Исследование Марса: марсоходы Spirit, Opportunity и Curiosity на планете Марс. Марсоход "Spirit" Спирит марс

Дата: 04.10.2023

В течение февраля отремонтированный американский марсоход Spirit резво шел к гребню кратера Боннвилль, а его двойник Opportunity тщательно исследовал каменный выступ на краю кратера, в который так счастливо угодил при посадке. И нашел очень важную вещь: этот уголок Земли Меридиана подвергался длительному воздействию воды! Но обо всем по порядку.

МАРСОХОД «SPIRIT»

Как мы помним, с 22 января 2004 первый из пары марсоходов находился на излечении от ошибки в его компьютерном «мозгу». Суть проблемы была в том, что каталог файлов во флэш-памяти, находящийся в основной оперативной памяти, вылез за установленный объем и вызвал многократные перезагрузки компьютера. «Лечение» продолжалось до 4 февраля, когда флэш-память была полностью стерта и отформатирована; перед этим, 1 февраля, станция передала сохранявшиеся на флэшке ценные данные об атмосферных наблюдениях 16 января совместно с европейским аппаратом Mars Express. Гленн Ривз, «архитектор» бортового ПО марсоходов MER в Лаборатории реактивного движения (JPL), заявил: «Мы уверены, что знаем, в чем проблема, и у нас теперь есть процедура, которая, как мы полагаем, позволит обходить эту проблему как угодно долго». Во всяком случае, весь следующий месяц Spirit «бегал» резво и без сбоев.

Грызем базальт науки…

Одновременно с лечением ровер возобновил научную программу. Уже 2 февраля, в 29-е марсианские сутки с момента посадки, он провел второй совместный сеанс наблюдений с Mars Express’ом, а затем проверил спектрометр Mini-TES и приготовился исследовать камень Адирондак. 6 февраля (33-й сол) марсоход пустил в ход на 5 минут шлифовальное устройство и его стальной щеткой стер пыль с поверхности камня. Очищенный участок осмотрели панорамной камерой и микроскопом. Ученые полагали, что Адирондак более или менее чист и свободен от пыли; к их большому удивлению, обработанное место стало значительно темнее. Ночью его изучили двумя спектрометрами – мёссбауэровским MS и альфа-протон-рентгеновским APXS.
7 февраля Spirit в первый раз применил алмазную фрезу RAT и высверлил в поверхности Адирондака аккуратную круглую дырочку диаметром 45.5 мм и глубиной 2.65 мм. 8 февраля ее осмотрели микроскопом и промерили спектрометрами. Анализ подтвердил, что Адирондак – это оливиновый базальт, вероятно, вулканического происхождения.

МАРСОХОД SPIRIT НА МАРСЕ

В этот же день, 8 февраля, а точнее – в 35-й сол, который закончился 8 февраля в 15:41 UTC, ровер Spirit должен был двинуться в путь к кратеру Боннвилль (Bonneville). Так назвали ближайший к месту посадки крупный кратер, гребень которого виднелся в 250–300 м к северо-востоку. Конечно, камни и песок на месте посадки можно было бы исследовать еще несколько недель, но хотелось, во-первых, поскорее добраться до границы выброшенного из кратера материала и, во-вторых, проверить режим быстрого автономного передвижения.
Но сначала нужно объехать с юга посадочную платформу, и первый участок пути длиной 6 м запланировали как раз на «вечер» 35-го сола. Не вышло – как оказалось, все еще был в силе запрет на движение, введенный после аварии 22 января. Лишь 9 февраля, в 36-й сол, Spirit проехал над камнем Адирондак и прошел первые 6.4 м – прошел самостоятельно, используя для выбора пути бортовую автономную навигационную программу и систему контроля препятствий, и добрался до назначенной конечной точки – камня Белый Кораблик.
10 февраля ровер лег на курс 45° и прошел сразу 21.2 м – втрое больше, чем в любой предшествующий день. Но, как оказалось наутро, курс был не очень удачный: тень от мачты панорамной камеры падала как раз на привод остронаправленной антенны. Он замерз, ровер не смог навести антенну на Землю, и утренний сеанс связи сорвался. Лишь днем, когда Солнце согрело механизм, все вошло в норму. Spirit передал снимки Белого Кораблика, изображения и спектрограммы Адирондака.

12 февраля утренний сеанс провели через антенну низкого усиления LGA, не требующую наведения на Землю. Затем Spirit отснял панорамной камерой и микроскопом место ночной стоянки и пошел дальше. За 2 час 48 мин он преодолел расстояние 24.4 м и остановился перед препятствием – забавной группой булыжников под названием Совет Камней, к которой и направлялся. До них, однако, осталось около метра, и 13 февраля пришлось сперва проехать 90 см, а уже затем заниматься съемкой камней и предстоящего участка пути. 14 февраля ровер исследовал микроскопом и двумя спектрометрами гребень и ложбину в принесенном ветром песке. Песчинки оказались очень странные, почти круглые и ровные.
В ложбине залегал более мелкий песок, а на гребне – крупный. Затем он чуть сдал назад, повернулся и приблизился к необычному слоистому камню Мими, который изучил 15 февраля, в 42-й день работы. 16 февраля ровер снял спектрограмму собственных следов в грунте и продолжил движение на северо-восток. Первый «заезд» принес 19 метров (вместо 25 по плану). С этой промежуточной точки Spirit сделал несколько снимков и в послеобеденные часы проехал еще 8.5 м. До гребня кратера, по уточненным данным, оставалось 245 м.

17 февраля был очень продуктивный день: Spirit не только прошел стометровую отметку, но и провел ценные измерения. С утра он промерил спектрометром APXS участок грунта под названием Рэмп-Флэтс, а ИК-спектрометром Mini-TES – небо Марса. Затем настал черед микроскопа и мёссбауэровского спектрометра. Запарковав манипулятор, ровер ушел еще на 21.6 м на северо-северо-восток, до точки Хало; всего же с начала движения он преодолел 108 м и побил рекорд своего предшественника – ровера Sojourner, который в 1997 г. прошел по поверхности Марса 102 м. Скорость передачи данных с ровера была увеличена со 128 до 256 кбит/с.

Mars Express – третий ретранслятор 6 февраля в первый раз был проведен двусторонний сеанс связи с марсоходом Spirit через европейскую станцию Mars Express. Ранее такие сеансы проходили только через американские спутники Mars Global Surveyor и Mars Odyssey. Команды для ровера, подготовленные группой управления в Пасадене, были сначала переданы в Европейский центр космических операций в Дармштадте. Оттуда по европейским каналам они были переданы на Mars Express и с него ретранслированы на поверхность. Spirit ответил посылкой информации через свой UHF-передатчик на европейский спутник, а оттуда она через Дармштадт была передана в JPL. Все команды с Земли дошли до ровера, а данные с него – до Земли. Ни байта не было потеряно, не было и повторов. Итак, европейский аппарат доказал возможность своей работы в международной системе ретрансляции. Хотя оба ровера могут «разговаривать» с Землей непосредственно, из 10 Гбит данных, переданных к 19 февраля, 66% прошло через ретранслятор на борту «Одиссея» и еще 16% – через MGS.

