MRO несет шесть научных приборов, ретрансляционный комплекс и две экспериментальные полезные нагрузки. Главным прибором MRO является уникальная камера высокого разрешения HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment – Научный эксперимент по съемке с высоким разрешением) стоимостью 40 млн $, разработанная компанией Ball Aerospace по заказу Университета Аризоны. В состав инструмента массой 66 кг входит кассегреновский телескоп с апертурой 50 см и полем зрения 1.15°. Подобный прибор никогда ранее не использовался на АМС! В фокальной плоскости расположен комплект из 14 детекторов 2048x128 пикселов каждый с светофильтрами.

      Десять детекторов с красными светофильтрами (550–850 нм) образуют с небольшими перекрытиями линию суммарной шириной 20264 пикселов. Изображение формируется в режиме интегрирования во времени (time-delay integration) 128 последовательных сигналов для каждой точки поверхности, причем шаг по времени (76 мксек) соответствует скорости орбитального движения (около 3400 м/с). Оцифровка сигнала 14-битная со сжатием до 8 бит. Длина формируемого кадра будет вдвое или даже втрое больше ширины, так что в одном изображении будет ни много ни мало – от 800 до 1200 мегапикселов. С экраном компьютера или с бытовым цифровым фотоаппаратом даже и сравнивать несерьезно… но вот передавать на Землю один такой кадр придется от 4 до 48 часов, в зависимости от расстояния и степени сжатия. Возможно усреднение «картинки» по квадратам вплоть до 16x16 с соответствующей потерей разрешения.
     Но это еще не все. На центральных 20% (ширина 4048 пикселов, 1.2 км на поверхности) с основной линейкой детекторов соседствуют еще две пары с сине-зеленым фильтром (400–600 нм) и фильтром ближнего ИК-диапазона (800–1000 нм). При объединении снимков, сделанных с разными фильтрами, для этой центральной полосы будет синтезироваться цветное изображение. Разрешение HiRISE при съемке с высоты 300 км составляет 0.3 м при ширине полосы захвата 6 км (что как минимум в пять раз лучше, чем у ближайшего «конкурента» – камеры MOC на КА Mars Global Surveyor), при отношении сигнал/шум не менее 100. Если считать, что наименьший различимый предмет должен иметь по крайней три пиксела в длину, то его размер составит около 1 м. Съемка приоритетных объектов с разных витков под немного отличающимися углами позволит построить трехмерное изображение с разрешением по высоте всего 25 см.
     С помощью HiRISE в первую очередь будут изучены потенциальные места посадки АМС Mars Scout 2007 и районы работы марсоходов Spirit и Opportunity. Затем предполагается исследовать структуру отложений и других форм рельефа, созданных геологическими и климатическими процессами. Будет выполнен поиск крупных камней на дне сухих русел – если они есть, то русла действительно образованы водой, а не ледниками и не лавой. Необходимо измерить толщину слоев полярных отложений с большей точностью, чем это было возможно до сих пор, чтобы оценить период климатических циклов. Предметом детального исследования станут также овраги, песчаные дюны и участки «пятнистого» грунта. За два года работы камера должна передать примерно 1000 снимков максимального разрешения и около 9000 менее детальных снимков.

Рост объема передаваемой информации в сравнении с другими американскими АМС. DS1 (Кометы) - 15 Гбит; Odyssey (Марс) - 1012 Гбит; MGS (Марс) - 1759 Гбит; Cassini (Сатурн) - 2550 Гбит; Magellan (Венера) - 3740 Мбит; MRO (Марс) - 34 Тбит.

Аппарат Mars Reconnaisance Orbiter NASA

MRO имеет корпус довольно сложной формы, к которому на двух штангах крепятся панели солнечных батарей, а на третьей – крупная остронаправленная антенна. Высота аппарата достигает 6.5 м, диаметр антенны – 3 м, размах солнечных батарей – 13.6 м.

