Марс - Красная Звезда
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Марс
 Исследователи
Планетарные марсоходы
Страница: "Mars Pathfinder", MER-А/MER-B, Полевые работы, Начало миссии (Part #1, Part #2), Посадка на Марс (Part #1, Part #2, Part #3, Part #4, Part #5), Продолжение работы (Part #1, Part #2, Part #3, Part #4, Part #5, Part #6), Кратеры и Холмы (Part #1, Part #2), "От зимы до зимы" (Part #1, Part #2), Кратер Виктория (Part #1, Part #2, Part #3), Последний Парад (Part #1, Part #2), Цель Индевор (Part #1, Part #2, Part #3, Part #4, Part #5), На краю (Part #1, Part #2, Part #3), Галерея марсоходов Pathfinder и MER;
Марс - красная звезда
Марсоход "Spirit"

Начало долгого пути по Марсу


     Январь 2004 г. был месяцем марсианской лихорадки. Едва ли не весь мир переживал у экранов телевизоров странные неполадки ровера Spirit, обсуждал таинственные узоры на марсианских камнях, так похожие на цифры 1 и 9, обсуждал детали цветопередачи снимков и смеялся до упаду над картинкой «Yankee, Go Home!». Но по порядку.

Перелет к Марсу

     Путешествие по маршруту Земля – Марс для двух американских станций MER выдалось спокойным. Станция MER-A, запущенная 10 июня 2003, за 1-й месяц полета преодолела 82.6 млн км. Станция MER-B, выведенная на траекторию полета к Марсу 8 июля, на следующий день снизила скорость вращения с 12.13 до примерно 2 об/мин. Звездный датчик нашел навигационные звезды и планету Марс. 18 июля MER-B провела первую коррекцию траектории. Она состояла из трех действий: разворот оси вращающегося КА в направлении выдачи импульса, включение двигателей почти на 54 мин и новый разворот в положение, оптимальное для питания солнечных батарей, теплового режима и связи с Землей. Приращение скорости составило 16.2 м/с и обеспечило выполнение двух задач: во-первых, уменьшить на 1.48 суток время перелета и, во-вторых, свести боковое отклонение от цели в 340000 км почти до нуля – так, чтобы аппарат попадал в атмосферу Марса. Последняя ступень ракеты продолжила движение по старой трассе – с гарантированным промахом мимо Марса.

