10 ноября 2008 NASA объявило о прекращении работы посадочного аппарата Phoenix, совершившего посадку в северной полярной области Марса 25 мая 2008 г. Вместо трех месяцев по плану зонд проработал более пяти и вышел из строя из-за резкого падения зарядного тока от солнечных батарей в условиях пылевой бури.
    Все понимали, что осенью за полярным кругом «Фениксу» и так оставалось жить недолго, недели три от силы, но катастрофа была неожиданной - буря налетела, что называется, с чистого неба. 28 октября - 152-й сол на Марсе - стало последним днем активной научной работы аппарата. Вечером этого дня Phoenix «вылетел» в защитный режим по питанию. Он оставался управляемым и мог связываться с Землей через спутники, но 2 ноября сигнал с Марса пришел в последний раз.

4 августа атомный силовой микроскоп AFM впервые успешно исследовал часть образца Чародейка (Sorceress) и показал ученым микрочастицу грунта диаметром около 1 мкм с разрешением порядка 100 нм. Принцип действия AFM состоит в «ощупывании» сверхтонкой кремниевой иглой песчинки, лежащей на дне специального отверстия в субстрате. Изображение строится затем на основе цифровой модели рельефа частицы. Это первый случай использования подобного прибора в истории космонавтики. Всего за время работы на Марсе входящий в состав прибора МЕСА оптический микроскоп сделал более 1000 снимков, а атомный микроскоп AFM - почти 100.

МИССИЯ PHOENIX НА МАРСЕ

    Благоприятная перемена погоды могла бы еще помочь «Фениксу», но все понимали, что шансы близки к нулю. Попытки услышать его через ретрансляторы на орбитальных аппаратах Mars Odyssey и MRO продолжались еще почти месяц и были прекращены 29 ноября после вхождения Марса в соединение с Солнцем.
    «Phoenix не только успешно выполнил сложнейшую посадку, - сказал менеджер проекта Барри Голдстейн из JPL, - но и проводил научные исследования в течение 149 из своих 152 дней на Марсе. Это был результат напряженной работы нашей талантливой команды».
    Более 25000 снимков были получены с «Феникса» за пять месяцев его работы, и почти все они немедленно становились доступными «болельщикам» через Сеть. В то же время за весь период работы аппарата были преданы гласности лишь некоторые результаты его исследований. И хотя Phoenix умер, мы еще можем стать свидетелями интереснейших открытий, которые он успел совершить. Теперь дело за учеными.
    «Phoenix стал важным шагом, - говорит директор программы исследования Марса в NASA Даг МакКвисшн. - Он укрепил нашу надежду на то, что мы сможем доказать: когда-то Марс был пригоден для обитания и, возможно, на нем существовала жизнь».


    За два первых месяца работы на Марсе Phoenix успел доказать наличие в районе посадки водного льда под тонким - в несколько сантиметров слоем грунта. В одном образце аппарату удалось обнаружить слабо щелочной грунт, в других - следы перхлоратов.
    Процедура взятия образцов на анализ оказалась намного сложнее, чем представлялось на Земле. К 31 июля аппарат смог исследовать только четыре образца: два в «мокрых» ячейках WCL анализатора электрохимии и электропроводности грунта Марса МЕСА и два в термоанализаторе и анализаторе выделяющихся газов TEGA.

Основные детали в зоне работы манипулятора КА Phoenix.