     Интересно, что разработчики представляют свой прибор как своего рода «народную камеру». На своем сайте (http://marsoweb.nas.nasa.gov/HiRISE/) они обещают разрешить подачу заявок на съемку тех или иных точек на Марсе через Интернет как ученым, так и «людям с улицы», а также дать инструмент для просмотра и сопоставления данных HiRISE и других камер на марсианских аппаратах. Компактный видовой спектрометр CRISM (Compact Reconnaisance Imaging Spectrometer for Mars) предназначен для поиска минералов, происхождение которых связано с водой – это карбонаты, глины, соли. С его помощью предполагается отснять всю планету с разрешением 100–200 м в 68 каналах спектра и, выявив наиболее интересные точки (несколько тысяч), изучить их спектральный «портрет» с максимальным пространственным (18 м) и спектральным (544 канала) разрешением. Спектральный диапазон прибора – от фиолетового (370 нм) до ближнего инфракрасного (3950 нм). В состав инструмента входит телескоп с апертурой 10 см и полем зрения 2°, что соответствует полосе шириной 10 км на поверхности Марса. Прибор имеет индивидуальную систему наведения на цель.
     Уникальное пространственное разрешение в ИК-диапазоне (на порядок лучше достигнутого на сегодня) позволит выявить отложения индивидуального горячего источника или высохшего водоема. Второй задачей CRISM является мониторинг сезонных изменений количества пылевых и ледяных частиц в атмосфере Марса. Панхроматическая контекстная камера CTX (Context Camera) будет вести съемку в диапазоне 500–700 нм параллельно с HiRISE (или с CRISM), но в более широкой полосе местности (30 км) и с меньшим разрешением (6 м). Поле зрения прибора – 5.8°, регистрирующее устройство – линейка из 5000 элементов. Ее изображения будут основой для интерпретации детальных снимков HiRISE и спектральных данных прибора CRISM. За два года CTX сможет отснять около 15% поверхности Марса с разрешением, достаточным для исследования стратиграфии и морфологии многих объектов.
     Метеозонд MCS (Mars Climate Sounder) предназначен для изучения вертикальных вариаций температуры, содержания водяного пара, льда и пыли в атмосфере Марса в глобальном масштабе. Для этого прибор производит зондирование атмосферы в вертикальном и горизонтальном направлении. При наблюдении «в горизонт» прибор определяет состояние атмосферы до высоты 80 км в слоях толщиной 5 км. Измерения из отдельных точек по трассе полета затем объединяются в суточную метеокарту. Особый интерес представляют полярные районы, где по количеству солнечной энергии, поглощенной поверхностью, можно будет судить об объеме выделенного CO². Прибор также будет исследовать сезонный перенос воды и пыли и взаимодействие солнечной энергии с атмосферой и поверхностью в целом.
     Инструмент изготовлен в Лаборатории реактивного движения при участии британских специалистов из университетов Оксфорда, Кардиффа и Ридинга. Он представляет собой усовершенствованный и более легкий вариант приборов PMIRR, установленных на погибших аппаратах Mars Observer. MCS состоит из двух телескопов с апертурой 4 см в едином корпусе, который может наводиться как на горизонт, так и в надир. Детекторы регистрируют интенсивность излучения в одном широкополосном диапазоне (300–3000 нм) и восьми тепловых ИК-диапазонах в пределах от 12 до 50 мкм.
     Цветная камера MARCI (Mars Color Imager) будет осуществлять ежедневную глобальную съемку Марса для контроля марсианской погоды, определения состава облаков, отслеживания сезонных изменений, а также изучать вариации озона в атмосфере. Последнее необходимо потому, что озон и водяной пар являются веществами-антагонистами: где больше озона, там меньше воды, и наоборот. Прибор состоит из двух камер – широкоугольной и узкоугольной. Поле зрения широкоугольной камеры в составе MARCI – 180°, то есть в один кадр входит вся видимая поверхность планеты. Разрешение можно выбрать в пределах от 1 до 10 км. Камера MARCI работает в пяти видимых диапазонах (425, 550, 600, 650 и 725 нм) и в двух ультрафиолетовых (250 и 320 нм). Камера MARCI изготовлена компанией Malin Space Science Systems и является почти точной копией одноименного прибора станции MCO. Отличие состоит в том, что данный прибор использует более широкоугольный объектив (типа «рыбий глаз»), чтобы скомпенсировать развороты аппарата для наведения основных инструментов на свои цели.
     Радиолокатор SHARAD (Shallow Subsurface Radar) должен исследовать верхний слой поверхности планеты в поисках слоев различных пород, льда и, возможно, жидкой воды. Антенна SHARAD – два направленных в сторону от трассы полета излучателя длиной по 5 м – будет развернута после окончания аэродинамического торможения. Радар зондирует поверхность импульсами мощностью 10 Вт и продолжительностью 85 мсек в диапазоне 15–25 МГц. По отраженным радиосигналам он будет в состоянии выявить слои вещества толщиной всего в 10–15 м, а пространственное разрешение составит от 0.3 до 3 км. Главное, что планируется выяснить с помощью этого прибора, – присутствует ли найденный станцией Mars Observer лед лишь в нескольких верхних метрах марсианского грунта (тогда он, скорее всего, находится в равновесии с современной атмосферой) или уходит на значительную глубину и сформирован в другие геологические эпохи. Радиолокатор способен отличить слой водяного льда от слоя жидкой воды, и, если последняя будет обнаружена, такие места станут перспективными для последующего исследования автоматами или пилотируемыми экспедициями.
     SHARAD будет также применен для картирования занесенных песком каналов, изучения структуры полярных шапок и поиска жидкой воды под ними. Следует отметить, что интерпретация данных такого радара достаточно сложна, и первыми целями его наблюдений станут районы, уже исследованные посадочными станциями. Прибор поставлен Итальянским космическим агентством в рамках двустороннего соглашения с NASA. По сравнению с радиолокатором MARSIS на европейской станции Mars Express, SHARAD будет изучать менее толстый слой поверхности (0.5–1.0 км вместо 5–10 км), но с более высоким разрешением. Еще два исследования с помощью MRO не требуют установки специальных приборов, но используют в качестве инструмента сам аппарат. Традиционное для искусственных спутников планет гравитационное исследование заключается в определении параметров гравитационного поля Марса по возмущениям, которые оно оказывает на орбитальное движение АМС. К настоящему времени подобными исследованиями установлены региональные вариации гравитационного поля, источником которых, очевидно, являются различия в толщине коры и другие факторы. Так как MRO будет летать на 30% ниже своих предшественников, гравитационное поле можно будет картировать более детально. В частности, исследователей интересует измерение массы полярных шапок в зависимости от времени года, утоньшение коры под рифтовой зоной Долин Маринера, накопление вулканических материалов вблизи крупных марсианских вулканов, а также поиск древних ударных структур в коре Марса.