МАРСОХОД SPIRIT НА МАРСЕ

     К 7 августа первая станция преодолела 157.1 млн км, а вторая – 82.7 млн км. 19 июля и 2 августа закончились проверки научной аппаратуры двух станций – с каждой было принято примерно по 200 Мбит данных. Десять камер каждого аппарата – три научных и семь инженерных – оказались в полном порядке. (Снимали они, конечно, темноту внутри корпуса спускаемого аппарата, но для проверки основных характеристик камеры довольно и этого.) Два спектрометра на марсоходе Spirit (MER-A) и три на Opportunity (MER-B) также не вызвали замечаний. И лишь выход Мёссбауэровского спектрометра на «Спирите» не соответствовал ожидаемому. Что-то было не так с механизмом, обеспечивающим быстрые колебания гамма-источника, что-то ограничивало его перемещения. Но главные события теперь разворачивались не в космосе, а на Земле, в Пасадене, на «марсианском полигоне». 6 августа на техническом экземпляре марсохода MER началась отработка дистанционного управления аппаратом, его манипулятором и научными приборами – вплоть до определения материала мелкой монеты спектрометром. Некоторые из экспериментов – в частности, очистка камня шлифовальным устройством RAT – впервые проводились на собранном аппарате. Подготовка к запуску в заданный срок сразу двух роверов была настолько напряженной, что до старта сделать этого просто не успели. Испытания продолжались до конца сентября. Не обошлось без ошибок, но на то и испытания, чтобы выявить их и учесть при реальной работе на Марсе. Почти весь октябрь операторы отрабатывали управление двумя «техническими» роверами сразу, учились сходить с посадочного устройства на грунт при наличии препятствий. Еще одна серия испытаний состоялась в ноябре – имитировали пятидневную работу на поверхности Марса: движение к камню, шлифовку, измерения… Но вернемся на борт.
     К 5 ноября пройденный путь возрос до 367.4 млн км для первой станции и до 296 млн км для второй. До Марса оставалось соответственно 119.6 и 160 млн км. За эти 3 месяца операторам и разработчикам мёссбауэровского спектрометра «Спирита» удалось его наладить. Изменяя скорость и частоту движений, они смогли подобрать такой набор параметров, что движущиеся части перестали доходить до помехи, но прибор еще мог нормально работать. Впрочем, ученые рассчитывали, что перегрузки при посадке могут полностью убрать помеху. Обнаружилась, однако, и еще одна проблема: у спектрометра на Opportunity неправильно работал внутренний канал калибровки. Это было не страшно, так как предусмотрен был и независимый способ калибровки по внешнему источнику.
     К 13 декабря закончились последние проверки инструментов, и на борт обеих станций была заложена последняя версия ПО. Наступила короткая пауза, когда, по словам научного руководителя проекта Стивена Сквайрза, его «соучастники» смогли вспомнить о реальной жизни: подстричься, подлечить зубы, сделать прививку от гриппа, продлить права на машину, наконец, просто выспаться. 26 декабря станция Spirit провела 4-ю и последнюю коррекцию – включила двигатели на 3.4 сек. Скорость станции изменилась всего на 25 мм/с, расчетное время прибытия стало на 2 сек позже, а точка посадки сдвинулась на 54 км к северо-востоку. В плане подлетных операций стояло еще две коррекции (последняя – за 4 часа до посадки), но навигаторы группы Луиса д'Амарио прицелили аппарат очень точно, и коррекции не потребовались. Посадочный эллипс длиной 62 км и шириной 3 км лежал в 160-километровом кратере Гусев. К 1 января 2004 г. Spirit прошел 481.9 млн км и находился в 5.1 млн км от Марса. Второй аппарат преодолел 411 млн км, и у него впереди было еще 45 млн км и три коррекции.

Состояние «Духа»

     Последние изменения в программу посадки внесли 3 января: взведение пироболтов сделали на 40 минут, а ввод парашютной системы – на 2 секунды раньше. Дело в том, что пылевая буря на противоположной стороне Марса вызвала общее повышение температуры и снижение ее плотности на большой высоте. Появился риск опоздать с началом торможения. Однако все прошло как задумали. 4 января в 03:04 UTC аппарат начал и к 03:25 завершил разворот лобовым экраном вперед. Теперь он питался от аккумуляторов.*
     * Здесь и далее приводится «время приема сигнала». В реальности все происходило на 9 мин 28 сек раньше – именно столько шел в этот час радиосигнал от Марса до Земли. Секунды приведены расчетные – фактические опубликованы не были.

МАРСОХОД SPIRIT НА МАРСЕ
     Кратер Гусев, возникший около 3 млрд лет назад от столкновения с кометой или астероидом, получил свое название в 1976 г. в память о российском астрономе Матвее Матвеевиче Гусеве (1826–1866). В 1847 г. он окончил Казанский университет, в течение трех лет был консерватором университетских музеев и читал лекции по физике и физической географии. В 1850–1852 гг. он работал в Пулковской обсерватории под руководством В.Я.Струве, участвовал в экспедиции для наблюдения полного солнечного затмения в Бердянске.
     В 1852 г. М.М.Гусев был назначен помощником директора, а в 1854 г. – директором Виленской обсерватории, где открыл несферичность Луны и впервые в мире организовал систематическое фотографирование солнечных пятен. М.М.Гусев основал журнал «Вестник математических наук». К красноармейцу Гусеву, герою романа А.Н.Толстого «Аэлита», название марсианского кратера отношения не имеет.
МАРСОХОД SPIRIT НА МАРСЕ

