NASA запустила к Красной планете очередной марсоход. В отличие от проектов, связанных с этой планетой в нашей стране, американским исследователям удается довольно успешно осуществлять такие миссии. Напомним, российский аналог Curiosity – Фобос-Грунт потерпел фиаско из-за ошибки в программном обеспечении при выходе на околоземную орбиту.
Задачи миссии Curiosity. Curiosity это не просто марсоход. Проект осуществляется в рамках миссии Mars Science Laboratory и является платформой, на которой установлено множество научного оборудования, которое готовилось для решения нескольких задач.
Первая задача, которая стоит перед Curiosity, не оригинальна – поиск жизни на этой суровой планете. Для этого марсоходу нового поколения нужно будет обнаружить и изучить природу органических углеродных соединений. Найти такие вещества как водород, азот, фосфор, кислород, углерод и серу. Наличие таких веществ позволяет предположить о предпосылках зарождения жизни.
Кроме того, на Curiosity возлагают и другие задачи. Марсоход с помощью своего оборудования должен будет передать сведения о климате и геологии планеты, а так же провести подготовку к высадке человека.
Характеристики марсохода Curiosity.
Curiosity имеет 3 метра в длину и 2,7 метра в ширину. Он оснащен шестью 51-см колесами. Каждое колесо работает от автономного электродвигателя. Передние и задние колеса помогут марсоходу повернуть в нужное направление. Благодаря особой конструкции и оптимальному диаметру, Curiosity способен преодолевать препятствие высотой 75 см и разгоняться до 90 метров в час.
Питание марсохода осуществляется за счет миниреактора. Заложенного в него плутония-238 хватит на 14 лет работы. От солнечных батарей решили отказаться из-за проблемы большого запыления атмосферы Марса.
Полет и посадка марсохода Curiosity. В качестве места посадки марсохода Curiosity был выбран кратер Гейла. Довольно ровное место, которое не должно преподнести проблемы.
На геостационарную орбиту марсоход вывела двухступенчатая ракета Atlantis-5 541. Откуда станция проследует до Марса. И тут начнется очень интересный момент – посадка Curiosity.
Атмосфера Марса довольна сложна. Ее плотные слои не позволяют посадочным двигателям корректировать этот процесс. Из-за чего была разработана довольно интересная технология, которая должна обойти эти трудности.
Во время входа в атмосферу Curiosity будет находиться в сложенном виде внутри специальной защитной капсулы. От высоких температур при вхождении в плотные слои атмосферы на большой скорости ее будет защищать специальное покрытие из углеродных волокон, пропитанных фенолформальдегидной смолой.
В плотной атмосфере Марса скорость аппарата снизится с 6 км/c до двукратной скорости звука. Сбрасываемые балласты откорректируют положение капсулы. Теплозащитное “покрывало” отстрелится и при скорости 470 м/c раскроется сверхзвуковой парашют.
При прохождении высоты 3,7 км над планетой, должна запуститься фотокамера, установленная в нижней части марсохода. Она снимет поверхность планеты, кадры высокой точности помогут избежать проблем с тем местом, куда Curiosity должен сесть.
Все это время парашют выполнял функцию тормоза, и на высоте 1,8 км над Красной планетой, марсоход отделяется от спускаемой установки, и дальнейшее снижение будет происходить при помощи платформы, которая снабжена посадочными двигателями.
Двигатели с переменной тягой корректируют положение платформы. В этот момент Curiosity должен успеть разложиться и подготовиться к посадке. Для того, чтоб этот процесс получился довольно плавным, была придумана еще одна технология – “летучий кран”.
“Летучий кран” это 3 троса, которые плавно опустят марсоход к поверхности планеты в то время как, платформа будет парить на высоте 7,5 метров.
Оборудование марсохода Curiosity. На марсоходе Curiosity установлено большое количество научного оборудования. Среди них есть и прибор, который разработали российские специалисты. Марсоход оснащен роботизированной рукой, которая довольно чувствительна. В нее вмонтированы бур, лопатка и другое оборудование, которое позволит собирать грунт и образцы пород.
На марсоходе установлено 10 приборов о некоторых из них, мы расскажем ниже.
MastCam – это камера, расположенная на высокой мачте над марсоходом. Она является глазами операторов, которые получая картинку на Земле, будут управлять аппаратом.
SAM – это масс-спектрометр, лазерный спектрометр и газовый хроматограф “в одном флаконе”, которые позволяют вести анализ проб грунта. Именно SAM должен найти органические соединения, азот, кислород и водород.
Роботизированная рука должна доставлять пробы в специальное место, на марсоходе, где их будет исследовать прибор SAM.
CheMin – еще один прибор для анализа пород. Он определяет химические и минеральные соединения.
CheCam – это самое интересное оборудование на борту марсохода Curiositi. Если говорить по-простому, то это лазер, которые способен растопить образцы грунта или скальных пород на расстоянии 9 метров от марсохода и исследовав пары, должен определить их структуру.
