Миссия марсохода Perseverance (Настойчивость) является частью более крупной программы NASA по изучению Марса. В своих исследованиях Персеверанс будет использовать инновационное оборудование и станет первой миссией, которая будет искать признаки прошлой жизни.
Как марсоход получил имя
Выбор имени марсохода было определено конкурсом NASA. Это не первый раз, когда NASA проводит подобные конкурсы. Названия предыдущих планетоходов тоже были выбраны среди конкурсантов. Имена роверов — это качества, которые присущи людям. Мы любопытны, ищем новые возможности, крепки духом и настойчивы. Оглядываясь назад, мы видим много неудач на пути к Марсу, но нас это не останавливает, мы упорно двигаемся вперёд. Придерживаясь этой концепцией Александр Мазер, ученик 7 класс из Вирджиния стал победителем с именем Perseverance, который дал новому марсоходу.
Марсохода Perseverance перевод с английского
Perseverance (Персеверанс) переводится на русский как: настойчивость, упорство, стойкость, терпение, усидчивость. Что касается ровера Perseverance, то его перевод с английского трактуется как — Настойчивость. Именно с этим именем мы запомним его как нового исследователя красной планеты.
Миссия ровера Персеверанс
Марсоход Perseverance ранее известный как Mars 2020 предназначен для лучшего понимания геологии Марса и поиск подтверждения наличия жизни в прошлом. В ходе миссии Персеверанс соберёт и упакует образцы грунтовых пород, которые в будущем будут возвращены на Землю. А ещё он протестирует новые технологии для использования в будущих роботизированных и человеческих миссиях.
Миссия по времени в цифрах
Реализация планов скоро станет возможным, окно запуска открывается с 17 июля по 5 августа 2020 года.
- Запуск намечен на июль – август, ракета Atlas-5 стартует с базы ВВС США на мысе Канаверал штат Флорида.
- Посадка произойдёт 18 февраля 2021 года в месте древней дельты реки.
- Настойчивость проведёт минимум один марсианский год (687 земных дней), исследуя область места посадки.
- Время полёта составит около 7 месяцев. О том, как долетают до планеты космические корабли можно узнать, прочитав статью «Сколько лететь до Марса».
Бюджет
Конструктивная часть ровера заимствована у предшественника Curiosity. Опираясь на проверенную систему Curiosity, затраты на разработку нового ровера были снижены. В марсоходе Perseverance были применены всего лишь некоторые улучшения, это позволило иметь меньшую стоимость: 2,1 миллиарда долларов на разработку и запуск по сравнению с 2,5 предшественника Кьюриосити.
Место посадки
Свой выбор для высадки нового планетохода NASA сделало в пользу кратера Езеро. Причина тому древняя речная дельта, место, где ещё может сохраниться свидетельство прошлой жизни.
Кратер Езеро – это один из старейших кратеров на Марсе с потрясающим пейзажем. Езеро представляет собой высохшее озёрное дно с сохранившейся дельтой реки и отложениями, его формирование заняло достаточно продолжительный период времени, чтобы там могла зародиться жизнь и сохраниться в виде доказательств до наших дней. Поэтому, кратер является одним из идеальных мест для изучения и возможного сбора образцов. Именно здесь учёные надеются, что Настойчивость сможет обнаружить окаменелое свидетельство ранней одноклеточной жизни.
Принятое решение о выборе места посадки было очевидным, отправка Perseverance прямо в кратер Езеро даст нам ответы, была ли жизнь на Марсе в прошлом.
Задачи и цели миссии
Основными задачами миссии являются изучение обитаемости Марса, исследование его прошлого и поиск, следов биологической жизни. Все цели и задачи можно обозначить в несколько пунктов:
- Сбор данных во время спуска о системе термозащиты и аэродинамических характеристиках спускаемого аппарата.
- Анализ ежедневных и сезонных изменений марсианской погоды: фиксирование температуры, давления, замерять влажность атмосферы и скорость ветра.
