Миссия Perseverance: настойчивое желание покорить небо, чтобы спуститься под землю

В июле 2020 года NASA отправило на Марс новый планетоход, а вчера, 18 февраля, он, наконец, достиг поверхности Красной планеты. Точкой высадки стал кратер Езеро — в прошлом довольно крупное озеро, рядом с которым до сих видно высохшую дельту когда-то впадавшей в это озеро реки.

Название кратера похоже на русское слово «озеро» потому, что назвали его в 2007 году в честь города Езеро в Республике Сербской (Босния и Герцеговина), и слово это означает именно «озеро».

Надежды на обнаружение жизни: чисто теоретические

Место посадки выбрали не столько потому, что там был водоем. На Марсе вообще немало былых озер, морей и рек. И ранее тот же Curiosity уже проходил по таким местам. Но у Езеро есть то, что в других местах редкость — орбитальные снимки NASA показали, что по краю этого кратера идут карбонатные породы. На Земле подобные породы — часто след былой жизни.

Известно, что в теории в марсианских условиях могут существовать цианобактерии. В прошлом Земли они часто образовывали цианобактериальные маты — их ископаемые остатки еще называют «строматолитами». На нашей планете их возраст достигает 3,7 миллиарда лет, и иногда ветер обнажает наносы над ними так, что следы древних цианобактерий оказываются едва ли не на поверхности. В теории аналогичное событие у Езеро способно позволить Perseverance исследовать остатки древней марсианской жизни.

К сожалению, это теория, а на практике выставленные «наружу» древние карбонатные породы могут быть так сильно изменены ветровой эрозией (бомбардировкой пылью и песчинками), а равно и космической радиацией, что их изучение не позволит однозначно интерпретировать находку вполне настоящих строматолитов.

Разумеется, рядом, буквально под десятками сантиметрами песка, могут быть и неплохо сохранившиеся следы древней жизни. Но «достать» до них нечем: имеющиеся у Perseverance инструменты, как и у его брата-близнеца Curiosity, банально не позволяют углубляться в грунт более чем на несколько сантиметров.

А чем он все-таки отличается от Curiosity?

Мы упомянули, что системы для сверления поверхностных пород у нового планетохода те же, что у старого, еще работающего на Марсе спустя девять лет после высадки. Но есть у новой машины и отличия — причем весьма интересные.

Во-первых, это самый тяжелый из когда-либо созданных людьми планетоходов. Если Curiosity весил 900 килограммов, то новый аппарат — 1025 килограммов. Основное утяжеление — результат изменения шести колес машины. На Curiosity алюминий ободьев оказался выбран не совсем корректно: слишком тонкий. В итоге местный грунт быстро наделал в нем дырок. Двигаться все еще можно, но проходимость от этого, конечно, не улучшилась, а затраты энергии при движении возросли.

Сами колеса Perseverance — для увеличения все той же проходимости — прибавили в диаметре, составив 525 миллиметров против 500 миллиметров у Curiosity. Спицы колес оставили титановыми, но изогнули, чтобы повысить общую прочность колес. Все это не пустая перестраховка: главная причина гибели всех планетоходов — их застревание в грунте. Поэтому лучшая надежность колес имеет большое значение.

Другое важное отличие: аппарат MOXIE, которого на старом марсоходе не было. MOXIE поставит эксперимент по разложению СО2 — главного газа марсианской атмосферы — на СО и О2 (угарный газ и кислород). Теоретическая польза от эксперимента очевидна: он покажет, реально ли получать кислород прямо из марсианского «воздуха», где собственного кислорода практически нет. MOXIE должен нарабатывать до 22 граммов О2 в час на протяжении 1230 часов — примерно такое количество кислорода в единицу времени поглощает человек под регулярными физнагрузками. Казалось бы, это поможет будущим пилотируемым экспедициям.

Практически все не так красочно. Добывать кислород из крайне разреженной местной атмосферы более энергозатратно, чем при банальном разложении воды на кислород и водород электролизом. 15-килограммовый MOXIE потребляет 300 ватт при пиковой нагрузке (впрочем, недолгой). Практически все планировщики будущих пилотируемых экспедиций считают, что высаживать их надо там, где близко к поверхности Марса находится водяной лед. Разложив его воду, получить кислород куда проще.

Вот только марсоход не умеет копать. Поэтому ему, как жертве интоксикации этиловым спиртом из анекдота, приходится «искать ключи не там, где потерял, а под фонарем, где светлее» — ставить не тот эксперимент, что полезнее всего для будущих экспедиций, а тот, который позволяют весьма ограниченные возможности земных планетоходов.

Третье важное отличие от Curiosity: российский нейтронный детектор воды ДАН разработки Института космических исследований РАН заменили на радар RIMFAX, направленный вниз и излучающий на частоте в 150-200 мегагерц. Он, в отличие от нейтронного детектора, плохо видит воду, связанную в минералах. Зато должен различать водяной лед и следы жидкой воды на глубине до 10 метров. Это крайне важный прибор: ДАН видел воду не глубже пары метров. А чем глубже, тем выше температура — и вероятность наличия жидкой соленой воды. Правда, насыщенные водой минералы ему различать заметно сложнее, в отличие от нейтронного детектора.

В теории часть собранных Perseverance образцов в 2026 году может быть забрана следующим марсоходом NASA и затем отправлена на Землю. Смысл в том, что «транспортный» марсоход будет легче «универсального». А доставка образцов с Марса на нашу планету и так потребует экспедиции с огромной посадочной массой: чтобы взлететь с Красной планеты, топливо придется привезти с Земли.

Наконец, есть одно отличие, которое глазами не заметишь, но душу американской стороне оно все же греет. Perseverance импортозаместил источник энергии: на его борту не российский плутоний-238, а американский аналог, производство которого в последние годы, наконец, наладили в Соединенных Штатах. Мощность радиоизотопного генератора на этом плутонии осталась той же: чуть более 100 ватт, примерно как мощная лампочка накаливания.

Отдельная миссия: второй летательный аппарат под чужим небом

Perseverance несет с собой легкий дрон Ingenuity. Технически это вертолет соосной схемы типа «камовских». Размах лопастей там 1,2 метра, вес — всего 1,8 килограмма. Скорость вращения лопастей составит до 40 оборотов в секунду. Такие огромные размеры и скорость вращения нужны потому, что атмосфера Марса по плотности в 100-150 раз уступает земной. Эксперименты в гермокамере показали, что при меньших параметрах аппарат там просто не взлетит.

Мощность дрона — до 350 ватт, больше, чем у источника энергии марсохода. Поэтому мини-вертолет сперва накапливает заряд в бортовой литиевой батарее на 0,27 килограмма, а затем летит, но не дольше трех минут.

Чтобы не оставить Ingenuity без заряда, его не будут отпускать от марсохода более чем на сотню метров. Однако для будущих миссий ситуация может несколько измениться. В случае изучения спусков в лавовые трубки Марса дрон потенциально почти незаменим. Дело в том, что роботы исключительно плохо двигаются по сложным наземным поверхностям (что и погубило немало марсоходов даже на равнине). А вот полет — сравнительно однородное занятие, где даже без человеческого интеллекта выживание аппарата более вероятно.

Поэтому дроны — едва ли не единственный реальный путь разведки марсианских лавовых пещер. Считается, что там немало водяного льда. А подальше от входа может быть и значительно теплее, чем на поверхности. Было бы неплохо проверить обе эти гипотезы, потому что тепло и вода — хорошие предвестники возможной жизни. Кстати, ряд ученых уверены, что искать ее на Марсе следует именно в таких трубках.

Разумеется, Ingenuity — лишь первый шаг на этом пути. Для полноценной разведки пещер потребуются куда более крупные аппараты, но сперва надо проверить, справляется ли там хотя бы мелкий, «учебный» дрон.

Если Ingenuity удачно взлетит, это будет огромное достижение. До сих пор аппарат, предназначенный для длительного полета под небом чужой планеты, летал только у СССР — и очень давно, аж в 1984 году (миссии «Вега-1» и «Вега-2»). Прошло уже более 36 лет — пора, наконец, обновить то давнее достижение.

Подведем итоги. Perseverance — не слишком дорогая (порядка 2,5 миллиарда долларов) автоматизированная миссия, которая, скорее всего, сможет проработать на Марсе много лет. Как и все подвижные космические автоматы, она недостаточно универсальна, чтобы решить вопрос, «есть ли жизнь на Марсе». Даже пройдя буквально в метре над подпочвенной бактериальной колонией, Perseverance ничем не сможет до нее добраться: нет нормального бура.

Но это не его особенность: современные планетоходы в принципе лишены таких возможностей. Даже не требующие мобильности неподвижные посадочные аппараты типа Insight NASA не могут успешно копать более чем на десятки сантиметров в глубину.

Однако ограниченность возможностей миссий на Марс — не навсегда. С высокой вероятностью в ближайшие десять лет туда отправится носитель с возможностями Starship, более крупной посадочной платформы, чем когда-либо созданные человечеством. Если это случится, на Марсе окажутся и люди. А им, безусловно, удастся докопаться до марсианской подповерхностной жизни — если она там, конечно, есть. Ведь, в отличие от роботов, наши конечности куда универсальнее, а ум — намного гибче.