Page 1

lig ht

№ 17 (19) | 28 сентября 2012

Curiosity не ищет жизнь на Марсе NASA поставило перед миссией другие задачи

Глобальное похолодание можно устроить за $5 млрд в год Секреты Windows Phone 8

Популяционная генетика

для бедных

В «фамильном портрете» России оказалось много нерусского

Чудеса

молекулярной эволюции Киты, бегемоты и свиньи — ближайшие родственники

На что способны

неттопы

Боковая ветвь компьютерной эволюции

Необъяснимая

Вселенная В

п о и с к а х

т е м н о й

м а т е р и и


Любопытство

до Марса довело Чем занимается на Марсе новая автоматическая мобильная лаборатория

Фото: Legion-Media, East News.

Текст: Александр Круглов


17 [ 19 ]

Наука

  Любопытство до Марса довело

Такая махина на Марс еще не прилетала ни разу. Более того, так на Красную планету еще никто не садился. Но самое главное в том, что теперь можно получить ответ даже на те вопросы, которые ученые задавали только абстрактно и риторически. Как новая передвижная лаборатория сможет на них ответить, при помощи экспертов NASA разбирались «Детали мира».

6 августа 2012 года ученые и более трех миллионов онлайн-зрителей наблюдали, как на поверхность Марса благополучно совершил посадку, прозванную из-за своей сложности «семью минутами ужаса», самый технологичный на данный момент механизм, запущенный человеком в космическое пространство, — марсоход Curiosity («Любопытство»), разработанный американским агентством NASA. Он стал четвертым мобильным роботом, успешно спустившимся на Красную планету. При этом сама высадка Curiosity стала одной из частей миссии Mars Science Laboratory (MSL), которая помимо сбора научных данных должна протестировать новую систему доставки на Марс тяжелых грузов для будущих автоматических и пилотируемых полетов.

Марсианская одиссея Выбор места посадки был очень серьезным этапом подготовки миссии. От ученых требовалось выбрать район, в котором вероятность получения успешных результатов исследований была бы максимальной, а рельеф доступен для перемещений ровера. В итоге кратер Гейла был выбран как цель назначения среди более 60 первоначальных объектов, имеющих следы воздействия воды на рельеф. Этот ударный кратер возрастом от 3,5 до 3,8 миллиарда  лет содержит следы эрозии осадочных слоев и, возможно, когда-то служил дном озера. По результатам исследований с орбиты, в кратере обнаружены глинистые минералы и сульфатные соли, образуемые с участием воды. Ударный характер кратера

33


17 [ 19 ]

Наука

позволяет надеяться, что глубинные слои марсианской поверхности, обнаженные в результате падения метеорита, легкодоступны для изучения. Curiosity пока не проводил активных исследований. Первые 20 марсианских суток — солов ушли на фотосъемку панорам на месте высадки, обновление операционного софта и тестирование различных систем марсохода, в том числе лазерной установки ChemCam и российского детектора нейтронов DAN. Единственной неполадкой, обнаруженной после долгого перелета и сложного приземления, стала поломка одного из двух датчиков скорости ветра на погодной станции — он забился поднятой при приземлении пылью. 22 августа ровер совершил первую пробную поездку, а 29-го числа отправился в долгое 400-метровое путешествие до заинтересовавших ученых геологических образований, получивших название Гленелг. Ожидается, что Curiosity доберется до них к концу сентября и пробудет там около месяца, проводя различные исследования. Пока рекорд скорости Curiosity составляет 30,5  метра за день. В штатном режиме начала работать погодная станция, а 4 сентября провела первый тест марсианской атмосферы встроенная химическая лаборатория CheMin. 6 сентября марсоход остановился, чтобы провести тест-работы механического манипулятора и откалибровать расположенные на нем научные инструменты. В это же время начал штатную работу детектор DAN, разработанный российскими учеными для определения содержания водорода в верхних слоях марсианского грунта. Дальнейшие действия пока не определены точно и зависят от первых полученных результатов. Но в Лаборатории реактивного движения NASA, где происходит сбор всей информации и управление ровером, предполагают, что в конце этого года марсоход направится к центральной точке кратера — горе Шарпа. Завершение основной миссии запланировано на июль 2014 года. Но станет ли это финальной точкой исследований? Ведь энергии, вырабатываемой энергетической установкой, хватит еще на 12  лет работы марсохода.

