Мини марсоход Соджорнер на борту спускаемого аппарата Патфингер

Миссия

Запуск Mars Pathfinder 4 декабря 1996 года. Посадка произошла 4 июля 1997 года на Крис-Плейн. Хотя планировалось, что миссия MESUR Pathfinder продлится от 7 до 30 марсианских дней, марсоход успешно проработал почти 90 сол. Связь прервалась только после 7 октября. Последняя трансляция состоялась 27.09.1997 в 10:23 UTC. Менеджеры пытались возобновить связь с Mars Pathfinder в течение 5 месяцев. Их надежды рассеялись, и они прекратили посылать сигналы для восстановления связи 10 марта 1998 года. Проект Mars Pathfinder был одной из первых миссий класса Discovery NASA.

Он был разработан для исследования:

  • геология и морфология поверхности по шкале от 1 до 100 м;
  • геохимия почв;
  • горные породы;
  • характеристики почвы;
  • характеристики пудры;
  • динамика атмосферы Марса.

Изучение различных материалов, предоставленных учеными, позволит исследовать раннюю дифференциацию и эволюцию земной коры, а также первые условия, которые были обнаружены на этой планете.

Программа Mars Pathfinder была организована NASA Discovery. На внедрение потребовалось 3 года разработки и стоило менее 150 миллионов долларов.

Mars Pathfinder продемонстрировал простую, недорогую систему с фиксированной ценой для размещения научной полезной нагрузки на поверхности Марса. Стоит 1/15 стоимости программы «Викинг». Программа также продемонстрировала приверженность НАСА к экономическим исследованиям, завершив миссию стоимостью 280 миллионов долларов. Эта оценка также включала запуск ракеты-носителя. Он также показал мобильность и полезность мини-вездехода на изучаемой планете.

Задачи миссии

  • Продемонстрировать, что можно разработать более быстрый, более качественный и дешевый космический корабль.
  • Одной из задач посадочного модуля Mars Pathfinder была возможность делать стереоизображения и делать цветные фотографии.
  • Ему также пришлось искать доказательства признаков жизни.
  • В задачи входил сбор информации о климате планеты. Это могло бы прояснить прошлые события на двух планетах и ​​дать возможность предсказать изменение климата на Земле.
  • Mars Pathfinder искал ресурсы, которые пригодились бы во время человеческих экспедиций на эту планету.

Марсоход Opportunity

Марсоход «Оппортьюнити» приземлился на поверхность Марса 25 января 2004 года, через 3 недели после Spirit, но это положение было сдвинуто на 180 градусов по долготе. Этот марсоход практически идентичен по конструкции Spirit, то есть их можно считать близнецами. В отличие от Spirit, Opportunity нигде не заблокирован (был случай, но он был раскрыт) и продолжает работать по сей день, побив все рекорды долговечности среди всех марсоходов.

Оппортьюнити — один из самых совершенных марсианских вездеходов. Он оснащен мощным компьютером (по меркам 2003 года), имеет отличный дизайн, отличное программное обеспечение и много оборудования. Например, когда марсоходу приказывают двигаться к месту, он сканирует местность в поисках опасных и трудных мест, затем делает снимки двумя камерами и на основе стереоизображения определяет самый простой маршрут. Этот процесс периодически повторяется и напоминает работу обычного зрения.

Марсоход был рассчитан на 90 зол (92,5 земных дня) и проработал 15 лет. Переданные им данные бесценны. За ценный вклад в науку этому марсоходу даже было присвоено название астероид.

Обновление: 13 февраля 2019 года миссия «Возможности» завершилась. С 18 июня 2018 года марсоход не выходил на связь, когда на Марсе бушевала мощная пыльная буря, охватившая всю планету. Солнечные панели не могли получать достаточно света для сети в течение нескольких недель. С тех пор связь с Opportunity исчезла, и установить ее не удалось.

Спускаемый аппарат

Mars Pathfinder был первоначально разработан как демонстрация технологии, позволяющей доставить инструментальный спускаемый аппарат и роботизированный вездеход на поверхность Красной планеты. Pathfinder не только добился этого, но и вернул беспрецедентный объем данных и выжил в течение всего срока своей первоначальной разработки.