МИССИЯ PHOENIX НА МАРСЕ

    В последующие недели Phoenix по заданиям своих операторов планомерно рыл ковшом поверхность Марса, забирал образцы и засыпал их в приемные устройства приборов. Почти весь август питания хватало на круглосуточную работу.
    В 72-й день работы на Красной планете, а по земному календарю 7 августа, аппарат взял образец Краснозорька-3 (Rosy Red 3) в правой части своей рабочей зоны и попытался загрузить сквозь приоткрытые створки в ячейку №5 анализатора TEGA. С первой попытки через сетку в ячейку просыпалось слишком мало грунта, но многократное встряхивание сетки 8 и 9 августа привело к успеху. 10 августа прибор приступил к анализу пробы с последовательным нагревом ее до +35°С (поиск льда), +125°С (сушка) и +1000°С (регистрация возгоняемых компонентов).
    14 августа марсианский зонд открыл створки ячейки №7 для приема образца Горящие Угли (Burning Coals). Его было решено взять из траншеи Burn Alive с глубины около 3 см, примерно в 1 см над слоем льда. Ожидалось, что по своим свойствам он будет промежуточным между образцом Краснозорька с поверхности и образцом Злая Ведьма (Wicked Witch) из ледяного слоя на дне траншеи Белоснежка (Snow White). 20 августа с третьей попытки удалось поднять от 1/4 до 1/2 ложки сыпучего грунта, и образец был загружен по указанному адресу.
    «Мы хотим понять структуру и состав грунта на поверхности, на границе льда и между ними, - пояснил руководитель научной группы Рей Арвидсон, - чтобы попытаться ответить на вопросы о движении воды в виде жидкости или пара между ледяным слоем и поверхностью». А научный руководитель TEGA Уилльям Бойнтон объявил, что среди прочего ученые будут искать выделение кислорода, которое подтвердило бы наличие в грунте перхлоратов.

8 августа Phoenix приступил к съемке новой большой панорамы под названием Happily Even After («Все еще счастлив»), которую планировалось собрать из 1500 кадров. Съемки продолжались вплоть до 17 октября, но закончить их так и не удалось. В 111-й сол (16-17 сентября) в ходе съемки панорамы Phoenix сделал наиболее детальный снимок теплозащитного экрана, отстреленного от него во время спуска и упавшего примерно в 150 м к юго-востоку от точки посадки аппарата.

МИССИЯ PHOENIX НА МАРСЕ

    Обработка анализатором TEGA четырех образцов была одним из критериев успеха всей миссии, так что формально был повод для празднования. Однако этот замечательный прибор продолжал доставлять неприятности своим создателям. Если в июне и июле выяснилось, что из-за ошибки при изготовлении у него плохо открываются створки восьми рабочих ячеек, то при обработке августовских проб была выявлена неустойчивая работа клапана, регулирующего подачу инертного газа для переноса выделений из нагреваемого образца в масс-спектрометр. Бойнтон предположил, что даже без штатного «транспорта» выделившиеся из образца углекислый газ и пары воды донесут до места измерения и малые примеси, по крайней мере при нагреве до высокой температуры; так оно и оказалось, но эта неисправность задержала прием следующих проб на пару недель. (Позднее, в сентябре, проявился и еще один дефект: самопроизвольно открылся клапан, регулирующий приток «калибровочного» газа.)
    25-26 августа истекли 90 марсианских дней, первоначально отведенные на работу «Феникса». Группа управления сократилась в размерах и уже две недели как перешла с круглосуточной работы по марсианскому времени на сменную работу по времени земному. Обычно один сол отводился на земляные работы, а второй - на съемку результатов; операторы и ученые планировали работу на следующий марсианский день, пока аппарат выполнял задание, отправленное ему накануне. Чтобы ускорить работу, пришлось открыть сразу несколько раскопов и работать с ними поочередно.
    А полярное лето на 68° северной широты кончалось. В 86-й сол (21 августа) Солнце в первый раз скрылось на полчаса за северным горизонтом, а утром 90-го дня Phoenix впервые отснял восход Солнца над Великой Северной равниной. Суточный приход электроэнергии, до этого составлявший 3500 Вт-час, начал уменьшаться - с выполнением научной программы надо было спешить.
    Еще 9 августа Phoenix начал копать траншею Суп из Камней (Stone Soup) в западной части рабочей зоны - там, где проходила ложбина между двумя «полигонами» мерзлотного рельефа. Как и предполагали ученые, мерзлотное вспучивание было более заметно на вершинах «полигонов», а между ними удалось в несколько приемов зарыться в грунт в три раза глубже - до 18 см. В ложбинке мог накапливаться материал, который не сохранился на возвышениях и который хотелось бы исследовать.

Этот снимок восхода Солнца сделан камерой SSI с красным светофильтром утром 90-го сола (25 августа) через 51 мин после местной полуночи. Свечение неба обусловлено рассеянием света на частицах пыли и ледяных кристаллах.

