Новости. В ожидании «окна»
22 сентября 2021, 15:38
В ожидании "окна"
До старта миссии ExoMars 2022 — крупнейшего российско-европейского проекта исследования Марса — остается год. В решающую фазу вступают испытания ключевых элементов системы — аппаратуры для поиска следов жизни и парашютов. "Розалинда" разомкнула веки и присмотрелась. Сначала изображение было размыто, потом приобрело четкость. Мутные контуры превратились в гряды серо-ржавых камней впереди, и расстояние до них легко определялось. Опустив взгляд, можно было взглянуть под ноги и выбрать безопасный путь. Чтобы двигаться, приходилось часто осматриваться. Работать было сложно: приходилось останавливаться, чтобы собрать и рассмотреть образцы для исследований. Перебирать камни или копать ямки было бы слишком просто. Используя все имеющиеся органы чувств, следовало выполнять основную задачу — искать следы прошлой или существующей жизни на Марсе...
Марсоход в песочнице
В июле 2021 г. ЕКА начало наземные ходовые испытания марсохода "Розалинда Франклин" (назван в честь английской ученой — биофизика и рентгенографа, занимавшейся изучением структуры ДНК) миссии ExoMars 2022.
Использовать реальный аппарат, предназначенный для поиска двух типов признаков жизни под поверхностью Красной планеты — морфологических и химических, — не рискнули, поэтому в ход пошел "дублер" ровера — "Модель для наземных испытаний" GTM (Ground Test Model). Этот аналог несколько недель испытывался на самом крупном в Европе имитаторе марсианского рельефа Mars Terrain Simulator, устроенном на территории итальянской компании ALTEC в Турине. Под полигон выделена площадь размером 64 м2, где тщательно моделировалась поверхность, включая песчаные дюны и валуны, а также уровень освещенности, как на Марсе.
Как будет на Марсе
Достигнув цели, европейский марсоход "Розалинда Франклин" не будет анализировать атмосферу, хотя российская посадочная платформа "Казачок", с которой он съедет, оборудована метеорологической станцией. Научная полезная нагрузка ровера прежде всего предназначена для получения изображений и анализа грунта.
На Марсе следы прошлой или настоящей жизни, скорее всего, будут найдены именно под поверхностью, куда не доходит жесткое излучение из космоса.
Представление об ландшафте дают стереокамеры — навигационная и локационная, установленные на мачте, торчащей из корпуса. Полученная трехмерная картина позволяет наметить маршрут движения и обнаружить препятствия по маршруту. Операторы в Центре управления марсоходом в Турине увидят окружающую местность в высоком разрешении глазами панорамной камеры и датчика макросъемки.
Поиск интересных мест для взятия образцов грунта будут вести европейский геолокатор для исследования водяного льда WISDOM и российский автономный детектор излучения нейтронов АДРОН-РМ.
Радар может излучать и принимать сигналы с помощью двух антенн, установленных в кормовой части "Розалинды": проникая под почву, электромагнитные волны отражаются в местах с резкими изменениями свойств грунта. Изучая эти данные, можно построить карту геологических слоев и обнаружить различные объекты на глубине 2–3 м под поверхностью, до которых сможет дотянуться буровая установка марсохода. Нейтронный детектор АДРОН-РМ позволит провести поиск водорода в грунте для обнаружения водяного льда.
Геолокатор WISDOM способен разбить исследуемый участок на маленькие квадраты — ячейки своеобразной виртуальной сетки.
Обнаружив под поверхностью что-либо связанное с водой, "Розалинда Франклин" пустит в ход буровую установку для извлечения образцов с рекордной для марсоходов глубины — два метра. Корончатое сверло будет брать образец (керн) диаметром 1 см и длиной 3 см, извлекать его на поверхность. Детальное изображение образца, полученное датчиком макросъемки, будет передаваться в Центр управления, а грунт помещаться внутрь корпуса ровера, где его измельчат в порошок для изучения научными приборами.
Инфракрасный гиперспектральный микроскоп исследует минералы, пытаясь разгадать их геологическое происхождение и структуру. Рамановский лазерный спектрометр расскажет о геологическом и минералогическом составе песчинок, помогая обнаружить органические соединения и выявляя вещества — индикаторы биологической активности (биосигнатуры).
Анализатор органических молекул — самый большой и сложный прибор марсохода — будет искать и, возможно, изучать органику в собранном образце с очень высокой чувствительностью.
Данные, полученные этими приборами, будут иметь жизненно важное значение для ExoMars 2022 и, наверное, помогут ответить на ключевой вопрос миссии: есть ли (была ли) жизнь на Марсе?