исследователь

Характеристики аппарата

Mars Pathfinger весил 895 кг. Его размеры — 1,5 х 2,65 м. В нем было 3 солнечные батареи. Их площадь составляет 2,8 м2. Которая обеспечила установку мощностью 35 Вт в ясный день. А еще были батарейки.

Он был оборудован двумя типами антенн. Они были разделены на устройства с высоким и низким коэффициентом усиления. Последние были необходимы, потому что иногда не хватало мощности для работы устройства с высоким коэффициентом усиления. В таких случаях информация о них была получена. Так их скорость упала до 40-150 бит / с. Другой тип устройства мог поддерживать связь на скорости выше 8 Кбит / с. Механизмом управлял компьютер RAD 6000. На борту был погодный комплекс ASI / MET.

Научные инструменты

  • Рентгеновский спектрометр Alpha Proton — определяет элементный состав горных пород и почв.
  • Три камеры — обеспечивали снимки окрестностей для геологоразведочных работ и документировали характеристики местности.
  • Анализатор структуры атмосферы и метеорологический пакет — измерили марсианскую атмосферу во время спуска и выполнили метеорологические измерения в точке прибытия.

Посадка

Место посадки было выбрано в северном полушарии одной из самых каменистых частей Марса под названием Ares Vallis. Район представлял большой научный интерес и содержал большое количество разнообразных скал, по которым когда-то текла вода. Поверхность Chryse Plain была относительно безопасной. Координаты посадки: 19,13 градуса северной широты, 33,22 градуса западной долготы.

Как это было

он вошел в атмосферу планеты и приземлился с использованием инновационной системы, которая включала входную капсулу, сверхзвуковой парашют, твердотопливные ракеты и огромные подушки безопасности для смягчения удара.

Этапы посадки:

  1. Mars Pathfinder влетел прямо в атмосферу планеты со скоростью 6,1 км / с, используя аэродинамическую оболочку входа в капсулу. Он был получен из оригинальной конструкции спускаемого аппарата «Викинг Марс». Аэродинамическая труба состояла из задней оболочки и абляционного теплозащитного экрана для замедления до 370 м / с, где был надут сверхзвуковой парашют с открывающимся диском, чтобы замедлить его спуск через атмосферу планеты до 68 м / с.
  2. Бортовой компьютер корабля использовал бортовые акселерометры для расчета времени, необходимого для надувания парашюта. Через 20 секунд тепловой экран сработал пиротехническим способом.
  3. Еще через 20 секунд он отделился и спустился с задней стены на 20-метровой узде.
  4. После достижения 1,6 км над землей компьютер с помощью радара рассчитал высоту и скорость снижения. Эта информация использовалась компьютером для расчета времени последующих посадок.
  5. Когда лодка приземлилась на высоте 355 метров над землей, воздушные камеры надулись менее чем за секунду. При этом использовались 3 ракетных твердотопливных двигателя с каталитическим охлаждением. Они производили газ. Подушки безопасности были созданы из четырех связанных между собой многослойных подушек. Они были разработаны и испытаны с учетом ударов в углах рта со скоростью до 28 м / с. В связи с тем, что подушки безопасности рассчитаны на вертикальные удары не более 15 м / с, над корпусом в задней стенке были установлены 3 ракеты твердого ответа.
  6. Ракеты были запущены на высоте 98 метров над землей. Бортовой компьютер выбрал оптимальное время для пуска ракет и разрезал узду. Это было необходимо для снижения скорости примерно до 0 м / с на расстоянии 15-25 м над землей.
  7. Через 2,3 секунды, пока ракеты все еще стреляли, он разрезал узду на высоте около 21,5 м над землей и приземлился на поверхность планеты. Ракеты взлетали и взлетали с задней части корпуса и парашюта (с тех пор они были замечены на орбитальных снимках).
  8. Столкновение с поверхностью произошло на скорости 14 м / с. Первый отскок был высотой 15,7 м и продолжал отскакивать от поверхности еще как минимум 15 раз. Весь период входа, спуска и посадки (EDL) был завершен за 4 минуты.
  9. Как только посадочный модуль перестал вращаться, подушки безопасности сдулись и отступили к посадочному модулю с помощью четырех лебедок, установленных на лепестках посадочного модуля. Созданный для выравнивания космического корабля с любой начальной ориентации, Mars Pathfinder повернулся вправо.