МИССИЯ PHOENIX НА МАРСЕ

    Для страховки рядышком манипулятор прокопал еще две траншеи - Нижнюю и Верхнюю Полку (Upper and Lower Cupboard), причем на дне последней было выявлено белое вещество. Быть может, это отложения солей - тогда их нужно исследовать в обязательном порядке! Однако попытки проверить эту гипотезу с помощью ИК-съемки, измерения электропроводности грунта зондом ТЕСР и наблюдения за ходом испарения ледяных крошек из траншеи не дали положительного результата. Поэтому 24 августа, когда решался вопрос, откуда брать третью пробу для анализатора МЕСА, Суп из Камней одержал победу.
    «В двух первых ячейках мы анализировали образцы с поверхности и с границы льда, - сказал руководитель эксперимента Майкл Хехт. - Для ячейки №3 наша цель поиск чего-то, что может отличаться [от них]».
    25-26 августа Phoenix взял образец Золотой Гусь (Golden Goose), однако в ковше оказалось всего 2-3 см³ вещества, и его пришлось выкинуть. В 95-й сол (29-30 августа) со второй попытки образец объемом до 50 см³ был взят, и на следующий день часть его попытались загрузить во «влажную» ячейку WCL №3. И опять неудача: грунт оказался более комковатым, чем предыдущие, и был настолько липучим, что буквально стоял стеной! Льда в нем, судя по спектру, не было, а вот повышенной концентрации солей можно было ожидать. Третья попытка 6-7 сентября (сол 101-102) поначалу казалась удачной, но в итоге грунт в ячейку так и не попал...


    Измерения проводимости грунта зондом ТЕСР дали весьма неожиданные результаты, о которых сообщил 4 сентября руководитель этого эксперимента Аарон Зент из Исследовательского центра имени Эймса NASA.
    Имея лед на глубине всего в 5 см под поверхностью грунта, логично было бы ожидать в нем некоторое количество влаги - хотя бы в виде пленки на частицах грунта. В районах вечной мерзлоты на Земле такая пленка воды существует даже при температуре значительно ниже нуля, и именно в ней можно найти живые микробы. На Марсе ее можно было бы выявить по измерениям электропроводности грунта, даже если бы толщина водной пленки была едва ли не в одну молекулу. Но... все четыре сеанса измерений, проведенные до 4 сентября включительно, показали, что грунт совершенно сухой. «Нет никаких признаков тонких пленок влаги, - объявил Зент, - и это озадачивает».
    В то же время измерения влажности воздуха зондом ТЕСР показали, что каждые сутки она изменяется почти от нуля до 100%. Эта влага, разумеется, проникает в атмосферу из грунта днем и в него же возвращается ночью. Далее, на снимках хорошо видно, что свежевыкопанный грунт слипается, а через пару дней становится более сыпучим. Почему же тогда вода не образует проводящих пленок?

Великая Северная равнина покрывается инеем. Снимок сделан камерой SSI утром 125-го дня на Марсе (30 сентября 2008 г.)

МИССИЯ PHOENIX НА МАРСЕ

    Чтобы разобраться в этой загадке, постановщики решили попробовать не устанавливать «вилку» ТЕСР на «чистый» участок грунта, а предварительно снять его верхний слой. Иглы датчика окажутся при этом ближе к ледяному основанию, и водяную пленку будет легче обнаружить.
    29 сентября был обнародован и еще один интересный результат. Оба анализатора, TEGA и МЕСА, установили наличие в грунте карбоната кальция. В TEGA регистрировалось выделение углекислого газа из грунта как раз при той температуре, когда должен разлагаться карбонат кальция. МЕСА, в свою очередь, определил содержание кальция, которое соответствовало ожидаемому при растворении карбоната во «влажной» химической лаборатории.
    Косвенные свидетельства удалось получить также с помощью атомного микроскопа, который неоднократно наблюдал сланцеватые частицы с гладкой поверхностью, сходные с известными для земных глин. Вывод Бойнтона был таков: наличие карбонатов «указывает на эпизоды взаимодействия с водой в прошлом».


