ExoMars 2022

exomars

I

ExoMars: как ответить на вопрос «есть ли жизнь на Красной планете?»

6,7
мбар
Атмосферное
давление на Марсе
1000
мбар
Атмосферное
давление на Земле

В Солнечной системе есть зоны обитаемости (зоны, где на поверхности может быть жидкая вода), и, кроме Земли, туда, как ни странно, входит Марс. Если бы он был размером с нашу планету и имел такую же атмосферу, это была бы холодная копия нашего дома и мы легко бы выяснили, есть ли там жизнь.

Однако на практике Марс в десять раз легче Земли, а его атмосфера сегодня в 150 раз более разрежена, чем у нас. Важно слово «сегодня»: судя по следам рек, озер и морей на поверхности четвертой планеты, раньше ее атмосфера могла быть заметно плотнее. Но теперь там то, что есть. Значит, обнаружение следов прошлой или нынешней жизни на Марсе затруднено. Из-за низкого атмосферного давления микроорганизмы и их следы могли сохраниться только под поверхностью планеты.

Если микроорганизмы здесь сегодня и существуют, то следы их жизнедеятельности (метан, кислород) будут составлять крайне малую долю местной атмосферы и могут то появляться (в теплый сезон), то исчезать (в холодный).

Из исследований сходных мест на Земле (пустыня Атакама) известно, что даже там колонии микробов под почвой есть не везде, а чтобы найти хоть кого-то, надо изучить немало разных точек поверхности.

Это означает, что действительно важные вопросы исследования Марса трудно разрешимы с технической точки зрения. Нужны предельно чувствительные приборы, которые смогли бы охватить как можно большую площадь.

Планетоход Rosalind Franklin перед съездом с посадочной платформы «Казачок» / ©Европейское космическое агентство

При этом доставить все это на поверхность четвертой планеты предельно сложно. Чтобы сажать спускаемые аппараты на планеты типа Земли, можно использовать парашюты — в плотной атмосфере они гасят скорость. На небольших небесных телах типа Луны газовой оболочки нет, но там и сила тяжести в шесть раз меньше: легче тормозить посадочными ракетными двигателями.

Марс находится точно посередине: атмосфера в 150 раз менее плотная, чем наша, поэтому парашюты должны быть просто гигантскими. При этом сила тяжести в 0,38G делает посадку на двигателях довольно энергоемкой.

II

Советский подход: первые неудачи, первые успехи

1960
«Марс 1960А»

Масса: 650 килограммов

РН: «Молния 8K78»

СССР начал изучение Марса первым, еще в 1960-м. Именно 10 октября 1960 года, еще до первого полета человека в космос, с Байконура к Марсу запустили 650-килограммовую автоматическую межпланетную станцию (АМС) «Марс 1960А». Аппарат должен был исследовать четвертую планету с пролетной траектории, пройдя мимо нее, а не задержавшись на околомарсианской орбите. Это была заря эры космонавтики, многие технические моменты еще не были отлажены, и ракета-носитель (РН) потерпела аварию.

1962
«Марс-1»

Масса: 893,5 килограмма

РН: «Молния T103-16»

В ноябре 1962 года запустили «Марс-1» — зонд, который уже удалось вывести на траекторию полета к Красной планете. Увы, в 106 миллионах километров от Земли система ориентации аппарата перестала работать, антенны не удавалось направить в нужную сторону, и связь с зондом прервалась. Впрочем, он успел показать уровень космического излучения в межпланетном пространстве — и установил отечественный рекорд по дальности космической связи.

1971-1973
«Марс-2»

Масса: 4625 килограмм

РН: «Протон-К»

В 1971 году к Красной планете запустили советские АМС «Марс-2» и «Марс-3» (19 и 28 мая 1971 года соответственно). Они были первыми «двухкомпонентными» системами для изучения чужой планеты: несли как искусственный спутник для изучения Марса с орбиты вокруг него, так и посадочный модуль — с аппаратом для работы на марсианской поверхности. Затем такая схема стала классической: именно ее применяли и американские аппараты Viking, и многие другие миссии, вплоть до наших дней.