  Любопытство до Марса довело

+

Человек против Красной планеты Амбициозный проект MSL удалось реализовать благодаря почти полувековому опыту запусков, из которых далеко не все завершались успешно. За историю космических полетов Марс не раз подтверждал репутацию сложного объекта для исследований. Пионером гонки к Красной планете стал в 1960 году

Место посадки марсохода Curiosity в кратере Гейла

34


17 [ 19 ]

Наука

  Любопытство до Марса довело

Первый марсоход Sojourner

Советский Союз, за два года осуществивший первые пять запусков. Из них, правда, только один стал условно результативным — «Марс-1», прошедший, судя по расчетам, в 193 000 километров от планеты. Точнее выяснить траекторию пролета не получилось — к тому времени аппарат сломался и на связь выйти не смог. Первыми аппаратами, спустившимся на поверхность Марса, стали в 1971 году советские «Марс-2» и «Марс-3». Правда, первый просто расплющился о поверхность планеты, а через 14 секунд, прошедших после подтверждения посадки, пропал и сигнал «Марса-3». Всего к Марсу до 1975 года СССР и США отправили более 20 космических аппаратов, две трети из которых не достигли своей цели. Многочисленные неудачи и скромные научные достижения успешных проектов померкли на фоне выхода человека в открытый космос и высадки на Луне, но зато ученые получили ценный опыт по доставке техники на расстояние свыше 500 миллионов километров. В итоге американцы достигли более выдающихся результатов, успешно доставив на Марс в 1976 году два посадочных модуля — Viking-1 и Viking-2, запустив серию спутников на орбиту и наконец высадив первый марсоход Sojourner в 1997 году. Следующим крупным успехом американского агентства стала двойная миссия Mars Exploration Rover по отправке на планету марсоходов Spirit и Opportunity, запущен-

Аппарат «Марс-3»

ная в 2003 году. Год спустя, когда оба аппарата опустились на Марс, в NASA начались работы над следующим проектом, который позиционировали как начало нового этапа в освоении планеты — миссии MSL. Всего же (до посадки Curiosity) на Марсе продолжают работать четыре исследовательских аппарата — три спутника Mars Odyssey, Mars Express и Mars Reconnaissance Orbiter, а также один из роверов — Opportunity, функционирующий на планете уже более восьми лет.

35


17 [ 19 ]

Наука

  Любопытство до Марса довело

По следу воды Конечно, за все время исследований Марса накопилось большое количество знаний о планете. Но получение научной информации ограничивалось малым количеством инструментов, установленных на спутниках и роверах, а доставка образцов на Землю пока слишком сложна технически. Поэтому проект Mars Science Laboratory стал первой попыткой послать на Марс целую автономную лабораторию, способную проводить широкий спектр разнообразных исследований. В Калифорнийском технологическом институте, в Лаборатории реактивного движения, где разрабатывали проект и собирали основные компоненты системы, главной задачей миссии поставили поиск следов жизни на планете. Речь, правда, не идет об обнаружении активных биологических компонентов. Перед Curiosity стоит более сложная задача: найти возможные свидетельства существования жизни в прошлом Марса, исследуя почву, камни, атмосферу и климат. Из основной задачи марсохода вытекают четыре направления работы — биологические, геологические и геохимические, радиационные, а также исследования атмосферных процессов. Центральным элементом стали поиски органических соединений углерода (органических молекул) и анализ их происхождения, а также обнаружение других химических элементов, считающихся основой существования жизни, — водорода, азота, кислорода, фосфора и

Марсоход Spirit

серы в составе атмосферы и минералов. Конечно, марсоход нацелен и на поиск воды. Как в явной форме (в виде льда или кристаллогидратов), так и в форме следов, оставленных при формировании геологических пород в прошлом, — фосфатов, карбонатов и сульфатов. С помощью Curiosity можно отслеживать резкие изменения концентрации в составе минералов изотопов углерода (особенно радиоактивного углерода-14, участвующего в образовании углекислого газа) и других элементов, которые задействованы в биологических процессах. Их неоднородный фон может указывать на наличие жизненных форм в прошлом Марса.

