Земные духи Марса

В первые недели нового года внимание любознательной части человечества было приковано к выпускам новостей, в которых сообщалось о драматических событиях, разворачивающихся вокруг Красной планеты.

В первые недели нового года внимание любознательной части человечества было приковано к выпускам новостей, в которых сообщалось о драматических событиях, разворачивающихся вокруг Красной планеты. Две американские и одна европейская экспедиции в эти дни достигли Марса и попытались приступить к исследованиям.

10 июня 2003 года с космодрома на мысе Канаверал после нескольких лет подготовки и ряда задержек из-за неблагоприятной погоды стартовала ракета Boeing Delta 2, унесшая к Красной планете марсоход Spirit («Дух»). Через месяц вслед за Spirit полетел его близнец Opportunity («Шанс»), а 2 июля ракетоноситель «Союз» с четвертой ступенью «Фрегат» отправил к Марсу Европейскую миссию Mars Express. Американские марсоходы были созданы в Лаборатории реактивного движения NASA в Пасадене. Эта команда с шестидесятых годов разрабатывает космические аппараты и руководит их полетами к другим планетам. Экспедиция Mars Express, включающая искусственный спутник Orbiter и спускаемый аппарат Beagle 2, — плод совместного труда нескольких десятков компаний из пятнадцати европейских стран и США под руководством Европейского космического агентства (ESA).

Преодолев за семь месяцев четыреста миллионов километров, 19 декабря Mars Express разделился на Beagle 2 и Orbiter, которые продолжили самостоятельный полет. Через шесть дней Beagle 2 достиг поверхности планеты, а Orbiter стал искусственным спутником Марса. К сожалению, после посадки Beagle многочисленные попытки связаться с ним не увенчались успехом, и теперь уже мало надежды на то, что что-то изменится. А жаль, ведь на его борту был отличный набор научных инструментов (похожий, впрочем, на арсенал американских марсоходов). Все это время Orbiter постепенно корректирует свою орбиту. К концу января он должен занять рабочее положение и приступить к калибровке и настройке оборудования. В его распоряжении семь приборов, пять из которых являются улучшенными вариантами аппаратуры, созданной для российской экспедиции «Марс-96», закончившейся неудачно. 14 января Orbiter получил первые цветные стереоскопические снимки поверхности Марса и передал их на землю. На первой фотографии зонд запечатлел гигантский каньон в районе Valles Marineris. Изображение, покрывшее 120 тысяч квадратных километров, было сделано с высоты 275 километров с разрешением 12 метров на пиксел (это рекордный показатель для Марса по отношению площадь/разрешение).

Наверняка Orbiter соберет массу интереснейшей информации, но потеря Beagle выводит американские экспедиции в явные фавориты, по крайней мере в глазах широкой публики. 4 января аппарат с марсоходом Spirit благополучно сел в кратере Гусева. Посадка Opportunity на другой стороне Марса — Меридианном плато — намечена на 24 января. Выбор мест посадки не случаен. По версии NASA, именно там, возможно, были наиболее благоприятные условия для гипотетической марсианской жизни. Оставим на совести менеджеров NASA спекуляции о поисках следов жизни на этой душной, холодной, сухой и пыльной планете. Им виднее, как объяснить налогоплательщикам, почему надо тратить деньги на дорогостоящие межпланетные экспедиции. Посмотрим, что нового в научном плане обещает этот проект.

Марс в полтора раза дальше от Солнца, чем Земля. Его диаметр примерно вдвое меньше земного, а объекты на поверхности легче в два с половиной раза. Марсианские сутки всего на 39 минут дольше земных, зато марсианский год почти вдвое длиннее. Разреженная атмосфера с давлением на поверхности в 166 раз меньше земного на 95 процентов состоит из углекислого газа. Благодаря этому, из-за парникового эффекта температура на поверхности планеты достигает земной (хотя Солнце освещает Марс в 2,3 раза слабее Земли) и не опускается ночью в районах работы американских экспедиций ниже минус 105 градусов Цельсия. Но и это слишком холодно для надежной работы бортовой электроники и компьютеров, поэтому марсоходы оборудованы специальными изотопными нагревателями, которые содержат около трех граммов диоксида плутония и не дают аккумуляторам и чипам остыть больше, чем до минус 55 градусов.

Spirit и Opportunity не первые и не слишком оригинальные марсоходы. В 1997 году на Марсе успешно работал их предшественник Pathfinder («Следопыт») размером с микроволновую печь и весом около 10 килограмм, внешний вид которого очень напоминает советские луноходы семидесятых годов. Впрочем, законы физики везде одинаковы, поэтому и похожи оптимальные конструкции движущихся роботов. Гораздо важнее их электронная и научная начинка, в которую вложены последние достижения современных технологий.