- Геологическое изучение разнообразного минералами места посадки кратера Езеро.
- Поиск сохранившихся следов биологической жизни в окаменелых породах, которые были образованы в марсианских условиях, когда Марс был более тёплым и влажным.
- Сбор и сохранение наиболее интересных каменных пород и почвы, которые планируют возвратить на Землю следующей миссией NASA.
- Демонстрация технологий для будущих роботизированных и человеческих миссий.
Планы передвижения
Все свои цели и задачи Персеверанс будет реализовывать в кратере Езеро. Сотрудники NASA спроектировали маршрут путешествия ровера.
Белая линия — это путь, по которому Персеверанс пройдёт в первые два года, называемый главной миссией. В течение этого периода Perseverance (Настойчивость) займётся анализом и изучением озёрных отложений.
После исследования дельты, марсоход Персеверанс будет исследовать береговую линию бывшего озера. Чтобы добраться туда, ему нужно пересечь море современных песчаных дюн.
В завершении пути Персеверанс будет изучать край кратера Езеро. Образование кратера связано с крупным объектом, когда-то столкнувшимся с планетой. Сильный удар выбросил камни из глубины марсианской коры, обнажив их на краю кратера, что делает их привлекательной целью в поиске возможной древней жизни на Марсе.
Демонстрация технологий
Марсоход Perseverance (Настойчивость) нацелен на изучение марсианской среды, климата, тех условий, в которых окажутся первые поселенцы, и протестировать технологии, которые им будут необходимы, прежде чем приземлиться на красной планете.
Настойчивость будет тестировать следующие технологии:
- Автопилот для предотвращения опасностей, и набор датчиков для сбора данных во время посадки. Это позволит уменьшить риски в предстоящих миссиях.
- Марсоход Персеверанс расширит знания, как будущие поселенцы могут использовать природные ресурсы, имеющиеся на поверхности Марса. Демонстрация нового эксперимента даёт возможности проверить технологию переработки углекислого газа CO₂ из атмосферы, чтобы произвести кислород O₂. Подобный эксперимент даст понимание можно ли произвести кислород пригодный для дыхания человека и возможного использования его, как окислитель для ракетного топлива в условиях Марса.
- Мини вертолёт продемонстрирует лётные возможности в марсианской атмосфере. Это позволит понять сможет ли эта технология безопасно летать и быть полезной в случае успеха, чтобы обеспечивать большей информацией и лучшей видимостью местности. Данное ноу-хау предоставит возможность вести разведку и планировать новые маршруты, исключая риски.
Все эти технологии проложат путь человеческим миссиям.
Как марсоход Персеверанс доберётся до Марса
Путешествие Персеверанса осуществляется на космическом корабле. Перелётный, десантный, посадочный модуль, и ровер вместе составляют космический корабль.
Перелётный модуль — это конфигурация, в которой марсоход Perseverance путешествует в космосе к Марсу. Он включает в себя десантный модуль, в котором ровер и его система посадки надёжно спрятаны.
Спуск ровера
Конфигурация для входа в марсианскую атмосферу включает в себя: аэродинамический корпус, спускаемый аппарат и конструкцию для манёвра небесного крана. Каждый элемент космического корабля выполнит свою функцию.
Снижение будет проходить в аэродинамическом корпусе, который состоит из двух частей:
- Верхняя часть — защитный модуль. Его верхняя часть снабжена парашютной системой.
- Нижняя часть — теплозащитный экран.
Десантный модуль в сборе защищает Настойчивость от сильной жары, возникающей при входе в атмосферу планеты. По мере того, как десантный модуль, спускаясь через марсианскую атмосферу, выполнит свою функцию защиты, две его части постепенно отсоединятся. Освободившийся посадочный модуль – «Небесный кран» запустит реактивные двигатели и плавно опустит Персеверанс к марсианской поверхности на тросах.
