Экзомарс прямая трансляция

Межпланетная исследовательская миссия ExoMars добралась до активной фазы. Сегодня в 17:42 состоится посадка европейского спускаемого модуля Schiaparelli. Рассказываем о том зачем нужна эта посадка, как она будет проходить, и какие результаты от нее ожидаются.

Летать на Марс непросто, а еще сложнее садиться. При этом посадка и изучение Красной планеты с поверхности наиболее интересно и перспективно. Главная задача ExoMars — найти марсианскую жизнь… или убедиться, что ее там никогда не было. Этой цели можно достичь только с поверхности. Но сначала нужно научиться садиться.

Программа ExoMars изначально разрабатывалась Европейским космическим агентством в расчете на свои силы. Программа предполагалась двухэтапная: сначала запускается спутник и легкий посадочный модуль, а через два года — марсоход на тяжелой посадочной станции. Спускаемый модуль первого этапа рассматривался как тренировка перед сложной задачей посадки марсохода.

Потом выяснилось, что силы Европы оказались слабые, и потребовался поиск партнеров, которые смогут взять на себя часть финансовой, технологической и научной нагрузки. Сначала надеялись на NASA, но те увлеклись собственными исследованиями и оставили европейцев наедине со своими проблемами. К тому времени Россия потеряла аппарат “Фобос-Грунт”, но не оставила марсианских амбиций. В этом стремлении Роскосмос и ESA нашли друг друга, и занялись марсианской жизнью.

После включения России программу скорректировали: теперь оба запуска осуществляются российскими ракетами “Протон-М”, и посадку марсохода берет на себя Роскосмос. Научная полезная нагрузка спутника и марсохода тоже совместная.

Сейчас спутник TGO уже подлетает к Марсу и легкий спускаемый модуль Schiaparelli отделился и идет собственным баллистическим путем, чтобы пережить свои шесть минут ужаса после входа в атмосферу планеты. Правда пока ESA не уточняет только ли для себя она осуществляет эту посадку или же результатами поделятся с российскими разработчиками платформы для марсохода. У Роскосмоса вообще нет опыта посадки чего-либо куда-либо кроме Земли, поэтому любой опыт не помешает.

Вечером в среду 19 октября Schiaparelli, заключенный в теплозащитную капсулу войдет в атмосферу Марса на высоте 120 км и скорости 5,8 км/с (21000 км/ч).

Большую часть скорости удастся погасить за счет аэродинамического торможения в атмосфере. В это время температура внешней стороны теплового щита поднимется до 1750 градусов Цельсия. Разработчики теплового щита учли даже то, что посадка будет проходить в условиях повышенной запыленности атмосферы. После соответствующего испытания они увеличили толщину тепловой защиты на 4 мм.

Когда скорость упадет до 1650 км/ч Schiaparelli развернет сверхзвуковой парашют. После раскрытия парашюта тормозной щит отстрелится и бортовая навигационная камера начнет съемку поверхности со скоростью кадр в полторы секунды. Эта съемка позволит лучше понять как проходило снижение и куда осуществлена посадка.

На высоте примерно 1 км от поверхности, при скорости 250 км/ч, спускаемый модуль выскочит из капсулы и начнет самостоятельный полет. Дальнейшее снижение скорости обеспечат девять жидкостных двигателей малой тяги. Они должны плавно подвести Schiaparelli к поверхности и отключиться на высоте 2 метра. Оттуда модуль просто упадет со скоростью 11 км/ч. Финальный удар примет на себя деформиуемая платформа из алюминиевых сот.

Основная цель Schiaparelli — мягко сесть на Марс. Европа уже предпринимала похожую попытку посадки в 2003 году, но тогда зонд Beagle-2 не подал признаков жизни с поверхности, хотя, как оказалось, сел он достаточно мягко чтобы успеть развернуть две солнечные батареи из четырех. На Schiaparelli нет солнечных батарей и разворачиваемых элементов — всё упростили до предела чтобы снизить вероятность сбоев.