    К концу августа метеокомплекс аппарата начал показывать понижение давления (с 8.5 мбар в день посадки до 7.6 мбар на 93-й сол), а камера впервые зафиксировала облака из кристалликов льда. 29 августа на протяжении 10 минут Phoenix отснял замечательный «фильм», показывающий движение облаков над районом посадки. «Безусловно, это ледяные облака», - прокомментировал увиденное руководитель эксперимента с камерой SSI Марк Леммон.
    104-й сол (8-9 сентября) принес еще один интересный результат: на 12 снимках западного и северо-западного горизонта были зафиксированы по крайней мере шесть пылевых вихрей. Правда, они были очень скромных размеров, от 2 до 5 м в диаметре, намного меньше, чем видели в экваториальном поясе планеты марсоходы Spirit и Opportunity.
    В тот же день метеокомплекс «Феникса» показал резкое падение атмосферного давления - меньшее, чем обычная для этого района разница между днем и ночью, но весьма быстрое. Питер Тейлор из Йоркского университета в Торонто связал два явления между собой: «В течение всей миссии в середине дня мы отмечали вихревые структуры, проявлявшие себя в падении давления на 20-30 секунд. В последние несколько недель их интенсивность нарастала, и теперь эти вихри, по-видимому, стали достаточно сильны, чтобы поднимать пыль».
    В свою очередь, усиление вихрей можно было связать с ростом разницы между дневной и ночной температурой: днем она все еще поднималась до -30°С, а ночью опускалась до -90°С. Соответственно усилился и ветер: все в тот же 104-й сол его скорость уже превышала 5 м/с.

Один из пылевых вихрей попал в кадр камеры Феникса.

МИССИЯ PHOENIX НА МАРСЕ

    19 сентября впервые в истории космических исследований удалось зарегистрировать снег на Марсе. Нет, он не покрыл тонким слоем Великую Северную равнину - он испарялся, не доходя до поверхности. И все-таки снег, падающий из слоя облаков на высоте около 4 км, был обнаружен лидаром бортового метеокомплекса при очередном сеансе зондирования атмосферы Марса.
    Объявили об этом через 10 дней, 29 сентября. А уже 1 октября на цветных снимках, собранных из трех кадров SSI с разными светофильтрами, на камнях Марса стал заметен голубоватый иней. Осень приближалась.
    Еще 9 сентября Барри Голдстейн обнародовал планы дальнейшей работы аппарата с учетом сокращения прихода энергии от солнечных батарей - он уже снизился 2500 Вт-час за сутки. Последнюю свободную ячейку МЕСА было решено заполнить грунтом из траншеи Белоснежка, в котором в июле был достоверно выявлен водяной лед. После этого операторы планировали заполнить четыре оставшиеся ячейки прибора TEGA, каждый раз ограничиваясь лишь первой стадией нагрева образца. Дальнейшие анализы было решено отложить до окончания «земляных работ», поскольку именно манипулятор предстояло при нехватке электроэнергии отключить первым.
    10 сентября (сол 105) ковш манипулятора взял образец Чародейка-2, который через два дня был успешно загружен в ячейку WCL №2. А вот загрузить ячейку TEGA №1, пятую по счету, долго не удавалось. Ученые решили поместить и в нее образцы льда со дна Белоснежки. В июле сделать это не удалось, и в прибор попал лишь слегка увлажненный грунт. Специальный эксперимент 29 августа показал, что операторы научились быстро доставлять лед к месту анализа. 19 сентября была предпринята первая попытка - но высверленные и собранные кусочки льда застряли на сетке и не попали в ячейку. 26 сентября взяли образец Сэм МакГи и сделали вторую попытку - опять не вышло. Лишь третья попытка, 2 октября (сол 126), по-видимому, оказалась успешной. Образец назвали Злая Ведьма-2.
    Ячейки №2 и №6 прибора TEGA удалось лишь приоткрыть. 6 октября Phoenix забрал образец Краснозорька-N и 7 октября (сол 131) отправил ее в ячейку №6. По-видимому, эта операция не была успешной, потому что 13 октября (сол 137) туда же был загружен грунт с диковинным обозначением Краснозорька N+1.
    А несколькими днями раньше, 28 сентября, в ячейку №2 загрузили «эталонный» образец - высверленные рашпилем кусочки белой керамики. Эта неприметная операция (не ясно даже, удалась ли она, тем более что работа проводилась при сильном ветре и часть материала унесло прочь) в действительности могла быть чрезвычайно важной.
    Дело в том, что эталонный образец 0FB, содержащий не более 1.6 микрограмм углерода на грамм материала и доставленный на Марс под биобарьером манипулятора, предназначался для проверки данных по органическому углероду в грунте Марса. Перед полетом авторы эксперимента утверждали, что образец 0FB будет загружен в одну из ячеек прибора в том случае, если будет с чем сравнивать, то есть если в одном из проанализированных к этому моменту кусочков грунта будут признаки органики. После этого планировалось провести анализ еще одного образца из того же источника, откуда был взят «подозрительный» на органику грунт.