1971-1973
«Марс-3»
Спускаемый аппарат

Мощность 800 ватт

Масса: 355 килограмм

РН: «Протон-К»

Однако, если орбитальные компоненты «Марса-2» и «Марса-3» проработали многие месяцы и передали ценные сведения о составе его атмосферы и многом другом, то со вторыми частями все было не так гладко. У «Марс-2» посадка прошла нештатно: 27 ноября 1971 года посадочный аппарат разбился.«Марс-3» смог совершить мягкую посадку в Южном полушарии Марса 2 ноября 1971 года, при этом передавал телеметрическую информацию вплоть до момента посадки. Первые 20 секунд после нее посадочный аппарат проработал на передачу на Землю панорамы места посадки. Однако затем он вышел из строя по до сих пор не установленной причине.

Свою роль могла сыграть марсианская пылевая буря: ветер до 140 метров в секунду был способен помешать действительно мягкой посадке, да и исключать коронный разряд, повредивший системы связи станции, в таких условиях тоже нельзя. В итоге имевшиеся на борту обоих посадочных модулей мини-марсоходы (на фото ниже) так и не смогли начать работу. В XX веке Россия отправила к Марсу еще семь миссий, ни одна из которых не увенчалась полным успехом — все потому, что, как мы отмечали выше, миссии туда технически крайне сложны.

«ПрОП-М»

Масса: 355 килограмм

Первые попытки исследования Красной планеты, предпринятые в прошлом столетии, выглядели обескураживающим ударом по надеждам землян. Те же советские миссии «Марс-2» и «Марс-3» отчетливо показали, что водяного пара в атмосфере там в пять тысяч раз меньше, чем на Земле.

Эту же линию продолжили успешно работавшие на Марсе американские посадочные аппараты Viking. Одна из бортовых систем показала наличие в местном грунте признаков жизни, но эти результаты интерпретировали как ошибку наблюдений (сейчас этот взгляд оспаривается). Эксперименты по поиску воды в марсианском грунте прошли с накладками, из-за чего ее точное содержание тоже не удалось определить (была получена лишь крайне примерная оценка в 1%).

Потенциально обитаемая планета из романов фантастов той эпохи внезапно превратилась в холодную и почти безвоздушную пустыню. Следы прошлых водяных потоков с орбиты выглядели не слишком значительными и убедительными (да и разглядеть что-то с орбиты в те годы было сложнее из-за слабой аппаратуры для наблюдений). На десятки лет интерес к исследованию планеты заметно упал.

III

на борту
марсохода

Как российский нейтронный детектор помог найти воду у поверхности Марса

Однако к 2000-м годам ситуация начала меняться. Миссия Mars Odyssey (NASA) доставила на орбиту вокруг Красной планеты принципиально новый и никогда до того не применявшийся в изучении других небесных тел прибор ХЕНД (HEND, High Energy Neutron Detector, детектор нейтронов высоких энергий).

Орбитальный аппарат Mars Odyssey/©Европейское космическое агентство

Это компактный прибор, разработанный в Институте космических исследований РАН и несущий приемник нейтронного излучения. Он регистрировал нейтроны с энергиями от 0,4 электронвольта до 15 мегаэлектронвольт. Нейтроны эти идут от поверхности Марса, и по соотношению в этом потоке нейтронов разных энергий можно понять, какие нейтроны марсианская поверхность поглощает лучше, а какие — хуже. Разные химические элементы поглощают и отражают нейтроны по-разному: значит, ХЕНД мог выяснить состав самых верхних слоев планеты.

HEND

Мощность в 5,7 ватта

Масса: 3695 грамм

illstr

И он это сделал, фактически совершив тихую революцию в изучении планеты.

Дело в том, что при столкновении с атомом водорода нейтроны теряют до половины энергии, то есть найти лед или водородосодержащие минералы таким прибором реально, а вот альтернативные методы с такой же надежностью сделать это не могут. В итоге была составлена первая карта возможного распределения подповерхностной воды на Марсе (смотрите ниже).

