NASA возобновляет программу стационарного изучения Марса. 4 августа 2007 г. в 13.26 по московскому
времени со стартовой площадки 17-а космодрома на мысе Канаверал в 326-й раз стартовала ракета Delta II. Она унесла к Марсу
аппарат NASA под названием Phoenix. Миссия Phoenix сильно отличается от всего, что сейчас нацелено на Марс. В последнее
время планету изучают либо марсоходы, которые катаются по поверхности в относительно тёплых районах (Spirit, Opportunity),
либо орбитальные зонды типа Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Цель же миссии Феникс - окрестности северного полюса Марса.
Отказ от передвижения сильно упростил конструкцию аппарата. И, соответственно, снизил себестоимость НИОКР. Возможно,
поэтому проект профессоров и студентов Аризонского университета выиграл билет к соседу Земли. Правда, ждать «попутки»
пришлось довольно долго - испытания успешно закончились ещё в 2001 году. Однако из-за неудачного приземления Mars Polar
Lander в 1999 году следующий этап полярных исследований отложили до «пока не будет уверенности в успехе». Теперь такая
уверенность есть, так как при помощи орбитальных снимков с MRO удалось детально проработать все нюансы приземления.
|
|
|
|
У миссии Phoenix четыре основные цели: выяснить, появлялась ли когда-либо жизнь на Марсе, подробно
изучить марсианский климат, марсианскую геологию, а также собрать несколько анализов, необходимых для успешной высадки на
планете человека. Посадочный модуль оборудован семью основными инструментами, многие из которых разрабатывались для двух
предыдущих неудавшихся посадочных миссий на Марс – Mars Polar Lander и Mars Surveyor:
- Рука-манипулятор (Robotic Arm) длиной в 2,35 метра. Манипулятор сможет
брать пробы льда и грунта (с глубины до полуметра) и доставлять их на анализ на борт посадочного модуля. Манипулятор
изготовлен из графитоэпоксидного материала с алюминиевыми кожухами суставов, имеет 2 м в длину и четыре степени свободы.
Предельное усилие, передаваемое грунту, – 80 Н. Вместо лопасти, предусмотренной проектом MSL-2001, устанавливается вилочный
захват рыхлителя, использованный в приборе для изучения климата и летучих веществ MVACS станции MPL. Расчет траекторий
движения, управление, прием телеметрии, обнаружение различных повреждений возложено на компьютер посадочного аппарата.
- Камера манипулятора (Robotic Arm Camera) сфотографирует грунт с близкого
расстояния. Камера смонтирована на конце
манипулятора. Этот прибор разработан не в NASA, а в Институте исследований Солнечной системы Общества Макса Планка
(Германия) в сотрудничестве с Университетом Аризоны в Тусоне. Камера RAC расположена на запястье манипулятора RA и
обеспечивает процесс копания. Один двигатель настраивает фокус в пределах от бесконечности до 10 мм (что соответствует
увеличению 1:1), второй открывает и закрывает прозрачную крышку. При помощи светодиодов формируется три варианта подсветки,
позволяющие получить цветные изображения, а просмотр одного и того же места с разных позиций обеспечивает стереокартинку.
Вообще RAC может использоваться и как стереоскопическая камера с разрешением 7’.
- Термоанализатор выделившегося газа (Thermal and Evolved-Gas Analyser). Этот
прибор должен нагревать доставленные манипулятором образцы льда и грунта и анализировать количество выделившихся при
нагревании воды, углекислого газа и остаточных количеств органических соединений. Термоанализатор TEGA использует принцип
дифференциальной сканирующей калориметрии. В его состав входят масс-спектрометр MS (Mass Spectrometer) и сканирующий
калориметр DSC (Differential Scanning Calorimeter). Идея состоит в нагреве образцов грунта, взятых с восьми различных
глубин (в пределах 1 м). Летучие компоненты, включая органику, при этом испаряются, и измеряется энтальпия, связанная с
фазовыми переходами. Одновременно масс-спектрометр анализирует эти летучие компоненты, что позволяет сопоставить их состав
и температуру, при которой они образовались. Этот подход особенно эффективен при поиске воды, причем как в форме льда, так
и минералогической связанной воды. TEGA может обнаружить лед в количестве до 0.2% и карбонат кальция (кальцит CaCO3) в
концентрации 0.5%. Электроника TEGA размещена в блоке электроники PEB (Payload Electronics Box), а чувствительная входная
аппаратура – во вспомогательном блоке AEB (Auxiliary Electronics Box), который расположен в непосредственной близости от
прибора для уменьшения плотности шума. Программное обеспечение TEGA расположено на центральном компьютере посадочной
ступени и связано с ней через интерфейс RS422. Разумеется, масс-спектрометр будет использоваться и «в отдельности» – для
анализа атмосферы. Он позволит определить ее состав, включая соотношение изотопов C, N, O, H, Ne, Ar, Kr и Xe, а также
влажность.
