6 августа 2012 года марсоход НАСА Curiosity успешно приземлился на марсианский грунт, положив начало одной из самых амбициозных и продолжительных миссий по исследованию планеты Марс.
Созданный для изучения возможности существования микробной жизни на Марсе в прошлом или настоящем, Curiosity значительно превзошел свою первоначальную двухлетнюю миссию, продолжая работать и предоставлять ценные данные в течение более десяти лет. С декабря 2012 года миссия была продлена на неопределенный срок, и сегодня, 6 августа 2024 года, исполняется 12 лет с тех пор, как Curiosity находится на поверхности Марса.
Эта мобильная лаборатория размером с автомобиль и весом около 900 кг оснащена набором самых современных научных приборов, которые позволяют ей с беспрецедентной точностью анализировать марсианскую геологию, климат и окружающую среду. За 12 лет исследований, начиная с кратера Гейла, куда он прибыл, Curiosity преодолел более 29 км, поднялся на горы, пересек русла древних озер и произвел революцию в нашем понимании истории Марса и его пригодности для жизни.
Миссия Mars Science Laboratory, главным героем которой является Curiosity, представляет собой один из самых амбициозных проектов в истории освоения космоса. Главная цель миссии — определить, была ли на Марсе среда, способная поддерживать микробные формы жизни. Для достижения этой цели Curiosity был оснащен целым рядом сложных научных приборов, включая спектрометры, камеры высокого разрешения, роботизированный манипулятор и миниатюрную химическую лабораторию.
Марсоход оснащен шестью колесами диаметром 50 см, каждое из которых имеет независимый привод, что позволяет ему поворачивать на месте, выполнять развороты и даже заниматься «скалолазанием».
При разработке и осуществлении миссии были поставлены серьезные технические задачи. Марсоход должен был работать в крайне неблагоприятных условиях: при температурах от -90°C до 0°C, сильной радиации и огромных пылевых бурях. Кроме того, сложность научных приборов требовала надежной и долговечной системы питания. Решением стало использование радиоизотопного термоэлектрического генератора (RTG), который преобразует тепло, выделяемое при распаде плутония-238, в электричество.
Еще одной серьезной проблемой стала связь с марсоходом. Для того чтобы Curiosity мог принимать самостоятельные решения, были разработаны сложные системы автономности и планирования деятельности. Связь с Землей может осуществляться и напрямую, на скорости до 32 кбит/с, но большая часть данных передается через Mars Reconnaissance Orbiter и Mars Odyssey.
Посадка Curiosity на Марс 6 августа 2012 года, как и каждая посадка марсохода на Марс, стала моментом чрезвычайного напряжения и сложности, известным как «Семь минут страха». Эта критическая фаза миссии потребовала последовательности чрезвычайно точных и автоматизированных маневров, чтобы вывести марсоход со скорости входа в марсианскую атмосферу около 21 000 км/ч до контролируемого спуска на поверхность.
Процесс посадки начался с входа в марсианскую атмосферу с использованием теплового щита для защиты от экстремальных температур, возникающих при трении. Затем раскрылся большой парашют, чтобы еще больше замедлить спуск. После достижения нужной скорости и высоты тепловой экран был выпущен, что позволило марсоходу использовать посадочный радар для определения своего точного положения относительно земли.
На заключительном этапе посадки был задействован «небесный кран» — система, никогда ранее не использовавшаяся в межпланетных миссиях. На этом этапе аппарат, в котором находился Curiosity, замедлялся с помощью восьми ретроракет, пока не оказался на высоте около восьми метров над марсианской поверхностью. Здесь трос опускал марсоход до соприкосновения с поверхностью, после чего датчик давал сигнал на отсоединение от скайкрана, который затем отходил в сторону, чтобы упасть на безопасном расстоянии. Его использование значительно повысило точность посадки.
Рендер небесного крана, опускающего Curiosity на марсианский грунт.
Выбор кратера Гейла в качестве места посадки Curiosity не был случайным. Этот кратер диаметром около 154 км и глубиной почти 5 км предоставляет исключительную возможность для изучения геологической истории Марса. В центре кратера возвышается гора Шарп (официально Aeolis Mons), слоистая гора высотой около 5 км, которая содержит геологическую запись миллиардов лет марсианской истории.
Кратер Гейла был выбран после длительного процесса оценки с участием международного научного сообщества. Орбитальные снимки показали наличие глины и сульфатных минералов в нескольких областях кратера, что указывает на присутствие воды в прошлом. Кроме того, слоистая структура горы Шарп позволяла изучать различные геологические эпохи Марса, просто поднявшись на склон горы.