Карта подповерхностной воды на Марсе, созданная при помощи HEND / © Госкорпорация «Роскосмос»

Хотя ХЕНД и сегодня — спустя двадцать лет! — успешно работает на орбите Марса, американская сторона решила, что нейтронное «окно» в гидросферу Красной планеты стоит расширить. Поэтому NASA интегрировало в свой следующий марсоход — Curiosity — более продвинутый российский прибор ДАН (Dynamic Albedo of Neutrons, динамическое альбедо нейтронов). В отличие от ХЕНД, ДАН имеет не только пассивный режим работы («прослушивание» естественного нейтронного фона), но и импульсный генератор нейтронов для активного режима поиска воды.

Генератор выдает по десятку миллионов нейтронов за каждый импульс, и, отслеживая изменение их скоростей после частичного отражения от грунта, можно получить более детальное представление о том, сколько же водорода под той или иной точкой местной поверхности.

exomars / этапы экспедиции

BG
BG

ДАН, созданный Институтом космических исследований РАН, не просто стал первым долго работающим российским научным прибором на поверхности Марса. Он еще и продолжил «нейтронную революцию» в поисках потенциальной местной воды. Пока Curiosity едет, он работает в пассивном режиме, лишь улавливая нейтроны естественного фона. На остановках, однако, он излучает нейтроны. Всего прибор провел более пяти тысяч сеансов пассивной регистрации нейтронов и более тысячи сеансов активного изучения грунта планеты.

Результаты впечатляют: хотя Curiosity работает в крайне низких широтах, где никто не ожидал сохранности водяного льда, ДАН нашел в местном грунте по 1-2% эквивалентной воды по массе, а в отдельных точках — до 5%. Следовательно, и в теплых зонах Красной планеты, под поверхностью, может быть вода — и условия для существования микроорганизмов.

Неудивительно, что в 2015 году NASA наградило российских физиков из Института космических исследований и Института геохимии и аналитической химии РАН наградой Group Achievement Award.

Фактически, «нейтронно-водная революция» изменила все видение перспектив изучения Красной планеты: оно существенно сместилось в сторону поиска там следов жизни.

ДАН на борту Curiosity / ©NASA

IV

Первый ExoMars:
хлороводород и другие газы

Смогут ли наблюдения с орбиты решить загадку марсианской жизни — и ее следов в виде метана и кислорода

21/109
содержание метана
До 21 части метана на миллиард частей атмосферы было выявлено при наблюдениях.

В 2004 году космический аппарат Mars Express Европейского космического агентства выявил в атмосфере Красной планеты неожиданные «пятна» — участки, где отмечалось наличие метана. Следует понимать исключительную важность этого газа для изучения Марса. Многие земные археи в присутствии водорода (выделяется при контакте воды и некоторых горных пород) получают энергию за счет реакции CO2 + 4H2 -> CH4 + 2H2O. Иными словами, метан может быть признаком жизни. Открытие было несколько неожиданным: в те годы над многими еще довлели представления о Марсе как о безводной и безжизненной пустыне.

Но дальнейшая история марсианского метана внезапно стала запутанной. Curiosity сначала годами не мог его обнаружить, а затем, в 2019 году, выявил до 21 части метана на миллиард частей атмосферы Красной планеты. При этом за сутки до и через сутки после этот же район наблюдали из космоса искусственные спутники четвертой планеты — и не увидели с орбиты никакого метана.

Странное поведение для этого газа. Сам по себе метан не может распадаться за сутки — его время жизни в марсианских условиях должно составлять сотни лет.

Когда госкорпорация «Роскосмос» и Европейское космическое агентство готовили миссию ExoMars 2016, ее ключевой целью поставили именно поиск следов жизни на Красной планете. Поначалу миссия состояла из орбитального (Trace Gas Orbiter, TGO, орбитальный аппарат для отслеживания следов газов) и спускаемого (Schiaparelli) аппаратов.

Четырнадцатого марта 2016 года госкорпорация «Роскосмос» и ЕКА успешно реализовали первый этап совместного проекта ExoMars (миссия ExoMars 2016), запустив к Марсу с космодрома Байконур аппарат ExoMars 2016.

Однако из-за сбоя в своей инерциальной измерительной системе аппарат Schiaparelli врезался в поверхность планеты, и TGO оказался единственным компонентом миссии. Впрочем, не стоит драматизировать: Schiaparelli все равно был демонстрационной посадочной миссией и не имел долгосрочных источников энергии, поэтому мог проработать не более восьми суток (на аккумуляторах).