Посадка ровера – новые технологии
Место десантирования для учёных имеет большое значение. Посадка в разряженной атмосфере очень сложна, ещё труднее посадить аппарат близко к его главной научной цели. Предыдущие марсоходы высаживались в непосредственной близости от районов, предназначенных для изучения, и тратили драгоценные недели и месяцы только для того, чтобы добраться до планируемой точки высадки.
Если раньше это было проблемой, то с новой системой посадки можно уменьшить радиус приземления на 50%. Такая точность стала возможной благодаря двум системам:
- Запуск по дальности – система контролирующая время открытия парашюта.
- Навигация по местности – система определяющая своё местоположение и предполагаемую зону прибытия.
Две новые технологии посадки раскрывают большие возможности, позволяют посадить аппарат с большей точностью и меньшим риском для спускаемого самоходного робота Настойчивость. А успех в данной миссии позволит более точно приземлять аппараты в будущих исследованиях.
Технические характеристики
Корпус и другие основные аппаратные компоненты космического корабля опираются на успех ровера NASA Curiosity и включают в себя множество компонентов унаследованных от миссии Кьюриосити. Более детальное описание, какие компоненты используются на планетоходе, а какие имеют существенное отличие, описаны в статье «Чем марсоход Perseverance отличается от Curiosity».
Perseverance имеет примерно те же размеры, что и Curiosity:
- Длина 3 метра.
- Ширина 2,7 метра.
- Высота 2,2 метра.
Вес нового аппарата составил 1025 кг.
Вырабатываемая электрическая мощность радиоизотопным генератором равна 110 Вт.
Чем оборудован марсоход Perseverance?
Любая научная экспедиция, отправляемая на Марс, несёт в себе оборудования для выполнений своих целей. Для решения поставленных целей марсоход Perseverance (Настойчивость) оснастили следующим оборудованием и механическими приспособлениями.
Научные приборы
Настойчивость будет нести в себе семь научных приборов:
- MASTCAM-Z — система двух стереоскопических панорамных камер с возможностью увеличения объектов, способная определять минералогию горной марсианской поверхности.
- SuperCam — система способная испарять горные породы лазерным лучом, а затем анализировать состав спектрометром.
- PIXL — рентгеновский спектрометр обладающий камерой высокого пиксельного разрешения, его назначение более точное определение элементов, составляющих анализируемые образцы.
- SHERLOC — ультрафиолетовый спектрометр, снабжённый макро-камерой для поиска органических и минеральных соединений.
- MOXIE — экспериментальная система выработки кислорода из марсианского атмосферного углекислого газа.
- MEDA — комплект датчиков для изучения погодных условий.
- RIMFAX — радар для изучения геологического строения недр на глубине до 10 метров.
Кроме научных инструментов у Настойчивости будет двадцать три камеры: 9 инженерных, 7 научных, и ещё 7 используемых для посадки на поверхность планеты. Ещё его оснастили двумя микрофонами для записи окружающего звука и очень скоро мы впервые услышим звуки с Марса. Учёные уже делали попытки передать на Землю звуки, для этого они использовали данные, вибрации ветра о солнечные батареи, полученные сейсмометром InSight. А вот реальные записанные на микрофон звуки мы услышим, когда Персеверанс приземлится на Марс.
Новые колёса
Среди других улучшений у планетохода сменился дизайн колёс, увеличился их размер до 52.5 см., изменился протекторный рисунок. Осталась прежней подвесная система «рокер-тележка» и каждое из шести колёс со своим индивидуальным двигателем.
Подвесная система «рокер-тележка» сводит к минимуму наклон ровера при движении, что делает его более устойчивым, а также позволяет проезжать через препятствия — камни или углубления равные размеру колеса. Сорок восемь протекторов обеспечивают ровную тягу по любой поверхности. Марсоход Персеверанс разработан так, чтобы противостоять наклону 45 градусов без опрокидывания. Максимальная скорость на ровной поверхности составляет 4,2 сантиметра в секунду или 152 метра в час. Один полный оборот колёс передвигает ровер на 1,65 метра.