36


17 [ 19 ]

Наука

На структуру камней также влияет то, как меняется химический состав атмосферы. Поэтому аппарат способен отследить ее текущее строение, чтобы сопоставить сведения о составе камня с восстановленными данными долгосрочной эволюции. У марсохода также есть инструменты, измеряющие распределение воды, углекислого газа, водорода и метана у поверхности Марса. Газы определяются по их молекулярному весу и заряду ионизированных частиц, также лазерным спектрометром можно проверить содержание в них основных элементов, водяного пара, метана, изотопов углерода (углерод-12, углерод-13) и кислорода (кислород-18, кислород-16). С помощью этих исследований можно понять, как происходила потеря Марсом атмосферы  — при потере верхних ее слоев, например, в составе будут преобладать тяжелые изотопы. Отдельной задачей ставится анализ происхождения на Марсе метана, который может носить как биогенный, так и абиогенный характер. Кроме атмосферных показателей Curiosity может оценить, как влияют на почву космические частицы и солнечное излучение. Исследование радиационного фона критически важно для перспективной задачи — высадки на Марс человека.

Вещи в дорогу Для сбора столь разнообразной научной информации ровер Curiosity оснащен набором из восьми групп исследовательских инструментов и имеет вспомогательное инженерное оборудование. Самым впечатляющим стал набор инструментов ChemCam, состоящий из импульсного инфракрасного лазера, спектрометра и камеры. Прибор испаряет участки породы на дистанции до семи метров и анализирует излучаемый ими спектр в диапазоне

  Любопытство до Марса довело

240–800 нанометров, определяя структуру камня и содержание основных элементов. В активном режиме за марсианский день можно отобрать до 12 проб. Если результат анализа покажется интересным, породу можно дополнительно изучить с близкой дистанции при помощи двух инструментов, располагающихся на механическом манипуляторе длиной 2,1  метра, — микроскопа и альфаспектрометра. Это устройство определяет элементный состав породы, облучая ее альфа-частицами и анализируя возникающее рентгеновское излучение. На манипуляторе также находится бур, так что интересный образец сразу можно подготовить для анализа в двух имеющихся на борту марсохода лабораториях — химико-минералогической CheMin и органической SAM. CheMin анализирует состав пород и количество содержащихся в них элементов, облучая образцы рентгеновскими лучами и улавливая их дифракционное или флуоресцентное излучение. Органический анализатор состоит из газового хроматографа, масс- и лазерного спектрометров.

37


17 [ 19 ]

Наука

  Любопытство до Марса довело

В нем можно проанализировать углеродные соединения и исследовать содержание изотопов в углекислом газе и метане. Найти интересные породы помогут нейтронный генератор и детектор DAN, разработанный в России при участии НИИ автоматики Росатома и Института космических исследований РАН. Прибор определяет содержание водорода, который может указывать на воду, в верхних слоях поверхности Марса (до метра в глубину), облучая ее нейтронами высоких энергий и анализируя поток вторичных нейтронов. Любопытно, что аналогичный детектор российского производства находится на марсианском спутнике Mars Odyssey и успешно функционирует уже более десяти лет. На Curiosity также находится климатическая станция REMS, отслеживающая шесть параметров  — скорость и направление ветра, давление, относительную влажность, температуру воздуха, температуру поверхности, а также уровень ультрафиолетового излучения. Наконец, внутри корпуса ровера находится детектор радиации RAD, начавший работу еще во время полета к Марсу. С его помощью впервые проводятся замеры радиационного фона внутри космического аппарата. Собранные данные позволят оценить уровень радиации, с которым придется столкнуться при полете людей к Марсу и при пребывании на поверхности планеты. Управление всеми действиями осуществляется с помощью 15 камер, расположенных на мачте и корпусе марсохода. Из них 12 используются для навигации: две пары черно-белых камер Navcams, способных снимать стереоскопические изображения, установлены на мачте, и восемь камер HazCams — спереди и сзади на корпусе ровера. Эти камеры являются частью автономной навигации Curiosity, создавая объемную карту местности перед марсоходом на дистанции до трех метров, и дополнительно служат для точного управления механическим манипулятором. Две «главные» камеры — MastCam, с фокусными расстояниями 34 миллиметра и 100 миллиметров, поднятые мачтой на высоту почти двух метров над поверхностью, являются основным обзорным инструментом. Они имеют разрешение в 2 мегапикселя и по 8 гигабайт встроенной памяти каждая, что позволяет записывать по 5500 несжатых фотографий и даже 720р-видео с частотой 10 кадров в секунду. Еще одна камера, Mars Descent Imager (MARDI), использовалась на последней стадии посадки для составления карты зоны приземления.