Работа Schiaparelli на поверхности продлится несколько дней. ESA указывает срок от 2 до 8 суток, в которые зонд будет изучать атмосферу, регистрировать климатические данные и оценивать напряженность электрических полей. За это время должно состояться несколько десятков сеансов связи с пролетающими спутниками NASA и ESA, которые ретранслируют данные на Землю. Фотокамера на зонде только одна, поэтому фотографий с поверхности от него не будет.

Место для Schiaparelli выбирали прежде всего из соображений удобства посадки, безопасности и экономии топлива. Поэтому остановились на равнине Меридиана, которая находится в низине — это обеспечивает повышенную толщину слоя атмосферы. Сама равнина изучена уже прекрасно благодаря тому, что по ней более 10 лет катается марсоход NASA Opportunity. Марсоход продолжает работу и по сей день, что открывает уникальную возможность наблюдать посадку на Марс с его поверхности. Правда посадочный эллипс у Schiaparelli довольно протяженный — 100 км длиной и 15 км шириной.

Куда именно на этом пространстве сядет модуль зависит от атмосферных условий на Марсе: давления, направления и силы ветра, концентрации пыли. От пыли зависит и дальность видимости на Марсе. Сейчас, на кадрах марсоходов, вершины гор теряются на расстоянии около 30 км. Помешать наблюдениям еще может неудачное расположение Opportunity — для него практически вся посадка пройдет за горой, поэтому он может все пропустить, даже если это пройдет относительно поблизости.

Снимки посадки с самого Schiaparelli прибудут только на следующий день после посадки, поэтому весь процесс будет контролироваться только по данным телеметрии — скупых цифр отражающих состояние бортовых систем и показания датчиков зонда. Но даже если удастся получить любой сигнал с поверхности от Schiaparelli — это будет победой и серьезным достижением для европейской космонавтики.

В минуты посадки зонда Schiaparelli на Марс в Московском музее космонавтики пройдет встреча с российским ученым-планетологом, физиком МФТИ, участником проекта ExoMars, который расскажет о своей деятельности, прокомментирует посадку и ответит на вопросы собравшихся. Для тех, кто прийти не сможет, организуем прямую онлайн-трансляцию.

Подготовлено для Life.ru.

Чтобы не пропускать самое интересное в космосе, добавьте меня в ЖЖ или соцсетях:
Вконтакте, Facebook, Twitter, Одноклассники, Pikabu.

Поддержать «Открытый космос» рублем.

Фаза посадки «ЭкзоМарс»: что случилось со «Скиапарелли»?

Кристина Чернова | 19 октября 2016, 16:42

Европейское космическое агентство (ЕКА) не получило подтверждения посадки модуля «Скиапарелли» на поверхность Марса. Связь с аппаратом оборвалась за 50 секунд до расчетного времени приземления. Посадка зонда на поверхность планеты является частью российско-европейской миссии «ЭкзоМарс». Модуль Trace Gas Orbiter (TGO), который также является частью программы «ЭкзоМарса», вышел на орбиту Марса согласно штатному расписанию.

Демонстрационный десантный модуль «Скиапарелли», приземлившийся 19 октября на Марс в рамках российско-европейской миссии «Экзомарс», не вышел на связь. Об этом в ходе пресс-конференции сообщило Европейское космическое агентство. Модуль «Скиапарелли» вошел в атмосферу Марса в 17:42 на скорости в 21 000 км/ч. Условная граница атмосферы составляет 121 км от поверхности. Зонд должен был оказаться на его поверхности примерно через шесть минут. Посадка была запланирована на равнине Плато Меридиана, примерно в 40 км к северо-западу от места посадки марсохода «Оппортьюнити» в 2004 году. Однако сигнал аппарата пропал за 50 секунд до предполагаемого времени приземления.

После того, как телескоп GMRT не сумел поймать сигнал о приземлении, к процессу подключилась автоматическая станция ЕКА «Марс-Экспресс», которая записала спуск «Скиапарелли» и передала на Землю данные. Однако этой информации было недостаточно, чтобы понять состояние аппарата. ЕКА пришлось задействовать автоматическую орбитальную станцию НАСА Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Однако точных данных о «Скиапарелли» аппарату в ходе облета Марса получить также не удалось. MRO должна совершить еще несколько облетов и сфотографировать место посадки «Скиапарелли». ЕКА получит фотографии зонда в ближайшие дни.

