4.7. Mars Orbiter Mission: индийский Марс

Индия может! Именно это можно сказать по результатам работы индийской автоматической межпланетной станции на орбите Марса. Mars Orbiter Mission или сокращенно MOM создан в самые короткие сроки и обошелся в рекордно малую сумму. Если говорить только о спутнике, то на его разработку потратили всего

Mars Orbiter Mission

25 миллионов долларов. При этом он успешно долетел и несколько лет исправно шлет цветные фотографии Красной планеты.

MOM вращается на сильно вытянутой (высокоэллиптической) орбите, как ни один марсианский спутник. Эта орбита позволяет ему осматривать всю планету как с расстояния 75 тысяч километров, так и с высоты 375 километров. На аппарате установлены 5 научных приборов, один из которых – цветная фотокамера. Пробный кадр сделали еще на земной орбите, правда, качество, прямо сказать, невысокое.

Первое фото с орбиты Марса подтвердило работоспособность аппарата, но вызвало язвительные комментарии интернет-пользователей в стиле «моя мобила снимает лучше».

Следующие кадры оказались нагляднее. На снимках можно было рассмотреть структуру атмосферы и весеннюю пыль, которая висит в южном полушарии. При наступлении теплого времени года на полярных шапках тает углекислотный лед, от чего поднимаются мощные ветра.

Снимок полного «глобуса» с расстояния 74,5 тысяч километров показал больше облаков у северного полюса.

Несмотря на низкое разрешение снимков, индийский аппарат показывает нам Марс, как никто другой. Американские и европейские спутники снимают с низкой орбиты камерами высокого разрешения и не могут охватить всю планету, индийские марсианские кадры хороши именно с эстетической точки зрения. Аналогичные ракурсы съемки дает только маленькая «веб-камера» на европейском спутнике Mars Express, но у нее качество съемки совсем уж невысокое.

4.8. InSight: летим долбить Марс

В мае 2018 года с военной базы Ванденберг в Калифорнии к Марсу отправилась группа космических аппаратов, которые должны получить новые данные о Красной планете. Главная нагрузка ракеты Atlas V – спускаемый аппарат InSight, который будет изучать Марс изнутри.

Конструкция InSight позаимствована у успешной миссии NASA Phoenix, которая высадилась в приполярье Марса десятью годами ранее. По сути, это круглый стол, на котором размещены научные инструменты и приборы. Электропитание модуля обеспечивается разворачивающимися как веер солнечными батареями.

InSight

Под «столом» располагаются ракетные двигатели, топливные баки, радар-высотомер, подпружиненные раскладные «ноги» и прочие системы мягкой посадки. Перелет совершается в теплозащитной капсуле, которая высвободит космический аппарат только перед самой поверхностью.

Phoenix изучал грунт и водяной лед, которого много у марсианских полюсов. InSight же должен сесть близко к экватору, всего в нескольких сотнях километров от марсохода Curiosity – на вулканической равнине Элизий. Работа InSight должна продлиться около двух земных лет, то есть один марсианский год, хотя, возможно, работу продолжат, если системы будут функционировать нормально.

Марсоходы Spirit и Opportunity могли пробурить Марс только на 0,5 сантиметра. Прорыть траншею колесом получалось лишь на пару сантиметров. Phoenix копнул грунт сантиметра на три. Марсоход Curiosity бурит на 7 сантиметров.

InSight должен забить стальную сваю на глубину до 5 метров. Система HP3 (Heat Flow and Physical Properties Probe) разработана Германским космическим агентством DLR. На глубине несколько метров не будут изучать химию породы и не будут искать микроскопических марсиан. Всё проще – такая глубина нужна для того, чтобы определять температуру грунта от поверхности и до внедренного зонда.

В ходе забоя скважины еще больше узнают о плотности грунта, что важно для уточнения моделей тепловой инерции, то есть определения плотности грунта, его скорости накапливания и отдачи тепла в течение суток. Поскольку данные по тепловой инерции получены уже со всей планеты при помощи спутников, лучшее понимание связи между плотностью и теплом поверхности позволит лучше узнать весь Марс.

Для точного измерения перепадов температур внутри скважины на аппарате разместили термодатчики на гибкой ленте, которая крепится к забиваемой свае. На ленте датчики располагаются через каждые 35 сантиметров. Ученые попытаются выяснить, насколько глубоко прогревается грунт под солнечными лучами, и как меняется баланс температур в течение марсианского года. Это знание послужит многим целям, например, позволит точнее определять глубину залегания вечной мерзлоты и оценивать возможные запасы воды.