MARS EXPRESS - ТРЕТИЙ РЕТРАНСЛЯТОР

Еще интереснее был день 18 февраля. Ровер исследовал всеми приборами точку Хало и двинулся в лощину Лагуна. В этот день он прошел 19 м в режиме «от точки к точке», с отключенной системой контроля препятствий, а затем еще 3.7 м, выбирая место для работы. Вступив в Лагуну – круглую депрессию, засыпанную мелким пылевидным песком, ровер прокрутил колеса, как буксующая машина, чтобы разрыть грунт, отодвинулся назад и снял кадр спектрометром Mini-TES.
19 февраля он провел там же, изучая необычный грунт и наблюдая его в микроскоп, снимая вал кратера с расстояния 135 м и спектрометрируя атмосферу вместе со спутником MGS. Почва была действительно странной: она прилипала к колесам. Ощущение было такое, что ровер идет по высохшей поверхности соленой лужи, что она много раз расширялась и сжималась – то ли во время таяния и замерзания, то ли просто от колебаний температуры. Верхний слой грунта – корка толщиной от 5 до 10 мм, богатая хлором и серой – вероятно, сравнительно молод. Ученые оценивают его возраст в десятки тысяч лет, в то время как ниже лежит материал, насчитывающий миллиарды лет.
20 февраля Spirit вырыл в грунте канавку глубиной 7–8 см – вращал два часа левым передним колесом, а потом отодвинулся посмотреть, что получилось. С расстояния в 1 м он отснял канавку спектрометром Mini-TES и с расстояния 40 см – панорамной камерой. 21 и 22 февраля ровер осмотрел края и дно канавки микроскопом, а затем – спектрометрами MS и APXS.
На 50-й день работы, 23 февраля, Spirit продвинулся вперед на 18.8 м, а 24 февраля – еще на 30 м. По дороге он останавливался и снимал окрестные камни. К этому дню ровер «намотал» 183.25 м и ушел на 135 м от платформы, достигнув средней точки пути. Перед ним лежала лощина Миддл-Граунд, спуск в которую был слишком крутым, и марсоход пошел налево вдоль гребня. 25 и 26 февраля в несколько приемов, осторожно, он прошел 4.85 м и спустился в лощину. В промежутках ровер снимал Землю над горизонтом Марса, пылевые вихри и магнитную ловушку, на которую оседает железосодержащая пыль.

27 февраля Spirit продвинулся на 3.4 м и подобрался вплотную к очень изящному камню Хамфри, чтобы почистить его. 28 февраля аппарат почистил Хамфри в трех разных точках, ведя попутно измерения и съемки, отошел назад и снял его Mini-TES’ом. Наконец, 29 февраля Spirit вернулся к камню и изготовился его сверлить.

МАРСОХОД «OPPORTUNITY»

Второй ровер, как мы помним, сел точнехонько в небольшой 22-метровый кратер, точнее, закатился в него после 26 прыжков. По краю кратера тянулось многообещающее каменное обнажение, и вообще место оказалось просто удивительным. 31 января Opportunity съехал на грунт, а 3 февраля, на 10-й день, опробовал свой манипулятор. Первым делом, как и Spirit, он изучил грунт прямо перед собой, и первый же кадр микроскопа принес неожиданность: многочисленные почти сферические образования! «Эти детали в грунте не похожи ни на что ранее виденное на Марсе», – объявил Стив Сквайрз, научный руководитель миссии. Другие камушки были с острыми краями, что говорило как минимум о разном их происхождении. Шарики же могли образоваться в ходе аккреции под водой, в результате ударов метеоритов или вулканических извержений.
Мессбауэровский спектрометр нашел прямо «под колесами» ровера оливин – точно так же, как и в точке посадки «Спирита». Первая минералогическая карта окрестностей от Mini-TES показала, что над обнажением камня и под ним гематита больше, а непосредственно перед ровером – меньше. Опять-таки гематит обычно образуется в присутствии жидкой воды… Однако сразу лезть на гребень было как-то нехорошо: сперва нужно осмотреться.

1 и 6 февраля камера MOC станции Mars Global Surveyor сняла с высоким разрешением район посадки ровера Opportunity, определенный первоначально по данным радиоконтроля траектории и по посадочным снимкам. Первые орбитальные снимки имели разрешение 1.5 м, вторые – 0.5 м. Уже на кадрах за 1 февраля удалось найти яркую точку в центре кратера – это оказался сам ровер – и увидеть следы касания грунта амортизаторами и места падения парашюта с хвостовым обтекателем и лобового экрана. 30 января и 6 февраля была проведена съемка с использованием нового алгоритма компенсации сдвига изображения; первая не удалась (был заснят район в 3 км от заданного), а вторая получилась частично: кратер с ровером вышел отлично, но элементы посадочной системы в кадр не попали. На снимке угадывается и посадочная платформа, и поднявшийся к гребню кратера ровер.

МАРСОХОД OPPORTUNITY НА МАРСЕ

На 12-й сол (утро 5 февраля в Пасадене, вечер по Гринвичу) ровер Opportunity продвинулся на 3.5 м в направлении правого конца каменного обнажения, сделав посередине три поворота – два налево и один направо. Здесь собирались было рыть канавку, но нетерпение оказалось слишком сильным! В 13-й и 14-й день, с трудом поднимаясь по 13-градусному склону и проводя измерения по дороге, марсоход подошел к точке, названной Гора Камень. 8 февраля, в 15-й день, он увидел в микроскоп детали этого камня и «обнюхал» его спектрометрами. И опять удивительное открытие: небольшие серые сферические образования, выступающие между слоями камня («как изюм в булке») и лежащие вблизи него на грунте. Выступают они в разной степени и, вероятно, оказались на поверхности в результате выветривания – в данном случае «шлифовки» камня ветром с пылью.
9 февраля Opportunity выглянул за край кратера и увидел свой парашют и обтекатель на абсолютно ровной и пустой поверхности. По ней можно ехать быстро и далеко… только вот куда?
Ровер прошел 4 метра налево вдоль камней, борясь с осыпанием грунта в кратер и снимая обнажение крупным планом. В 17-й день (10–11 февраля) он добрался до точки Браво и в 18-й сол должен был дойти до Чарли, но остановился: сбойнули манипулятор, который не смог повернуть запястный сустав на заданный угол, и мачта с камерой, которая неправильно восприняла команду. В тот же день обе проблемы были разрешены, и на 19-й день (12–13 февраля) ровер дошел до точки Чарли, до левого края камней. Кадры микроскопической камеры принесли новую неожиданность: в грунте были найдены тонкие волокна длиной до нескольких миллиметров. Знать бы еще, не с амортизаторов ли посадочного устройства эти ниточки…
13–14 февраля Opportunity должен был переместиться на Гематитовый склон (как нетрудно догадаться, особенно богатый гематитом), но утром, получив команду на микроскопическую съемку, отверг ее: «Не по нутру мне это движение». Как следствие, движение было отложено на сутки, а ровер проводил съемки.

На 21-й день марсоход прошел 9 м, сделал в конце разворот на 180° и провел первую ночную съемку ИК-спектрометром. На 22-й день, 15–16 февраля, он обследовал новое место и провел совместные спектральные измерения атмосферы с MGS. Наконец, на 23-й день ровер начал рыть грунт: затормозив пять колес из шести, он стал вращать левым передним: взад-вперед, взад-вперед, и так 6 раз в течение 22 минут. Получилась канавка в 9–10 см глубиной, шириной 20 см и длиной 50 см.
«Вчера мы вырыли на Марсе отличную большую дыру», – сказал специалист группы планирования роверов Джеффри Бесядецки. За три следующих дня (17–20 февраля) Opportunity внимательно осмотрел ее микроскопом в пяти разных местах и отспектрометрировал в двух. Специалисты отметили клоковатую текстуру грунта в верхней части канавки и яркий цвет на дне. Были найдены яркие округлые камешки и грунт настолько тонкого «помола», что даже микроскопическая камера не могла увидеть отдельные крупинки. «То, что мы видим внизу, отличается от того, что прямо на поверхности», – удивлялся д-р Альберт Йен из JPL (он, кстати, несколько раз пытался попасть в отряд астронавтов). Данные спектрометров еще нужно осмыслить.
В 26-й сол ровер объехал канавку и посадочную платформу, прошел 15 м и вернулся на каменное обнажение, к куску коренной породы, выбранному на этапе предварительной разведки и названному Эль-Капитан. Солы с 27-го по 29-й были посвящены детальной съемке камня и окрестностей и исследованию его минерального и элементного состава. Только за 28-е сутки Opportunity сделал 46 снимков Эль-Капитана микроскопической камерой. Микроструктура камня оказалась удивительной: весь он «избуравлен» длинными канавками и тонкими щелями.

