«Настойчивость» и «Изобретательность» отправились в семимесячное путешествие на Марс. NSF.
Крис Гебхардт, 29 июля 2020 года
United Launch Alliance запустил последнюю миссию НАСА на Марс: марсоход Perseverance и сопровождающий его вертолет Ingenuity.
Старт третьей из трех миссий на Марс во время текущего межпланетного трансферного окна произошла в четверг, 30 июля 2020 года, в начале двухчасового «пускового окна», которое открылось в 07:50 по восточному поясному времени.
История и конструкция миссии:
Официально известная как Марс 2020, эта миссия была официально объявлена НАСА 4 декабря 2012 года — всего через четыре месяца после технологически поразительной посадки вездехода Curiosity в кратере Гейл на Марсе.
Фактически, НАСА стремилось извлечь выгоду из успеха Curiosity и общей научной платформы конструкции этого ровера для транспортного средства Mars 2020, включая полученные уроки и расширяя общие возможности нового ровера, включая обнаружение биосигнатур прошлой микробной жизни, а также сбор и упаковку марсианских образцов для будущего возвращения на Землю.
Эти изменения, наряду с окончательным набором научных инструментов, привели к тому, что общая масса Perseverance достигла 1025 кг, тяжелее, чем Curiosity (899 кг).
Учитывая общую потребность миссии и ее базовый уровень по сравнению с потребностями Curiosity, Perseverance имеет многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор, или MMRTG, который фактически является резервной копией того, который используется для Curiosity.
MMRTG — благодаря естественному распаду плутония-238 — будет обеспечивать постоянную мощность 110 Вт, а также тепло в течение всей миссии и предлагает потенциальный срок эксплуатации до 14 лет.
Использование ядерного источника энергии позволяет проводить научные операции в любое время и во время большинства сезонных условий на Марсе, в том числе во время пресловутых пыльных бурь на планете — последний из которых требовал срока службы ровера Opportunity, который полагался на солнечные батареи для выработки электричества.
Perseverance также оснащен двумя перезаряжаемыми литий-ионными батареями для обеспечения работы во время пиковых научных нагрузок, некоторые из которых, по прогнозам, будут превышать максимальную непрерывную мощность 110 Вт от MMRTG.
В целом, семь полезных нагрузок научного прибора будут питаться от систем ровера, в том числе:
- Mastcam-Z,
- Марс анализатор динамики окружающей среды (MEDA),
- Эксперимент по использованию ресурсов кислорода на месте Марса (MOXIE),
- Планетарный прибор для рентгеновской литохимии (PIXL),
- Радар для геологического эксперимента на Марсе (RIMFAX),
- Сканирование среды обитания с помощью комбинационного рассеяния и люминесценции для органических и химических веществ (SHERLOC) и
- SuperCam.
Mastcam-Z обеспечит Perseverance своей системой видеонаблюдения, в том числе возможностью масштабирования, фокусировки, 3D-изображения и высокоскоростного съемочного фильма в деталях. Согласно НАСА, система наблюдения Mastcam может четко наблюдать обычную муху на расстоянии футбольного поля.
Анализатор экологической динамики Марса (MEDA) — это метеорологическая станция, которая будет контролировать направление и скорость ветра, локальную температуру и влажность, а также количество и размер частиц пыли в атмосфере.
В этой же теме в эксперименте по использованию in-situ ресурсов кислорода на Марсе (MOXIE) будут рассмотрены способы получения кислорода из атмосферы Марса как для жизнеобеспечения, так и для ракетного топлива.
В то время как двуокись углерода присутствует на Марсе в большом количестве, на ее долю приходится 96% атмосферы планеты, кислорода в атмосфере нет. При концентрации всего 0,13% кислород является «редким ресурсом».
Тем не менее, на Земле есть биологический пример поглощения углекислого газа из атмосферы для выделения кислорода который представлен в виде деревьев и разнообразной флоры нашей планеты.