Видовой спектрометр CRISM. Компактный видовой спектрометр CRISM предназначен для поиска минералов, происхождение которых связано с водой – это карбонаты, глины, соли. С его помощью предполагается отснять всю планету.

Аппаратура Mars Reconnaisance Orbiter NASA

Цветная камера MARCI будет осуществлять ежед-невную глобальную съемку Марса для контроля марсианской погоды, определения состава облаков, отслеживания сезонных изменений, а также изучать вариации озона в атмосфере.

     Исследование структуры атмосферы будет проводиться по измерениям акселерометров станции в период аэродинамического торможения. Замеры ускорения в ходе погружения в верхние слои атмосферы позволят оценить ее плотность в зависимости от высоты, выявить динамику, рассчитать профили давления и температуры. По температуре можно будет судить об эффективности процесса потери воды в ходе фотодиссоциации на водород и кислород. Кроме того, по этим измерениям будет в оперативном порядке уточняться допустимая глубина следующего погружения. Аналогичные эксперименты на КА Mars Global Surveyor и Mars Odyssey выявили сильное воздействие пылевых бурь на атмосферу (при пылевой буре в южном полушарии плотность верхней северной атмосферы возрастала троекратно), гигантские планетарные волны плотности атмосферы и «зимнее полярное потепление» (когда зимой в северном полушарии температура была выше ожидаемой более чем на 100 К). Измерения MRO будут намного более точны, так как новый комплекс электроники улучшил отношение синал/шум для акселерометров более чем в 100 раз.
     MRO несет специализированный навигационный и ретрансляционный комплекс Electra, работающий в УКВ-диапазоне. Он предназначен для передачи команд с Земли на посадочные аппараты и служебной и научной информации в обратном направлении со скоростью от 1 кбит/с до 2 Мбит/с с использованием стандартного протокола Proximity-1. Правда, низкая орбита MRO и ограничения по углу места для лэндеров сводят каждое «окно» связи максимум к пяти минутам. Наконец, по допплеровскому изменению частоты сигнала Electra, принятого на посадочном аппарате, и с учетом текущих параметров орбиты MRO можно будет уточнить место посадки.
     Камера оптической навигации ONC (Optical Navigation Camera) с апертурой 6 см и полем зрения 1.4° служит для отработки методики автономной навигации вблизи Марса, основанной на сравнении расчетных положений спутников Фобос и Деймос с наблюдаемыми фактически. Если испытания этого алгоритма на борту MRO пройдут успешно, аналогичная аппаратура может быть установлена на будущие посадочные зонды. Она позволит свести к минимуму погрешность точки входа в атмосферу и обеспечить посадку вблизи заданной точки. Дополнительный радиопередатчик диапазона Ka, интегрированный в радиокомплекс аппарата, потребляет меньшую мощность, чем стандартный передатчик диапазона X, при равной пропускной способности. В то же время сигналы Ka-диапазона более значительно ослабляются земной атмосферой. Эксперимент на борту MRO позволит решить, следует ли использовать Ka-диапазон.

Первоначально было объявлено, что изготовление станции MRO обойдется в 145 млн $ плюс еще 49 млн $ на разработку и изготовление двух новых научных приборов. В действительности она оказалась намного дороже. Космический аппарат и научные инструменты «потянули» в сумме на 450 млн $, еще 90 млн ушло на оплату запуска и 180 млн зарезервировано на управление полетом, обработку научных данных и обеспечение ретрансляции информации со следующих аппаратов в течение 5.5 лет. На Mars Reconnaissance Orbiter установлен набор уникальных научных приборов, которые должны позволить, как никогда точно, установить наличие воды на Марсе и определить наиболее выгодные и интересные точки посадок будущих экспедиций с Земли на эту планету. Чтобы обеспечить передачу на Землю собираемой приборами аппарата информации, он оснащен самой большой антенной и мощным передатчиком.

---