APXS – спектрометр который облучая образцы рентгеновским излучением и альфа-частицами сможет идентифицировать их. APXS располагается на роботизированной руке марсохода.
DAN – прибор разработанный нашими соотечественниками. Он способен определить наличие воды или льда даже на небольшой глубине под поверхностью планеты.
RAD – определит наличие радиоактивного излучения на планете.
REMS – чувствительная метеостанция на борту Curiosity.
Марсоход Curiosity это амбициозный проект человечества, который выведет нас на новый уровень изучения Марса. Посадка и изучение Красной планетой этим аппаратом, поможет ответить на два вопроса, которые давно не дают покоя человечеству: есть ли жизнь на Марсе и возможно ли колонизировать эту планету в ближайшем будущем.
6 августа 2012 назад марсоход Curiosity после восьмимесячного путешествия . Аппарат преодолел 567 миллионов километров по пути к Красной планете.
За это время марсоход Curiosity сделал открытия, которые указывают на существование благоприятных условий для жизни микробов миллиарды лет назад, сделал бесчисленное количество работ разными инструментами, сверлил, стрелял лазером, фотографировал, отправил на Землю 468 926 снимков.
Снимки марсохода Curiosity и новости с Красной планеты за последние несколько лет.
2. С дальнего расстояния поверхность Марса выглядит рыжевато-красной из-за красной пыли, которая содержится в атмосфере. Вблизи цвет - желтовато-коричневый с примесью золотистого, бурого, рыжевато-коричневого и даже зеленого, в зависимости от цвета минералов планеты. В древности люди с легкостью отличали Марс от других планет, а также ассоциировали его с войной и слагали всевозможные легенды. Египтяне называли Марс «Хар Дечер», что означало «красный». (Фото JPL-Caltech | MSSS | NASA):
3. Марсоход Curiosity очень любит делать селфи. Как он это делает, ведь снять его со стороны некому?
У марсохода четыре цветных камеры, все они отличаются разным набором оптики, но только одна из них подходит для . У автоматической руки под названием MAHLI 5 степеней свободы, что дает камере значительную гибкость и позволяет «облететь» марсианский ровер со всех сторон. Движением этой руки-камеры управляет специалист с Земли. Главная задача – следовать определенной последовательности перемещения автоматической руки, чтобы камера могла сделать достаточное количество снимков для последующей склейки панорамы. Сценарий подготовки каждого такого селфи отрабатывают сначала на Земле на специальном тестовом модуле, который носит название Мэгги. (Фото NASA):
4. Марсианский закат, 15 апреля 2015. В полдень небо Марса жёлто-оранжевое. Причина таких отличий от цветовой гаммы земного неба - свойства тонкой, разреженной, содержащей взвешенную пыль атмосферы Марса. На Марсе рэлеевское рассеяние лучей (которое на Земле и является причиной голубого цвета неба) играет незначительную роль, эффект его слаб, но проявляется в виде голубого свечения при восходе и закате Солнца, когда свет проходит более толстый слой воздуха. (Фото JPL-Caltech | MSSS | Texas A&M Univ via Getty | NASA):
5. Колеса марсохода 9 сентября 2012 года. (Фото JPL-Caltech | Malin Space Science Systems | NASA):
6. А это снимок 18 апреля 2016. Видно, как износилась “обувка” у трудяги. С августа 2012 года по январь прошлого года марсоход Curiosity прошёл 15.26 км. (Фото JPL-Caltech MSSS | NASA):
7. Продолжаем смотреть снимки марсохода Curiosity. Дюна Намиб - область с темным песком, состоящая из дюн на северо-западе от горы Шарп. (Фото JPL-Caltech | NASA):
8. Две трети поверхности Марса занимают светлые области, получившие название материков, около трети - тёмные участки, называемые морями. А это подножие горы Шарп.