Между тем, Планетарный инструмент для рентгеновской литохимии (PIXL) станет первым инструментом, специально предназначенным для поиска признаков прошлой микробной жизни на Марсе.
Прибор сможет идентифицировать конкретные изменения в текстурах и химических веществах марсианских пород, оставленных древней микробной жизнью, даже если они присутствуют в самом незначительном количестве.
PIXL также оснащен камерой, которая позволяет получать детальные снимки текстур камней и почвы крупным планом с четким разрешением объектов размером с крупинку соли.
Частично в тандеме с PIXL будут работать сканеры среды обитания с комбинационным и люминесцентным излучением для органических и химических веществ (SHERLOC), которые будут использовать камеру, спектрометры и лазер для поиска органических веществ и минералов, потенциально изменяемых водной средой - таким образом указывая на признак потенциальной прошлой микробной жизни.
«Ключевыми, ведущими вопросами является ли Марс или когда-либо был заселен, и если нет, то почему?» сказал Лютер Бигл, главный следователь SHERLOC. «Эксперимент SHERLOC улучшит понимание геологической истории Марса и выявит его биологический потенциал в прошлом».
Кроме того, SuperCam также будет искать органику с помощью камеры, лазера и спектрометров, уделяя особое внимание атомному и химическому составу горных пород и почв, которые со временем менялись водой.
Посмотрев под поверхностные породы, радарный тепловизор для подземного эксперимента на Марсе (RIMFAX) будет использовать радиолокатор, проникающий сквозь землю, чтобы раскрыть внутреннюю структуру Марса в новых деталях.
Это будет первый раз, когда миссия НАСА переносит радарный инструмент на поверхность Марса; RIMFAX сможет обнаруживать воду, рассол или лед, расположенный на глубине более 10 м (30 футов) под поверхностью.
Кроме того, роботизированная рука Perseverance, Bit Carousel и Adaptive Caching Assembly собирают и упаковывает образцы марсианского грунта, которые ученые считают достойными вернуться на Землю с помощью будущей миссии на Марс.
Но не только инструменты, установленные или используемые ровером, являются основным моментом миссии. «Настойчивость» также несет вертолет «Изобретательность», первый в мире вертолет, который будет отправлен на другую планету.
При весе всего 1,8 кг (4 фунта) две пары углепластиковых вращающихся в противоположных направлениях лопастей, движущихся со скоростью 2400 об/мин, позволят этому небольшому вертолету на солнечной энергии совершать 90-секундные полеты каждый день Марса.
«Изобретательность» несет две камеры для съемки местности и навигации.
Сам вертолет — научная полезная нагрузка, потому что это одна из двух экспериментальных технологий, летящих на Марс в этой миссии. Другой MOXIE.
«Изобретательность» проверит способность выполнять автономные полёты в марсианской атмосфере и предоставит ученым и планировщикам миссий бесценные данные о том, как вертолёт работает в атмосфере другой планеты.
Эта технология применима не только к потенциальным будущим вертолетам Марса, которые могут летать вместе с роботизированными миссиями или потенциально могут помочь будущим астронавтам исследовать сложную местность, но также и к предстоящей миссии «Стрекоза», которая отправит вертолет на луну Сатурна Титан, чтобы полететь вокруг научной лаборатории. различные области атмосферы луны.
Сама «Изобретательность» имеет три цели миссии, в том числе:
- продемонстрировать активный полет в разряженной атмосфере Марса,
- продемонстрировать миниатюрные технологии полетов на другой планете,
- работать автономно.
Разработанный для непосредственного общения с Perseverance, Ingenuity никогда не улетит более чем на 1 км от ровера. «Настойчивость» примет передачи «Изобретательности» и передаст до одного из спутников на марсианской орбите, который в свою очередь передаст сигнал назад на Землю.
Запуск и круиз на Марс
После старта из Космического стартового комплекса 41 (SLC-41) Atlas V выполнил маневр с тангажем и креном, чтобы установить правильный азимут или направление, чтобы переместиться на восток-юго-восток от стартового центра Флориды над Атлантикой.