     В 04:14:20 на высоте 2200 км над Марсом прошло разделение перелетной ступени и спускаемого аппарата (СА). Он остался на связи – со специального передатчика SDST через малонаправленную антенну на хвостовом обтекателе на Землю шли немодулированные сигналы определенной частоты. Из 256 возможных частот в «кодовую таблицу» включили примерно 100, и аппарат отмечал переходом на новую частоту каждую новую операцию на борту и ее результат. Компьютеры в JPL отображали текущее состояние станции. Отклонение точки входа от заданной составило всего 200 метров! Вращаясь со скоростью 2 об/мин, в 04:29:20 СА вошел в атмосферу Марса на 5400 м/с. До посадки оставалось менее 6 минут, из них 4 минуты потребовалось для того, чтобы погасить большую часть скорости – до 430 м/с. Пик нагрева был в 04:31:05. В 04:33:24, за 100 сек до касания, аппарат ввел 15-метровый парашют (изменение тона!) и еще через 20 сек отстрелил лобовой экран. За 8 секунд до касания включением газогенераторов были надуты до 0.07 атм посадочные амортизаторы. Еще 2 секунды – и на высоте 90 м сработали тормозные твердотопливные двигатели.

Эта характерная группа кратеров на снимке с MGS (вверху) была заснята и посадочной камерой «Спирита» с высоты 1433 м (слева). В сочетании с цветной панорамой это позволило определить точку посадки и наметить план движения марсохода.
МАРСОХОД SPIRIT НА МАРСЕ

     Аппарат на мгновенье «завис» в воздухе, отстрелил хвостовой обтекатель с парашютом и стал падать. 4 января в 04:35:17 «шарик» в первый раз коснулся поверхности. Подскок, падение, еще подскок… потеря сигнала! Что произошло там, на Марсе, 10 минут назад - неужели ударились об острый камень? План полета отводил 10 минут на «прыжки», качение и успокоение аппарата и 15 минут – на выход его на связь. Сигнала ждали Сеть дальней связи, антенна Стэнфордского университета и КА Mars Global Surveyor, орбита которого была скорректирована так, чтобы он мог «видеть» и «слышать» посадку. Через 16 минут после первого касания из кратера Гусев через MGS и напрямую в Канберру и Голдстоун пошел ясный и сильный сигнал. Spirit информировал: посадка прошла успешно, аппарат остановился «базовой» стороной вниз.
     (Лишь 13 января стали известны детали посадки «Спирита». Оказалось, что ввод парашютной системы прошел на высоте 7400 м вместо 9000 м – аппарат верно учел вариации плотности атмосферы, но величина отклонения несколько шокировала разработчиков. Тормозной двигатель сработал на высоте чуть больше 100 м, погасив вертикальную скорость в 68 м/с и ветровой снос, который тащил аппарат в сторону 200-метрового кратера. Отстрел парашюта прошел на высоте 8.5 м вместо 12 м, и скорость при касании была ниже расчетных 13 м/с. Аппарат подпрыгнул 28 раз, причем в первый почти до тех же 8.5 м, и остановился, пройдя 250–300 м за 57 сек.) Сложная схема, много подсистем и этапов работы – но работает! Так сели Mars Pathfinder в 1997 г. и – скажем сразу – оба MER’а в 2004 г.
     Теперь аппарат должен был сдуть и втянуть амортизаторы. На это ушел час, и в 05:30, когда торжествующий Шон О'Киф объявил: «Это большой вечер для NASA. Мы вернулись на Марс!», – аппарат как раз раскрыл три боковых лепестка посадочного устройства. Земля зашла за горизонт Марса, но в 07:00 к месту посадки подоспел Mars Odyssey, и в 07:06 ретранслируемые им сигналы дошли до Земли. Марсоход уже раскрыл панели солнечных батарей, поднял мачту и сделал первые пробные снимки. За 12 минут через спутник было передано 24 Мбит данных – техническая информация о состоянии систем, данные по спуску, первые черно-белые снимки деталей посадочного устройства, марсохода и окружающей Spirit равнины, а также сделанные на спуске, с высоты менее 1.5 км, снимки с посадочной камеры DIMES. (Они помогут прикинуть точку посадки с погрешностью 1.3 км.)