Спускаемый аппарат Schiaparelli / ©Wikimedia Commons

А вот TGO начал работать в 2016 году и после многомесячной фазы снижения орбиты с помощью торможения в атмосфере с апреля 2018-го до сих пор продолжает выполнять программу научных исследований. На его борту, помимо российского нейтронного детектора ФРЕНД (FREND), брата-близнеца ХЕНД, установлены два спектрометрических комплекса: российский АЦС (ACS, Atmospheric Chemistry Suite, Комплекс для изучения химии атмосферы) и бельгийский NOMAD (Nadir and Occultation for Mars Discovery), они предназначены для поиска малейших примесей в марсианской атмосфере.

Несмотря на ожидания, за годы наблюдений никаких признаков метана не было обнаружено, причем верхний предел его концентрации, установленный российским спектрометром АЦС, составляет 50 частиц на триллион (50 ppt) — это в сотни раз точнее, чем все предыдущие измерения.

TGO может изучать местную газовую оболочку в режиме «солнечных затмений», анализируя спектры света нашей звезды, проходящего через атмосферу Марса на закате и восходе. То, что он не обнаружил метан, означает: в значимых количествах в атмосфере в целом этого газа там и не должно быть.

И еще об изучении атмосферы в режиме «солнечных затмений». На борту TGO этим занимается Atmospheric Chemistry Suite, созданный в Институте космических исследований РАН. Комплексом его зовут неслучайно: он включает три инфракрасных спектрометра, обладающих исключительно высокими чувствительностью и спектральным разрешением.

К началу 2020 года его наблюдения дали необычный результат: во время пылевых бурь на Марсе есть от одной до четырех частей хлороводорода на миллиард (по объему). Аналогичный по задачам бельгийский прибор NOMAD на борту TGO подтвердил его наблюдения. Это принципиально отличает ситуацию от более раннего открытия метана: тот не удавалось найти двумя разными приборами в одни сутки, а тут налицо синхронное открытие, сводящее вероятность ошибки к минимуму.

Следует подчеркнуть: открытие хлороводорода само по себе не означает, как это иногда не вполне корректно отражают в прессе, «безжизненности Марса». Да, хлороводород опасен для живых существ, но лишь в заметных концентрациях. Четыре части на миллиард к таким не относятся: в конце концов, хлороводород периодически встречается и на Земле — в районах, где частицы морской соли поднимаются в воздух.

Важность российского «хлороводородного» открытия в другом: оно показывает, что даже газы с очень малой концентрацией (один к миллиарду) с орбиты Марса найти можно. А раз так, то необнаружение там метана больше похоже на реальность, чем более ранние результаты европейского космического аппарата Mars Express и американского марсохода Curiosity.

Российское «хлороводородное» открытие показывает, что даже газы с очень малой концентрацией (один к миллиарду) с орбиты Марса найти можно.

Впрочем, с хлороводородом интригует другое. Очевидных механизмов извлечения хлора из хлоридов на поверхности Марса и его контакта с водородосодержащими соединениями пока не просматривается. Просто поднять «сухие» соли местного грунта в воздух недостаточно: откуда-то должен взяться еще и водород. И если над земными морями его источником служит вода, то на более сухой четвертой планете ее намного меньше. Ученым только предстоит предложить полное теоретическое объяснение этому открытию. Не слишком очевидно и то, куда хлороводород столь быстро исчезает с окончанием местных бурь. Для этого нужны какие-то быстро протекающие химические процессы, наличие которых пока тоже не установлено.

TGO будут использовать и в качестве ретранслятора данных миссии ExoMars 2022, когда российская посадочная платформа «Казачок» и установленный на ней европейский марсоход Rosalind Franklin прибудут на Марс в 2023 году. Сейчас TGO, помимо выполнения научной программы, функционирует как ретранслятор для обмена данными с марсоходами Curiosity, Perseverance и посадочным аппаратом InSight (NASA).

При этом большая часть научной информации от TGO принимается средствами Российского комплекса приема научной информации (РКПНИ), размещенными в Медвежьих Озерах и Калязине. Сам Комплекс был создан и задействован в проекте ExoMars в рекордно короткие сроки. Он стал первым прецедентом в современной истории, когда России удалось создать высокотехнологичную отечественную наземную инфраструктуру, обеспечивающую прием ценной научной информации с космических аппаратов в дальнем космосе.

V

ExoMars 2022 — миссия, сочетающая и посадочную платформу, и марсоход

Почему ни один из них не может заменить другого и как именно они проявят себя в изучении Красной планеты?

Следует отметить, что однозначное «закрытие» метана, как и кислорода, периодический рост концентрации которого в марсианской атмосфере тоже нашел марсоход Curiosity и пока не подтвердил TGO, — вопрос будущего.

Часть ученых продолжают надеяться, что выбросы этих газов просто слишком локальны и наблюдаются только у самой поверхности. В принципе такое трудно исключать, если речь идет о продуктах жизнедеятельности микробов в небольших подповерхностных «островках», где они не могут наработать действительно большого количества этих газов. Поэтому миссия ExoMars 2022 имеет возможность комплексной проверки состава атмосферы «на месте» — на самой поверхности Марса.

Космический аппарат ExoMars 2022 сочетает неподвижную посадочную платформу («Казачок» Роскосмоса) и марсоход (Rosalind Franklin Европейского космического агентства).

При полете к Марсу космический аппарат ExoMars 2022 состоит из двух модулей: перелетного, обеспечивающего движение в межпланетном пространстве, и десантного, где находится и посадочная платформа, и стоящий поверх нее марсоход. Посадочный модуль ExoMars 2022 весит две тонны — то есть по массе может сравниться разве что с посадочным модулем новейшего американского марсохода Perseverance и его предшественника Curiosity.

Возникает вопрос: почему он получился таким тяжелым? Основная часть десантного модуля — посадочная платформа «Казачок» массой примерно 830 килограммов. Она создана в НПО имени Лавочкина, где ранее уже делали аппараты для советских миссий на Луну и Венеру — а равно и такой известный российский космический радиотелескоп, как «Спектр-Р».

Чтобы мягко сесть, посадочная платформа оснащена восемью тормозящими миниатюрными ракетными двигателями. Но еще до мягкой посадки ее содержимое нужно защитить от нагрева при атмосферном торможении. Для этого ниже платформы находится тепловой щит, отделяемый после прохождения верхних слоев атмосферы, где температура будет максимальной. Сверху аппарат защищает верхний тепловой экран. Все это весит прилично, но, как мы покажем ниже, перед нами лишь верхушка айсберга.

Испытания парашютов для ExoMars 2022 / ©Европейское космическое агентство

Исключительно сложным моментом при любой высадке на Марс остается мягкая посадка. Как показала судьба Schiaparelli в 2016 году, не только советские миссии начала 1970-х имели проблемы с посадкой. Даже сегодня, когда мы куда лучше знаем плотность марсианской атмосферы и условия на самой Красной планете, сложности остаются огромными.

Например, для посадки марсохода Curiosity NASA использовало так называемый Skycrane: сложную систему, где посадочный аппарат на тросе подвешивался под тормозящей платформой с мощными двигателями. Подвешивание позволяло тормозить, не угрожая самой платформе повреждением от горячих газов, выходящих из двигателей. Сложности с посадкой на Марс заставили ученых и инженеров NASA образно назвать этот процесс «семью минутами ужаса».

Марсоход Rosalind Franklin установлен на посадочную платформу «Казачок» в чистовой комнате Thales Alenia Space, Канны / ©Thales Alenia Space

Как отмечает Рене Пишель, глава представительства ЕКА в Москве, аппарат ExoMars 2022 использует несколько иное решение: комбинацию из двух парашютов и посадочной платформы (у американских Perseverance и Curiosity был один парашют и Skycrane). Первый парашют предназначен для торможения на сверхзвуковых скоростях, в верхних слоях атмосферы, и имеет диаметр 15 метров.

Второй нужен для торможения в нижних слоях атмосферы, его диаметр — 35 метров. Кстати, это тоже рекорд: перед нами крупнейший из космических парашютов, предназначенных для высадки на других планетах. Разумеется, такая система получилась и более тяжелой, чем у Curiosity и Perseverance.

Парашюты для высадки на Марсе должны быть рекордно большими — иначе не сработают в местной атмосфере / ©Европейское космическое агентство

Рекордные размеры парашютов аппарата ExoMars 2022 породили и большие сложности. Испытания, проведенные в Европе и США, показали, что при выходе из укладки парашют получает надрывы. Согласно испытаниям, он все равно сыграл бы свою роль и с ними. Но, чтобы минимизировать риски, ЕКА поменяло укладку на более безопасную.

Начало второго этапа проекта ExoMars (миссия ExoMars 2022) запланировано на 2022 год. Ракета-носитель «Протон-М» с разгонным блоком «Бриз-М» выведут космический аппарат на отлетную траекторию к Марсу с заданными параметрами для каждого дня пускового интервала (окно старта: 20 сентября — 1 октября 2022 года).

VI

«Казачок»:
хорошо подготовленный наблюдатель

2
земных года
Планируемая продолжительность миссии

Российская посадочная платформа имеет гарантийный срок работы в один год, но предполагается, что она может прослужить намного дольше. Это вызвано ее ключевой особенностью — неподвижностью. Она не только обнуляет риски застревания, но и позволяет иметь большую площадь солнечных батарей, развернутых в разные стороны от платформы.

45
килограммов

После высадки марсоход Rosalind Franklin съедет с российской платформы по трапам, а та, получая энергию от раскинутых в стороны фотоэлементов, начнет использовать свою научную аппаратуру для сбора информации с места посадки.

С приборным оснащением у «Казачка» все хорошо. Он несет инфракрасный Фурье-спектрометр FAST (Fourier spectrometer to study the atmosphere), спектрометр M-DLS (Multi-channel Diode-Laser Spectrometer) и газовый хроматограф-масс-спектрометр MGAP (Martian Gas-Analytic Package). Первый анализирует весь атмосферный столб над платформой, а вот остальные два — более «приземленные»: они способны точно оценить концентрации тех или иных газов именно в нижних слоях атмосферы.

Почему это важно? Некоторые американские исследователи после того, как TGO не обнаружил метан в марсианской атмосфере, заявили, что этот газ может выделяться из приповерхностных источников, поэтому его якобы сложно зарегистрировать с орбиты.

Похожую позицию можно наблюдать и по загадочным сезонным «пикам» уровня кислорода в местной атмосфере. Временами Curiosity фиксировал его концентрацию в районе 400 частей на миллион, много выше обычной марсианской — причем это было в теплое время года.

Если M-DLS и MGAP «Казачка» подтвердят колебания уровней этих газов у марсианской поверхности, это придаст вес гипотезам о «подземных оазисах» микробной жизни. Напротив, если они ее опровергнут, можно будет окончательно закрыть вопрос о метаново-кислородных «странностях», зафиксированных более ранними марсоходами.

M-DLS / © Европейское космическое агентство

1,5
метра
Глубина поиска воды
с помощью гамма-нейтронного спектрометра
АНДРОН-ЭМ

M-DLS — лазерный спектрометр массой в 2,6 килограмма. Он состоит из пяти лазеров, дающих импульсы в определенном диапазоне. За счет анализа поглощения этих импульсов местной атмосферой прибор «понимает», какие именно поглощающие соединения он там обнаружил. MGAP имеет массу в десяток килограммов и состоит из многоразового термоанализатора и газового хроматографа. Так называют прибор для разделения смеси веществ на компоненты. Помимо этого, MGAP включает масс-спектрометр высокого разрешения.

«Казачок» не забудет и о подповерхностной марсианской воде. У него есть гамма-нейтронный спектрометр АДРОН-ЭМ (Active Detection of Radiation of Nuclei-ExoMars) массой в 5,6 килограмма. Прибор — продвинутая версия ДАН. Он способен «разглядеть» воду на глубине до полутора метров. Аналогичный российский прибор АДРОН-РМ (Autonomous Detector of Radiation of Neutrons Onboard Rover at Mars) есть и на борту марсохода Rosalind Franklin.

После того как марсоход отъедет от платформы, оба прибора смогут работать, дополняя друг друга. Фиксируя изменения потока нейтронов по мере удаления Rosalind Franklin от «Казачка», можно будет дать ответ на важный вопрос: как именно распределена вода в приповерхностном грунте. Одиночный прибор — даже такой продвинутый, как ДАН у Curiosity — не позволяет отличить один «толстый» водосодержащий слой в марсианском реголите от нескольких слоев потоньше.

АДРОН-ЭМ

Масса 1.7 килограмма

Мощность 5 ватт

Когда марсоход удалится от «Казачка» на большое расстояние, АДРОН-ЭМ будет работать уже один, отслеживая уровень радиации на поверхности. Это важно в свете возможных пилотируемых полетов на Марс. Curiosity уже фиксировал уровень радиации, но он подвижен, а будущая марсианская база будет неподвижна. Нужно понять, как на протяжении года колеблется космическая радиация именно в одной точке. И тут АДРОН-ЭМ будет первым, кто сможет дать детальную картину.

Чтобы понять, насколько потенциально обитаемы подповерхностные слои четвертой планеты, недостаточно одного обнаружения там воды. Те же вырабатывающие метан бактерии на Земле активны только при температуре выше нуля. Насколько теплы содержащие воду слои марсианского грунта — вопрос, на который до сих пор было сложно дать точный ответ.

Поэтому на борту «Казачка» есть пассивный радиометр PAT-M весом в 0,6 килограмма. Он принимает микроволны с частотой от шести до 20 гигагерц. По ним можно будет судить о температуре на трех уровнях глубины в местном грунте — до метра вниз. Естественно, если в точке посадки найдут воду, где температура периодически достигает нуля градусов, перспективы местной жизни будут выглядеть совсем иначе, чем если в этом слое вечно царит минус 20.

Разумеется, этим список возможностей «Казачка» не исчерпывается. У него есть набор из четырех камер TSPP, сейсмометр SEM, фиксирующий «марсотрясения», комплекс METEO, фиксирующий температуру, давление, влажность, скорость ветра, запыленность, оптическую плотность и параметры атмосферы, в том числе во время спуска в атмосфере. Магнитометр MAIGRET с чешским волновым анализатором WAM (Wave Analyser Module) выяснит и то, насколько сильно меняется локальное магнитное поле. Этот комплекс попробует прояснить и трагическую судьбу «Марса-3» — он способен выявить электрические разряды во время пылевых бурь, один из которых мог погубить советский посадочный аппарат.

Кроме российских комплексов, на борту «Казачка» есть два европейских прибора. Шведский HABIT (Habitability, Brine Irradiation and Temperature package), помимо метеорологических датчиков, содержит соли, улавливающие водяной пар из атмосферы. Бельгийский прибор LaRa (Lander Radioscience experiment) сможет улавливать радиосигнал от крупных наземных антенн и тут же возвращать его обратно — радиосеанс на 350 миллионов километров. Отслеживая изменения в частоте возвращенного радиосигнала, ученые с высокой точностью измерят легкие изменения наклона оси вращения Марса. А они прямо зависят от диаметра жидкого ядра планеты — до сих пор неизвестного точно.

VII

Rosalind Franklin:
добуриться до жизни

7,5
сантиметра
Глубина сверления поверхности Марса
у Curiosity

У европейского марсохода есть уникальный прибор, делающий его по научному потенциалу чрезвычайно сильным исследователем Красной планеты. Все дело в том, что до него бурение — точнее, сверление — поверхности Марса осуществлялось марсоходами на глубину не более 7,5 сантиметра (все тем же Curiosity).

Был еще специализированный бур InSight у NASA, но его создатели попытались уйти от сложностей создания настоящего бура и использовали вместо него безопорное подпрыгивающее устройство. Оно наткнулось на твердый грунт и глубже первых 40 сантиметров так и не ушло.

Предполагаемый район посадки «Казачка» и Rosalind Franklin / ©Европейское космическое агентство

В итоге подповерхностный Марс остается настоящей terra incognita. Как мы уже упоминали, на Земле исследования самых сухих частей Атакамы не позволяли выявить ничего живого на глубине менее метра. Оттуда слишком легко испаряется вода, а без нее нет жизни.