Шарп - марсианская гора, находящаяся в кратере Гейл. Высота горы составляет около 5 километров. На Марсе же находится и самая высокая гор в Солнечной системе - потухший вулкан Олимп высотой 26 км. Диаметр Олимпа - около 540 км. (Фото JPL-Caltech | MSSS | NASA):
9. Фотография с орбитального аппарата, здесь и марсоход виден. (Фото JPL-Caltech | Univ. of Arizona | NASA):
10. Как сформировался этот необычный холм Иресон на Марсе? Его история стала предметом исследований. Его форма и двухцветная структура делают его одним из самых необычных холмов, около которых проезжал автоматический марсоход. Он достигает высоты около 5 метров, а размер его основания - около 15 метров. (Фото JPL-Caltech | MSSS | NASA0:
11. Так выглядят “следы” марсохода на Марсе. (Фото JPL-Caltech | NASA):
12. Полушария Марса довольно сильно различаются по характеру поверхности. В южном полушарии поверхность находится на 1-2 км выше среднего уровня и густо усеяна кратерами. Эта часть Марса напоминает лунные материки. На севере большая часть поверхности находится ниже среднего уровня, здесь мало кратеров и основную часть занимают относительно гладкие равнины, вероятно, образовавшиеся в результате затопления лавой и эрозии. (Фото JPL-Caltech | MSSS | NASA):
13. Еще одно мастерское селфи. (Фот JPL-Caltech | MSSS | NASA):
14. На переднем плане, примерно в трех километрах от ровера, находится длинный хребет, изобилующий оксидом железа. (Фото JPL-Caltech | MSSS | NASA):
15. Взгляд на путь, который проделал марсоход, 9 февраля 2014. (Фото JPL-Caltech | MSSS | NASA):
16. Отверстие, которое пробурил марсоход Curiosity. Такой цвет породы под красной поверхностью сразу не очевиден. Дрель марсохода способна делать в камне отверстия диаметром 1.6 см и глубиной 5 см. Добытые манипулятором образцы могут также исследоваться приборами SAM и CheMin, расположенными в передней части корпуса ровера. (Фото JPL-Caltech | MSSS | NASA):
17. Еще одно селфи, самое свежее, сделанное 23 января 2018. (Фото NASA | JPL-Caltech | MSSS):
Итак, как же можно связаться с ровером, находящимся на Марсе? Вдумайтесь - даже когда Марс находится на наименьшем расстоянии от Земли, сигналу нужно преодолеть пятьдесят пять миллионов километров! Это действительно огромное расстояние. Но как же маленькому, одинокому марсоходу удается передавать свои научные данные и прекрасные полноцветные изображения так далеко и в таком количестве? В самом первом приближении, это выглядит примерно вот так (я очень старался, правда):
Итак, в процессе передачи информации участвуют, обычно, три ключевые «фигуры» - один из центров космической связи на Земле, один из искусственных спутников Марса, и собственно, сам марсоход. Давайте начнем со старушки Земли, и поговорим о центрах космической связи DSN (Deep Space Network).
Станции космической связи
Любая из космических миссий NASA рассчитана на то, что связь с космическим аппаратом должна быть возможна 24 часа в сутки (ну или по крайней мере всегда, когда она может быть возможна в принципе ). Поскольку, как нам известно, Земля довольно быстро вращается вокруг собственной оси, для обеспечения непрерывности сигнала необходимо несколько точек для приема/передачи данных. Именно такими точками и являются станции DSN. Они расположены на трех континентах и удалены друг от друга примерно на 120 градусов долготы, что позволяет им частично перекрывать зоны действия друг друга, и, благородя этому, «вести» космический аппарат 24 часа в сутки. Для этого, когда космический аппарат выходит из зоны действия одной из станций, его сигнал перебрасывается ну другую.Один из комплексов DSN находится в США (Goldstone complex), второй - в Испании (около 60 километров от Мадрида), а третий - в Австралии (примерно в 40 километрах от Канберры).
Каждый из этих комплексов имеет собственный набор антенн, но по функциональности все три центра примерно равны. Сами антенны называются DSS (Deep Space Stations), и имеют собственную нумерацию - антенны в США имеют номера 1X-2X, антенны в Австралии - 3Х-4Х, а в Испании - 5Х-6Х. Так что, если вы услышите где-то «DSS53», то можете быть уверены, что речь идет об одной из испанских антенн.
Для связи с марсоходами чаще всего используется комплекс в Канберре, поэтому давайте поговорим о нем чуть подробнее.
У комплекса есть свой сайт , на котором можно найти довольно много интересной информации. Например, совсем скоро - 13 апреля этого года - исполнится 40 лет антенне DSS43.
Всего, на настоящий момент, станция в Канберре имеет три активные антенны: DSS-34 (диаметром 34 метра), DSS-43 (впечатляющие 70 метров) и DSS-45 (снова 34 метра). Разумеется, за годы работы центра были использованы и другие антенны, которые по разным причинам были выведены из эксплуатации. Например, самая первая антенна - DSS42 - была снята с использования в декабре 2000 года, а DSS33 (диаметром 11 метров) была списана в феврале 2002, после чего перевезена в Норвегию в 2009, чтобы продолжить свою работу уже в роли инструмента для изучения атмосферы.
Первая из упомянутых работающих антенн, DSS34
, была построена в 1997 году и стала первым представителем нового поколения этих устройств. Ее отличительной особенностью является то, что оборудование для приема/передачи и обработки сигнала находится не непосредственно на тарелке, а в помещении под ней. Это позволило значительно облегчить тарелку, а также дало возможность обслуживать оборудования не останавливая работу самой антенны. DSS34 является антенной-рефлектором, схема ее работы выглядит примерно так:
Как видите, под антенной располагается помещение, в котором и проводится вся обработка полученного сигнала. У реальной антенны, эта комната находится под землей, так что на фотографиях вы ее не увидите.