Первая круговая панорама с навигационной камеры «Спирита». Север в центре, Солнце клонится к западу, видна цепочка холмов на востоке.
МАРСОХОД SPIRIT НА МАРСЕ

     Через 3 часа после касания «картинки» появились на экранах зала управления. Оказалось, что Spirit стоит почти ровно (уклон 2°), смотрит приблизительно на юг, передний край платформы находится примерно в 37 см над грунтом. Позади и слева от аппарата большой камень, и вообще камней вокруг немало, но, как по заказу, они небольшие, покрывают лишь 3% площади, лежат отдельно друг от друга и ездить между ними – одно удовольствие. Такой «популяции» камней не было ни в точках посадки «Викингов», ни у «Пасфайндера». «Какой вечер! – радостно делился впечатлениями Стив Сквайрз. – Отличное место, чудесное место с научной точки зрения…»

МАРСОХОД SPIRIT НА МАРСЕ
За одни сутки посадки «Спирита» на сайтах NASA было зарегистрировано 109 млн посещений – значительно больше, чем за такое же время в день катастрофы «Колумбии» (76 млн). Во 2-й половине дня 6 января количество посещений перевалило уже за миллиард (хотя за весь 2003 г. оно составило 2.8 млрд), а объем «скачанных» файлов достиг 15 Тбайт. Репортаж о посадке через портал NASA смотрело 48000 человек.
МАРСОХОД SPIRIT НА МАРСЕ

     Единственной проблемой оказался пониженный ток от солнечных батарей ровера – 83% от расчетного. Специалисты из команды Дженнифер Троспер, руководителя группы управления ровером на поверхности Марса, решили, что виной тому пониженная прозрачность атмосферы из-за пылевой бури. Так или иначе, пока имеющейся мощности хватит.
     Во время первой марсианской ночи Spirit «отдыхал»; лишь дважды он выходил на связь со спутниками, чтобы передать записанные данные. Температура в кратере Гусев опустилась с -10° до -72°C. Тем временем навигационная группа уточнила место посадки: аппарат шел в атмосфере по более пологой траектории, чем рассчитывали, и перелетел заданную точку на 10 км. На снимках посадочной камеры удалось легко опознать группу из пяти кратеров чуть правее оси эллипса, возле которой и сел Spirit. Место и вправду оказалось замечательное: на снимке с орбиты были видны следы вихрей в марсианской пыли, которые частично обнажили более темные коренные породы.
     День второй. Вообще-то марсианские сутки называются сол – это слово ввели специально, чтобы не путать земные (24 час) и марсианские сутки (24 час 39 мин 35 сек). Так вот, второй сол для «Спирита» начался 4 января около 22:40 UTC, через 2 часа после восхода Солнца. В этот день ровер нашел Солнце на небе и, пользуясь им как ориентиром, самостоятельно навел остронаправленную антенну HGA на Землю. Хотя Spirit и ошибся на 2°, около 05:20 сигнал в диапазоне X был принят. Сразу же проверили прием команд через HGA – работает! Затем Spirit снял с помощью панорамной камеры PanCam первую панораму высокого разрешения, но передать до ночи успел только семь «превьюшек». Утешением для специалистов стала первая трехмерная панорама низкого разрешения от навигационной камеры. Успели также проверить четыре научных прибора из пяти. Стив Сквайрз объявил, что первой целью исследований может стать депрессия, которую окрестили Сонная лощина (по названию повести Вашингтона Ирвинга). Скорее всего, это небольшой занесенный пылью кратер. Его диаметр оценен в 9 м, и он виднеется в 12 м к северу от посадочной платформы.