После первых 90 секунд полета четыре твердотопливных ракетных двигателя от Aerojet Rocketdyne сгорают и отделяются несколько секунд спустя, оставив Atlas V под действием своего уникального двигателя РД-180.
После остановки и разделения бустера Atlas V верхняя ступень Centaurс c одним двигателем выполнила задачу выведения Perseverance на начальную орбиту стоянки Земли размером 167 x 250 км с уклоном 29,1 градуса.
После периода ожидания двигатель Centaur снова включается через 45 минут после старта, чтобы выполнить выведение на траекторию Trans Mars.
Примерно 8-минутное включение было разработано так, чтобы поместить полезную нагрузку и верхнюю ступень Centaur на гелиоцентрическую (солнечную) орбиту, которая почти идеально пересекает Марс в феврале 2021 года. Почти идеально, но не совсем — так как этот маневр спроектировано так, чтобы Centaur на самом деле пролетает мимо Марса.
Во время перелетного этапа, в защитной оболочке, конструкция должна обеспечивать не только мощность, данные и связь, но и возможности коррекции курса для точной настройки общей траектории для точного пересечения атмосферы Марса через семь месяцев.
Когда он прибывает к Марсу для того, что перейти к этапу известному как «Семь минут ужаса», перелетный этап заканчивается и через 10 минут «Настойчивость» — в безопасности внутри его защитной оболочки — сначала врезается в атмосферу Марса.
Атмосферное трение будет выполнять первую часть работы по замедлению скорости, поскольку плазма накапливается вокруг аэродинамической оболочки в течение первых нескольких минут входа, а температура достигает 1300 °C (2370 ° F).
Как только аэродинамическая оболочка выходит из плазменного этапа торможения, гиперзвуковой парашют развернется, чтобы еще больше замедлить работу капсулы, прежде чем теплый экран отделится, а аппарат в сборе выпадет из аэродинамической оболочки и в течение нескольких секунд свободно падает к марсианской поверхности.
На данный момент система Terrain-Relative Navigation будет активна, добавленная в систему приземления Perservance по сравнению с системой, используемой в Curiosity в 2012 году.
Эта новая система использует камеру, направленную вниз, установленную под аппаратом, которая будет быстро делать фотографии при спуске. Эти фотографии будут немедленно введены в общую базу данных системы посадки и сравнены с орбитальными изображениями целевой зоны посадки.
Впервые могут быть обнаружены невидимые опасности на месте посадки, и бортовая система посадки может затем отвести весь узел от опасности и в более безопасное место.
Последовательное включение реактивных двигателей замедлит аппарат до 20 метров (65,5 футов) над марсианской поверхностью.
В этот момент лебедка подъемного крана активируется и опускает марсоход к поверхности после того, как колеса ровера будут успешно развернуты и зафиксированы.
Затем трос лебедки будет разорван, и посадочная платформа благополучно улетит прочь для посадки.
Вся 6-минутная 50-секундная последовательность входа, спуска и посадки автоматизирована без учета ошибок или времени для ручного исправления после начала последовательности.
Расстояние между Землей и Марсом в день приземления означает, что к тому времени, когда диспетчеры в Лаборатории реактивного движения получат сигнал, подтверждающий, что аппарат вошел в атмосферу Марса, он уже успешно приземлится или упадет на поверхность Марса.
Посадка рассчитана примерно на 15:45 по местному среднему солнечному времени в кратере Джезеро, Марс, 18 февраля 2021 года.
После приземления компьютеры ровера автоматически переключатся из режимов «Спуск» и «Посадка» в режим «Поверхность» и начнут серию автономных действий и проверок для своего первого дня на Марсе, официально известного как Sol 0.
«Сол» — это один марсианский день, который длится 24 часа 39 минут 35 секунд и будет официальным обозначением времени, используемым для миссии.