DSS34, кликабельно
Передача:
- X-диапазон (7145-7190 МГц)
- S-диапазон (2025-2120 МГц)
- X-диапазон (8400-8500 МГц)
- S-диапазон (2200-2300 МГц)
- Ka-диапазон (31.8-32.3 ГГц)
- 2.0°/сек
- Постоянный ветер 72км/ч
- Порывы +88км/ч
DSS43
(у которой скоро юбилей) представляет собой гораздо более старый экземпляр, построенный в 1969-1973 годах, и претерпевший модернизацию в 1987 году. DSS43 - это самая большая подвижная параболическая антенна в южном полушарии нашей планеты. Массивная конструкция весом более 3000 тонн поворачивается на масляной пленке толщиной около 0.17 миллиметра. Поверхность тарелки состоит из 1272 алюминиевых панелей, и имеет площадь 4180 квадратных метров.
DSS43, кликабельно
немного технических характеристик
Передача:
- X-диапазон (7145-7190 МГц)
- S-диапазон (2025-2120 МГц)
- X-диапазон (8400-8500 МГц)
- S-диапазон (2200-2300 МГц)
- L-диапазон (1626-1708 МГц)
- K-диапазон (12.5 ГГц)
- Ku-диапазон (18-26 ГГц)
- в пределах 0.005° (точность наводки на точку небосвода)
- в пределах 0.25мм (точность перемещения самой антенны)
- 0.25°/сек
- Постоянный ветер 72км/ч
- Порывы +88км/ч
- Максимальная расчетная - 160км/ч
DSS45
. Эта антенна была закончена в 1986 году, и предназначена изначально для связи с Voyager 2, изучавшим Уран. Она вращается на круглом основании диаметром в 19.6 метра, используя для этого 4 колеса, два из которых являются ведущими. 
DSS45, кликабельно
немного технических характеристик
Передача:
- X-диапазон (7145-7190 МГц)
- X-диапазон (8400-8500 МГц)
- S-диапазон (2200-2300 МГц)
- в пределах 0.015° (точность наводки на точку небосвода)
- в пределах 0.25мм (точность перемещения самой антенны)
- 0.8°/сек
- Постоянный ветер 72км/ч
- Порывы +88км/ч
- Максимальная расчетная - 160км/ч
Если говорить о станции космической связи в целом, то можно выделить четыре основные задачи, которые она должна выполнять:
Телеметрия
- получать, декодировать и обрабатывать данные телеметрии, поступающие с космических аппаратов. Обычно эти данные состоят из научной и инженерной информации, передаваемой по радиоканалу. Система телеметрии получает данные, следит за их изменениями и соответствием норме, и передает их в системы валидации или научные центры, занимающиеся их обработкой.
Слежение
- система слежения должна обеспечивать возможность двусторонней коммуникации между Землей и космическим аппаратом, и проводить расчеты его местоположения и вектора скорости для правильного позиционирования терелки.
Управление
- дает специалистам возможность передавать управляющие команды на космический аппарат.
Мониторинг и контроль
- позволяю контролировать и управлять системами самой DSN
Стоит отметить, что австралийская станция обслуживает на сегодняшний день около 45 космических аппаратов, так что расписание времени ее работы четко регламентировано, и получить дополнительное время не так-то просто. У каждой из антенн также имеется техническая возможность обслуживать до двух разных аппаратов одновременно.
Итак, данные, которые должны быть переданы на ровер, присылают на станцию DSN, откуда они отправляются в свое недолгое (от 5 до 20 минут) космическое путешествие к Красной Планете. Давайте теперь перейдем к рассмотрению самого ровера. Какие средства связи имеются у него?
Curiosity
Curiosity оснащен тремя антеннами, каждая из которых может использоваться и для приема и для передачи информации. Это UHF-антенна, LGA и HGA. Все они расположены на «спине» ровера, в различных местах.
HGA - High Gain Antenna
MGA - Medium Gain Antenna
LGA - Low Gain Antenna
UHF - Ultra High Frequency
Поскольку аббревиатуры HGA, MGA и LGA уже имеют в себе слово antenna, я не буду приписывать к ним это слово повторно, в отличие от аббревиатуры UHF.
Нас интересуют RUHF, RLGA, и High Gain Antenna
UHF-антенна используется чаще всего. С ее помощью, ровер может передавать данные через спутники MRO и Odyssey (о которых мы поговорим дальше) на частоте около 400 мегагерц. Использование спутников для передачи сигнала является предпочтительным из-за того, что они находятся в поле зрения DSN-станций гораздо дольше, чем сам ровер, одиноко сидящий на поверхности Марса. К тому же, поскольку они значительно ближе к марсоходу, последнему нужно затрачивать меньше энергии для передачи данных. Скорость передачи может достигать 256кб/с для Odyssey и до 2 мбит/с для MRO. Бо льшая часть информации, приходящей от Curiosity, проходит именно через спутник MRO. Сама UHF-антенна находится в задней части ровера, и внешне выглядит как серый цилиндр.