Еще один способ познать нутро «бога войны» – это послушать при помощи сейсмометров – приборов для изучения колебаний грунта. Это будет уже не первая попытка. Сейсмометры стояли на спускаемых аппаратах Viking, которые начали свою работу еще в 77-м году. Однако из-за неудачного размещения они всё время регистрировали только порывы ветра и, кажется, только раз услышали подземный толчок неизвестного происхождения.

Сейсмический эксперимент предполагался на российской станции «Марс-96», но, к сожалению, миссия оборвалась в Тихом океане. Марсоходы, в принципе, тоже могли бы использовать свои акселерометры для регистрации заметных сейсмических толчков, но ничего существенного за время их работы в тектонике планеты не происходило.

InSight обладает сверхчувствительным французским прибором SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure), который на порядки превосходит чистоту и качество своих марсианских предшественников. Уроки прошлого были учтены, и сейсмометр разместят непосредственно на поверхности Марса, под двумя защитными колпаками – от ветра и от перепадов температуры. SEIS обладает трехосевым широкополосным сейсмометром и трехсегментным сейсмометром короткого периода.

За счет размещения датчиков по трем осям сейсмометр сможет определять направление и глубину до источника сейсмического толчка, что, в свою очередь, позволит изучить недра Марса до самого ядра (если будет достаточно мощная волна). Точность же прибора такова, что он должен зафиксировать даже гравитационное воздействие спутника Марса – Фобоса, который, в отличие от земной Луны, имеет намного меньшие размеры и массу, а значит имеет незначительное воздействие на Марс.

Для установки на поверхности планеты сейсмометра и устройства забивания свай InSight оборудован специальным краном-манипулятором с захватом и навигационной камерой. Камера повторяет конструкцию навигационных камер марсоходов, только она цветная, но снимки все равно не будут превышать один мегапиксель. Еще одна камера будет располагаться под «столом» у ног посадочного устройства, чтобы лучше наблюдать за установленными на планете приборами.

Вращение планет вокруг своей оси нестабильно, за тысячи лет ось вращения планеты меняет направление и совершает покачивания, эти движения называют прецессией и нутацией. Кроме того, возможны отклонения в процессе суточного и годового вращения. Дополнительное влияние на осевое вращение Марса оказывает наличие и размер жидкого ядра в центре планеты, приливные воздействия Фобоса и Деймоса и перераспределение массы углекислого газа по поверхности, который в зависимости от сезона выпадает льдом то на одном, то на другом полюсе.

Земная ось совершает полный прецессионный цикл за 25 765 лет. Марс – примерно за 175 000 лет.

Данные по прецессии Марса были получены на основе анализа движения космических аппаратов Mars Odyssey и Mars Global Surveyor при помощи эффекта Допплера. Данный эффект влияет на частоту передаваемого сигнала с космического зонда и на зонд в зависимости от изменения его скорости. В случае с орбитальными аппаратами, летающими вокруг Марса, точность измерений достигает 1 м/с, но если передатчик и приемник разместить на поверхности планеты, то точность должна возрасти.

Подобные эксперименты проводили с посадочным зондом Mars Pathfinder и с марсоходами Spirit и Opportunity, когда они останавливались в своем путешествии чтобы перезимовать. Но длительность этих экспериментов не достигала и полугода, а чтобы изучить все детали вращения планеты, надо наблюдать как минимум год. Для точного определения расположения InSight и всех подробностей его перемещения вместе с планетой, на его борту размещен прибор RISE (Rotation and Interior Structure Experiment). По сути, это два радиопередатчика X-диапазона с рупорными антеннами среднего усиления, направленными в противоположные стороны. Теоретический предел точности определения скорости для аппарата, размещенного на поверхности Марса, составляет 5 мм/с, но в NASA ожидают точность около 5-10 см/с.

При необходимости RISE может использоваться для передачи полезной информации, но в нормальном режиме для этого будет применяться отдельная антенна UHF-диапазона (радиоволны ультравысокой частоты), передающая данные на орбитальные аппараты.

Данные с трех основных приборов InSight NASA сравнивает с жизненными показателями Марса: SEIS послушает дыхание и пульс, HP3 изменит температуру тела, RISE замерит двигательные рефлексы. Кроме этого, на приборном столе InSight размещены испанские устройства TWINS для наблюдения за климатом, аналогичные прибору REMS марсохода Curiosity. Под ветрозащитным колпаком сейсмометра скрывается датчик атмосферного давления, рядом располагается магнитометр. На другой стороне «стола» цветовая таблица для калибровки фотокамеры и лазерный уголковый отражатель LaRRI, который пригодится, если кто-то, пролетая над Марсом, решит посветить лазером в InSight.

Посадка InSight ожидается в ноябре 2018 года.