38


17 [ 19 ]

Наука

Инструкция по эксплуатации Работа научных инструментов на борту ровера автоматизирована, но цели и общий порядок действий определяются на Земле, в центре управления. Два основных действия, которые Curiosity будет выполнять большую часть своего пребывания на Марсе — перемещение и проведение тестов, целиком контролируются учеными. Рабочий ритм при этом задается марсианскими днями, называемыми солами (длиннее земных суток на 40 минут), и основная актив-

  Любопытство до Марса довело

ность приходится на светлое время. Алгоритм выглядит так: команда ученых составляет тактический план на день, который марсоход получает на рассвете и выполняет около пяти часов (время до дневного прохода спутника). Основная информация, необходимая для составления плана на следующий сол, отсылается через спутник и обрабатывается на Земле. Оставшееся время выполняются дополнительные и рутинные операции, а также идет передача некритичных данных. В центре управления выделяют пять основных вариантов активности для одного сола: перемещение ровера, взятие нескольких образцов с помощью ChemCam, приближение к интересному

39


17 [ 19 ]

Наука

  Любопытство до Марса довело

Curiosity

MER

Sojourner

Запуск

2011

2003

1996

Масса (кг)

899

174

10,6

3,1 × 2,7 × 2,1

1,6 × 2,3 × 1,5

0,7 × 0,5 × 0,3

2,5-2,7

0,3–0,9

< 0,1

Научные инструменты

10

5

4

Максимальная скорость (см/сек.)

4

5

1

Передача данных (Мбайт/сут.)

19–31

6–25

< 3,5

Производительность (MIPS)

400

20

0,1

Память (Мбайт)

256

128

0,5

20 х 7

80 x 12

200 x 100

Сравнение марсоходов

Размеры (Д×Ш×В, м) Энергия (кВт/сол)

Расчетный район посадки (км)

образцу, близкое исследование, взятие проб и анализ (который занимает сразу несколько дней). Предполагается, что из запланированных для миссии Curiosity 668 солов для активных действий будет доступно около 311, остальное придется на технические проблемы, неудачные результаты, проведение плановой диагностики и перерывы из-за закрытия Марса Солнцем.

Оператор марсохода Curiosity за работой

Любопытство и плутоний Вес научного оборудования, установленного на марсоходе, на Земле составляет 80 килограмм. На Марсе нагрузка несколько снижается, но все равно для перемещения и работы такого количества инструментов требуется большая платформа и много энергии. Curiosity — самый крупный и тяжелый из марсианских роверов, сопоставимый по размерам с легковым автомобилем. Его общий вес — 899 килограмм, из которых значительная часть приходится на энергетическую установку. В NASA отказались от использования в конструкции солнечных батарей, поставив вместо них радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ), работающий на плутонии-238. Кроме 125 ватт электрической энергии генератор производит 2 киловатта тепла, которое используется для поддержания постоянной температуры научных приборов. При периоде полураспада плутония в 87 лет РИТЭГ может прослужить очень долго, но постепенно теряя мощность. Впрочем, за минимальное время службы в 14 лет планируется снижение лишь до 100 ватт. Curiosity может запасать энергию в двух литий-ионных аккумуляторах емкостью по 42 ампер-часа. Управление всеми системами Curiosity контролируется двумя идентичными компьютерами, один

