18 февраля 2021 года в 23:44 по московскому времени марсоход Perseverance («Настойчивость» или «Упорство») американского космического агентства NASA совершил удачную посадку в 49-километровый кратер Езеро на западной окраине равнины Исиды в северном полушарии Марса. Спустя 11 минут 22 секунды, когда сигнал от аппарата достиг Земли, об этом стало известно центру управления полётами NASA и всему человечеству. Основная задача марсохода — поиски следов существования на Красной планете микробиологических форм жизни. Место посадки было выбрано неслучайно. Считается, что 3,5-3,9 миллиарда лет назад на месте кратера располагались дельта реки и озеро. Также марсоход соберёт образцы грунта и изучит климат и погоду на планете.
Интересно, что Perseverance стал третьим космическим аппаратом, прибывшим к Марсу за последний месяц. 9 февраля на орбиту планеты вышла станция Объединённых Арабских Эмиратов «Аль-Амаль» («Надежда»), а 10-го — китайская «Тяньвэнь-1» («Вопросы к небу»). Китай будет производить попытку посадки спускаемого аппарата в апреле. Perseverance стал девятым аппаратом NASA, который успешно приземлился на Марс. Марсоход Curiosity, прибывший на Красную планету в 2012 году, уже проехал 23 километра по её поверхности и до сих пор активен. Чем же так важен аппарат, запущенный 30 июля 2020 года, преодолевший почти 500 миллионов километров, стоимость которого оценивается 2,1-2,7 миллиарда долларов?
Что из себя представляет Perseverance
Марсоход Perseverance был разработан на основе марсохода Curiosity («Любопытство») от Mars Science Laboratory. Его размеры сопоставимы с автомобилем: около 3 метров в длину (без учёта руки), 2,7 метра в ширину и 2,2 метра в высоту. Однако весит он меньше, чем компактная машина — всего около 1025 килограмм. У NASA есть специальное AR-приложение для смартфонов (на Android, на iOS), с помощью которого можно оценить размеры Perseverance (и других аппаратов агентства), расположив марсоход прямо у себя в квартире или во дворе. Инженеры говорят, что марсоход состоит из таких частей, которые необходимы любому живому существу, чтобы оно оставалось «живым» и могло исследовать окружающее пространство.
Тело — для защиты «внутренних органов»
Корпус марсохода Perseverance называют WEB (warm electronics box — «тепловой блок с электроникой»). Он покрыт прочным внешним слоем, который защищает компьютер и электронику, являющиеся мозгом и сердцем марсохода, от внешних угроз. Также корпус обеспечивает контроль температуры. Сверху к WEB крепится платформа Rover Equipment Deck, на которой расположено оборудование, например, камеры. Ключевым отличием Perseverance от Curiosity является то, что новый марсоход может брать и сохранять образцы марсианской породы. Для этого у него есть специальное керновое сверло, большая роботизированная рука и пробирки для упаковки.
Мозг — для обработки информации и мониторинга систем
В качестве мозга у марсохода выступает компьютерный модуль Rover Compute Element («вычислительный элемент ровера»). Более того, у Perseverance на самом деле два RCE на случай поломки первого. «Мозг» взаимодействует с инженерными функциями марсохода по двум сетям, которые соответствуют стандарту аэрокосмической промышленности, разработанному специально для требований высокой надёжности самолётов и космических аппаратов. RCE напрямую взаимодействует со всеми приборами марсохода для обмена командами и научными данными, а также мониторинга неполадок. Работает он на базе радиационно-стойкого центрального процессора с архитектурой PowerPC 750: BAE RAD 750, работающего на скорости до 200 МГц. Это такой же процессор, какой был установлен на Curiosity. Компьютер марсохода имеет 2 ГБ флэш-памяти, 256 МБ динамической оперативной памяти и 256 КБ электрически стираемой программируемой постоянной памяти. По этим показателям он существенно превосходит все предыдущие аппараты NASA.
Глаза — для получения визуальных и научных данных
Perseverance оборудован 23 камерами. Семь из них были установлены на марсоход, чтобы записать полноцветное видео входа аппарата в атмосферу Красной планеты, его спуск и приземление. Они предоставят некоторую полезную информацию для инженеров, чтобы улучшить будущие посадки. Также на марсоходе имеется девять инженерных камер. Они позволяют взглянуть на поверхность планеты в цвете, используются для обхода аппаратом препятствий, проверяют состояние оборудования, а также будут полезны во время сбора образцов породы. И наконец Perseverance оборудован научными камерами. Mastcam-Z — это пара камер, которые снимают трёхмерные цветные изображения и видео, а также обладают мощным зум-объективом.
SuperCam стреляет лазером по минеральным породам, которые находятся вне досягаемости роботизированной руки марсохода. Когда лазер попадает в камень, он создает плазму, а бортовой спектрограф регистрирует её спектр, чтобы определить химический состав породы. PIXL использует рентгеновскую флуоресценцию для идентификации химических элементов в целевых точках размером с крупицу поваренной соли. SHERLOC Context Imager ведёт «контекстную» макросъёмку, что поможет учёным увидеть текстуры породы и сделать предположения о том, как формировалась поверхность Марса. Камера WATSON, расположенная на роботизированной руке, — широкоугольный топографический датчик для манипуляций и инженерии. Она снимает детальные изображения собираемых материалов.