- Прибор с названием «Микроскопический, электрохимический анализатор и анализатор проводимости» (Microscopy,
Electrochemistry and Conductivity Analyser) займется комплексным анализом грунта. Оптический и атомный микроскоп изучат
образцы визуально, а четыре «исследовательские электрохимические клетки» снимут широкий спектр химических свойств (в том
числе определят присутствие растворимых солей, кислотность либо щелочность образцов). Прибор был разработан для MSL-2001 в
интересах подготовки пилотируемой экспедиции на Марс. MECA состоит из четырех основных частей. Это четыре «влажные камеры»
для химического исследования образцов, два микроскопа (оптический и атомный), зонд для исследования теплоты и
электропроводности TECP (Thermal and Electrical-Conductivity Probe) и матрица с индикаторами. Анализатор работает таким
образом. По желобу (на передней стороне) образцы грунта доставляются к микроскопам, а через четыре отверстия с правой
стороны поступают в четыре камеры химической лаборатории. Грунт, попавший в камеру, смачивается и перемешивается, и
вытекшая из него жидкость подвергается анализу. Каждая камера имеет 26 датчиков, которые позволят измерить проводимость
грунта, уровень pH, окислительно-восстановительный потенциал, температуру и другие параметры, а также концентрации серебра,
сульфидов, кадмия, растворенного кислорода и углекислого газа, ионов Cl-, Br-, I-, NO3-, ClO4-, Na+, K+, Mg2+, NH4+, Ca2+.
Единственное существенное изменение, внесенное при установке прибора на Phoenix, – вместо модуля электрометра на
манипуляторе в его суставе устанавливается новый зонд TECP, причем его электроника будет находиться в опорной части
грунтозаборника. В состав прибора входит также матрица с индикаторами, по изменению цвета которых можно будет судить о
химии атмосферы.
- На мачте, которая поднимется над севшим аппаратом, смонтирован прибор Surface Stereo Imager. Он сделает цветные
стереоснимки высокого разрешения места посадки зонда. Стереокамера SSI является усовершенствованной копией одноименного
прибора станции MPL и камеры «Пасфайндера». Отличие состоит в том, что будет установлен новый ПЗС-детектор с более высокой
разрешающей способностью, позаимствованный из приборного комплекса станций MER. Камера SSI располагается на высоте 2 м над
поверхностью и имеет три привода: два наводят ее по азимуту и по углу места, а третий вращает колесо с фильтрами. Кадр с
ПЗС-детектора записывается в буфер, передается в бортовой компьютер по интерфейсу RS-422 и после обработки – в буфер
телеметрии для передачи на Землю. Задачи SSI: изучить область посадки с точки зрения геологии, составить карты дальностей
для обеспечения работы манипулятора, а также провести исследования пыли и облачности путем съемки Солнца и звездного неба.
Два «глаза» камеры будут работать в синем, красном и ближнем ИК-диапазоне. Узкополосные фильтры позволят «видеть» в 12
спектральных линиях для изучения геологии и в восьми линиях для изучения атмосферы. Как только аппарат приземлится, будет
составлена цветная панорама поверхности и стереопанорама с красным фильтром. По стереоскопическим снимкам области копания
будут построены цифровые модели рельефа, а по многоспектральным изображениям – опознаны местные минеральные вещества.
Затем будут сделаны дополнительные мультиспектральные снимки – в количестве, определяемом пропускной способностью
радиоканала.
|
|
|
|
- Канадское космическое агентство участвует в проекте Phoenix своей метеорологической станцией. Этот прибор предназначен
для мониторинга марсианской погоды в районе Северного полюса. В состав MET входят сканирующий лидар, температурный датчик и
датчик давления. Лидар позволит получить данные о толщине приповерхностного слоя атмосферы (в частности, о размещении,
структуре и оптических свойствах облаков, туманов и пылевых шлейфов до высоты 20 км), а также некоторую информацию о
марсианском ветре. Структура и эволюция марсианского приповерхностного слоя – ключевые данные для понимания взаимодействия
поверхности и атмосферы, особенно обмена летучими компонентами. Лидар способен исследовать атмосферу Марса до высоты в 20
км. Данные, переданные с этой высоты, дополнят те, что получены датчиками давления и температуры MET.
- Mars Descent Imager займется изучением геологического окружения места посадки во время спуска. Такой же прибор стоял на
спускаемом аппарате Mars Surveyor Lander. Цветные, стереоскопические и панорамные снимки, сделанные MARDI, «увидят»
геологическую структуру Марса в новом свете и позволят создать цифровые модели поверхности, необходимые для управления
манипулятором. Камера начнет функционировать сразу после того, как будет сброшена оболочка посадочного аппарата: будет
сделано около 20 снимков ландшафта вокруг места посадки КА. MARDI состоит из набора девяти элементов преломляющей оптики и
четырех внешних печатных плат, соединенных гибкими проводами. Оптические элементы имеют относительное отверстие 5.6 и поле
обзора 65.9°. Детектором работает ПЗС-матрица Kodak KAI-1001 размером 1024х1024 элемента (1018х1008 – рабочая область),
с 9-мкм пикселом. Снимки будут делаться с выдержкой 4 мс. Данные оцифровываются 12-разрядным аналого-цифровым
преобразователем и сжимаются до 8 бит. Обработка производится процессором Motorola DSP 56166 с частотой 60 МГц, программной
памятью 4 кбайт и памятью данных в 4 кбайт. MARDI был изготовлен для станции MSL-2001 и хранится в JPL.
Научная работа зонда на Марсе рассчитана до сентября 2008 года, но, возможно, срок активности, как это не раз бывало,
удастся продлить. Зонд Phoenix Lander должен 25 мая 2008 года совершить посадку в окрестностях северного полюса планеты.
Исследователи