40


17 [ 19 ]

Наука

Плутоний-238

из которых — резервный. Технические характеристики машин достаточно скромные — процессор RAD750 с производительностью 400 миллионов операций в секунду, 256 мегабайт оперативной и 2 гигабайта флеш-памяти, что связано с энергетическим ограничением и использованием компонентов с радиационной защитой. Компьютеры работают под управлением операционной системы реального времени VxWorks, как и у всех прошлых марсоходов, используемой также в авиалайнерах, медицинском и коммуникационном оборудовании. Управляющие программы ровера написаны на языке С, и, хотя мощность компьютеров уступает, например, современным смартфонам, реализуют авто-

  Любопытство до Марса довело

номное управление, взятие образцов, работу научных приборов, связь с Землей и контроль внутренних систем. Из-за большого объема необходимого софта при отправлении с Земли на компьютерах была установлена полетная версия программного обеспечения, контролирующая траекторию и процедуру посадки. Когда ровер благополучно оказался на поверхности Марса, ставший ненужным софт заменили на модули операций с механическим манипулятором и автономного рулевого управления. Коммуникация ровера с Землей осуществляется несколькими способами. Для прямой связи на Curiosity установлен передатчик Х-диапазона, использующий систему Deep Space Network с маленькой максимальной скоростью передачи данных в 32  килобита в секунду. Другой недостаток передатчика в том, что прямая связь с Землей возможна только в течение нескольких часов, пока вращение Марса не уводит марсоход на теневую сторону планеты. Основной объем данных передается с помощью ДМВ-радио на спутники Mars Reconnaissance Orbiter и Mars Odyssey со скоростью до 2 мегабит в секунду и 256 килобит в секунду соответственно. Время связи ровера с каждым из спутников составляет всего 8 минут в день, но высокие скорости дают возможность передавать большие объемы информации. В среднем задержка связи с Землей составляет около 12 минут.

41


17 [ 19 ]

Наука

Платформа со всем оборудованием установлена на шести колесах диаметром 50 сантиметров, каждое из которых имеет собственный электродвигатель. Curiosity может похвастаться вполне приличными вездеходными показателями — он умеет преодолевать препятствия высотой до 65 сантиметров и склоны с углом до 50 градусов. Ожидается, что при таких показателях марсоход сможет преодолеть несколько километров пологого горного склона. Максимальная скорость, обеспечиваемая двигателями, может достигать 90 метров в час, но средний ожидаемый показатель — всего 30 метров. При автоматической навигации за марсианский день ровер будет перемещаться всего на 200 метров.

Один марсоход с доставкой При планировании полета Curiosity на Марс перед инженерами NASA стояла непростая задача. Вес и объем марсохода значительно превосходили показатели всей техники предыдущих миссий. Основная проблема, возникающая из-за этого,  — невозможность использования проверенных способов высадки. Поэтому для MSL была разработана первая технология спуска по управляемой траектории за пределами Земли. В числе других сложностей было то, что часть оборудования должна была проводить сбор научных данных во время полета и вхождения в атмосферу Марса, а некоторые высокоточные инструменты нужно было защищать от чрезмерного охлаждения и перегрева из-за постоянного выделения тепла генератором. В результате удалось создать многоступенчатую систему из модуля Centaur, выводящего аппарат на гелиоцентрическую орбиту к Марсу, полетной

  Любопытство до Марса довело

секции и посадочного модуля EDL (Entry, Descent & Landing). Суммарная масса всей системы на старте составляла 3893 килограмма. Запуск был осуществлен ракетой Atlas V 26 ноября 2011 года, скорость после выведения на расчетную траекторию составила 36 210 километров в час. Всего за время полета проводилось четыре коррекции траектории. Причем последняя была настолько успешна, что планируемая пятая не понадобилась. Интересно, что за время перелета MSL должна была обогнать стартовавшую ранее российскую станцию «Фобос-Грунт» и прибыть на Марс с опережением более месяца. Подобная разница возникла бы из-за использования для разгона топлива с более высоким удельным индексом (жидких водорода и кислорода). Самым технологически сложным элементом полетной системы стал посадочный модуль, успешно доставивший марсоход на поверхность планеты в зону высадки 20 на 7 километров после путешествия на расстояние в 563 миллиона километров. Капсула модуля, закрытая снизу теплозащитным