«Мне сверху видно все!» Слева вверху – хвостовой обтекатель и парашют «Спирита», справа на северном гребне кратера – лобовой экран. Яркая точка внизу – марсоход. Снимок сделан 23 января камерой MOC на спутнике Mars Global Surveyor с высоты 370 км. На врезках – земные объекты крупным планом. Поневоле задумаешься о возможностях «земных» спутников-разведчиков.
МАРСОХОД SPIRIT НА МАРСЕ

     День третий начался 6 января в 00:10 UTC, или в 08:45 местного времени на Марсе. В этот день пироножом был перерезан второй из трех кабелей, соединяющих марсоход с посадочной платформой. А на Земле приняли одну восьмую часть цветной панорамы высокого разрешения, показывающую область к югу от «Спирита», и скомпоновали «картинку» из 12 отдельных кадров панорамной камеры (каждый кадр размером 1000x1000 пикселов). Разрешение его было втрое выше, чем у любого предшествующего снимка на Марсе. Проявились отдельные мелкие камни, которые на панораме навигационной камеры просто не были видны. Стали заметны еще несколько депрессий, подобных Сонной лощине. Показались песчаные наносы, указывающие на преобладающее направление ветров.
     Перед ровером из-под платформы торчало два амортизатора – слева белый, побольше, справа – темный, уже измазанный в грунте. В том месте справа, где грунт был нарушен при втягивании амортизатора, исследователи увидели полосы и складки, говорящие о его пластической деформации и о необычной силе сцепления частиц. Своими свойствами грунт больше всего напоминал подсохшую, но еще мягкую грязь на краю лужи… Это странное место назвали «волшебный ковер». Руководителям проекта MER позвонил и поздравил с успехом президент США Джордж Буш.

6 января место посадки ровера Spirit получило название – Мемориальная станция «Колумбии». На обратной стороне остронаправленной антенны марсохода закреплена алюминиевая пластина диаметром 15 см, на которой изображена эмблема STS-107 и перечислены семь астронавтов, погибших 1 февраля 2003 г. при возвращении «Колумбии» с орбиты. Пластину установили во время подготовки ровера в Центре Кеннеди 28 марта 2003 г.
МАРСОХОД SPIRIT НА МАРСЕ

     На следующие 3 дня планировалась сложная операция «подъема» ровера из транспортного положения в рабочее, «выворачивания» передней пары колес и фиксации подвески. Однако накануне были замечены скачки по току одного из двигателей в приводе антенны HGA, и в них нужно было разобраться. И еще одно было замечание: в кратере Гусев было теплее, чем ожидали, и аппарат грелся. Пришлось сократить с трех до двух число ежедневных сеансов ретрансляции через спутники Марса.
     В 4-й день, 7 января, протестировали привод антенны – скачки тока не проявились. Инженеры пришли к выводу, что, если в механизме были помехи (мусор, например), они самоустранились. Провели дополнительное втягивание амортизаторов. Тот, который беспокоил больше всего – прямо на пути съезда ровера с платформы – опустился на 5 см, но все же остался слишком высоким. Левая солнечная батарея могла при сходе «чиркнуть» по амортизатору. Новые детальные снимки заставили ученых призадуматься. «Это не есть типичное дно озера, если это дно озера вообще», – сказал участникам ежедневной пресс-конференции первый заместитель научного руководителя проекта Рей Арвидсон. Дно должно быть плоским с тонкозернистыми отложениями, а в точке посадки угадываются вторичные кратеры, из которых могли быть выброшены многочисленные камни.
     Но чтобы попытаться найти донные отложения, нужно сначала сойти с платформы на грунт, а этого теперь ждали не раньше 13 января…
     И в 5-й день, который начался 8 января в 01:14 UTC, попытка втянуть амортизатор вновь не удалась, хотя операторы специально подняли на 20° лепесток посадочного устройства перед втягиванием и опустили его после. Зато в этот день получили и скомпоновали детальный цветной снимок в северном направлении («назад») размером 8000x3000 пикселов. Слева на нем лежала Сонная лощина, на поверхности которой виднелись темные пятна – скорее всего, следы амортизаторов КА, а на краю – обнажение коренных пород. Справа увидели маленькую дюну с темной верхушкой. Камера PanCam сняла уже сотни кадров для большой панорамы – четыре восьмых, говоря точнее, но их пока не было времени передать.