Парашюты рвутся?
ExoMars 2022 — второй этап международного проекта (первый стартовал еще в 2016 г.), предусматривающий доставку на Марс автоматического ровера. Российская сторона предоставляет ракету-носитель "Протон-М" для запуска, а также разрабатывает десантный модуль с посадочной платформой, европейская сторона — перелетный модуль и марсоход. Целевая задача ExoMars 2022 — исследование поверхности и подповерхностного слоя в непосредственной близости к месту посадки, взятие геологических проб и обнаружение следов возможного существования жизни на планете — как в настоящем времени, так и в прошлом.
Миссия должна была стартовать в 2020 г., но из-за пандемии и технических проблем была отложена на два года — до нового подходящего стартового окна — с августа по октябрь 2022 г. Улетев в указанный период, экспедиция доберется к Марсу соответственно в апреле или июле 2023 г.
Между тем коварный вирус был не единственной (и не основной) причиной переноса старта. Возникли трудности с парашютной системой посадки европейской разработки. Для аэродинамического торможения в атмосфере десантный аппарат оснащен тепловым экраном, двухступенчатым основным парашютом и тормозными ракетными двигателями, которые включаются за 20 секунд до посадки. 15-метровый парашют первой ступени раскрывается на сверхзвуковой, 35-метровый — на дозвуковой скорости. Бросковые испытания, проведенные в 2019 и 2020 гг., прошли неудовлетворительно.
Лишь недавно — 24–25 июня — тестовый аналог десантного модуля ExoMars 2022 подтвердил работоспособность парашютной системы. Бросковые испытания проводились в Космическом центре Esrange в Кируне (Швеция). На первом этапе они включали проверку запасного сверхзвукового парашюта производства американской фирмы Airborne Systems, а на втором — доработанного дозвукового парашюта и его контейнера производства итальянской компании Arescosmo. В ходе каждого этапа воспроизводились расчетные нагрузки, которые будут действовать во время входа в атмосферу Марса, снижения и посадки. Учитывались запасы на нештатные ситуации.
В ходе испытаний аэростат, наполненный гелием, поднял аналог на высоту 29 км, позволяющую сымитировать плотность и характеристики атмосферы Марса. Затем аппарат сбрасывался, после чего вводилась двухступенчатая парашютная система: сначала выпускался тормозной сверхзвуковой парашют, а затем большой дозвуковой. Анализ результатов тестов показал, что проблемы полностью не решены: дозвуковой парашют штатно снизил скорость посадочной платформы, но получил "незначительные повреждения".
По итогам испытаний руководитель проекта Тьерри Бланкер (Thierry Blanquart) заявил: "Мы очень рады сообщить, что первый основной парашют сработал безупречно: у нас есть сверхзвуковой парашют, который можно запустить на Марс. Будет еще как минимум две возможности протестировать эту конструкцию, чтобы получить дополнительную уверенность". Вместе с тем он добавил: "Результаты испытаний основного парашюта второй ступени не идеальны, но они показали значительное улучшение после доработок парашютного контейнера и купола. После плавного вытягивания из контейнера мы наблюдали внезапное отделение вытяжного парашюта (
каждая из двух ступеней системы имеет свой маленький вытяжной парашют. — Авт.) во время окончательного раскрытия. Скорее всего, это означает, что купол основного парашюта испытал повышенные напряжения в определенных частях. В результате ткань купола порвалась, но повреждение было ограничено кевларовым усиливающим кольцом. Несмотря на это, парашют выполнил свою задачу, снизив скорость [спуска] до штатных значений, и посадочный модуль приземлился нормально".
Заметим, что после первых неудач с парашютами в 2019 г. ЕКА обратилось за помощью к американским коллегам из Лаборатории реактивного движения JPL (Jet Propulsion Laboratory) NASA, имевшим опыт разработки систем посадки для проектов автоматических станций Perseverance и Curiosity. Инженеры JPL помогли улучшить конструкцию и испытали парашюты на своих наземных стендах. Завершив последние тесты, европейцы вновь планируют обратиться в JPL за поддержкой в решении оставшихся проблем. Но еще до этого для снижения рисков перед началом нынешних испытаний ЕКА заказало резервный комплект парашютов у американского производителя Airborne Systems (эта компания поставила парашютную систему для марсохода Perseverance).
Европейские специалисты намерены тщательно изучить выявленные в ходе испытаний отклонения. Результаты анализа лягут в основу плана следующей серии тестов парашютной системы. Два испытания планируются на октябрь—ноябрь 2021 г., их выполнят на полигоне в шт. Орегон (США).
Русский космос, Игорь Афанасьев