42


17 [ 19 ]

Наука

  Любопытство до Марса довело

Станция «Фобос-Грунт»

экраном из кремниевых соединений, при вхождении в марсианскую атмосферу осуществляла контроль траектории и совершала маневры при помощи восьми газовых двигателей и датчика контроля веса. Двигатели не использовались для торможения, сброс скорости с начальных 5,8 километра в секунду осуществлялся только торможением об атмосферу. Пиковая температура щита при этом достигла значения в 2090 градусов, а максимальная перегрузка — 15 g. На высоте около 10 километров при скорости 578 метров в секунду был раскрыт сверхзвуковой парашют и отделен тепловой экран. Вплоть до этого момента на нем работала сеть из 14  датчиков, собирающая данные о строении и аэродинамических характеристиках марсианской атмосферы для будущих полетов.

Спуск на парашюте продолжался до высоты 1800 метров, после чего он отделился и дальнейшее снижение контролировалось уже реактивной платформой, оснащенной радиолокационными датчиками и восемью двигателями на гидразине. Приблизившись к поверхности, система, получившая название Sky crane («Небесный кран»), начала опускать закрепленный под ней ровер на нейлоновых тросах и, зависнув на высоте 7,5 метра, мягко опустила его на Марс. После подтверждения устойчивого положения марсохода тросы были перерезаны пиропатронами, а платформа совершила жесткую посадку в 650 метрах от ровера. Подобная схема использовалась впервые, но в будущем она должна стать основным способом доставки на Марс тяжелых грузов.

43


17 [ 19 ]

Наука

На вопросы журнала «Детали мира» ответил Гай Вебстер, представляющий научную команду Лаборатории реактивного движения NASA, отвечающую за работу Curiosity на Марсе. Какова наибольшая трудность в отправке исследовательских аппаратов на Марс? Г. В.: В миссии Curiosity самым сложным этапом был процесс посадки аппарата на поверхность Марса.

  Любопытство до Марса довело

Г. В.: Spirit и Opportunity были созданы и отправлены на Марс с целью проверить, были ли в их зонах высадки следы существования воды. Curiosity должен сделать следующий шаг: выяснить, подходила ли водная экосистема Марса для поддержания жизни. Для ответа на этот вопрос должны быть проведены поиски химических элементов, рассматриваемых нами как основные для существования жизни, а также более подробно изучены минералы, сохранившие следы влияния климатических условий из марсианского прошлого.

Какие вопросы являются главными для ученых в текущей миссии? Каких результатов рассчитывает достичь научная группа? Г. В.: Главная научная задача состоит в поиске от-

Продолжительность работы прошлых роверов сильно превысила изначальные задачи. Можно ли ожидать, что Curiosity тоже проработает значительно дольше запланированного? Г. В.: Планируемое время работы ровера на Марсе составляет один марсианский год (практически два полных Земных года по длительности), и проведение всей миссии, включая работу ученых и финансирование, пока исходит из этого показателя. Если Curiosity проработает дольше, чем предполагает его основная задача, это будет большим бонусом.

вета на вопрос, были ли в исследуемой зоне условия для поддержания микробной жизни и могут ли быть обнаружены какие-то свидетельства такого существования. Один из ожидаемых результатов — выяснить, способны ли органические соединения углевода, попадающие на поверхность планеты с метеоритами, сохраниться в условиях марсианского климата.

Среди целей миссии называются биологические задачи. Какие возможные следы жизни может найти Curiosity на Марсе? Г. В.: Важно понимать, что Curiosity не предназна-

Как изменились научные задачи, стоящие перед ровером, по сравнению с миссиями Spirit и Opportunity? Можно ли сказать, что Curiosity продолжает исследования старых роверов, или перед ним стоят целиком новые задачи?