Рука ровера
Роботизированная рука Perseverance (Настойчивость) длиной 2,1 метра с пятью поворотными приводами. На конце руки находится «турель» с научными камерами, минеральными и химическими анализаторами: спектрометры PIXL и SHERLOC о них мы уже писали выше.
Камера WATSON ещё один из инструментов в конце роботизированной руки Персеверанс. Ещё на турели расположились GDRT инструмент для удаления пыли и датчик контакта с землёй для защиты от повреждений, чтобы наконечник руки не соприкасался с поверхностью. И один из самых интересных и значимых инструментов это ударная дрель для отбора образцов с набором свёрл диаметром 27 мм и шлифовальным станком.
Система кеширования образцов
Марсоход Perseverance (Настойчивость) соберёт образцы из марсианских камней и почвы с помощью своей дрели.
Процесс сбора и упаковки образцов будет проходить в три этапа:
- Извлечение образцов, которые будут вырезаны из внутренней части горных пород дрелью расположенной на руке ровера. Всё необходимое дополнительное оборудование для такой процедуры расположено на животе ровера, набор свёрл и 43 пробирки для хранения.
- Собранный образец в капсулу, перемещается на станцию осмотра и герметизации. Образец запечатывается и хранится на борту.
- Как только образцами заполнят все капсулы, и команда определится с местом, контейнер с образцами будет выгружен на марсианскую поверхность.
Источник энергии
Марсоход Perseverance (Настойчивость) разработан для работы в условиях, где средняя температура −63 °C. Для питания, обогрева систем и инструментов Настойчивость оснастили радиоизотопным термоэлектрическим генератором MMRTG. Тепло генератора от естественного радиоактивного распада 4,8 кг диоксида плутония-238 преобразует в электричество. Такая система питания производит около 110 Вт электроэнергии. Для пиковых расходов электроэнергии, когда мощности генератора MMRTG может не хватать предусмотрели две подзаряжаемые батареи, что избавит от перебоев с электропотреблением.
Связь
Марсоход Perseverance, имеет три антенны, которые служат для передачи и приёма сигнала данных.
- Сверхвысокочастотная антенна — связь с Землёй происходит через орбитальные спутники красной планеты. Передача данных достигает высоких скоростей до 2 мегабит в секунду.
- Антенна с высоким коэффициентом усиления X-band — это управляемая антенна, которая передаёт сигнал напрямую в направлении Земли на скорости 160 – 3000 бит в секунду.
- Антенна с низким коэффициентом усиления X-band — эта антенна может отправлять и получать информацию в любом направлении, общаясь напрямую с Землёй на скорости 10 – 30 бит в секунду.
Вертолёт Ingenuity (Изобретательность)
Ingenuity — это маленький вертолёт-беспилотник, станет первым воздушным судном совершивший полёт на другой планете. Испытательные пять полётов будут проходить в течение 30 дней в компании марсохода Персеверанс. Затем ровер продолжит свой собственный путь.
На борту вертолёта разместились только две камеры высокого разрешения для навигации. Он не несёт научных инструментов, так как его задача включает демонстрацию полёта в разряженной атмосфере.
Вертолёт Ingenuity имеет массу 1.8 кг, размах крыла 1.2 метра. Сам корпус похож на коробку с гранью в 14 см. В развёрнутом состоянии высота вертолёта составит 80см.
Демонстрация этой технологии станет опорой для разработки более функциональных воздушных аппаратов, целью которых станет разведка местности.
Исследование Марса всё больше набирает оборотов, не за горами тот день, когда человек посетит соседнюю планету, а марсоход Персевирэнс станет ещё одним важным шагом на пути людей к Красной планете.