Цветная панорама с камеры «Спирита». Юг в центре. Слева – вал 200-метрового кратера, далее – Восточные холмы, правее центра – холм Чаффи, холм Гриссома, камень Адирондак (на переднем плане), Сонная Лощина и холм Уайта на горизонте.
МАРСОХОД SPIRIT НА МАРСЕ

     Хорошо, решили операторы, последняя попытка. В 6-й день они сделали не три, а шесть оборотов приемной катушки, на которую наматывались шнуры от обвязки амортизаторов. Увы, не получилось опять: вероятно, часть шнуров порвалась еще при первичном втягивании в день посадки. Было решено развернуться на платформе на 120° вправо и сойти в неопасном северо-северо-западном направлении.
     9 января были открыты замки и включен винтовой подъемник, который и перевел Spirit в рабочее положение. Затем были развернуты и закреплены два передних колеса. Шток подъемника ушел вниз, и под действием тяжести ровера произошла фиксация подвески в рабочем состоянии. Параллельно сделал свои первые наблюдения ИК-спектрометр Mini-TES. Картинка получилась ожидаемой: камни холоднее, песок теплее, а дно Сонной лощины самое теплое. Спектры показали следы карбонатов – немного больше, чем в среднем на поверхности Марса, но все же слишком мало, чтобы уверенно говорить об образовании в водах озера или моря.
     Утром 10 января, в 7-й день, подъемник использовали вновь – чуть приподняли ровер и проверили, как ведет себя подвеска. После этого были освобождены от стартовых креплений и отведены назад два задних колеса. Все сработало штатно – 12 пиротехнических устройств, девять электромоторов, шесть замков. «Ровер встал во весь рост и готов съехать на поверхность», – подвела итог дня Дженнифер Троспер. Правда, один комплект кабелей все еще соединял его с платформой, и два средних колеса оставались зафиксированы. За один этот день ровер передал 180 Мбит научных данных – главным образом секции большой панорамы.

Сонная лощина на снимке от 8 января.
МАРСОХОД SPIRIT НА МАРСЕ

     В 8-й день, 11 января, пироножи перерезали стартовые крепления средних колес, а затем был расчекован и переведен в походное положение манипулятор с инструментами. 12 января операции по сходу с платформы отрабатывали на Земле, а в кратере Гусев марсоход занимался наукой – вел съемку ИК-спектрометром и панорамной камерой. PanCam снимала одну треть горизонта, включающую Сонную лощину, в 14 цветах, а Mini-TES – две оставшихся «осьмушки». Кроме того, провели калибровку ИК-спектрометра и альфа-протон-рентгеновского спектрометра APXS.
     В этот день с борта было передано 270 Мбит данных, а общественности была наконец представлена детальная круговая панорама, снятая камерой PanCam в течение трех дней и составленная из 225 отдельных кадров (75x3) в трех цветах. Майкл Малин, ведущий специалист по съемкам Марса, сказал, что, судя по размеру, форме и трещиноватости камней возле «Спирита», можно предположить, что в этом районе происходило заметное физическое выветривание. А это косвенное доказательство работы воды, которая легко разрушает камни в процессе замерзания. В принципе, конечно, нельзя исключить и ударную гипотезу. На дно высохшего озера поверхность не похожа, хотя, конечно, она могла быть изменена дальнейшей водной эрозией, метеоритной бомбардировкой и даже вулканизмом.
     Панорама позволила определить место посадки с погрешностью не более 30 м. Аппарат сел в 250 м к юго-западу от того самого кратера, в который его тянуло ветром. До этого координаты места посадки были определены наиболее точно по допплеровским измерениям, которые дали 14.5718°ю.ш., 175.4785°в.д. Изучение панорамы показало, что реальная точка находится метров на 400 западнее. К этому кратеру и было решено двинуться сначала – исследовать выброшенные с глубины 20–30 м породы и по возможности приблизиться к гребню. На юге и востоке от места посадки были видны пологие холмы высотой 50–100 м. Комплекс Восточных холмов, ближайший из которых был удален примерно на 2300 м, выбрали как направление дальнейшего движения. Удастся ли дойти до них, неизвестно: ровер в принципе может делать до 100 м в сутки, но рассчитывался на суммарный путь всего в 600 м.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru