На Красную планету прибыл марсоход Mars Science Laboratory (MSL) Curiocity — самый большой из до сих пор построенных. Он будет работать в кратере Гейла, где в отложениях слоях на дне высохшего озера ученые надеются найти следы древней жизни. Однако успехом является уже сама посадка беспрецедентной сложности.
Марсианский танк
Цели MSL Curiosity — исследование геологии и климата Марса, поиск следов жизни (биосигнатур) и разведка в рамках подготовки к пилотируемым миссиям. Марсоход несет 10 научных приборов общей массой 90 кг и способен развивать скорость до 90 м/ч, хотя средняя ожидается в районе 30 м/ч. Радиоизотопный генератор способен вырабатывать 2.5 кВт*ч в сутки и к тому же делает аппарат независимым от Солнца и менее подверженным ввоздействию пылевых бурь, от которых страдали марсоходы прошлого поколения. Расчетный срок работы аппарата — один марсианский год (почти два земных), но долголетие MER’ов дает основание полагать, что MSL также «протянет» дольше. (На рисунке — три поколения марсоходов: впереди Sojourner, слева MER, справа MSL).
Как известно, Марс — планета суровая. Ни один советский лэндер так и не сумел заработать на ее поверхности («Марс-3″ передавал данные несколько секунд), а аппарат Европейского космического агентства «Бигль-2″ разбился при невыясненных обстоятельствах. У NASA были свои неудачи, но в целом американцы имеют успешный опыт посадки на Марсе («Викинги», Pathfinder/Sojourner, MER Spirit и Opportunity, Phoenix), так что основания для оптимизма были.
Однако MSL Curiosity гораздо крупней и массивней предшественников (аппарат весит 900 кг и по размерам сопоставим с небольшим автомобилем). Сбрасывать его в надувных мешках, как MER’ы, слишком хлопотно. Кроме того, как рассказали в NASA, атмосфера Марса слишком разрежена, чтобы можно было погасить скорость с помощью аэродинамического торможения и парашютов, но ее хватит, чтобы разрушить аппарат при спуске. Кроме того, инженеры намеревались посадить машину как можно ближе к цели, чтобы не тратить время на лишние разъезды.
Поэтому была выбрана сложная схема посадки, включавшая четыре этапа, шесть конфигураций спускаемого аппарата, 76 пиротехнических устройств и более 500 тыс. строк кода. Посадка для MSL (а скорее для инженеров, управляющих миссией), по определению NASA, представляла собой «семь минут ужаса».
Управляемый вход в атмосфру
За десять минут до входа в атмосферу аппарат, заключенный в защитную капсулу, отделился от перелетного модуля, который обеспечивал питание, корректировку курса и связь с Землей во время пути. Минуту спустя включились двигатели, остановив вращение капсулы, которое составляло 2 оборота в минуту и использовалось для стабилизации во время перелета. Одновременно капсула была ориентирована таким образом, чтобы тепловой щит «смотрел» в направлении спуска.
За несколько минут до входа в атмосферу были сброшены два 75-килограммовых вольфрамовых противовеса, тем самым центр масс капсулы сместился относительно горизонтальной оси, что обеспечивало подъемную силу на данном этапе спуска. Эта подъемная сила использовалась для корректировки курса по алгоритму, подобному тому, который применялся на кораблях «Аполлон». Коррекция курсовых ошибок осуществлялась при помощи четырех двигателей капсулы.
Для торможения в атмосфере на этом этапе использовался 4.5-метровый тепловой абляционный щит из углеродных волокон, пропитанных феноформальдегидной смолой. (При сверхвысоких температурах абляционное покрытие постепенно разрушается с образованием газов, которые и уносят тепло; такая защита используется на многих космических кораблях, в т.ч. на «Союзах»).
На протяжении четырех минут скорость аппарата упала с 5.8 км/с до приблизительно 470 м/с. В этот момент были сброшены 6 25-килограммовых вольфрамовых противовесов, устранив эффект смещения центра масс.
Парашют
На высоте примерно 10 км раскрылся сверхзвуковой парашют — самый большой в мире; он имел 80 строп, его длина составляла более 50 м, диаметр купола — 16 м. После раскрытия парашюта тепловой щит был сброшен, открыв аппарату вид на Марс. В этот момент заработал радар, определявший расстояние до поверхности.
Еще до сброса теплового щита становленная на днище марсохода камера MARDI начала делать снимки поверхности с частотой 5 кадров в секунду и разрешением 1600 x 1200 пикселей. Всего было отснято 1504 кадра, которые будут переданы на Землю в течение ближайших месяцев. На превью одного из первых снимков виден тепловой щит в 15 метрах под аппаратом.
К концу этого этапа скорость аппарата упала до 100 м/с.
Спуск на двигателях
На высоте примерно 1.8 км спускаемая платформа с марсоходом буквально «выпала» из капсулы. Восемь двигателей на гидразине обеспечили плавное снижение на оставшемся участке пути, хотя первым делом платформа была отведена в сторону, чтобы разминуться с парашютом. Затем скорость была доведена до 4 м/с, а всякое горизонтальное смещение корректировалось с помощью двигателей.
http://www.youtube.com/watch?v=UcGMDXy-Y1I
«Небесный кран»
Поскольку ракетные двигатели неминуемо должны были поднять тучи пыли, способной повредить марсоход, на последнем этапе было решено применить рискованный маневр — спустить машину на тросах. На высотре 27.3 м сработали пиротехнические устройств, и марсоходу начал опускаться на трех лебедках. Одновременно он выпустил колеса, которые до этого были сложены. На высоте 15 м тросы были выпущены на полную длину, включилась программа посадки. Скорость в этот момент равнялась до 0.75 м/с.
После контакта с грунтом компьютер марсохода выждал 2 с, при этом дав команду посадочной платформе поддерживать скорость снижения 0.75 м/с; эта мера была нужна для того, чтобы подтвердить, что аппарат действительно на поверхности. Затем управление было снова передано на компьютер посадочной платформы, который дал команду отсоединить тросы с помощью пироболтов. Далее платформа поднялась примерно на 15 метров, развернулась на 45 градусов и улетела.
На момент касания в посадочном блоке оставалось еще 140 кг топлива. Аппарат отклонился от цели всего на 2,28 км. (намеченная зона представляла собой эллипс величиной 20 x 7 км, марсоход сел практически в центре).
Зрители
За посадкой Curiosity наблюдали три спутника, в данный момент работающих вблизи Марса: два американских — Mars Odyssey и Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) — и европейский Mars Express. Первый транслировал данные с аппарата в реальном времени (конечно, с учетом 14-минутной задержки из-за расстояния между Марсом и Землей). За пару месяцев до посадки были сомнения, будет ли почтенный спутник в состоянии выполнить эту миссию: на нем сломался один из гироскопов, так что пришлось запустить резервный. Тем не менее «Одиссей» успел занять нужную орбиту и отработал на отлично.
Два других спутника записывали данные в память, чтобы передать их на Землю во время сеанса связи. MRO также сумел заснять MSL, пролетая над районом посадки.
Множество людей по всему миру смотрели трансляцию NASA. Сам марсоход отчитывался о ходе посадки в твиттере. Не пропустили такое событие и некоторые знакомые нам люди.
Что дальше
Первым делом Curiosity «осмотрелся» вокруг себя с помощью камер предупреждения об опасности (Hazcams), которых у него восемь. Первые снимки были сделаны через защитные фильтры; то, что вы видите, было передано позже, после снятия фильтров и в более высоком разрешении. На снимке видно колесо, стоящее на грунте, и все-таки немного пыли попало на объектив.
А это первое цветное фото, сделанное камерой MAHLI, которая расположена на «руке» марсохода и предназначена для фотографирования образцов минералов. На фото виден северный вал кратера Гейла. На момент съемки рука была сложена (поэтому изображение повернуто), а пылезащитная крышка еще не снята. Ожидается, что крышка будет снята через неделю, тогда же манипулятор будет переведен в «боевое» положение.
Панорама кратера Гейла с высоким разрешением будет сделана, когда марсоход поднимет свою мачту с приборами. Для съемки будут задействованы две основные камеры MastCam. По некоторым данным, выдвижение мачты намечено на сегодня, а панорама будет передана в четверг.
В тени младшего брата
А чем в это время занят MER Opportunity? Маленький отважный марсоходик, который колесит по Марсу уже 8.5 лет, в мае выехал с зимней стоянки и сейчас работает в заливе Капризов (Whim Creek), хотя сейчас там воды нет (говорят, не сезон). В течение недели ровер будет оставаться на месте и контакт с ним будет ограничен, а ресурсы сети дальней космической связи пока переброшены на Curiosity.