Curiosity также имеет HGA, которую он может использовать для получения команд напрямую с Земли. Эта антенна подвижна (ее можно направить в сторону Земли), то есть для ее использования роверу не приходится менять свое местоположение, достаточно просто повернуть HGA в нужную сторону, а это позволяет сохранять энергию. HGA смонтирована примерно посередине с левого борта ровера, и представляет собой шестигранник диаметром около 30 сантиметров. HGA может передавать данные прямо на Землю со скоростью около 160 бит/сек на 34-метровые антенны, или со скоростью до 800 бит/сек на 70-метровые.
Наконец, третья антенна - это так называемая LGA.
Она посылает и принимает сигналы в любых направлениях. Работает LGA в X-диапазоне (7-8 ГГц). Тем не менее, мощность этой антенны довольно мала, а скорость передачи оставляет желать лучшего. Из-за этого она в основном используется для приема информации, а не для ее передачи.
На фото LGA - это белая башенка на переднем плане.
На заднем плане видна UHF-антенна.
Стоит отметить, что марсоход генерирует огромное количество научных данных, и не всегда все их удается отправить. Специалисты NASA устанавливают приоритеты важности: информация с наибольшим приоритетом будет передана в первую очередь, а информация с меньшим приоритетом будет ждать следующего коммуникационного окна. Иногда часть наименее важных данных и вовсе приходится удалять.
Спутники Odyssey и MRO
Итак, мы выясняли, что обычно для связи с Curiosity необходимо «промежуточное звено» в виде одного из спутников. Благодаря этому удается увеличить время, в течение которого связь с Curiosity вообще возможна, а также увеличить скорость передачи, так как более мощные антенны спутников способны передавать на Землю данные с гораздо большей скоростью.Каждый из спутников имеет два коммуникационных окна с марсоходом в каждый сол. Обычно эти окна достаточно коротки - всего несколько минут. В случае крайней необходимости, Curiosity может также связаться со спутником Европейского Космического Агентства Mars Express Orbiter.
Mars Odyssey
Mars Odyssey
Спутник Mars Odyssey был запущен в 2001 году и предназначен изначально для изучения строения планеты и поиска минералов. Спутник имеет размеры 2,2х2,6х1,7 метра и массу более 700 килограмм. Высота его орбиты колеблется от 370 до 444 километров. Этот спутник активно использовался предыдущими марсоходами: около 85 процентов данных, полученных со Spirit и Opportunity, были транслированы именно через него. Odyssey может общаться с Curiosity в UHF-диапазоне. Что касается средств коммуникации, у него имеются HGA, MGA (medium gain antenna), LGA и UHF-антенна. В основном, для передачи данных на Землю используется HGA, имеющая диаметр 1.3 метра. Передача ведется на частоте 8406 МГц, а прием данных осуществляется на частоте 7155 МГц. Угловой размер луча составляет порядка двух градусов.
Расположение инструментов спутника
Коммуникации с роверами осуществляются с помощью UHF-антенны на частотах 437 МГц (передача) и 401 МГц (прием), скорость обмена данными может составлять 8, 32, 128 или 256 кб/сек.
Mars Reconnaissance Orbiter
MRO
В 2006 году к спутнику Odyssey присоединился MRO - Mars Reconnaissance Orbiter, который сегодня является основным собеседником Curiosity.
Однако, помимо работы связиста, сам MRO имеет внушительный арсенал научных приборов, и, что самое интересное, оборудован камерой HiRISE, которая представляет собой, по сути, телескоп-рефлектор. Находясь на высоте 300 километров, HiRISE может делать снимки с разрешением до 0.3 метра на пиксель (для сравнения, спутниковые снимки Земли обычно доступны с разрешением около 0.5 метра на пиксель). MRO может также создавать стереопары поверхности с точностью до умопомрачительных 0.25 метров. Я настоятельно рекомендую вам ознакомиться хотя бы с несколькими снимками, которые доступны, например, . Чего стоит, например, вот это изображение кратера Виктория (кликабельно, оригинал около 5 мегабайт):
Предлагаю самым внимательным найти на изображении ровер Opportunity ;)
ответ (кликабельно)
Обратите внимание на то, что большинство цветных снимков сделаны в расширенном диапазоне, так что если вы наткнетесь на снимок, на котором часть поверхности будет ярко сине-зеленоватого цвета, не спешите заниматься конспирологией;) Зато вы можете быть точно уверены, что на разных снимках одинаковые породы будут иметь одинаковый цвет. Однако, вернемся к системам связи.