Уши и голос — чтобы слушать звуки Марса и общаться с Землей
Микрофоны — это, пожалуй, самая важная часть оснащения Perseverance, так как роботы уже давно воспроизвели на Марсе все ощущения человеческой сенсорной системы, кроме слуха. Один микрофон был установлен специально, чтобы записать звуки полёта аппарата сквозь атмосферу и его приземления. Он также сможет записывать звуки работы ровера на поверхности планеты. Второй микрофон входит в состав SuperCam. С его помощью учёные смогут записывать до 3,5 минут звуков Марса, например, высокочастотные звуки песчинок над поверхностью планеты, звуки ветра, свистящего вокруг мачты марсохода, и так далее. Также он будет включаться во время работы лазера, чтобы оценить звуки испарения марсианских пород.
На Rover Equipment Deck также установлено три антенны. Ultra-High Frequency Antenna — работает на сверхвысоких частотах (400 МГц) и обеспечивает связь между марсоходом и орбитальными марсианскими апаратами на скорости до 2 Мбит/с. The X-Band High-Gain Antenna — управляемая антенна с высоким коэффициентом усиления, благодаря которой Perseverance может держать связь с Землей независимо от своего положения. Работает в диапазоне 7-8 ГГц. The X-Band Low-Gain Antenna — всенаправленная антенна, которая работает в том же диапазоне и используется в основном для получения сигналов.
Ноги — для путешествия по Красной планете
Perseverance оборудован шестью колёсами, каждое с индивидуальным двигателем. Два передних и два задних колеса также имеют индивидуальные двигатели рулевого управления. Это позволяет марсоходу поворачиваться на месте на полные 360 градусов, а также совершать повороты по дуге. В сравнении с Curiosity ходовая часть Perseverance сделана более прочной и устойчивой к износу при движении по острым марсианским камням. Колёса стали уже, но больше в диаметре (52,5 сантиметра). Полный оборот колёс без проскальзывания перемещает ровер на 1,65 метра. На ровной твёрдой поверхности марсоход развивает максимальную скорость 4,2 см/с или 0,152 км/ч. Кажется, что это очень медленно, но по марсианским меркам Perseverance — спортивный автомобиль. Кроме того, марсоход потребляет всего 200 Вт (200-сильный автомобильный двигатель — 150 000 Вт).
Рука — чтобы трогать, щупать, брать и собирать
Perseverance оборудован роботизированной рукой длиной 2,1 метра. У неё пять степеней свободы: плечевой азимутальный сустав, плечевой сустав, локтевой сустав, лучезапястный сустав и турельный сустав (где крепится «кисть»). Рука приводится в движение благодаря крошечным двигателям, называемым «поворотными приводами». Таким образом, она может выполнять ту же работу, которую сделал бы геолог. Именно на руке установлены камеры SHERLOC, WATSON и PIXL, а также дрель, инструмент для удаления газовой пыли GDRT (Gaseous Dust Removal Tool), различные датчики, сенсоры и так далее.
Сердце — для обеспечения ровера энергией
Работает Perseverance на электрической энергии. Для обеспечения питания используется система MMRTG (Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator — «многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор»). Генератор преобразует тепло от естественного радиоактивного распада плутония в электричество. MMRTG имеет длину в 64 сантиметра, а диаметр — 66 сантиметров. Масса — около 45 килограмм. Также у Perseverance имеется две литий-ионные перезаряжаемые батареи на случай, если энергопотребление превысит вырабатываемую MMRTG энергию. Генератор производит 110 Вт электрической энергии (эта цифра будет уменьшаться на несколько процентов с каждым годом). Жизненный цикл MMRTG составляет 14 лет.
Чем займется Perseverance на Марсе
Как уже говорилось выше, марсоход совершил посадку в кратере Езеро в северном полушарии Марса, где, по предположениям учёных, около трёх с половиной миллиардов лет назад река впадала в крупное озеро. Вода — ключевой компонент для любых биологических форм на нашей планете, поэтому предполагается, что если в древности на Марсе были водохранилища, то могли существовать и очаги примитивной жизни. Дельта реки в данном кратере сохранилась очень хорошо. Это даёт возможность собрать горные породы (карбонаты, глину), которые могли сохранить в себе органические молекулы. Perseverance упакует их в специальные контейнеры, которые доставят на Землю уже другие аппараты.
Тем временем учёные смогут изучать фотографии и данные химического анализа инструментов SHERLOC, PIXL и другого оборудования, установленного на марсоходе. Кроме того, когда крупное космическое тело врезается в породы, содержащие воду, может произойти создание гидротермальной системы, когда горячая вода начинает циркулировать внутри пород. Такое вполне могло произойти во время образования кратера. Тогда вода начала бы вымывать питательные вещества из пород, а вероятность возникновения жизни повысилась бы. Поэтому когда марсоход закончит дела в кратере, он отправится на северо-восток к местности под названием Сирт, где могла бы образоваться жизнь из-за гидротермальной системы.
Также Perseverance доставил на Красную планету образцы материалов, из которых планируют делать скафандры для высадки людей на поверхность Луны, а в дальнейшем и Марса, чтобы оценить, как на них повлияет марсианская среда. Ещё одна «посылка» на борту марсохода — крошечный беспилотный вертолет NASA под названием Ingenuity («Изобретательность») весом 1,8 килограмма. Он попробует сделать несколько тестовых полётов над поверхностью планеты. Если они пройдут успешно, то Ingenuity станет первым вертолётом, совершившим полёт за пределами Земли.