Вот как выглядели входные устройства научных приборов «Феникса» по состоянию на 142 сол (19 октября)

МИССИЯ PHOENIX НА МАРСЕ

    Так вот, последовательность образцов Краснозорька-3 - 0FB - Краснозорька-N полностью соответствовала этой объявленной схеме. И в середине октября руководитель проекта Питер Смит подтвердил, что слабый низкотемпературный сигнал, который может указывать на органику, действительно был обнаружен! Удалось ли подтвердить это открытие, неизвестно.
    В промежутках между забором образцов операторы решили передвинуть один из камней, находящихся в пределах досягаемости манипулятора. Ничего подобного заранее не планировалось, и манипулятор с ковшом на такие фокусы не рассчитывали. Идея состояла в том, что под темным камнем грунт будет греться сильнее и остывать медленнее. В этом месте можно было ожидать углубления в ледяном слое, и сам факт его наличия говорил бы о том, что лед находится в равновесии с водяным паром в атмосфере. Или, наоборот, лед мог оказаться ближе к поверхности, и это означало бы, что под камнем конденсируется атмосферная влага. Наконец, под ним могла оказаться повышенная концентрация солей.
    Проблема была в том, как удалить помеху, в минимальной мере потревожив грунт под ним. Для эксперимента был выбран прямоугольный камень Безголовый (Headless) длиной 11.5 см, шириной 8.5 см и толщиной 5 см. Южнее его находилась траншея Нетландия (Neverland). 21 сентября ее углубили, удлинили и выровняли склон, а 23 сентября (сол 117), приподняв камушек за северный конец, аккуратно рассчитанным движением ковша спихнули его вниз.
    В итоге Безголовый сместился на 40 см от исходного положения и, как отметил руководитель группы ПО манипулятора Мэтт Робинсон, «оказался именно там, куда мы его направляли». С того места, где он лежал, взяли два образца и 3 и 4 октября отправили их на исследование с помощью оптического и атомного микроскопов.


    29 сентября Голдстейн объявил, что продолжительность ночи уже превысила четыре часа и что в конце октября снимаемой с солнечных батарей мощности не будет хватать для работы манипулятора. Тем не менее 3 октября аппарат начал копать новую траншею ЛаМанча, чтобы выяснить, какова глубина залегания льда в этом месте, и даже 21 и 24 октября еще производил раскопки у камней Королевская Рать. Где-то в эти же дни операторы попытались включить микрофон, входящий в состав десантной камеры MARDI, чтобы записать звуки Марса, однако прибор не среагировал на команды.
    В субботу 11 октября место работы «Феникса» накрыла первая пылевая буря - спутник-разведчик MRО определил ее площадь в 37000 км². Прозрачность атмосферы снизилась, приход энергии резко уменьшился, и аппарат вынужден был пережидать непогоду. На следующий день метеокомплекс показал, что через Phoenix или рядом с ним прошел пылевой смерч: на фоне западного ветра в 7 м/с был отмечен порыв с юга со скоростью 11 м/с. Солнечные батареи стали немного чище, но пыль в воздухе снижала приход энергии.
    21 октября (сол 145) руководители проекта объявили, что аппарат прекращает добычу образцов и переходит к их анализу. К этому моменту были загружены семь из восьми ячеек TEGA (кроме №3 - ее предполагалось использовать для анализа изотопного состава аргона и других инертных газов в марсианской атмосфере). На МЕСА были загружены все ячейки WCL, кроме №3; 23 октября операторы попробовали затолкать образец в ее воронку ковшом манипулятора, но неудачно.