MRO оборудован четырьмя антеннами, которые по назначению совпадают с антеннами марсохода - это UHF-антенна, HGA и две LGA. Основная используемая спутником антенна - HGA - имеет диаметр три метра, и работает в X-диапазоне. Именно она используется для передачи данных на Землю. HGA также оборудована 100-ваттным усилителем сигнала.
1 - HGA, 3 - UHF, 10 - LGA (обе LGA смонтированны прямо на HGA)
Curiosity и MRO общаются с помощью UHF-антенны, коммуникационное окно открывается дважды в сол, и продолжается примерно 6-9 минут. MRO выделяет 5Гб в день для данных, полученных с роверов, и хранит их до тех пор, пока не окажется в зоне видимости одной из станций DSN на Земле, после чего передает данные туда. Передача данных к марсоходу осуществляется по такому же принципу. На хранение команд, которые должны быть переданы на марсоход, выделяется 30 Мб/сол.
Станции DSN ведут MRO по 16 часов в сутки (остальные 8 часов спутник находится с обратной стороны Марса, и не может вести обмен данными, так как закрыт планетой), 10-11 из которых он передает данные на Землю. Обычно спутник в течение трех дней в неделю работает с 70-метровой антенной DSN, и дважды - с 34-метровой антенной (к сожалению непонятно чем он занимается в оставшиеся два дня, но вряд ли у него есть выходные). Скорость передачи может варьироваться от 0,5 до 4 мегабит в секунду - она уменьшается при отдалении Марса от Земли и увеличивается при сближении двух планет. Сейчас (на момент публикации статьи) Земля и Марс находятся почти на максимальном расстоянии друг от друга, так что скорость передачи скорее всего не очень велика.
NASA утверждает (на сайте спутника есть специальный виджет), что за все время работы MRO передал на Землю более 187 терабит (!) данных - это больше, чем все аппараты, посланные в космос до него, вместе взятые.
Заключение
Итак, подведем итоги. При передаче управляющих команд на марсоход, происходит следующее:- Специалисты JPL отправляют команды на одну из станций DSN.
- Во время сеанса связи с одним из спутников (скорее всего, это будет MRO), станция DSN передает ему набор команд.
- Спутник сохраняет данные во внутренней памяти, и ожидает следующего коммуникационного окна с марсоходом.
- Когда марсоход оказывается в зоне доступа, спутник передает ему управляющие команды.
При передаче данных с марсохода на Землю, все это происходит в обратном порядке:
- Ровер хранит свои научные данные во внутренней памяти и ожидает ближайшего коммуникационного окна со спутником.
- Когда спутник оказывается доступен, ровер передает ему информацию.
- Спутник получает данные, сохраняет их в своей памяти, и ожидает доступности одной из станций DSN
- Когда станция DSN становится доступна, спутник отправляет ей полученные данные.
- Наконец, после получения сигнала, станция DSN декодирует его, и отправляет полученные данные тем, для кого они предназначены.
Надеюсь, мне удалось более-менее кратко описать процесс связи с Curiosity. Вся эта информация (на английском языке; плюс огромная куча дополнительной, включая, например, довольно подробные технические отчеты о принципах работы каждого из спутников) доступна на различных сайтах JPL, ее очень легко найти, если знать, что именно вас интересует.
Пожалуйста, сообщайте о всех ошибках и опечатках в личку!
Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите , пожалуйста.
Наука
Марсоход НАСА Curiosity , который работает на Марсе уже более полутора лет , успел сделать немало открытий, расширив наши знания и представления о Красной планете, особенно о ее далеком прошлом.
Марс и Земля, как оказалось, на ранних этапах существования, были весьма похожи . Появилось даже предположение, что жизнь вначале зародилась на Марсе, а затем уже попала на Землю. Однако это всего лишь догадки. Многие вещи мы не знаем наверняка, однако очень близко подходим к разгадке.
Марсоход Curiosity
1) Ранний Марс был населен живыми существами, возможно, в течение долгого времени
После того, как группа исследователей, которые работают с марсоходом Curiosity , выяснила, что когда-то в кратере Гейла текли реки и ручьи, они сообщили, что там также плескалось целое озеро . Это небольшое вытянутое озеро с пресной водой, вероятно, существовало примерно 3,7 миллиарда лет назад
Эта вода на поверхности планеты, как и подземные воды, которые ушли на глубину несколько сот метров , содержали все необходимое для зарождения микроскопической жизни.
Кратер Гейла был более теплым, влажным и обитаемым примерно 3,5 - 4 миллиарда лет назад . Именно тогда и на Земле стали появляться первые живые организмы, по мнению ученых.
Был ли Марс домом для примитивных внеземных существ? Марсоход Curiosity не может и никогда не сможет дать 100-процентно точный ответ на этот вопрос, однако открытия, которые он сделал, позволяют сделать вывод, что вероятность того, что примитивные марсиане все же существовали, очень велика.