19 октября «Скиапарелли» вошёл в атмосферу Марса. В течение 3-4 минут скорость аппарата снижалась путём аэродинамического торможения — трения об плотные слои атмосферы. Сложность спуска заключалась в том, что марсианская атмосфера тоньше земной. Поэтому «Скиапарелли» был оснащен парашютом, корректирующими навигаторами и теплозащитным покрытием. Парашют должен был раскрыться на высоте 11 километров при скорости модуля 1650 километров в час, а специальная конструкция аппарата была призвана смягчить удар при падении.

План спуска демонстрационного десантного модуля «Скиапарелли»

Утром 20 октября специалисты ЕКА получили телеметрию маневров «Скиапарелли» с орбитального модуля Trace Gas Orbiter (TGO), который успешно вышел на орбиту Марса 19 октября. Теплозащитное покрытие успешно предотвратило перегрев аппарата: экран медленно плавился и испарялся, унося поглощённое тепло от основной части «Скиапарелли». Когда скорость аппарата уменьшилась до 1 700 км/ч, на высоте 11 км над поверхностью над «Скиапарелли» развернулся парашют для дальнейшего снижения скорости спуска. Купол парашюта диаметром 12 метров развернулся менее чем за секунду, и через 40 секунд была сброшена лобовая часть защитного кожуха с теплозащитным экраном. После неполного анализа данных было подтверждено, что возможно отстрел парашюта произошёл несколько раньше запланированного, а двигатели мягкой посадки могли выключиться на слишком большой высоте, которая пока не определена.

Модуль «Скиапарелли» был предназначен для отработки посадки и проведения исследований. В его научные задачи входили измерения электрических полей, которые, в сочетании с исследованиями концентрации атмосферной пыли, должны были рассказать о роли электрических сил в процессе возникновения пылевых бурь.»Скиапарелли» должен был проработать на Марсе 10 дней — срок, в течение которого аккумуляторы спускаемого аппарата способны поддерживать его работоспособность. В течение этого времени сотрудники центра управления будут продолжать попытки установить связь со «Скиапарелли».

Разделение TGO и «Скиапарелли»

Орбитальный аппарат TGO вышел на орбиту Красной планеты согласно расписанию. Во время выведения TGO на орбиту внештатных ситуаций не возникало. Аппарат стал второй после «Марс-Экспресс» станцией ЕКА, обращающейся вокруг Марса. TGO будет изучать малые газовые примеси атмосферы и распределение водяного льда в грунте Марса. В частности, он исследует распределение в марсианском «воздухе» метана, который в присутствии пропана и этана косвенно указывает на наличие жизни на планете.

Миссия «ЭкзоМарс-2016» была запущена с космодрома Байконур 14 марта с помощью ракеты-носителя «Протон-М».16 октября 2016 года «Скиапарелли» и TGO успешно разделились после семимесячного полета. На 2020 год планировалась вторая часть миссии: к Марсу должен отправится ровер, который пробурит поверхность планеты и возьмет пробы грунта. Это может подтвердить наличие простейших форм жизни в недрах планеты. Состоится ли в назначенное время отправка марсохода после неудачи со «Скиапарелли», пока неизвестно.

Суть программы ЭкзоМарс

ЭкзоМарс — это масштабный проект по изучению красной планеты, в ходе которого ученые планируют сделать то, что еще никогда не делали на Марсе. Тут и бурение скважины глубиной в 2 метра, и поиски крупных источников воды на планете, и даже разведка места приземления для будущих миссий — в том числе для первого человека на планете.

Марсоход ЭкзоМарс

Однако какую роль во всем этом играет метан? Дело в том, что он является одним из основополагающих углеводородов — класса соединений углерода и водорода, которые причисляют к органическим веществам. Метан является самым простым и легким из них: его формула CH4, то есть он содержит всего лишь один атом сравнительно массивного углерода. На Земле метан в основном производят живые организмы: бактерии, растения и животные во время жизнедеятельности и гниения.

