льда вблизи поверхности Марса, предоставлен Федеральным Космическим Агентством (Роскосмос). Является совместной разработкой НИИ автоматики им. Н. Л. Духова при «Росатоме» (импульсный нейтронный генератор), Института космических исследований РАН (блок детектирования) и Объединённого института ядерных исследований (калибровка). Стоимость разработки прибора составила около 100 млн рублей. Фото прибора. В состав прибора входят импульсный источник нейтронов и приемник нейтронного излучения. Генератор испускает в сторону марсианской поверхности короткие, мощные импульсы нейтронов. Продолжительность импульса составляет около 1 мкс, мощность потока — до 10 млн нейтронов с энергией 14 МэВ за один импульс. Частицы проникают в грунт Марса на глубину до 1 м, где взаимодействуют с ядрами основных породообразующих элементов, в результате чего, замедляются и частично поглощаются. Оставшаяся часть нейтронов отражается и регистрируется приемником. Точные измерения возможны до глубины 50 - 70 см. Помимо активного обследования поверхности Красной планеты, прибор способен вести мониторинг естественного радиационного фона поверхности (пассивное обследование).
• Rover environmental monitoring station (REMS): Комплект метеорологических приборов и ультрафиолетовый датчик предоставило Испанское Министерство Образования и Науки. Исследовательская группа во главе с Хавьером Гомес-Эльвира, Центра Астробиологии (Мадрид) включает Финский Метеорологический институт в качестве партнёра. Установили её на мачту камеры для измерения атмосферного давления, влажности, направления ветра, воздушных и наземных температур, ультрафиолетового излучения. Все датчики расположены в трёх частях: две стрелы присоединены к марсоходу, Remote Sensing Mast (RSM), Ultraviolet Sensor (UVS) находится на верхней мачте марсохода, и Instrument Control Unit (ICU) внутри корпуса. REMS даст новые представления о местном гидрологическом состоянии, о разрушительном влиянии ультрафиолетового излучения, о подземной жизни.
• MSL entry descent and landing instrumentation (MEDLI): Основной целью MEDLI является изучение атмосферной среды. После замедления спускаемого аппарата с марсоходом в плотных слоях атмосферы теплозащитный экран отделился — в этот период были собраны необходимые данные о марсианской атмосфере. Эти данные будут использованы в будущих миссиях, дав возможность определить параметры атмосферы. Также их возможно использовать для изменения конструкции спускаемого аппарата в будущих миссиях на Марс. MEDLI состоит из трёх основных приборов: MEDLI Integrated Sensor Plugs (MISP), Mars Entry Atmospheric Data System (MEADS) и Sensor Support Electronics (SSE).
• Hazard avoidance cameras (Hazcams): Марсоход имеет две пары чёрно-белых навигационных камеры, расположенных по бокам аппарата. Они используются для избежания опасности во время передвижения марсохода и для безопасного наведения манипулятора на камни и почву. Камеры делают 3D изображения (поле зрения каждой камеры — 120 градусов), составляют карту местности впереди марсохода. Составленные карты позволяют марсоходу избежать случайных столкновений и используются программным обеспечением аппарата для выбора необходимого пути преодоления препятствий.
• Navigation cameras (Navcams): Для навигации марсоход использует пару чёрно-белых камер, которые установлены на мачте для слежения за передвижением марсохода. Камеры имеют 45 градусное поле зрения, делают 3D изображения. Их разрешение позволяет видеть объект размером в 2 сантиметра с расстояния 25 метров.