Кратер Гейла
2) Вода когда-то текла во многих уголках Марса
Ученые еще совсем недавно не могли даже предположить, что на Марсе когда-то были бурные реки и большие водоемы жидкой воды. Наблюдения с помощью искусственных спутников, которые находятся на орбите Марса, позволяли исследователям догадываться об этом. Однако именно марсоход Curiosity помог доказать, что реки и озера действительно существовали.
Фото, сделанные марсоходом на поверхности Красной планеты, демонстрируют множество окаменелых структур , которые являются следами существовавших тут когда-то рек и ручьев, каналов, дельт и озер.
Марсоход новости
3) На Марсе найдены следы органических веществ
Поиск органических компонентов на основе углерода - одна из основных целей миссии марсохода Curiosity , задача, которую он будет выполнять и дальше. И хотя миниатюрная химическая лаборатория на его борту под названием Sample Analysis at Mars (SAM) уже обнаружила целых шесть различных органических компонентов , их происхождение пока остается загадкой.
Химическая лаборатория на борту марсохода Sample Analysis at Mars
"Нет сомнений в том, что SAM выявила органические вещества, но мы не можем сказать с уверенностью, что эти компоненты марсианского происхождения", - говорят исследователи. Существует несколько вариантов происхождения этих веществ, например, просачивание в печи SAM органических растворителей с Земли, которые необходимы для некоторых химических экспериментов.
Впрочем, поиски органики на Марсе весьма продвинулись за время работы Curiosity . Каждая новая коллекция марсианского грунта и песка содержала все большую концентрацию органических веществ, то есть различные образцы марсианского материала демонстрируют совершенно разные результаты. Если бы органика, найденная на Марсе, была земного происхождения, ее концентрация была бы более-менее стабильна .
SAM является самым сложным и важным инструментом, когда-либо работающем на другой планете. Естественно, нужно время, чтобы понять, как лучше всего с ним работать .
Марсоход 2013
4) На Марсе губительная радиация
Галактические космические лучи и солнечная радиация атакуют Марс, а высокоэнергичные частицы разбивают связи, которые позволяют живым организмам выжить . Когда прибор под названием , который измеряет уровень радиации, сделал первые измерения на поверхности Красной планеты, результаты были просто ошеломляющими .
Radiation Assessment Detector
Радиация, которую засекли на Марсе, просто губительна для микробов , которые могли жить на поверхности и на глубине несколько метров под землей. Более того, такая радиация, скорее всего, наблюдалась тут в течение последних нескольких миллионов лет .
Чтобы проверить, способны ли какие-либо живые существа выжить при таких условиях, ученые взяли в качестве модели земную бактерию Deinococcus radiodurans , которая способна выдержать невероятные дозы радиации . Если бактерии, подобные D. radiodurans, появились в те времена, когда Марс был более влажной и теплой планетой и когда на нем еще существовала атмосфера, тогда теоретически они могли выжить после долгого периода покоя.
Живучая бактерия Deinococcus radiodurans
Марсоход Curiosity 2013
5) Радиация Марса мешает нормальному протеканию химических реакций
Ученые, работающие с марсоходом Curiosity , подчеркивают, что из-за того, что радиация мешает нормальному протеканию химических реакций на Марсе, трудно обнаружить органику на его поверхности.
Используя метод радиоактивного распада , который также применяется на Земле, ученые из Калифорнийского технологического института выяснили, что поверхность в районе местности Гленелг (кратер Гейла) подвергалась влиянию радиации уже около 80 миллионов лет .
Этот новый метод может помочь находить места на поверхности планеты, которые меньше были подвержены радиации , мешающей протеканию химических реакций. Такие места могут быть в районе скал и выступов, которые обтесывались ветрами. Радиация в этих районах могла блокироваться породами, которые нависали сверху. Если исследователи найдут такие места, они начнут бурить именно там.
Марсоход последние новости
Задержки в пути
Марсоходу Curiosity сразу после приземления был задан особый маршрут , согласно которому он должен держать курс к интересной с научной точки зрения горе Шарпа высотой около 5 километров , расположенной в центре кратера Гейла . Миссия длится уже более 480 дней , а марсоходу требуется еще несколько месяцев, чтобы добраться до искомой точки.
Что же задержало марсоход? На пути к горе была обнаружена масса важной и интересной информации . В настоящее время Curiosity направляется к горе Шарпа практически без остановок, пропуская потенциально интересные места.
Найдя и проанализировав потенциально обитаемую среду на Марсе, исследователи Curiosity будут продолжать работу. Когда станет ясно, где находятся защищенные от радиации места, марсоходу будет дана команда бурить. А пока Curiosity приближается к первоначальной цели - горе Шарпа.