23–24 февраля, в свой 30-й сол, ровер подзарядил батареи (да, удаление Марса от Солнца начинает сказываться!), высверлил за два часа точку «МакКиттрик-средняя» в зоне Эль-Капитан на глубину 4 мм и вставил в дыру спектрометр APXS.
На следующий день на его место был вдвинут мёссбауэровский спектрометр, который провел два 24-часовых цикла измерений подряд. В кружочек «фрезы» попал небольшой шарик – ровный такой внутри… Впрочем, микроскоп заснял и расколотый шарик, откровенно слоистой структуры. 26–27 февраля ровер снял круговую панораму и перенацелил свой инструмент на точку «Гваделупа» все того же Эль-Капитана, а в следующий, 34-й сол высверлил вторую дырку. И опять в нее по очереди уткнулись микроскоп и оба спектрометра. Дело в том, что вышележащие и нижележащие слои отличались структурой и уровнем выветривания и их было необходимо сравнить.
А Opportunity в очередной раз выглянул «наружу», и его панорамная камера увидела странную серебристую полосу – похоже, Солнце отражалось так от гребня Восточного кратера в 600 м от ровера. Из чего же состоит этот гребень? И не туда ли надо идти? Еще недели 2 ровер должен провести на краю кратера, а потом он выберется на равнину.

Естественно, такое внимание к зоне Эль-Капитан не было случайным! 2 марта на специально и срочно организованной пресс-конференции в штаб-квартире NASA профессор Стив Сквайрз, д-р Джон Гротцингер, д-р Бентон Кларк и их коллеги объявили следующие сенсационные результаты. Камни в районе посадки Opportunity на равнине Меридиана подвергались длительному воздействию жидкой воды. «Она изменила их текстуру, она изменила их химию», – сказал Сквайрз. Спектрометр APXS нашел в образцах очень высокое содержание серы, по-видимому, в форме солей – сульфатов магния и железа. Были также найдены элементы, которые могут образовывать хлориды и бромиды. На Земле такое количество солей указывало бы на образование породы в воде или на длительный с ней контакт. Содержание серы растет с глубиной, а следовательно, и состав солей. Такое бывает при испарении. В этих же камнях мёссбауэровский спектрометр нашел минерал ярозит – гидратированный сульфат железа. Он указывает на вероятное нахождение породы в кисло-соленом водоеме или горячем источнике.

Обычная и микроскопическая съемка камня Эль-Капитан выявила три вида деталей, также свидетельствующих о водной истории. Это извилистые щели длиной порядка 10 мм и шириной до 2 мм со случайной ориентацией – места, где первоначально залегали кристаллы солей, впоследствии либо растворившиеся в менее соленой воде, либо исчезнувшие в результате эрозии. Это слои, лежащие под углом к основным слоям породы, которые могут возникать под действием ветра или воды. Их малые размеры и, возможно, вогнутые формы говорят в пользу именно водного происхождения.
Наконец, это видимые в камне округлые частицы («сферулы», «шарики»), не испытывающие концентрации к определенным слоям, а потому вряд ли связанные с метеоритным ударом или вулканизмом. Очевидно, это все-таки конкреции, образующиеся из раствора вокруг тех или иных «затравок». Очень вероятно, и попытаться доказать это – ближайшая цель ученых, что найденные ровером породы не просто находились долгое время в воде, но образовались как обычная осадочная порода на дне соленого озера или моря. В любом случае уже доказано: в точке посадки Opportunity условия когда-то давно были намного благоприятнее для жизни. Теперь нужно будет узнать: была ли эта жизнь?

Во вторник, 26 января, Американское космическое агентство сообщило, что прекращает попытки спасти марсоход "Спирит" (Spirit), застрявший в песках Красной планеты. Это решение означает, что он навсегда останется там, где находится сейчас. Многие восприняли сообщение NASA как известие о кончине марсохода. Но сами ученые уверяют, что все совсем не так и "Спирит" просто начал новый этап своей миссии. Вспомним, что успел сделать марсоход за прошедшие с момента его высадки шесть лет.

Все по плану

Марсоходы-близнецы "Спирит" (Spirit) и "Оппортьюнити" (Opportunity) отправились на Марс в 2003 году. До этих двух 185-килограммовых махин поверхность нашего космического соседа уже исследовали стационарные "Викинги" в 1976 году и марсоход Sojourner в 1997 году. Амбициозная марсианская миссия преследовала несколько основных целей. Важнейшей задачей был поиск доказательств в пользу теории о существовании на Марсе воды - в прошлом или настоящем.

Все накопленные к моменту запуска марсоходов данные указывали, что жидкой воды на поверхности Марса нет. Однако было собрано множество косвенных "улик", указывавших, что прошлое Красной планеты было влажным. Если вода на Марсе была, она должна была определенным образом изменить состав пород, с которыми взаимодействовала. Инструментарий "Спирита" и "Оппортьюнити" позволял им находить такие изменения.

Кроме того, марсоходы должны были изучить минеральный состав Красной планеты, уточнить, какие геологические процессы происходили на ней в прошлом, а также подтвердить (или не подтвердить) данные наблюдений орбитальных зондов.

Перед тем как отправить "Спирит" и "Оппортьюнити" в путешествие длиной свыше 55 миллионов километров (именно таково расстояние от Земли до Марса в моменты их наибольшего сближения), ученые испытали прототипы марсоходов в пустыне в штате Аризона. Наконец, 10 июня 2003 года с космодрома на мысе Канаверал стартовала ракета-носитель "Дельта II" (Delta II), на борту которой находился "Спирит". Через семь месяцев марсоход, "укутанный" в кокон из надувных шаров, опустился на поверхность Марса в кратер Гусева. Этот кратер представляет собой воронку диаметром около 170 километров, оставшуюся после падения на Марс огромного метеорита. Исследователи выбрали в качестве места посадки именно это место, так как у них были веские основания полагать, что когда-то давно кратер Гусева был заполнен соленой водой.

Для того чтобы придумать аппаратам, обозначенным во время разработки скучной аббревиатурой MER (Mars Exploration Rover - ровер для исследования Марса), название, NASA организовало конкурс. В нем победила 9-летняя девочка Софи Коллис, родившаяся в Сибири.

Сразу по прилету "Спирит" передал на Землю фотографии окружающего его пейзажа. Следующие дни оказались не столь удачными. Сначала ученые не могли спустить аппарат с посадочной платформы, а затем у "Спирита" обнаружились проблемы с памятью, из-за которых бортовой компьютер марсохода постоянно перезагружался.

Окончательно привести "Спирит" в чувство удалось только к пятому февраля. "Выздоровевший" марсоход немедленно отличился тем, что просверлил в находящемся неподалеку от него камне Адирондак отверстие глубиной 2,7 миллиметра и диаметром 45,5 миллиметра. Изучив фотографии отверстия, также сделанные "Спиритом", ученые смогли узнать, какова структура Адирондака.

Еще через месяц марсоход собрал доказательства, что в кратере Гусева действительно была вода. Собственно, уже этого было бы достаточно для того, чтобы назвать миссию "Спирита" успешной. А так как он получил еще множество научных данных об окружающих его камнях и кратерах, специалисты приняли решение продлить продолжительность миссии свыше запланированных изначально 90 дней. "Оппортьюнити" работал не менее успешно, поэтому и ему продлили "контракт".

Ученые работают с моделью марсохода "Спирит". Фото NASA/JPL

Время шло, марсианское лето сменяла марсианская зима, а оба марсохода продолжали ползать по поверхности Марса и собирать информацию. Они передали на Землю гигабайты научных данных и тысячи фотографий. Аппараты выполнили все пункты программы исследований, включая обнаружение множества доказательств существования на Марсе воды (чуть позже - в августе 2008 года - марсианский зонд "Феникс" сумел из грунта Красной планеты). Миссии обоих марсоходов несколько раз продлевались. К 29 января 2010 года "Спирит" провел на Марсе 2160 солов (марсианских дней - один сол равен 24 часам и 39 минутам), "Оппортьюнити" - 2139 солов.

Не обходилось, конечно, и без неприятностей. Самой распространенной неполадкой у обоих марсоходов были сбои в работе памяти и периодические "глюки" со связью. Эти мелкие огорчения не очень сильно сказывались на работе аппаратов. Первая серьезная проблема наметилась 16 июня 2004 года - у "Спирита" начало заклинивать правое переднее колесо. Из-за этого увечья ученые вынуждены были корректировать движения марсохода. Например, на холмистые склоны "Спирит" поднимался задом наперед. В марте 2006 года сотрудники Лаборатории реактивного движения (JPL) при NASA объявили, что колесо окончательно отказало.

Катастрофа

Невзирая на хромоту "Спирит" продолжал исправно выполнять свои рабочие обязанности. В один из мартовских дней 2009 года он спокойно направлялся в сторону плато Home Plate. Неожиданно корка грунта под колесами марсохода треснула, и он попал в песчаную ловушку. Проанализировав сделанные "Спиритом" фотографии его бедственного положения, ученые заключили, что под днищем аппарата находится большой камень. Понять, касается ли он "брюха" марсохода, ученым не удалось даже после .

Астрономия и космические аппараты всегда вызывают живой интерес у публики. Для того чтобы все желающие могли следить за спасением "Спирита" практически в режиме реального времени, NASA открыло специальный сайт, названный Free Spirit ("освободить Spirit").

Даже на Земле вытащить застрявший в песке автомобиль бывает непросто. На Марсе, когда до конца неясно, как именно завяз аппарат и каковы свойства окружающего грунта, задача становится чрезвычайно сложной. Чтобы выработать оптимальную тактику спасения "Спирита" и окончательно не закопать его в песок, ученые сначала отрабатывали различные варианты действий на Земле. Специалисты использовали модели марсохода в натуральную величину. Двойники помещались в емкость, заполненную песком, свойства которого (предположительно) напоминали свойства марсианского грунта.

В ноябре 2009 года ученые попытались реализовать выбранные ими приемы на Марсе. Они посылали "Спириту" команды прокрутить то или иное колесо. Практически сразу выяснилось, что реальность намного более сурова, чем предполагалось. Многие команды марсоход отказывался выполнять, так как заложенная в его компьютер программа определяла, что угол наклона аппарата после выполнения операции будет слишком велик. Тем не менее, ученым удалось в нужном направлении. В ходе дальнейших попыток вызволить марсоход он увяз в грунте еще глубже, чем изначально. Кроме того, .

Новая жизнь

Затея вытащить "Спирит" выглядела все более безнадежной. В конце концов, специалисты приняли решение отказаться от нее. Отныне марсоход станет стационарной станцией для исследования Марса. Ученые уверяют, что даже замурованный в песке "Спирит" сможет провести еще множество полезных для науки наблюдений. В частности, он будет в состоянии тщательно изучить характеристики окружающего грунта и проводить мониторинг марсианской погоды.

Большинство заметок, посвященных "Спириту", представляют его как героического маленького бойца, упорно преодолевающего все трудности. Но вполне может быть, что он просто хочет домой .

Все эти научные свершения "Спирит" реализует следующей марсианской весной. В настоящее время в той части Марса, где находится марсоход, середина осени. Зимой Солнце находится очень низко над горизонтом, кроме того, его дополнительно скрывает песок, поднимаемый бурями. Все приборы "Спирита" получают энергию от его солнечных батарей, поэтому прежде всего ученые должны позаботиться о том, чтобы правильно разместить марсоход во время зимней спячки. Сейчас батареи аппарата наклонены к югу, а Солнце будет "висеть" над северной частью неба. В ближайшее время специалисты попытаются изменить наклон "Спирита" для того, чтобы его батареям доставалось хотя бы немного энергии.

Остается надеяться, что усилия ученых увенчаются успехом и "Спирит" встретит марсианскую зиму подготовленным. Тогда не исключено, что весной мы вновь услышим о новых открытиях, сделанных марсоходом.

Марсоход "Spirit" и "Opportunity"

10 июня 2003 г. в 17:58:46 UTC (13:58:47 EDT) со стартового комплекса SLC-17A станции ВВС США «Мыс Канаверал» был выполнен успешный пуск РН Delta 2 с американской автоматической межпланетной станцией MER-2, получившей собственное имя Spirit. Целью полета являлась доставка марсохода на поверхность Марса в кратер Гусев (15°ю.ш., 175°в.д.). Посадка была запланирована на 4 января 2004 г. в 04:11 UTC. Программа полета, ракета-носитель и сама станция обозначаются MER-A. 8 июля 2003 г. в 03:18:15 UTC (7 июля в 23:18:15 EDT) с соседнего стартового комплекса SLC-17B состоялся запуск РН Delta 2 с идентичной станцией MER-1, названной Opportunity. Второй марсоход прибыл к Марсу 25 января и в 04:56 UTC будет посажен в район 2°ю.ш., 5°в.д. на равнине Меридиана. Эта миссия имеет техническое обозначение MER-B.


Лобовой экран посадочного модуля MER. Все вместе имеет массу 1077 кг, из которых 179 кг приходится на ровер, 369.5 кг - на посадочное устройство, 84 кг - на лобовой экран, 209 кг - на хвостовой обтекатель и парашютную систему.	Справа - так выглядела посадка на Марс первого марсохода Spirit. В таком коконе из надувных шаров марсоходы опускались на поверхность. Cлева - конструкторы марсоходов позаботились не только о высокой проходимости и хорошем обзоре, но и о неопрокидываемости этих умелых лабораторий. Высота расположения телекамер - 1,5 м, размах солнечных батарей - 2,3 м, диаметр колеса - 10 дюймов, масса ровера - 174 кг.

Кратер Гусев (крупный в центре) и долина Маадим - сухое русло, по которому в прошлом текла вода. В этом районе находится марсоход Spirit.	Структура и строение роверов NASA

Решение об отправке на Марс в астрономическое окно 2003 г. двух марсоходов MER было принято летом 2000 г. Каждый из них - это робот-геолог, оснащенный аппаратурой для анализа состава марсианских пород в радиусе нескольких сотен метров. Общая цель миссии - выяснить историю воды на Марсе и ее роль в геологии и климате планеты. Задачи роверов MER были сформулированы следующим образом:
- Найти и описать различные типы пород и грунта, имеющие следы воздействия воды в прошлом; - Изучить районы, выбранные по результатам съемок с орбиты, в которых предсказаны следы физического или химического воздействия воды; - Определить пространственное распределение и состав минералов, пород и грунта, окружающих место посадки; - Определить природу местных поверхностных геологических процессов по морфологии и химии поверхности; - Подтвердить результаты дистанционного зондирования с орбиты, оценить количество и масштаб неоднородностей; - Определить относительное количество разных железосодержащих минералов, которые содержат связанную воду или гидроксилы, а также железосодержащих карбонатов; - Описать минеральные ассоциации и текстуры разных типов пород и грунта в геологическом контексте; - На основе геологического исследования определить условия среды, при которых существовала жидкая вода, и оценить их пригодность для жизни.
Два района работы марсоходов были объявлены 11 апреля 2003г.: 150-километровый кратер Гусев и Земля Меридиана. В первом съемками с КА Mars Global Surveyor и Mars Odyssey 2001 выявлен рельеф, очень напоминающий высохшее озеро, а от кратера тянется речная долина Маадим длиной около 900 км. Во втором районе имеются большие залежи серого гематита - минерала, который обычно (но не всегда) формируется в присутствии жидкой воды. Выбрать две точки, ценные с научной и достижимые с технической точки зрения - такова была задача комиссии, которую возглавляли д-р Мэтт Голомбек (JPL) и д-р Джон Грант (Национальный аэрокосмический музей США) и в которой работали более 100 ученых. На первом этапе отбора на поверхности Марса были выявлены 155 или 185 (по разным сообщениям) мест, удовлетворяющих «техническим» требованиям. Место должно находиться недалеко от экватора, в низине. Уклон должен быть невелик. Камней и пыли должно быть немного. Далее в расчет бралась научная «ценность» каждой точки, и в декабре 2001г отобрали четыре из них. Уже в марте 2002г предполагалось сократить их число до двух и в мае, за год до запуска, - утвердить. Однако прошел еще почти год, пока обе точки были названы официально. Почему? Во-первых, к каждой из четырех точек-кандидатов были замечания, серьезность которых требовалось проверить дополнительной съемкой. Во-вторых, до самой весны 2003г в NASA не были уверены, успеют ли они подготовить к астрономическому окну оба ровера. Достаточно сказать, что лишь 16 января 2003 закончились испытания в аэродинамической трубе парашютной системы MER. Поэтому точки объявили тогда, когда стало совершенно ясно: «Успеваем!».
Космический аппарат MER по своей структуре напоминает русскую матрешку. Внутри - собственно ровер, шестиколесный марсоход. Следующий компонент - посадочное устройство с тремя боковыми треугольными лепестками, раскрытие которых после посадки приводит к принудительному переворачиванию в правильное положение. Чтобы ровер уместился внутри «тетраэдра», его мачта кладется набок, панели солнечных батарей складываются кверху, а передняя пара колес выворачивается причудливым образом. Снаружи на четыре грани «тетраэдра» устанавливаются по шесть надувных амортизаторов, аналогичных использованным на станции Mars Pathfinder. Весь этот «клубок» помещается на лобовой экран и прикрывается сверху хвостовым обтекателем со смонтированной на нем парашютной системой. Спускаемый аппарат собран. Осталось поместить его на перелетную ступень - и вот КА MER готов!
Все это вместе имеет массу 1077 кг, из которых 179 кг приходится на ровер, 369.5 кг - на посадочное устройство, 84 кг - на лобовой экран, 209 кг - на хвостовой обтекатель и парашютную систему и, наконец, 190.5 кг - на перелетную ступень, которая заправляется 45 кг топлива для коррекций. Перелетная ступень имеет диаметр 2.65 м при высоте 1.60 м. Она оснащена солнечными батареями. Система ориентации со звездным и солнечным датчиками обеспечивает заданный режим полета - закрутку со скоростью 2 об/мин. Двигательная установка для коррекции траектории и направления оси вращения включает два титановых бака топлива (гидразин) и два комплекта двигателей по четыре в каждом. Посадочная платформа изготовлена из композиционного материала и, помимо электроприводов боковых лепестков, имеет моторы подтягивания сдутых амортизаторов, трап для схода ровера, радиовысотомер и две антенны.
Ровер с развернутыми панелями солнечных батарей и поднятой штангой имеет длину 1.6 м, ширину 2.3 м и высоту 1.5 м. Он втрое длиннее своего знаменитого предшественника Sojourner’а и в 18 раз тяжелее. Корпус ровера изготовлен из сотового композиционного материала с теплоизоляцией из аэрогеля. Внутри его электронагревателями и восемью радиоизотопными источниками (2.7 г двуокиси плутония-238 в каждом) поддерживается температура не ниже -20°C. Здесь размещены аккумуляторные батареи, 32-битный компьютер Rad-6000 (20 млн операций в секунду, 128 Мбайт оперативной и 3 Мбайт постоянной памяти) и служебная аппаратура. На треугольной верхней плоскости установлены три антенны - остронаправленная HGA, ненаправленная LGA и антенна UHF-диапазона для ретрансляции через спутники Марса - и штанга научной аппаратуры. Остальная ее часть и две откидные створки заняты трехслойными фотоэлементами общей площадью 1.3 м 2 и суммарной мощностью 140 Вт. Пять литий-ионных аккумуляторных батарей используются во время спуска, а две из них питают ровер марсианской ночью.
Ходовая часть ровера включает шестиколесное шасси со специальной подвеской, позволяющей ему преодолевать высокие препятствия. Колеса ровера алюминиевые, диаметром 26 см. Центр масс аппарата находится очень низко, что позволяет ему не опрокидываться при наклоне до 45° в любую сторону. В бортовом компьютере, однако, запрограммировано ограничение по уклону в 30°. Независимый привод передних и задних колес позволяет роверу развернуться на месте. Бортовое навигационное ПО обеспечивает движение к заданной с Земли цели с обходом препятствий, которые «видят» две пары навигационных камер - передняя и задняя. Ожидаемая протяженность маршрута запланированная для каждого ровера - 600 м, максимальный суточный переход - до 40 м, максимальная скорость - 5 см/с, средняя - 1 см/с.
Через антенну HGA ровер может вести передачу со скоростью более 11 кбит/с. Примерно половина информации будет, однако, передана не напрямую, а через орбитальные ретрансляторы MGS, Mars Odyssey и - в порядке демонстрации совместимости - через Mars Express.

Научная аппаратура (Athena)
Панорамная камера PanCam (Panoramic Camera). Эта цветная стереокамера служит для получения панорам с разрешением 1’ на пиксел, определения характера поверхности и препятствий движению, выбора образцов для изучения, а также поиска следов, оставленных водой. Она размещается на штанге на высоте около 1.3 м над грунтом. Два объектива разнесены на 30 см, а угол между осями составляет 1°. Штанга может поворачиваться на 360° относительно вертикальной оси, а головка объективов наклоняться на угол от -90° до +90°. Камера использует ПЗС-детекторы с матрицей 1024x2048, причем одна ее «половинка» ведет накопление «картинки», а вторая используется как буфер для передачи кадра. Поле зрения камеры - 16.8x16.8° при фокусном расстоянии 38 мм и относительном отверстии 1:20, глубина резкости - от 1.5 м до бесконечности. Имеются восемь фильтров: «прозрачный» на диапазон 400-1100 нм и узкополосные. Рядом с PanCam установлена черно-белая широкоугольная навигационная стереокамера меньшего разрешения.
Термоэмиссионный спектрометр Mini-TES (Mini-Thermal Emission Spectrometer) определяет по инфракрасному излучению минеральный состав деталей окружающего рельефа (карбонаты, силикаты, органические молекулы, минералы, сформированные в воде) и позволяет выбрать образцы для детального изучения. Кроме того, определяется тепловая инерция камней и грунта. Прибор также планируется использовать для составления детального профиля температуры в пограничном слое марсианской атмосферы. Mini-TES представляет собой интерферометр Майкельсона на диапазон 5-29 мкм; угловое разрешение составляет 20 или 8 мрад (1.1 и 0.45°). Прибор размещен в корпусе ровера и использует мачту панорамной камеры как перископ. Он ограничен пределами от -50° до +30° по углу места.
Четыре инструмента для детального исследования образцов находятся на манипуляторе IDD (Instrument Deployment Device) в передней части ровера. Их работу можно наблюдать с передней пары навигационных стереокамер:
Альфа - и рентгеновский спектрометр APXS (Alpha-Particle and X-ray Spectrometer) определяет элементный состав пород и грунта (за исключением водорода). Образцы зондируются альфа-частицами и рентгеновскими лучами, испускаемыми радиоактивным изотопом кюрий-244, а энергетический спектр рассеянных альфа-частиц и вторичных рентгеновских лучей регистрируется. Имея самостоятельную ценность для определения истории коры Марса, процессов выветривания и воздействия воды, данные APXS облегчают и дополняют анализ минерального состава с помощью других инструментов.
Мёссбауэровский спектрометр (Moessbauer Spectrometer) с двумя радиоактивными источниками на кобальте-57 определяет с высокой точностью структуру ядерных уровней железа-57, что позволяет установить состав и относительное количество железосодержащих минералов. Кроме того, будут определены магнитные свойства поверхностных материалов, по которым можно судить о природных условиях в ранние эпохи существования Марса. Это очень «медленный» прибор - одно измерение требует 12 часов работы.
Камера-микроскоп (Microscope Imager) позволяет рассмотреть анализируемые другими приборами образцы пород и грунта на масштабах в сотни микрометров. При этом будут видны характерные особенности осадочных пород, образовавшихся в воде, детали, связанные с вулканической активностью и метеоритной бомбардировкой, а также, возможно, те детали в марсианских карбонатах, которые исследовательская группа Криса МакКея считает микроокаменелостями биологического происхождения. Фокусное расстояние камеры составляет 20 мм, поле зрения - 31x31 мм, матрица - 1024x1024 пиксела, разрешение - 30 мкм/пиксел, изображение панхроматическое (400-680 нм).
Чтобы очистить образцы от пыли и выветренных поверхностных слоев, используется шлифовальное устройство RAT (Rock Abrasion Tool). С его помощью с образца базальта за 2 часа можно снять до 5 мм на площадке диаметром 45 мм.
Кроме того, каждый ровер имеет три магнитные ловушки с магнитами различной силы, на которых будут оседать обладающие магнитными свойствами частицы пыли. Одна ловушка установлена на передней части ровера и доступна для анализа спектрометрами, вторая находится на верхней плоскости в поле зрения панорамной камеры, а третья - на устройстве RAT. Наконец, на корпусе ровера имеются калибровочные мишени для трех спектрометров и цветная калибровочная таблица для панорамной камеры, выполненная в форме солнечных часов.

Первый запуск: подготовка и ход полета 2003

Запуски двух станций планировались в период с 30 мая по 19 июня и с 25 июня по 15 июля 2003 г. 27 января в Космический центр имени Кеннеди были доставлены для предстартовой подготовки компоненты станции MER-2 - перелетная ступень, посадочная ступень и аэродинамический экран. 24 февраля в Корпус обслуживания опасных ПН привезли такой же комплект MER-1 плюс марсоход MER-2. Наконец, 11 марта прибыл марсоход MER-1. На космодроме сразу же были проведены функциональные испытания КА. На ровере MER-2, который шел по графику первым, 6 и 9 марта проверили развертывание створок посадочного устройства, солнечных батарей ровера, подъем мачты с камерой и сделали контрольную съемку с этой камеры. 20-23 марта аппарат прошел второй функциональный тест, и 28 марта марсоход был установлен на посадочное устройство.
Ровер MER-1 проверили 21 марта на маневрирование среди препятствий, имитирующих поверхность Марса. 31 марта был проведен тест развертывания солнечных батарей и камеры, 2 апреля - развертывание и проверка штанги научной аппаратуры, 4 апреля - второй функциональный тест. В это время была обнаружена серьезная проблема. В полете ровер с его компьютером и аппаратура на посадочной платформе и перелетной ступени соединены кабелями, которые перерезаются перед разделением соответствующих компонентов. При испытаниях «вдруг» выяснилось, что аппарат может неправильно отреагировать на сбойные «сигналы», формирующиеся в момент перерезания кабелей. Кабельная сеть на обоих аппаратах потребовала доработки, из-за которой старт первого аппарата отложили до 5 июня.
В конце апреля был полностью собран посадочный комплекс MER-2: посадочная ступень и на ней ровер, защищенные экраном, а 7 мая он был состыкован с перелетной ступенью. 11 мая аппарат был заправлен и 23 мая собран в головной блок вместе с третьей, твердотопливной ступенью ракеты. Сборка ракеты на стартовом комплексе SLC-17A началась с установки 1-й ступени 23 апреля и 2-й ступени 28 апреля. После испытаний 1-й ступени на нее навесили девять стартовых ускорителей - 13, 14 и 15 мая по три штуки. Утром 27 мая головной блок привезли на старт и установили на ракету, а 31 мая закрыли головным обтекателем. 28 мая запуск был отложен на 3 дня, до 8 июня. Выбранные названия КА, как и имя победителя конкурса, были торжественно объявлены в прямом телевизионном репортаже из Космического центра имени Кеннеди на мысе Канаверал 8 июня 2003 года. Руководитель NASA и маленькая светловолосая девочка убрали кусок ткани, прикрывавший стенд, и все увидели два слова из разноцветных букв - Spirit и Opportunity-«Дух» и «Возможность». Девятилетняя ученица третьего класса из аризонского города Скоттсдейл Софи Коллис, ставшая победительницей конкурса, предложила эти слова, вспоминая свою детскую мечту о полете к звездам. «Звездный дух» зародился у нее, когда она еще жила в детдоме в Сибири. Удочеренная несколько лет назад американской семьей. 8 июня было два «мгновенных» стартовых окна - в 14:05:55 и 14:44:07 EDT. Запуск не удалось выполнить из-за плохой погоды - сильный ветер, гроза. Та же история повторилась и 9 июня, и лишь 10 июня в первое из двух «окон» Delta 2 стартовала. Через 9 мин 39 сек вторая ступень вышла на опорную орбиту высотой около 170 км. После 15-минутной баллистической паузы в T+26 мин 29 сек прошло второе включение ДУ 2-й ступени с подъемом орбиты до 163x4762 км. На этой орбите отделился головной блок, и в T+30 мин 30 сек прошло включение РДТТ Star-48B. Наконец, в T+36 мин 40 сек прошло отделение КА. Сигнал от него принят через 51 мин.

3 января 2004 высоко в небе Марса промелькнул огненный след, напоминающий метеор. Там, где он погас, появилась светлая точка, плавно перемещавшаяся по небу и постепенно увеличивающаяся в размере. Затем под парашютом стал раздуваться белый кокон, напоминающий комок гигантских слипшихся шариков для пингпонга, состоящий из 24 выпуклых полусфер. В непосредственной близости от поверхности Марса парашют, отброшенный направленным взрывом пиропатронов, отскочил в сторону, вспыхнули и погасли тормозные двигатели и с высоты 10-15 м кокон упал на планету, подпрыгнул на несколько метров, еще раз упал, снова подпрыгнул - и так пять раз. Каждый прыжок становился все ниже и ниже, пока странный предмет не замер неподвижно, теряя свою форму, и наконец совсем обмяк - как будто из надувной игрушки выпустили воздух. Когда сдувшаяся оболочка опала на грунт, то обнаружилось, что внутри нее находится металлическая платформа, на которой расположена сложной формы конструкция с шестью колесами - марсоход Спирит. 20 дней спустя вся эта картина повторилась с точностью до мельчайших деталей, но уже совсем в другом районе Марса - на противоположной стороне планеты. Так началась марсианская одиссея двух роботов-вездеходов, чтобы искать ответ на давний вопрос: «Есть ли жизнь на Марсе?»

Строение марсоходов и их инструменты

Вездеходы Mars Exploration попытаются определить историю геологии и климата мест Марса, которые, как считают ученые, были благоприятными для формирования жизни. Каждый вездеход оснащен блоком инструментов, которые будут использоваться для исследований.
Для миссии Mars Exploration существуют следующие приоритеты в исследованиях:
1) Поиск разнообразных скал и почв, содержащих информацию о деятельности воды (минералы, осадки, испарение, гидротермальная деятельность)
2) Определение содержания минералов в пространстве на месте посадки.
3) Определение геологических процессов, происходивших на Марсе.
4) Уточнение и подтверждение данных дистанционного зондирования в местах посадки.
Для выполнения научных задач вездеходы обладают следующими приборами:
Инструменты, предназначенные для осмотра:
1) Панорамная камера с высоким разрешением будет делать стерео изображения. Она дополняет камеры навигации вездехода. Панорамы с Марса будут с очень высоким разрешением. Угловое разрешение камеры в 3 раза выше, чем на камерах Mars Pathfinder. Снимки камер помогут ученым определить, какие скалы подвергать исследованию другими приборами, а также они помогут заметить следы водной эрозии, если такие существуют.
2) Мини-температурный спектрометр , видит инфракрасное излучение, выдаваемое объектами. Прибор может определить издалека минеральную композицию марсианской поверхности. Он поможет выбрать специфические почву и камни для подробных исследований. Наблюдение в инфракрасном диапазоне позволяет видеть сквозь пыль, которая покрывает скалы. Прибор может определить наличие карбонатов, силикатов, органических молекул и минералов, формировавшихся в присутствии воды. Инфракрасные данные также помогут ученым определить возможность удерживать тепло скалами и почвой. Кроме изучения скал, прибор может изучить инфракрасное излучение атмосферы. Эти данные дополнят материалы, полученные термическим спектрометром Mars Global orbiter, находящийся сейчас на орбите, около Марса.
Инструменты в рычаге (смотрите рисунок):
1) Прибор Microscopic - комбинация микроскопа и камеры (предел видимости прибора около ста микрон). Блок формирования изображения поможет определить осадочные скалы, которые формировались в воде, и таким образом поможет ученым смоделировать прошлую водную среду Марса. Этот инструмент также даст информацию о скалах, сформировавшихся под действием вулканического влияния.
2) Поскольку многие наиболее важные минералы содержат железо, на аппарате установлен спектрометр Mossbauer предназначенный для определения с высокой точностью содержания железа. Идентификация железа в минералах даст информацию о ранних марсианских условиях. Спектрометр также способен изучать магнитные свойства поверхностных материалов и определяющих минералов, формированных в горячих, водянистых средах, которые могли бы сохранить ископаемое подтверждение марсианской жизни. Энергетическая установка прибора - два радиоактивных источника, содержащих cobalt-57, каждый из них размером с обычный карандашный ластик.
3) Рентгеновский спектрометр альфа частиц точно определяет элементы, из которых состоят скалы и почва. Эта информация поможет дополнить анализ минералов, осуществленный другими приборами.
4) На рычаге аппарата установлен также прибор для очищения скал. Прибор подвергает расчистки область диаметром 4,5 см в диаметре и 5мм в глубину.
Кроме того, на аппаратах установлены сборщики пыли, находящейся в воздухе. Пыль будет подвергаться исследованиям рентгеновским спектрометром. Устройства эти изготовлены в Дании.

В январе 2005 года по предложению нидерландского астронома, открывшего два новых астероида, Международный астрономический союз присвоил им названия Spirit и Opportunity, отметив тем самым годовщину успешной работы марсоходов на поверхности Марса. Это стало первым случаем, когда астероиды назвали в честь космических станций. До сих пор для этого использовали имена мифологических персонажей, фамилии людей и названия городов. Теперь по своим орбитам, пролегающим между Марсом и Юпитером, движутся каменные тезки марсоходов - небольшие астероиды Spirit и Opportunity. Диаметр первого равен 5 км, а второго - 7. Они совершают один оборот вокруг Солнца за 8 лет.

Марсоход «Spirit» или «MER-A» (Mars Exploration Rover - A) - первый ровер НАСА из двух запущенных в проекте «Mars Exploration Rover». Миссия стартовала 10 июня 2003 года, а мягкая была совершена 4 января 2004 года, на три недели опередив посадку ровера (MER-B), который был доставлен в другой район планеты. Срок работы ровера значительно превысил изначально планировавшиеся 90 солов (марсианских суток). Это произошло потому, что солнечные элементы марсохода эффективно очищались марсианским ветром, из-за чего марсоход «Спирит» эффективно работал долгое время.

1 мая 2009 года (спустя более чем 5 лет после посадки), марсоход забуксовал в песчаной дюне. Такие происшествия происходили и раньше, и следующие 8 месяцев специалисты NASA тщательно его анализировали: выполняли моделирование участка, программирование, продолжали попытки освободить марсоход. Это продолжалось до 26 января 2010 года, когда было объявлено, что ровер «Spirit» будет использоваться как стационарная платформа.

Последний раз связь с Землей состоялась 22 марта 2010 года, хотя специалисты «JPL» пытались восстановить связь с марсоходом до 24 мая 2011 года. Церемония прощание со «Спиритом», состоявшаяся в штаб-квартире НАСА, транслировалась по NASA TV.

Конструкция и связь с Землей

Электроэнергия, необходимая для работы систем ровера, вырабатывалась панелями фотоэлементов, расположенных на «крыльях» аппарата и состоявших, для повышения надежности, из отдельных ячеек. Они были сконструированы специально для марсоходов «Спирит» и «Оппортьюнити», их конструкция предусматривала достижение максимальной освещенной площади.

Впервые при исследования Марса были использованы солнечные батареи с тройным слоем арсенида галлия. Такие фотоэлементы могут преобразовать большее количество солнечного света, чем их устаревший вариант, установленный на . Солнечные батареи марсохода содержат три слоя фотоэлементов, что позволяло выработать больше электроэнергии для зарядки аккумуляторов. Ровер был укомплектован двумя литий-ионными аккумуляторами с ёмкостью 8 А*ч каждый.

Ровер «Спирит» управлялся блоком под названием «Мозговой центр», защищенным от действия низких температур. В центре марсохода находился так называемый «Тепловой блок электроники», отвечавший за перемещение ровера, а также за управление манипулятором. Управление осуществлялось бортовым компьютером, построенном на 32-битном радиационно-стойком процессоре RAD6000 с частотой 20 МГц. В его распоряжении было 128 мегабайт оперативной памяти и 256 мегабайт постоянной памяти на флэш-накопителе.

«Тепловой блок электроники» был установлен в модуле «Электроника марсохода», находившемся точно в центре аппарата. Тепло от обогревателей удерживалось золотой плёнкой на стенках блоков, ведь ночью температура на Марсе может упасть до - 96 °C. В роли термоизоляциии выступал слой из аэрогеля - уникального материала, обладающего рекордно малой плотностью, высокой твёрдостью, прозрачностью, жаропрочностью, чрезвычайно низкой теплопроводностью и т. д. За то, что плотность аэрогеля всего в 1,5 раза больше плотности воздуха его называют «твёрдым дымом».

Марсоходы миссии «MER» для связи с землей использовали спутник , находящийся на орбите красной планеты. Окно общения с марсоходами составляло 16 минут, после чего спутник уходил за горизонт; марсоход «Спирит» передавал данные орбитальному аппарату в течение 10 минут. Основной объем научных данных передавался на Землю с помощью антенны марсохода, которая использовалась для связи со спутником «Марс Одиссей» в дециметровой части диапазона (UHF). Около 8 % всех данных было передано через марсианский спутник , также применявшийся для ретрансляции сигнала на Землю, до его поломки в ноябре 2006 года. Небольшое количество информации было передано непосредственно с марсохода на Землю с помощью антенны X-диапазона.

Цели исследований

Главной целью проекта было исследование осадочных пород, которые планировалось найти в кратерах Гусева, Эребус и соседних, где предположительно находилось древнее озеро или море. Однако классических осадочных пород найдено не было, в основном были найдены образцы, имеющие вулканическую природу.

Научные цели миссии заключались в поиске и описании разнообразных горных пород и типов почвы, свидетельствующих о присутствии в прошлом воды на поверхности планеты. Планировалось:

найти образцы с минералами, которые отложились при воздействии осадков, испарении воды, осаждении или гидротермальной деятельности;
исследовать минералы, горные породы и почву на месте посадки аппарата;
установить характер и вид геологических процессов, влиявших на формирование рельефа местности. Механизмы этих процессов могут заключаться в водной или ветровой эрозии, отложении осадков, гидротермальных явлениях, вулканизме и образовании кратеров;
провести калибровку и проверку исследования поверхности, сделанного Марсианским разведывательным спутником (MRO), что поможет в оценке точности и эффективности приборов, использующихся для исследования геологии Марса с орбиты;
заняться поиском железосодержащих минералов, выявлением и количественной оценкой относительных величин содержания определенных типов минералов, содержащих воду или сформировавшихся в воде, например, железосодержащих карбонатов;
классифицировать минералы и геологические текстуры, определить процессы их образования;
выяснить геологические причины, сформировавшие окружающую среду Марса в прошлом, когда на поверхности планеты находилась жидкая вода. Оценить то, насколько такие условия подходили для существования жизни.

Освоение Марса – непростой процесс. И начало ему должны положить вовсе не люди, а марсоходы – полностью автономные аппараты, способные не только перемещаться по поверхности планеты, но и проводить различные исследования и передавать все полученную информацию на Землю.

Такой подход к освоению Марса люди применяют довольно давно, и сейчас благодаря марсоходам об этой планете известно очень много.

Самыми первыми были советские аппараты – Марс-2 и Марс-3, достигшие планеты в 1971 году. Однако им очень не повезло – посадка происходила в условиях сильной пылевой бури и Марс-2 27 ноября 1971 года разбился при посадке. Марсу-3 удалось приземлиться 2 декабря, и он начал передавать даже картинку, но длилось это всего 14.5 секунд, после чего связь прервалась и что там случилось, до сих пор неизвестно. Однако миссия не была полностью провалена – орбитальная станция продолжала работать почти год и присылать массу важнейших данных о планете.

Так выглядел советский аппарат Марс-3

Любопытно, что ученые в то время знали о поверхности Марса настолько мало, что было непонятно, как по ней передвигаться. Поэтому советские марсоходы были снабжены подобием лыж – на случай, если Марс покрыт песком, снегом или льдом.

Миссия Viking

Викинг-1 – первый успешно приземлившийся, или примарсившийся на Марсе аппарат. Он был запущен НАСА 20 августа 1975 года, а приземлился 20 июля 1976 года. Он передал первые удачные снимки непосредственно с поверхности планеты, и люди впервые увидели марсианские ландшафты, притом в цвете.

Миссия состояла из собственно спускаемого аппарата и спутника, который остался на марсианской орбите. Этот спутник проработал до 7 августа 1980 года, а спускаемый модуль – до 11 ноября 1982 года. В итоге при обновлении программы и перезагрузке системы была допущена ошибка и аппарат навсегда замолчал.

Викинг на Марсе

Был еще и Викинг-2, который приземлился в то же время на другой стороне планеты. Этот аппарат проработал 4 года, пока его аккумуляторы полностью не израсходовали свой ресурс.

Викинги – первый реально удачный шаг в освоении Марса, сделанный еще в 70-х — 80-х годах.

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.

Программа Mars Surveyor 98 – неожиданный провал

Эта программа НАСА стартовала 3 января 1999 года и предусматривала два режима работы. Аппарат Mars Climate Orbiter должен был изучать планету, находясь на орбите, и служить ретранслятором для передачи данных на Землю со второго аппарата. Mars Polar Lander должен был спуститься на планету. Кроме того, на спускаемом модуле имелись зонда-пенетраторы, которые на большой скорости должны были вонзиться в поверхность планеты и передать данные о составе грунта.

Добравшись до Марса 23 сентября, аппарат Mars Climate Orbiter потерпел аварию при выходе на орбиту вокруг планеты.

3 декабря второй аппарат – Mars Polar Lander, вошел в атмосферу для посадки, и больше на связь не вышел. Поиски сигнала в течении полутора месяцев, в том числе с межпланетной станции, результата не дали. По итогам этого провала в дальнейшем было решено отказаться от такого метода исследования, когда используется два аппарата в связке – спускаемый и орбитальный. Неудача одного губит всю миссию.

Причинами провала программы Mars Surveyor 98 считают спешку при её подготовке и недостаточное финансирование – оно было минимум на 30% меньше, чем требовалось.

Beagle – 2 – еще одна неудача

Посадочный модуль Бигль-2 был разработан британскими учеными, а название ему было дано в честь корабля, на котором путешествовал Чарльз Дарвин. Миссия «Марс-экспресс» стартовала в 2003 году, но завершилась полной неудачей – модуль сел на Марс, но связь с ним не состоялась.

Лишь в 2015 году, спустя 12 лет, на снимках, сделанный одним из орбитальных аппаратов НАСА, Бигль-2 был опознан и стало понятно, почему он не вышел на связь после посадки. Солнечные батареи модуля должны были раскрылись полностью, чтобы радиоантенна могла принимать команды со спутника-ретранслятора и передавать данные. Однако панели раскрылись лишь частично, загородив антенну, и аппарат не смог ничего принять или передать, превратившись в очередной памятник.

Марсоход Spirit

2004 год для НАСА был триумфальным в плане изучения Марса. Сразу несколько запущенных марсоходов успешно достигли Марса и также успешно выполнили свои задачи, а некоторые из них и сейчас работают.

Марсоход Спирит сел на планету 4 января 2004 года, и планировалась его работа в течении 90 солов, за которые ему нужно было преодолеть около 600 метров. Однако на деле марсоходу помог ветер, сдувавший пыль с солнечных батарей, благодаря чему выработка электроэнергии стала эффективнее, чем планировалось. В итоге Спирит вместо 600 метров преодолел 7.73 км и проработал до 22 марта 2010 года – более 6 лет!

В последнее время своей работы марсоход использовали как стационарную платформу, так как 1 мая 2009 года он застрял в дюне и вызволить его оттуда не смогли. Несмотря на это, марсоход оставался на связи и продолжал исследования, хотя перемещаться не мог. 22 марта 2010 года марсоход окончательно замолчал, хотя еще целый год специалисты пытались наладить с ним контакт.

Любопытно, что название «Спирит» марсоходу дала русская девочка, которая родилась в Сибири, но была удочерена американцами. Когда НАСА проводило конкурс, это название победило.

Марсоходы Sojourner (маленький), Opportunity (средний) и Curiocity (большой)

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.

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. 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:

Описание миссии Curiosity заслуживает отдельной статьи, из-за огромного количества интересной информации.

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 .