Sojourner: первый ездок

С тех пор Марс не посещали до 1996 года, когда взлетела ракета Delta II с миссиями Mars Pathfinder: посадочный модуль, позже названный в честь Карла Сагана, и марсоход Sojourner.

Соджорнер проделал огромную работу: он был рассчитан на 7 зол (марсианских дней) и проработал более 80, прошел 100 метров по поверхности, отправил на Землю множество фотографий поверхности Марса и результатов спектрометрии.

Неудача «Бигля»

В 2003 году устройство было отправлено на Марс британцами: спускаемый аппарат Beagle 2, названный в память о корабле Чарльза Дарвина, должен был искать следы жизни на Марсе. Миссия закончилась неудачей, при посадке была потеряна связь с аппаратом. Только в 2015 году «Бигль» был обнаружен на фотографиях и выяснена причина аварии: на устройстве не открылись солнечные батареи.

Первые успехи, миссия Viking

Первой полностью успешной миссией на Марс стала пара орбитальная станция-спускаемый аппарат американской миссии «Викинг». Первый «Викинг» успешно приземлился и проработал более шести лет. Компания Viking пошла бы еще дальше, если бы не ошибка оператора при обновлении программы: в 1982 году устройство оставалось безмолвным. Второй Viking проработал четыре года, пока работали батареи. Викинги сделали и отправили на Землю первые фотографии Марса, в том числе панорамные и цветные.

Поверхность Марса
Черно-белая панорама Марса со станции Viking II РЕКЛАМА — ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Успешные миссии на поверхности Марса

Соджорнер

Первая полностью успешная миссия марсохода состоялась только в 1997 году. Она была частью американской программы Mars Pathfinder. Целью программы была доставка и спуск марсохода Sojourner на поверхность красной планеты. Посадка была не слишком мягкой: после сильного столкновения с поверхностью марсоход несколько раз подпрыгнул, прежде чем остановиться. Несмотря на все опасения, устройство не было сильно повреждено и полностью работоспособно. Однако возникла проблема со связью Pathfinder с космической сетью НАСА. Но потом все наладилось: связь установилась за один день, и марсоход начал добиваться поставленных целей.

Sojourner должен был выполнить следующие задачи:

• Провести анализ горных пород
• Делайте фотографии с указанными координатами
• Изучите состав атмосферы

Компьютер устройства работал без операционной системы и имел весьма скромные характеристики:

• Процессор Intel 80C85
• 512 КБ ОЗУ
• 186 КБ перезаписываемой памяти

Этого было достаточно для выполнения всех поставленных задач. Связь с Землей с марсоходом обеспечивалась антенной, которая передавала сигнал на орбитальную станцию, которая имела прямое соединение с научным центром НАСА.

Для работы марсоход питался от солнечных батарей, установленных на его поверхности. Емкость аккумуляторов позволяла ему работать несколько часов даже ночью.

У марсохода Sojourner было 3 камеры. Два из них использовались для создания панорамных снимков. Всего аппарат сделал более 500 снимков поверхности.

Анализ почвы Соджорнером показал, что Марс имеет химический состав, близкий к земному. Изучение камней подтвердило теорию ученых о высокой вулканической активности в далеком прошлом.

Миссия Соджорнера была рассчитана на 7 дней с возможным продлением до 30 в случае успеха. Однако марсоход превзошел все ожидания, проработав 83 дня. До провала Соджорнера расстояние, которое проехал марсоход, составляло 100 метров.

Интересный факт: программе Mars Pathfinder было выделено относительно небольшое финансирование, но она была успешной. В то же время предыдущие и высокобюджетные проекты потерпели серьезный провал.