Однако его источником могут также служить геологические процессы в недрах планет, а также случайные взаимодействия химических веществ. На Земле метан в виде рудничного газа часто заполняет шахты, отравляя шахтеров и провоцируя взрывы. По этой же причине планеты-газовые гиганты, где нет и не было никаких живых организмов, содержат метан в своих атмосферах. А на Титане, спутнике Сатурна, метан исполняет роль воды на Земле — там текут метановые реки, небо застилают метановые тучи, и идут дождь и снег из метана.

Метановые озера на Титане в представлении художника. Аппарат в озере — зонд «Гюйгенс», часть космического аппарата для исследования Сатурна Кассини.

Однако есть один нюанс — на Марсе, при отсутствии плотной атмосферы, метан быстро разлагается под воздействием ультрафиолета. Однако он стабильно присутствует в марсианском воздухе. Соответственно, должен существовать постоянный источник где-то вблизи поверхности. Это могут быть либо живые организмы, либо вулканические процессы в глубинах планеты — это тоже будет открытием, ведь сегодня считается, что тектонические процессы Марса давно утихли. ЭкзоМарс в этом году намеревается выяснить истинную причину.

Миссия ЭкзоМарс–2016

Марс и Земля иногда подходят друг к другу очень близко

Март 2016 года — лучшее время для запуска аппарата на Марс. Дело в том, что Марс с Землей подходят на максимальное расстояние друг к другу только раз в 2 года и 2 месяца — в таком положении планет можно доставить груз к красной планете всего за 9 месяцев. Этот период, именуемый в космонавтике «стартовым окном», и был использован для запуска первой части ЭкзоМарс.

Носителем послужила российская ракета «Протон–М», уже неоднократно опробованная в качестве стартовой площадки для различных спутников. Использование «Протона» позволило сэкономить время — ранее, когда в проекте участвовало НАСА, полезный груз ЭкзоМарс планировали вывести в два запуска с помощью ракет «Атлас-5». «Протон» же справился за один заход, хотя удаленность от экватора Земли Байконура значительно усложняет процесс запуска ракет в принципе.

Ниже можете посмотреть запись живой трансляции запуска прямо из космодрома — а дальше мы расскажем о том, что именно запустили к далекому Марсу.

Trace Gas Orbiter

Из чего состоит отправленный комплект? В первую очередь это многофункциональная орбитальная станция под названием «Trace Gas Orbiter» — «Орбитальный аппарат для изучения газов». Его название говорит само за себя: именно он будет искать загадочные источники метана на Марсе. Однако на этом его функции не исчерпываются. В аппарат включены следующие модули:

  • NOMAD — набор спектрометров высокого расширения для всех типов веществ, способных точно определять состав атмосферы Марса с орбиты. Именно этот модуль может выявить источники метана, как и многих других разреженных веществ. Его уникальность состоит в качестве его работы — оно втрое превышает показатели существующих аппаратов. Разработали этот инструмент совместно ученые Евросоюза, США, Великобритании и Канады.
  • ACS — дополнительные инфракрасные спектрометры, которые послужат ключом для данных NOMAD’а. Поскольку спектрометрия атмосферы основывается на свете Солнца и рассеиваемых атмосферой лучах, ориентация на светило необходима для точности определения состава атмосферы.

    Составляющие TGO. Смотреть в полном размере.

    Помимо детализации общих снимков, этим и займется ACS. Главное, что потребуется от датчика — это выяснить, имеет метан органическую природу (тогда вместе с ним будут этан, пропан и другие схожие углеводороды) или вулканическую (в этом случае метан будет сопровождаться окисленной серой). Аппарат был создан в ИКИ Российской академии наук.

  • CaSSIS — это высокоточная камера с качеством снимков в 5 метров на пиксель, которая предназначена для съемки стерео- и цветных фотографий. Этот инструмент зафиксирует источники метана, место посадки десантного модуля (о нем ниже) и другие интересные для ученых места. Разработка принадлежит Швейцарии и Италии.
  • FREND — глубинный детектор нейтронов, способный обнаружить водород (чистый и в связи с другими атомами) на глубине до 1 метра. Прибор послужит для обнаружения водных льдов, столь важных в изучении Марса. Характеристики FREND позволят проникнуть до 10 раз глубже и детальнее в недра планеты, чем было сделано до сих пор. Этот прибор был также разработан Российской академией наук.
  • Также в набор входят устройства связи с Землей — в том числе для ретрансляции данных с поверхности Марса. Это пригодится в дальнейших приповерхностных этапах миссии. Эту составляющую для ЭкзоМарс предоставило НАСА, которое ранее отказалось от участия в основной работе проекта.