Этот последний снимок поверхности Марса составлен из трех кадров, снятых камерой SSI в 151 (27 октября) между 05:10 и 05:17 местного времени.

МИССИЯ PHOENIX НА МАРСЕ

    В понедельник 27 октября (сол 151), поднакопив энергии за выходные, аппарат провел последний запланированный анализ одного из образцов в газоанализаторе TEGA. Кто же знал, что вечером этого самого дня Марс преподнесет сюрприз в виде новой пылевой бури! В сочетании с облаками из ледяных кристалликов она существенно снизила суточный приход электроэнергии. Ночь со 151-го на 152-й сол продолжалась более семи часов и оказалась очень холодной - до -96°С. Дневная температура не поднималась выше -45°С, и 28 октября впервые из-за холода включились нагреватели аккумуляторных батарей, значительно увеличив энергопотребление.
    Положение стало угрожающим. «Если мы ничего не сделаем, недолго осталось до того момента, когда энергия, необходимая для работы аппарата, станет больше, чем энергия, которую он набирает за день», - объявил 28 октября Барри Голдстейн. Он сказал, что этим же вечером операторы начнут поэтапное отключение систем «Феникса» в попытке продлить его жизнь на несколько недель. Первым решили выключить нагреватель манипулятора, его камеры и термоанализатор TEGA, «съедающий» 250 Вт-час за сутки. (Предварительно ковш манипулятора поставили на грунт, воткнув в него «вилку» измерителя ТЕСР.) Вторым - нагреватель пиротехнического блока «Феникса»; это должно было дать еще 4-5 дней отсрочки. Третьим - нагреватель камеры SSI и метеокомплекса, причем выделяемого приборами тепла должно было хватить для их работы. Четвертым и последним - один из двух нагревателей аккумуляторных батарей.
    Предложенный порядок отключения позволял сохранить камеру, метеокомплекс и ТЕСР и попытаться с их помощью пронаблюдать приход зимы. Считалось, что часть дней аппарат будет просто отдыхать; первым выходным должен был стать сол 154.
    Операторы рассчитывали энергобаланс аппарата, исходя из показателя запыленности воздуха 0.5, однако уже 28 октября она поднялась до 0.8. Вечером 152-го сола Phoenix ушел в защитный режим по питанию, при этом неожиданно перейдя на канал В бортовой электроники и отключив один из двух аккумуляторов. Через несколько часов на борт ушли команды, позволяющие возобновить зарядку аккумулятора. Чтобы аппарат накопил больше энергии, операторы приказали ему выключить сразу два нагревателя по аварийному плану, пропустить сеанс радиосвязи утром 29 октября и выйти на связь при вечернем пролете спутника Mars Odyssey в 21:30 PDT (04:30 UTC). Однако ни вечером 29-го, ни утром 30-го сигнал с Марса не был принят.

Ледовые "рудники" для лэндера Phoenix.

МИССИЯ PHOENIX НА МАРСЕ

    Phoenix вышел на связь лишь вечером 30 октября (сол 154). Дополнительные сеансы удалось провести 31 октября, 1 и 2 ноября: в воздухе было много пыли, аппарату не хватало питания для работы в течение всего светового дня, и он «просыпался» утром, пытался в течение двух часов связаться со спутником и выключался после разрядки аккумуляторов. К сожалению, оба ретранслятора находились на «полуденных» солнечно-синхронных орбитах, и вероятность установления связи при прохождении спутника на самом горизонте была невелика.
    «Именно так мы и представляли конец нашей миссии, - горько заметил Голдстейн, - но пылевая буря принесла его недели на три раньше, чем мы надеялись». Операторы JPL и компании Lockheed Martin Space Systems подготовили новый вариант рабочей программы КА и попытались заложить ее в бортовую память. Программа предусматривала проведение некоторых научных наблюдений в часы бодрствования «Феникса»: считывание метеопараметров и данных по проводимости грунта, по возможности - фотосъемка рабочей зоны манипулятора, а также и включение микрофона. Однако передать ее на борт так и не удалось - короткий сеанс 2 ноября оказался последним.