Mars Exploration Rover

После успеха Pathfinder НАСА начало подготовку новой, более масштабной миссии на Марс. Новая космическая программа получила название MER, что означает Mars Exploration Rover. 2 новых марсохода были названы Spirit и Opportunity. В январе 2004 года оба марсохода были успешно доставлены на планету. Это был первый раз, когда роверы смогли приземлиться плавно. Мягкая посадка была оснащена новыми инженерными решениями:

• Увеличенный парашют
• Подушки безопасности из прочного синтетического материала
• Вспомогательные ракетные двигатели для снижения посадочной скорости

Аппараты доставлены в разные регионы Марса. Их основной задачей было изучение осадочных пород в кратерах. Марсоходы должны были анализировать и классифицировать полезные ископаемые. По результатам ученые смогли оценить вероятность существования жизни на Марсе, что оказалось неоднозначным. Каналы на поверхности планеты указывают на присутствие в них воды в прошлом, а анализ почвы имеет химический состав, близкий к земному. Химический анализ одной из горных пород стал первым полным доказательством существования воды на Марсе. Основываясь на этих выводах, самой популярной гипотезой стала теория существования жизни на Марсе миллионы лет назад, которая была уничтожена из-за высокой тектонической активности планеты.

Устройства полностью идентичны друг другу по конструкции.

Как и Зольдджорнер, вездеходы питаются от солнечных батарей. На этот раз их дизайн был улучшен и выполнен в стиле сот. Такой подход увеличивает отказоустойчивость системы. Если одна или несколько ячеек выйдут из строя, остальные продолжат работу. Также увеличена емкость самих аккумуляторов. Теперь марсоходы могли выполнять длительную работу в пасмурную погоду и ночью.

Камеры программных вездеходов MER способны получать изображения Марса очень высокого качества. Последующий аппарат Curiosity также не превосходил их по качеству. Камеры способны снимать стереоизображение на 360 градусов. Эта функция позволяла марсоходам автоматически создавать карты поверхности планеты.

Еще одно нововведение — камеры для предотвращения опасности под названием Hazcam. Компьютер с их помощью может автоматически обходить потенциально опасные районы планеты.

Расчетная продолжительность работы обоих устройств составила 90 дней. Но вездеходы превзошли все ожидания в десятки раз. Дух проработал 6 лет. В 2009 году он застрял в песчаной дюне, а через год не смог выйти на связь. Его близнец, вездеход Opportunity, побил все рекорды. В 2007 году, попав в пыльную бурю, он потерял связь с Землей. Но Opportunity связалась с нами за один день. По состоянию на 2018 год он все еще работает.

Curiosity

В 2011 году НАСА запустило марсоход Curiosity. Через девять месяцев аппарат успешно приземлился на поверхности красной планеты.
Перед марсоходом Curiosity стоял ряд задач:

• Детальное изучение климата Марса
• Детальный анализ поверхности
• Поиск следов возможного существования жизни на планете в прошлом
• Подготовьтесь к высадке человека на Марс

Curiosity оснащен двумя компьютерами с одинаковыми характеристиками:
• 256 КБ ПЗУ
• 256 МБ DRAM
• 2 ГБ перезаписываемой памяти
• Процессор RAD750
• Операционная система VxWorks

Особенностью установленного процессора является его высокая радиационная стойкость.
Установка двух компьютеров происходит из-за возможного выхода из строя одного из них.
Компьютер автоматически отслеживает состояние ровера. Например, отрегулировать температуру устройства в зависимости от времени суток. Ночью температура Марса значительно падает, и Curiosity включает самонагрев. Кроме того, компьютер регулярно отправляет Земле отчет о своем техническом состоянии. Операторы НАСА поручают более сложные функции, такие как отбор проб марсианского грунта или фотографирование поверхности.

Марсоход Curiosity оснащен большим количеством камер. Каждая камера предназначена для разных экзаменов.

• MastCam. Оптическая система состоит из двух камер. Из возможностей: фото с разрешением 1600 х 1200 и видеосъемка с разрешением 720p. Все прекрасные пейзажи Марса сделаны с ее помощью.
• MAHLI. Эта система расположена на так называемой роботизированной руке Curiosity. Используется для получения микроскопических фотографий почвы.
• МАРДИ. Эта камера снимала поверхность Марса, когда устройство спускалось на поверхность. Позже не использовалась.
• ChemCam. Инфракрасная камера. Проанализируйте свет, исходящий от камней, с помощью излучаемого лазера.
• APX. Рентгеновские системы, которые нужны для более детального изучения состава горных пород.

Всего через месяц после приземления на Марс марсоход Curiosity сделал важное открытие. Обнаружены следы древнего ручья. Анализ дна показал, что вода проходила через него со скоростью около 1 метра в час. Уже давно ходят слухи о наличии запасов льда под поверхностью Марса. Но открытие Curiosity убедительно демонстрирует, что когда-то на поверхности была жидкая вода.

