Mars 2020: есть ли жизнь после Curiosity

Марсианские хроники

Чтобы понять значение будущей миссии, нужно сначала ответить на, казалось бы, простой вопрос: что такое Марс? Прежде всего это четвертая по удаленности от Солнца и седьмая по размерам планета нашей системы. Из всех других планет системы она похожа на Землю больше всего.

Впрочем, не нужно впадать в крайности и становиться заложником иллюзий. Несмотря на полуфантастические идеи о переселении людей на Марс, нужно понимать, что Красная планета – это ледяная радиоактивная пустыня. Средняя температура поверхности Марса составляет минус 63 °C. Радиационный фон там равен примерно 22 миллирадам в день, что примерно в 13 раз выше его среднего уровня в развитых странах. А еще количество достигающей поверхности Красной планеты солнечной энергии составляет 43% от показателя Земли. И это лишь часть сложностей.

Известный российский популяризатор космонавтики, энтузиаст космических исследований, блогер и журналист Виталий Егоров сравнил Марс с… Норильском, где температура может опускаться до минус 60 °C. Причем это сравнение явно не в пользу Красной планеты. «У Норильска перед любым инопланетным городом есть только одно преимущество – он нужен», – говорит Егоров. Там, напомним, есть горно-металлургический комплекс – градообразующее предприятие, как любили говорить в советские годы. На Марсе ресурсы тоже имеются. Например, там могут быть большие запасы цветных и драгоценных металлов. В то же время стоимость их добычи и транспортировки на Землю будет такова, что об этом пока думать рано.

Куда важнее для современных землян понять, как именно появился Марс, была ли на нем жизнь (и есть ли?) и какое влияние Красная планета оказывала и продолжает оказывать на наш родной мир – Землю. Многие наивно полагают, что ответить на все эти вопросы поможет экспедиция в составе нескольких астронавтов. На самом деле, это не так. Ограничения человеческого организма с развитием технологий никуда не делись. И едва ли сейчас люди смогут намного дольше находиться на Марсе, чем в свое время американские астронавты на Луне. К тому же нужно учесть, что в случае полета пилотируемого корабля значительную часть нагрузки будут составлять системы жизнеобеспечения. Но все это не будет играть роли, если речь идет об автоматической миссии: и не важно, говорим мы об орбитальном зонде или крупном марсоходе.

Нет «Возможности», но есть «Любопытство»

За все годы изучения Марса его посетило множество разных аппаратов, которые мы не будем перечислять. Первенцами здесь стали американцы с их Mariner-4, который в 1964 году выполнил первое исследование планеты с пролетной траектории и получил первые снимки. Сейчас на орбите Марса находятся шесть искусственных спутников: Trace Gas Orbiter, Mars Orbiter Mission, Mars Atmosphere and Volatile Evolution, Mars Reconnaissance Orbiter, Mars Odyssey и Mars Express.

Непосредственно на поверхности планеты продолжают выполнение своих непростых миссий американские аппараты Curiosity и InSight. А вот запущенный в 2003 году марсоход Opportunity (в переводе с английского – «благоприятная возможность») вышел из строя из-за пылевой бури. И 13 февраля 2019 года NASA официально объявило о завершении миссии. За все время работы он прошел более 45 тысяч метров, собрав бесчисленное количество информации, которую исследователи будут анализировать еще не один год. В числе главных достижений миссии – доказательство присутствия водной активности на Марсе в прошлом. Причем эта вода была пресной и пригодной для существования в ней живых организмов.

Условный наследник Opportunity – Curiosity (в переводе с английского – «любопытство») – отличается от него размерами. Ну и, конечно, возможностями. Opportunity имеет массу 185 килограммов, в то время как Curiosity – 899. Высотою более современный марсоход с очень рослого человека.

Девятого февраля 2013 года Curiosity, начавший первое в истории исследований бурение поверхности Марса, добыл пробу твердой породы грунта. Последующий анализ показал следы серы, азота, водорода, кислорода, фосфора и углерода. Вообще, только за первые 100 дней работы Curiosity провел 120 измерений. В будущем можно ожидать массу новых открытий, которые – без преувеличения – могут изменить наши представления о Марсе. Однако еще больше возможностей будет у новейшего марсохода, получившего обозначение Mars 2020.

Mars 2020 Rover Mission

Mars 2020 станет одним из самых больших марсоходов и самым технологически продвинутым аппаратом такого типа в истории. Его масса составляет 1050 килограммов. Шестиколесная научная лаборатория имеет размеры, сравнимые с небольшим автомобилем. Ее длина – примерно три метра без учета механической руки-манипулятора, ширина – 2,7 метра, высота – 2,2 метра. Каждое колесо имеет диаметр 52,5 сантиметра и изготовлено из алюминия, насчитывая 48 грунтозацепов для повышения проходимости. Штанги и рычаги подвесной системы для большей прочности выполнили из титана. Каждое колесо снабдили отдельным мотором, а переднюю и последнюю пару – рулевой системой, чтобы Mars 2020 мог совершать оборот на 360 градусов, не сдвигаясь с места. Возможности аппарата позволяют ему двигаться по поверхности с наклоном до 45 градусов, однако ученые все же постараются избежать столь рискованных операций.

При разработке инженеры решили позаимствовать узлы и детали у Curiosity, однако не нужно думать, что аппараты идентичны. Это не так. Отметим также, что, кроме американцев, к созданию аппарата приложили свои ум и знания инженеры из Франции, Норвегии и Испании. Ну а косвенно к работе над Mars 2020 причастна добрая половина мира, хотя, конечно, его создание было бы невозможным без финансирования властей США.

Напомним, еще в 2017 году NASA подсчитало, что цена строительства нового марсохода превысит два миллиарда долларов. То есть это один из самых дорогих современных космических исследовательских проектов. Правда, его цена меркнет по сравнению со стоимостью «стройки века» в виде телескопа James Webb, цена которого, напомним, уже давно перевалила за отметку в десять миллиардов долларов. Это, кстати, хорошая иллюстрация к тезису о том, что иметь полноценные космические научно-исследовательские программы себе могут позволить лишь единичные страны.

Немного истории о самом Mars 2020. О своей новой концепции Космическое ведомство США объявило в 2012 году: в основе конструкции аппарата лежат решения, ранее испытанные на Curiosity. Уже в 2014 году эксперты NASA из десятков предложений выбрали оптимальный в их понимании вариант, четко сформулировав арсенал научных приборов марсохода. Он выбран так, чтобы максимально соответствовать требованиям изучения возможной обитаемости Красной планеты в прошлом.

Цели и задачи для будущего «покорителя Марса» можно сформулировать так:

• поиск признаков жизни на Красной планете в прошлом;
• сбор образцов горных пород и грунта для их дальнейших исследований;
• изучение возможности отправки на Марс первых людей.

Если с первыми двумя позициями все в общем понятно, то третий пункт может справедливо вызвать ряд вопросов. В частности, как именно беспилотная миссия поможет людям выжить на Красной планете? Ведь она не предполагает прикладных биологических экспериментов. На самом деле, Mars 2020 может сыграть большую роль, ведь ученые, кроме прочего, намерены детально изучить работу системы Terrain Relative Navigation, которая будет анализировать местность, помогая не разбиться при спуске на поверхность. Также специалисты изучат работу экспериментальной системы Moxie, производящей кислород.

Это, конечно, только предварительные планы, и по ходу экспедиции (в зависимости от условий работы и технических возможностей) они могут не раз меняться, пусть и не радикально. Напомним, по состоянию на июль 2019 года инженеры еще только строили космический аппарат.

Не так давно специалисты NASA установили на него многоцелевую камеру SuperCam и двухметровую роботизированную руку, при помощи которой марсоход будет выполнять множество самых разных операций. Роботизированный манипулятор включает в себя пять электродвигателей и пять элементов, соединенных «суставами». На конце манипулятора – камеры высокой четкости, разные исследовательские инструменты, а также механизм и система для сбора грунта.

Аппарат будет работать в древнем 45-километровом кратере Езеро, расположенном на западе равнины Исиды, где в прошлом находилась речная дельта. Диаметр кратера составляет около 49 километров. Ученые полагают, что здесь марсоход сможет найти около пяти разных типов пород. Это важно, поскольку, например, карбонаты могут сохранить доказательства существования жизни на Марсе в глубокой древности. Ранее в кратере были обнаружены глинистые минералы: глина образуется при наличии воды, так что в этой местности, вероятно, долгое время действительно присутствовала вода. В доказательство приводят и трещины на поверхности в виде многоугольников: такие формы поверхности возникают при высыхании глины. Вообще, равнина Исиды – это гигантская низменность округлой формы в приэкваториальной части Восточного полушария Красной планеты, которая примыкает на севере к равнине Элизий, а на северо-западе – к равнине Утопия.

Техническая составляющая

Новый марсоход будет настоящей «передвижной киностудией». На его борту установлены 23 камеры: все они, конечно, имеют разное назначение. При помощи шести камер марсоход будет снимать свою посадку, а еще одна призвана направлять аппарат во время его спуска на поверхность Красной планеты. Одну из камер разместили внутри ровера: она будет использоваться для изучения собранных образцов. Прогресс, в целом говоря, существенный: особенно если сравнивать с более ранними планетоходами.

Для навигации и обнаружения преград на своем пути Curiosity использует 1-мегапиксельные монохромные модули. Аналогичный набор камер нового ровера снимает в цвете с максимальным разрешением в 20 мегапикселей. При помощи широкоугольной оптики можно делать панорамные фотографии без склейки разных снимков. А новая система стабилизации позволит марсоходу проводить съемку в движении.

Кроме того, в отличие от предыдущих аппаратов, Mars 2020 получит компаньона в лице Mars Helicopter. Это роботизированный вертолет, призванный изучать возможные цели на поверхности Красной планеты для последующих передвижений Mars 2020. В основе концепции лежат вращающиеся в противоположных направлениях соосные винты, диаметр которых превышает один метр. Вертолет получит две камеры высокого разрешения для навигации, приземления и исследования поверхности.

Подзарядку разведчика будут осуществлять при помощи солнечных батарей. Масса летательного аппарата составляет 1,8 килограмма, а его диапазон действия равен 600 метрам. «Мы надеемся, что вертолеты сделают реальностью новые способы изучения Марса», – заявил Ховард Грип, руководитель отдела управления полетами и аэродинамики вертолета. По его мнению, в будущем более совершенные версии марсианских вертолетов смогут исследовать Красную планету в автономном режиме, без жесткой привязки к марсоходам. Это, вне сомнения, позволит совершенно по-новому взглянуть на многие аспекты и понять процессы и явления, которые имеют место на Марсе.

Кроме вертолета, ключевыми составляющими в составе Mars 2020 будут выступать:

• Mastcam-Z. Комплекс, включающий в себя две камеры с панорамным и стереоскопическим отображением и объективом переменного фокусного расстояния. Прибор, помимо прочего, призван анализировать минералогический состав почв;
• Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry (PIXL). Прибор для рентгенофлуоресцентного анализа – исследования вещества с целью выяснения его элементного состава. Комплекс имеет тепловизор;
• SuperCam. Прибор для изучения химического и минералогического состава почвы. Его возможности позволяют выявлять органические соединения в горных породах и реголите на расстоянии;
• Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics and Chemicals (SHERLOC). Этот инструмент должен анализировать ультрафиолетовое излучение для выявления органических веществ. Он станет первым в истории ультрафиолетовым спектрометром, доставленным на поверхность Марса;
• Radar Imager for Mars’ Subsurface Exploration (Rimfax). Радиолокатор (георадар), призванный исследовать марсианскую геологию;
• Mars Environmental Dynamics Analyzer (Meda). Датчики, замеряющие давление, влажность, ветер и температуру;
• Mars Oxygen ISRU Experiment (Moxie). Это устройство создали для проведения эксперимента по производству кислорода в условиях Марса.

Отметим еще одну важную вещь: каждый новый аппарат, отправленный к Красной планете, не только дает новые возможности для исследования, но и позволяет выработать новый и дополнить существующие методы коммуникации. Речь, в частности, идет о построении своего рода «межпланетного интернета». Идею давно опробовали на марсоходах Spirit и Opportunity.

Марсоход присылает данные на орбитальный аппарат Mars Odyssey, а он, в свою очередь, работая в качестве ретранслятора, пересылает данные на Землю. Как оказалось, такая система может пересылать до 100 мегабит за марсианский день. Для миссии 2020 года пропускную способность планируют расширить: неизвестно, какими именно характеристиками она будет обладать, однако, вне всякого сомнения, ученые смогут получать огромные массивы данных в относительно сжатые сроки.

На сегодня единственная сложность – в сроках: успеют ли инженеры NASA вложиться в ранее установленные временные рамки, подготовив аппарат к запуску в июле этого года? Здесь можно вспомнить об упомянутом телескопе James Webb, который, напомним, хотели запустить еще в 2007 году и который до сих пор имеет неопределенные перспективы (хотя сейчас вроде как дату определили окончательно – 2021 год). Однако возьмем на себя смелость заявить, что, скорее всего, Mars 2020 не станет Mars 2025 или Mars 2027. Так что первые результаты работы планетохода вскоре станут доступны публике. И всевозможные уфологи будут, как и раньше, искать «следы йети» и «останки древнеегипетской цивилизации» на снимках одновременно близкой и далекой планеты.