Фото с марсохода
Взятие образцов
Фото, сделанное марсоходом во время его работы в местности Rocknest в октябре-ноябре 2012
Автопортрет. Фото представляет собой коллаж из десятков снимков, сделанных с помощью камеры на конце руки-робота марсохода. Вдалеке виднеется гора Шарпа
Первые образцы марсианского грунта, взятые марсоходом
Яркий объект в центре снимка – скорее всего, обломок корабля, который откололся во время приземления
6 августа 2012 года на поверхность Марса десантировался аппарат «Любопытство» (Curiosity). В следующие 23 месяца марсоход будет изучать поверхность планеты, её минералогический состав и спектр излучения, искать следы жизни, а также оценит возможность высадки человека.
Основная тактика исследований состоит в поиске интересных пород камерами высокого разрешения. Если таковые появляются, то марсоход издалека облучает лазером исследуемую породу. Результат спектрального анализа определяет, нужно ли доставать манипулятор с микроскопом и рентгеновским спектрометром. Далее «Кьюриосити» может извлечь и загрузить образец во одну из 74 чашечек внутренней лаборатории для дальнейшего анализа.
При всем своем большом обвесе и внешней легкости аппарат имеет массу легкового автомобиля (900 кг) и весит на поверхности Марса 340 кг. Для запитывания всего оборудоваения используется энергия распада плутония-238 от радиоизотопного термоэлектрического генератора компании «Боинг», ресурс которого составляет как минимум 14 лет. На данный момент он вырабатывает 2,5 квт·ч тепловой энергии и 125 Вт электрической, со временем выход электричества будет снижаться до 100 Вт.
На марсоходе установлено сразу несколько различных типов камер . Mast Camera - это система из двух неодинаковых камер обычной цветопередачи, которые могут делать снимки (в том числе стереоскопические) разрешением 1600×1200 пикселов и, что ново для марсоходов, записывать аппаратно сжатый 720p-видеопоток (1280×720). Для хранения полученного материала система имеет 8 гигабайт флэш-памяти для каждой из камер - этого достаточно, чтобы уместить несколько тысяч снимков и пару часов видеозаписи. Обработка фотографий и видеороликов идет без нагрузки на управляющую электронику «Кьюриосити». Несмотря на наличие у производителя конфигурации с трансфокатором, камеры не имеют зума, поскольку времени для тестирования не оставалось.
Иллюстрация изображений от MastCam. Красочные панорамы поверхности Марса получаются путем склейки уже нескольких изображений. Камеры MastCam будут использоваться не только для развлечения публики погодой красной планеты, но и в качестве помощи при извлечении образцов манипулятором и при перемещении.
Также на мачте закреплена часть системы ChemCam . Это лазерно-искровой эмиссионный спектрометр и блок формирования изображения, которые работают в паре: после испарения крошечного количества исследуемой породы 5-наносекундным импульсом лазера производится анализ спектра полученного плазменного излучения, что позволит определить элементный состав образца. При этом не нужно выдвигать манипулятор.
Разрешающая способность оборудования в 5-10 раз выше, чем у установленного на предыдущие марсоходы. С 7 метров ChemCam может определить тип изучаемой породы (например, вулканическая или осадочная), структуру грунта и камней, отследить преобладающие элементы, распознать лед и минералы с водными молекулами в кристаллической структуре, измерить следы эрозии на камнях и визуально помочь при исследовании пород манипулятором.
Стоимость ChemCam составила 10 млн. долларов (менее полупроцента всей стоимости экспедиции). Система состоит из лазера на мачте и трех спектрографов внутри корпуса, излучение к которым подводится по оптоволоконному световоду.
На манипуляторе марсохода установлена Mars Hand Lens Imager, способная получать снимки размером в 1600×1200 пикселов, на которых могут быть видны детали в 12,5 микрометров. Камера имеет белую подсветку для работы как днем, так и ночью. Ультрафиолетовая подсветка необходима для вызова излучения карбонатных и эвапоритных минералов, наличие которых позволяет говорить о том, что в формировании поверхности Марса принимала участие вода.
Для целей картографирования использовалась камера Mars Descent Imager (MARDI), которая во время спуска аппарата записывала снимки размером 1600×1200 пикселов на 8 гигабайт флэш-памяти. Как только до поверхности осталось несколько километров, камера начала делать пять цветных фотографий в секунду. Полученные данные позволят составить карту ареала обитания «Кьюриосити».
По бокам марсохода установлены две пары черно-белых камер с углом обзора 120 градусов. Система Hazcams используется при выполнении маневров и выдвижении манипулятора. На мачте расположена система Navcams, которая представляют из себя две черно-белые камеры с углом обзора 45 градусов. Программы марсохода постоянно строят клиновидную 3D-карту на основе данных этих камер, что позволяет избегать столкновений с неожиданными препятствиями. Один из первых снимков с «Кьюриосити» - это картинка именно с камеры Hazcam.
Для измерения погодных условий на марсоходе установлена станция мониторинга окружающей среды (Rover Environmental Monitoring Station), которая измеряет давление, температуры атмосферы и поверхности, скорость ветра и ультрафиолетовое излучение. REMS защищена от марсианской пыли.