чен для поиска конкретных жизненных форм или их следов. Результатом его работы будет оценка «потенциальной обитаемости» Марса. Но мы ожидаем, что научные данные, собранные ровером, будут использованы для будущих исследований, целью которых как раз может стать поиск следов жизни.

44


17 [ 19 ]

BRADBURY LANDING

Наука

21 22

  Любопытство до Марса довело

24

16

41

26 29

40

42

38 39

43

Glenelg

METERS 0

50

100

150

200

Следующий проект NASA по Марсу связан с исследованием атмосферы. Какие еще исследования запланированы в перспективе?

Почему Гленелг был выбран первым местом для проведения исследований? Г. В.: Геологические образования, получившие на-

Г. В.: По результатам опроса, проведенного Национальной академией наук, научное сообщество назвало приоритетной задачей доставку с Марса образцов минералов и грунта. Но вопросы финансирования подобной миссии и ее научное значение — совершенно разные вещи, так что я не буду пытаться предсказать развитие ситуации.

звание Гленелг, были выбраны, так как там в одном месте сходятся три различных типа поверхности. Мы надеемся, что есть хорошие шансы найти интересные породы для исследований.

Почему Curiosity после приземления провел так много времени на одном месте? Г. В.: Это очень сложная машина, а управление

Насколько Curiosity автономен? Г. В.: Командами с Земли задаются все действия механического манипулятора и передвижение марсохода, но ровер способен самостоятельно распознать потенциально опасное действие и вместо его выполнения отправить отчет о возможной проблеме. Также автономно выполняются все действия, связанные с работой лабораторных комплексов Curiosity и их обслуживанием.

ровером в условиях марсианской гравитации и температур сильно отличается от управления им на Земле. Поэтому требовалось провести множество проверок и тестовых запусков систем марсохода. Все работы были запланированы еще до полета, и в итоге у нас получилось довольно точно следовать принятому графику.

500 meters

Glenelg area 20 meters

45


17 [ 19 ]

Наука

  Любопытство до Марса довело

Кроме этого, определенную роль сыграло и то, что нейтронный детектор ХЕНД, сделанный в нашей лаборатории в 1998–2001 годы, к тому времени уже несколько лет работал на орбите Марса в составе научной нагрузки космического аппарата Mars Odyssey. Затем между Федеральным космическим агентством (Роскосмосом) и NASA было заключено Исполнительное соглашение, согласно которому Рос­ космос брал на себя изготовление прибора ДАН и поставку его в США. Таким образом, прибор ДАН  — это полностью российская разработка, выполненная за деньги России.

Существуют ли в мире аналоги детектора ДАН, или это уникальная российская разработка? Нет пышной растительности, но есть еще надежда

Также журнал «Детали мира» задал несколько вопросов Игорю Митрофанову, заведующему лабораторией космической гамма-спектроскопии Института космических исследований РАН, разработавшему прибор ДАН (детектор активного нейтронного зондирования) для Curiosity. Расскажите, пожалуйста, о сотрудничестве с NASA, почему американское агентство обратилось в ИКИ? И. М.: Само NASA не обращалось в ИКИ, но когда миссия «Марсианская научная лаборатория» была принята к исполнению, NASA объявило открытый конкурс на установку научной аппаратуры на марсоходе Curiosity в рамках тех научных задач, которые планировалось выполнить в ходе миссии. Вместе с ИКИ за место на аппарате конкурировали многие американские научные центры. Наш прибор включили в состав полезной нагрузки марсохода за счет высоких характеристик, и я хочу особенно подчеркнуть, что это стало возможным благодаря тому заделу в области ядерной физики, который был создан в Советском Союзе и остался в России.

И. М.: На этот вопрос можно дать два ответа. Первый: прибор ДАН — это уникальная российская разработка, так как до сих пор подобный прибор для активного нейтронного зондирования грунта не отправлялся в космос и тем более на другую планету. В этом смысле аналогов у него нет. Но сам прибор ДАН состоит из двух блоков: детектора нейтронов ДАН-ДЕ и нейтронного генератора ДАН-ИНГ. Генератор был сделан во Всероссийском научно-исследовательском институте автоматики имени Н. Л. Духова. Их аналоги, нейтронные детекторы и генераторы, безусловно, существуют, но именно наш прибор по своим характеристикам: энергии генерируемых нейтронов, массе, надежности, энергопотреблению — оказался оптимальным для этой миссии.

Тестовое включение прибора успешно прошло 17 августа. Начал ли детектор работу в штатном режиме? Прибор включается по графику или управляется с Земли? Какие у вас ожидания по первым результатам? И. М.: Собственно марсоход Curiosity пока проходит летные испытания, поэтому говорить о штатной работе еще рано. Но прибор ДАН уже был испытан и в пассивном, и в активном режимах (с использованием нейтронного генератора). Прибор включается по графику, но этот график составляется за относительно короткое время до подачи команд на борт. Работы разделены на 16-часовые смены, состоящие в свою очередь из трех смен, которые могут частично перекрываться. Первая — «инженерная» смена, которая принимает данные с марсохода и проводит их экспресс-анализ. Затем

46


17 [ 19 ]

Наука

приходит «приборная» смена, которая также должна проанализировать полученную информацию и на ее основе выработать план, что марсоходу делать дальше. Это очень сложная задача, потому что приходится учитывать влияние приборов друг на друга (например, ДАН в активном режиме, когда работает генератор, может «беспокоить» чувствительные к нейтронам приборы, поэтому если запланирована работа в активном режиме, то ее стараются поставить в графике так, чтобы не мешать другим). Работа второй смены заканчивается тем, чтобы составить согласованный план-график работ на следующий марсианский день (ночью марсоход «спит»). Наконец, последняя, третья смена из 16-часовой формирует последовательность команд в соответствии с этим планом-графиком, которая уходит на борт. Первые результаты показывают, что в грунте Марса в месте посадки находится несколько процентов воды, или, вернее, водорода, содержание которого соответствует содержанию в грунте нескольких процентов воды. Сейчас Curiosity движется в сторону места Гленелг, где, как говорят геологи, можно будет исследовать три разных типа поверхности. Данные спектрометра ДАН могут помочь отвергнуть или, наоборот, принять какую-то из моделей минерального состава грунта.

Могут ли данные с детектора повлиять на общий ход исследований, проводимых с помощью ровера, например,

  Любопытство до Марса довело

при обнаружении высокого содержания водорода в грунте? И. М.: Да, безусловно. Как я уже говорил, данные, которые получены в предыдущем марсианском дне, влияют на программу работы марсохода в следующий день. И в целом основная задача Curiosity — прицельно исследовать те места, которые покажутся ученым наиболее интересными по данным приборов.

Можете ли вы дать оценку научному значению всей миссии Curiosity в целом? И. М.: Если оценивать проект с точки зрения его технических параметров, то «Марсианская научная лаборатория» в полной мере оправдывает свое название, так как впервые на Марс были доставлены столь сложные приборы. Главная задача марсохода Curiosity — попытаться определить, были ли условия на Марсе ранее, а может быть, и недавно пригодными для зарождения и существования жизни. Этот проект — очередная попытка ответить на вопрос о существовании жизни на Марсе или приблизиться к решению этой задачи. Данные Curiosity, даже если исследователям удастся обнаружить на Марсе сложные органические молекулы, вряд ли убедят всех исследователей в том, что марсоход нашел именно живые организмы. Но если полученные результаты будут достаточно убедительны, то станут очень сильным стимулом к подготовке новой экспедиции по доставке грунта с Марса. Я считаю, что речь идет о, может быть, самом важном вопросе естествознания: есть ли жизнь на Марсе. Он имеет фундаментальное значение. Если мы сможем показать, что жизнь на Марсе есть, то мы начнем фактически понимать происхождение жизни во Вселенной. 

47

Любопытство до Марса довело: чем занимается новая АМЛ  

// Детали мира. - 2012. - №17 (19). - С. 32-47.

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you