На Марсе ситуация еще острее. Близко к поверхности там слишком холодно и велики скачки температур. Кроме того, возможные следы жизни на поверхности уничтожаются космическим излучением. А вот от метра и ниже ситуация может быть иной. Поэтому полноценное исследование подземных очагов жизни там возможно только и исключительно при помощи полноценного бурения на глубину от метра.

Rosalind Franklin в этом плане оснастили лучше предшественников: у него есть двухметровый раскладной бур, который разрабатывали для неоднократного использования. Значит, когда приборы ISEM (Infrared Spectrometer for ExoMars), WISDOM (Water Ice and Subsurface Deposit Observation On Mars), АДРОН-РМ на борту марсохода найдут потенциально интересный грунт, можно будет забуриться в него. А интегрированный в бур инфракрасный спектрометр Ma-MISS (Mars Multispectral Imager for Subsurface Studies) попутно выяснит состав стенок скважины.

2020

Планетоход Rosalind Franklin

Масса: 310 килограмм

Мощность солнечной
батареи: 1200 ватт

РН: «Протон-М»

Помимо этого, бур сможет извлечь вверх восемь образцов грунта диаметром в сантиметр и высотой около трех сантиметров. Спектрометр видимого и инфракрасного диапазонов MicrOmega вместе с рамановским спектрометром RLS (Raman Laser Spectrometer) должен определить состав анализируемых образцов и даже выявить в них органические вещества (если они там есть).

ISEM
ИК-спектрометр
Для минералогической оценки объектов на поверхности
Wisdom
Радиолокатор
Для выявления структуры грунта под марсоходом
ADRON-RM
Нейтронный спектрометр
Для поиска подповерхностной воды
и гидратированных материалов и выявления наилучших мест для взятия образцов

Кроме того, Rosalind Franklin сможет изучать и то, что лежит на поверхности. Российский инфракрасный спектрометр ISEM (Infrared Spectrometer for ExoMars) позволит удаленно оценить состав камней и объектов на поверхности, радиолокатор WISDOM (Water Ice and Subsurface Deposit Observation On Mars) отследит структуру грунта под марсоходом, а гамма-нейтронный спектрометр АДРОН-РМ позволит не просто искать водород (а значит, потенциально и воду), но и находить лучшие места для забора подземных образцов. Большую роль может сыграть анализатор органических молекул МОМА (Mars Organic Molecule Analyser): этот газохроматографический комплекс специально предназначен для поиска органический соединений, которые могут быть следами жизни.

Разместить такое количество приборов на одной компактной и подвижной платформе было сложно. Многим вещам не осталось ни места, ни массы. У Rosalind Franklin нет радиоизотопного источника электроэнергии на российском плутонии-238, как, например, у Curiosity, — только солнечные батареи. Есть, конечно, радиоизотопные подогреватели (чтобы не допустить переохлаждения приборов), но они много меньше по массе и не могут вырабатывать электричество, откуда и нужда в солнечных батареях. Поэтому у него ночью не так много электроэнергии для обеспечения работы приборов. В случае серьезной пылевой бури ему придется «впадать в спячку», включать режим экономии энергии, как некогда американскому Opportunity. Впрочем, то же самое относится к российской посадочной платформе «Казачок».

Следует по праву назвать Rosalind Franklin самым «биологически подготовленным» планетоходом из всех когда-либо созданных людьми. Он способен бурить на глубину — важнейшая черта для поиска жизни в марсианских условиях. К тому же его бортовые приборы специально «заточены» под поиск органический соединений, которые могут быть следами жизни.

Эволюция роботов, исследующих Марс, — от «простых» марсоходов типа Sojourner до сложных миссий «Казачка» и Rosalind Franklin, — результат не просто технического прогресса, а изменения взглядов земных ученых на Марс в последние 20 лет. Успехи в поиске там воды и ее прошлых следов заставили иначе взглянуть на считавшуюся изученной планету. Кто знает: быть может, именно эта эволюция позволит человечеству уже в 2020-х напасть на следы местной жизни. И свою заметную роль здесь сыграет российско-европейская миссия ExoMars 2022.