Геология кратера Гейла особенно интересна, потому что в ней видны признаки среды, которая менялась с течением времени. Породы у основания горы содержат свидетельства древней озерной среды, в то время как верхние слои демонстрируют признаки климата, который постепенно становился все более сухим. Этот переход может дать важные подсказки о том, как и почему Марс превратился из потенциально пригодной для жизни планеты в засушливую, которую мы видим сегодня.
Вид с марсохода Curiosity на кратер Гейла в 2013 году.
Curiosity провел годы на Марсе, методично исследуя кратер Гейла, двигаясь от зоны посадки к склонам горы Шарп. По пути он анализировал горные породы и осадочные отложения, давая беспрецедентные сведения о геологической и климатической истории планеты.
За 12 лет исследований Curiosity сделал множество открытий, которые произвели революцию в нашем понимании Марса. Одним из самых значительных стало подтверждение того, что в кратере Гейла когда-то существовала озерная среда, в которой могла поддерживаться микробная жизнь. Проанализировав отложения дна озера, Curiosity обнаружил присутствие химических элементов, необходимых для жизни: углерода, водорода, кислорода, азота, серы и фосфора.
Еще одним важным открытием стало обнаружение сложных органических молекул в марсианских породах. Хотя эти молекулы не обязательно имеют биологическое происхождение, их наличие говорит о том, что на Марсе существуют условия для сохранения потенциальных биопризнаков.
Curiosity также обнаружил сезонные колебания уровня атмосферного метана — газа, который на Земле образуется в основном в результате биологических процессов. Это позволило получить новую информацию об истории марсианской атмосферы, подтвердив, что за миллиарды лет планета потеряла большую часть своей первоначальной атмосферы. Проанализировав изотопный состав атмосферных газов, Curiosity помог ученым лучше понять, как и когда Марс потерял свою плотную и потенциально защитную атмосферу.
Curiosity также сделал неожиданные открытия, например, обнаружил в некоторых породах небольшие шарообразные «конкременты», свидетельствующие о древних гидротермальных процессах. Он также зафиксировал наличие движущихся песчаных дюн и записал звуки марсианского ветра, предложив новое сенсорное измерение в исследовании планеты. И он фотографировал эту планету, помогая нам погрузиться в ее достопримечательности и предлагая нам «прогуляться» вместе с ним по ее бесплодной местности.
Марсоход Curiosity запечатлел солнечные лучи, пробивающиеся сквозь облака на Марсе, на закате 2 февраля 2023 года, на 3730-й марсианский день, или сол, миссии.
После 12 лет непрерывной работы в крайне неблагоприятных условиях Curiosity продолжает работать сверх всяких ожиданий. Однако у марсохода неизбежно появляются признаки износа. В частности, колеса получили значительные повреждения из-за каменистого и абразивного рельефа Марса. Инженерам НАСА пришлось адаптировать стратегии движения, чтобы свести к минимуму дальнейшие повреждения, в том числе в некоторых ситуациях вести марсоход задом наперед, чтобы распределить износ более равномерно.
Состояние колес Curiosity, запечатленное 27 января 2022 года.
Несмотря на эти трудности, научные приборы Curiosity продолжают исправно работать. Радиоизотопный термоэлектрический генератор продолжает обеспечивать достаточную для работы мощность, хотя с годами доступная мощность постепенно снижается. Это снижение требует все более тщательного управления энергией, а также тщательного планирования научной деятельности и движения.
Программное обеспечение Curiosity несколько раз обновлялось в ходе миссии, что позволило улучшить возможности марсохода и повысить эффективность его работы. Эти обновления позволили Curiosity выполнять некоторые задачи более автономно, уменьшая потребность в подробных инструкциях с Земли и оптимизируя время, отведенное на научные исследования.
Несмотря на свой возраст и износ, Curiosity продолжает подниматься по склонам горы Шарп, достигая все более высоких и новых геологических зон. Каждый метр высоты представляет собой путешествие назад в геологическое время Марса и открывает новые возможности для открытий. Долголетие Curiosity свидетельствует о совершенстве инженерных решений миссии, и он продолжает предоставлять ценные данные, которые будут формировать наше понимание Марса на долгие годы вперед.
Запись Марсоход Curiosity преодолел 12-летний рубеж исследования планеты Марс впервые опубликована на сайте Про технологии.