Помимо множества фотоаппаратов марсоход Curiosity оснащен дрелью. Пробив поверхность планеты, частицы почвы попадают в специальное ведро, где анализируются. Детальное изучение образцов почвы позволило начать активную подготовку к отправке человека на Марс. Это исследование необходимо для измерения радиации и возможного обнаружения ядовитых паров.

Программа Mars Surveyor 98 – неожиданный провал

Эта программа НАСА началась 3 января 1999 года и имела два режима работы. Марсианский климатический орбитальный аппарат должен был изучить планету, пока она находится на орбите, и действовать как ретранслятор для передачи данных на Землю со второго устройства. Mars Polar Lander должен был спуститься на планету. Кроме того, спускаемый аппарат имел проникающие зонды, которые на большой скорости должны были пробивать поверхность планеты и передавать данные о составе грунта.

Достигнув Марса 23 сентября, Mars Climate Orbiter потерпел крушение, когда вышел на орбиту вокруг планеты.

3 декабря второй аппарат, Mars Polar Lander, вошел в атмосферу для посадки и больше никогда не выходил на связь. Поиски сигнала в течение полутора месяцев даже с межпланетной станции результатов не дали. Из-за этой неудачи в дальнейшем было решено отказаться от этого метода исследования, когда два аппарата используются вместе: спускаемый и орбитальный. Неудача одного разрушает всю миссию.

Причинами провала программы Mars Surveyor 98 считаются спешка с ее подготовкой и недостаточное финансирование: оно было как минимум на 30% меньше, чем требовалось.

Первые неудачи NASA: Mars Surveyor 98

На эту программу возлагались большие надежды: два АМС: Mars Climate Orbiter для изучения Марса с орбиты и Mars Polar Lander. Впоследствии было решено, что отказ обоих устройств произошел не из-за атмосферных возмущений или ошибок оператора, а из-за отсутствия денег и спешки. Зонды Deep Space 2 пролетели над спускаемым аппаратом на Марс, который должен был набрать скорость, выйти на поверхность планеты и передать на Землю данные о составе почвы.

«Спирит» и «Оппортьюнити»: марсианские близнецы

Насмотревшись одиночеством «временного жителя», американцы решили в следующий раз прислать пару марсоходов. Не без русского следа: названия «Дух» и «Возможность» («Дух» и «Возможность») были предложены сиротой из Сибири, усыновленной американцами по имени Софи Колли.

Миссия получила 90 солей, но и здесь запас прочности оказался очень большим. Приземлившись в кратер Гусева (названный в честь русского астронома XIX века), «братья-близнецы» проработали вместе более шести лет. Дух умер 22 марта 2010 года, еще 14 месяцев астрономы пытались восстановить с ним контакт. А «Оппортьюнити» доползла до Марса до сегодняшнего дня, аж 14-й год! За это время он проехал около 45 километров — очевидно, немного, но любой бросок на неизвестную планету мог быть фатальным.

В отличие от своих четырехкилограммовых предшественников, «братья» уже имели солидные габариты: 1,6 на 2,3 метра при весе по 185 килограмм каждый. Как и Soghoner, они передвигались на шести колесах. Основная «профессия» этих марсоходов — минералогия: их учили бурить землю, анализировать образцы горных пород и пыли, ставить на них фотоаппараты для макросъемки — в общем, ученые видели Марс буквально своими глазами чуть не дотронулись до него своими руками — с единственным нюансом, что сигнал между планетами составляет пять-двадцать минут в одну сторону…

Beagle – 2 – еще одна неудача

Посадочный модуль Beagle 2 был разработан британскими учеными и назван в честь корабля, на котором путешествовал Чарльз Дарвин. Миссия Mars Express началась в 2003 году, но закончилась полным провалом — модуль приземлился на Марсе, но связи с ним не произошло.

Только в 2015 году, 12 лет спустя, на снимках, сделанных одним из орбитальных аппаратов НАСА, «Бигль-2» был идентифицирован и стало понятно, почему он не вошел в контакт после приземления. Солнечные панели модуля должны были быть полностью развернуты, чтобы радиоантенна могла принимать команды от спутника-ретранслятора и передавать данные. Однако панели открылись лишь частично, заблокировав антенну, и устройство не могло ничего принимать и передавать, превращаясь в очередной памятник.