У предыдущей экспедиции американцы заимствовали и способ посадки на Марс, мягко приземлиться на который из-за разреженной атмосферы планеты и большой скорости корабля гораздо труднее, чем на Землю. Помимо использования торможения об атмосферу с испарением защитного экрана, парашюта и ракетного двигателя, удар о каменистую поверхность смягчают надувные шары. Благодаря им, проскакав как мячик с километр по поверхности, спускаемый аппарат остается цел и невредим. Неудачно сдутые, эти шары мешали марсоходу Spirit съехать с платформы и заставили весь мир немало поволноваться.

Новые марсоходы гораздо крупнее Pathfinder и весят примерно 180 килограмм. Каждый день аппараты будут проезжать в среднем по 40 метров. Двигатели и научная аппаратура потребляют около 100 ватт и питаются от солнечных элементов. При полном освещении батареи выдают 140 ватт, избыток идет на подзарядку аккумуляторов для работы в темное время суток. Плановая длительность миссии — три месяца, однако, скорее всего, работа продлится до тех пор, пока не испортится какой-нибудь критически важный блок (велика вероятность, что это будут покрывшиеся пылью солнечные элементы или выработавшие ресурс аккумуляторы). Бортовая система управления использует защищенный от радиации компьютер на базе процессора PowerPC 20 МГц, 128 Мбайт DRAM (c системой выявления и коррекции ошибок) и 3 Мбайт флэш-памяти. По нынешним меркам эти характеристики довольно убоги, но не следует забывать, что от бортовых компьютеров требуется прежде всего надежность, а всесторонняя проверка работы системы в условиях жесткой радиации и других неблагоприятных факторов занимает несколько лет. Управляются машины операционной системой VxWorks компании Wind River Systems.

Каждый марсоход несет пять научных инструментов. Два из них — панорамная стереокамера и инфракрасный спектрометр — закреплены на мачте над солнечными батареями и предназначены для обозрения окрестностей и выбора подходящих объектов для детального исследования. Три остальных прибора — оптический микроскоп, альфа-спектрометр и мессбауэровский спектрометр — размещены на «руке» робота. Их назначение — локальный анализ фрагментов попавшихся на пути марсохода горных пород. Поскольку исследовать лучше свежую поверхность породы, а не изъеденную выветриванием и покрытую слоем пыли, на манипуляторе предусмотрена абразивная машина, способная зачистить участок диаметром 5 см.

Самый «публичный» прибор — это, конечно, панорамная камера, позволяющая получать цветные трехмерные изображения великолепного качества с углом обзора 360 градусов (панорама складывается из 225 картинок с разрешением 1024х1024). Размещенный рядом с камерой инфракрасный спектрометр Mini-TES помогает определить примерный состав окружающих пород даже под слоем пыли. В частности, можно идентифицировать некоторые силикаты, карбонаты, органику и минералы, для образования которых необходима вода. А вода NASA сейчас ой как нужна для поддержания на плаву гипотезы о существовании в прошлом жизни на Марсе (и для увеличения государственных ассигнований).

Среди инструментов локального анализа наибольший интерес, вероятно, представляет альфа-спектрометр. Он служит для определения химического состава в «точке» диаметром несколько десятков микрон. При анализе распознаются практически все химические элементы (кроме водорода), но, к сожалению, полный анализ (с использованием альфа-детекторов, необходимых для определения легких элементов) занимает около 10 часов. Поэтому перед тем, как наметить точку для анализа, ученым придется дважды и трижды подумать — стоит ли тратить драгоценное время жизни марсоходов именно на это место (большая часть анализов будет проводиться ночью, когда аппарат стоит на месте). Связка микроскоп + альфа-спектрометр позволяет определить минеральный состав и структуру породы, а отсюда можно сделать предположение о том, как она образовалась, через какие этапы прошла, в каких условиях и т. п. Последний прибор — мессбауэровский спектрометр способен обнаружить и определить любой минерал, содержащий железо. Для этого он анализирует спектры поглощения атомными ядрами гамма-квантов, которые испускаются двумя источниками кобальта-57.

Насколько весь этот научный арсенал обогатит наши знания о природе Марса, пока сказать трудно. Конечно, несколько тысяч анализов, проведенных в двух уголках бескрайней планеты, не могут претендовать на полноту описания мира (вообразите, что кто-то пытается составить представление о Земле высадив двух роботов в Сахаре и Гималаях). С другой стороны, мы знаем о Марсе так мало, что результаты нынешних экспедиций в любом случае будут большим шагом вперед.