Десантный зонд Скиапарелли

Вторая часть ЭкзоМарс 2016 — это спуск тестового модуля посадки марсохода, названного на честь итальянского астронома Джованни Скиапарелли, открывшего каналы Марса. Разработан этот аппарат был также в России. В отличие от орбитального аппарата, на нем нет полезной нагрузки — но он поможет отработать новую технологию посадки на Марс.

Посадка десантного модуля «Скиапарелли»

На Марс не так-то просто сесть — хотя сила его притяжения и низкая, а атмосфера неплотная, это и создает наибольшие трудности. Плотности воздуха планеты недостаточно для того, чтобы использовать только парашюты, а само наличие атмосферы утрудняет торможение двигателями, равно как и точность посадки. Поэтому «Скиапарелли» будет использовать агрессивное торможение с помощью тепловых щитов, а затем маневрировать на парашютах и двигателях. Посадка будет экстремальной — когда аппарат долетит до Марса, там будут бушевать сезонные пылевые бури, что послужит хорошим краштестом для аппарата.

После посадки модуль проработает от встроенных батарей от двух до восьми дней, передавая орбитальному аппарату данные о своем состоянии. В солнечных панелях, традиционных для космических зондов, не было нужды — пылевые бури не дадут обеспечить «Скиапарелли» достаточным количеством энергии, да и нет смысла поддерживать автономно тестовый аппарат. Все научные исследования, которые планирует сделать модуль, будут совершены еще во время его полета — как вот измерение атмосферного давления, влажности и температуры — или сразу же после посадки.

Плато Меридиана на Марсе (снимок с орбиты)

К слову, место для приземления «Скиапарелли» выбрано не случайно — это Плато Меридиана, большая равнинная территория немногим южнее экватора. Ранее там были обнаружены горные породы, которые формируются исключительно под влиянием воды — поэтому не исключено, что оно станет местом высадки в программе ЭкзоМарс—2016.

Будущее ЭкзоМарс

Описанные выше исследования и процедуры произойдут в октябре, через 9 месяцев — тогда, когда аппарат доберется до Марса. Однако какие следующие шаги будут предприняты ЭкзоМарс?

Как вы уже знаете, главная задача запущенных в 2016 году зондов — это поиск месторождения метана и воды, а также их фиксация на карте. А вот детально разведать обнаруженные места планируется в рамках проекта ЭкзоМарс 2018 года, когда на Марс будет доставлен полноценный марсоход. Ему и достанется честь проверить результаты орбитальных исследований.

Устройство марсохода ЭкзоМарс

Чем особенный этот аппарат? Кроме панорамных камер и солнечных батарей, классических для марсоходов после успеха «Кьюриосити», он будет оснащен автономной системой навигации. С помощью черно-белых камер компьютер аппарата выстроит карту близлежащей местности, после чего сможет самостоятельно прокладывать путь к заданным с Земли координатам. И хотя таким образом марсоход ЭкзоМарс будет проходить до 100 метров в день, это уже будет прорывом — автономность рутинного движения марсохода сэкономит время и деньги на Земле, которые были бы потрачены на непосредственное управление им.

Не останется без дела и «Trace Gas Orbiter». Кроме того, что аппарат предоставит точные карты местности для марсохода, он станет станцией ретрансляции между Землей и Марсом — с его помощью на Землю смогут доставить больше снимков и данных без критических потерь в качестве. А модуль «Скиапарелли» проложит путь для успешной посадки марсохода. Возможно, в будущем эта технология станет неотъемлемой частью исследования Марса.

Так что теперь остается только ждать, пока запущенные к Марсу аппараты принесут свои первые плоды. Но ожидание может и затянуться — так, ходят слухи, что «Роскосмос» может перенести вторую часть ЭкзоМарс с 2018 на 2020 год. Но начало больших открытий уже положено.