Марсоход Соджорнер

Rover Sojourner был разработан как технологическая демонстрация нового способа доставки посадочного модуля. Это также первый роботизированный вездеход, поднявшийся на поверхность красной планеты. Mars Pathfinder не только выполнил эту задачу, но и вернул беспрецедентный объем данных и пережил отведенную ему жизнь.

марсоход

Характеристики марсохода

Масса всего Sojourner со всем оборудованием составляла 15,5 кг. А при работе на Марсе вес был 10,6 кг. Его размеры составляли 0,65 х 0,48 х 0,3 м, использовалось 11 двигателей постоянного тока. Они были созданы Maxon Motor. Мощность каждого составляла 3,2 Вт. Они могут работать при температурах до –100 C.

Научные инструменты

  • Мультиспектральная стереосистема IMP (включает магнитометр и анемометр).
  • Атмосферные и метеорологические датчики.

Система управления Sojourner

Sojourner — это шестиколесная машина. Задачи управления Sojourner были распределены между шестью колесными двигателями. На каждое колесо приходился 1 мотор. Четверо из них руководили движением. Другой двигатель Mars Pathfinder отвечал за спектрометр.

Источник питания

Марсоход Sojourner питался от 1 солнечной батареи. Он состоял из 234 фотоэлементов. Эти компоненты созданы на основе арсенида галлия. Мощность аккумулятора 15 Вт, вес 0,340 кг, площадь 0,22 м2.

Ход миссии

Максимальная скорость движения по поверхности составляла один сантиметр в секунду, в сумме он проехал около 100 метров, не более 12 метров от станции Pathfinder. Предназначенный для миссии продолжительностью 7 солей с возможным продлением до 30 солей, марсоход Sojourner эффективно проработал 83 сол (85 земных дней). Базовая станция провела последний сеанс связи с Землей 27 сентября 1997 года в 3:23 по тихоокеанскому стандартному времени. Роверу требовалась базовая станция для связи, хотя она все еще работала, когда соединение было прервано.

Марсоход Spirit

2004 год стал для НАСА триумфальным с точки зрения исследования Марса. Несколько запущенных марсоходов успешно достигли Марса и также успешно выполнили свои задачи, а некоторые из них все еще работают.

Марсоход Spirit приземлился на планете 4 января 2004 года и должен был пробежать 90 сол, за это время он должен был преодолеть около 600 метров. Однако на самом деле марсоходу помог ветер, уносящий пыль с солнечных панелей, что сделало выработку электроэнергии более эффективной, чем ожидалось. В итоге Spirit вместо 600 метров превысил 7,73 км и проработал до 22 марта 2010 года — более 6 лет!

Недавно марсоход использовался как стационарная платформа для работы, так как 1 мая 2009 года он застрял в дюне, и оттуда его не могли вытащить. Несмотря на это, марсоход оставался на связи и продолжал поиски, хотя не мог двигаться. 22 марта 2010 года марсоход окончательно замолчал, хотя еще год специалисты пытались установить с ним связь.

любопытно, что название «Спирит» марсоходу дала русская девушка, родившаяся в Сибири, но усыновленная американцами. Когда НАСА провело соревнование, этот титул победил.

Сравнение размеров марсоходов

Марсоход Sojourner (маленький), Opportunity (средний) и Curiocity (большой)

Результаты миссии

Миссия провела ряд научных исследований: анализ атмосферы Марса, его климата, геологии и состава горных пород.

От посадки до последней трансляции 27 сентября 1997 года Mars Pathfinder предоставил 2,3 миллиарда битов информации, более 16 500 изображений посадочных устройств и 550 марсоходов, а также 15 химических анализов горных пород и почвы, обширные данные о ветре и многое другое. Результаты исследования Sojourner Rover, проведенного научными приборами как на спускаемом аппарате, так и на марсоходе, предполагают, что изучаемая планета когда-то была горячей и имела жидкую воду.

Mars Pathfinder был успешной разработкой. Аппарат проработал дольше, чем предполагали его создатели. Миссия принесла исследователям много полезных фактов. Благодаря Mars Pathfinder ученые смогли разгадать некоторые секреты планеты.

Оцените статью
Блог о планете Марс