20-10-2023
Кьюриосити | |
Mars Science Laboratory | |
Автопортрет Кьюриосити |
|
Заказчик | |
---|---|
Производитель | |
Запуск | |
Ракета-носитель | |
Стартовая площадка |
мыс Канаверал LC-41[4] |
Длительность полёта |
254 земных суток |
NSSDC ID |
2011-070A |
SCN |
37936 |
Технические характеристики | |
Масса | |
Размеры |
3,1 × 2,7 × 2,1 м |
Мощность |
125 ватт электрической энергии, около 100 Вт через 14 лет; примерно 2 кВт тепловой; примерно 2,5—2,7 кВт·ч/сол[7][8] |
Источники питания | |
Движитель |
4 см/с[9] |
Срок активного существования |
Планируемый: 668 сол (686 дней) Текущий: 55 дней с момента посадки |
Посадка на небесное тело | |
Координаты посадки |
4°35′31″ ю. ш. 137°26′25″ в. д. / 4.591944° ю. ш. 137.440278° в. д. (G) (O) |
Целевая аппаратура | |
Скорость передачи |
19-31 Мб/сутки |
Бортовая память | |
Сайт проекта | |
Кьюриосити на Викискладе |
Mars Science Laboratory (сокр. MSL), «Марс сайенс лэборатори» («Марсианская научная лаборатория», МНЛ) — миссия НАСА, в ходе выполнения которой на Марс был успешно доставлен и эксплуатируется марсоход третьего поколения «Кьюрио́сити» (англ. Curiosity, МФА: [ˌkjʊərɪˈɒsɪti] — любопытство, любознательность[11]). Марсоход представляет собой автономную химическую лабораторию в несколько раз больше и тяжелее предыдущих марсоходов «Спирит» и «Оппортьюнити».[1][3] Аппарат должен будет за несколько месяцев пройти от 5 до 20 километров и провести полноценный анализ марсианских почв и компонентов атмосферы. Для выполнения контролируемой и более точной посадки использовались вспомогательные ракетные двигатели.[12]
Запуск «Кьюриосити» к Марсу состоялся 26 ноября 2011 года,[13] мягкая посадка на поверхность Марса — 6 августа 2012. Предполагаемый срок службы на Марсе — один марсианский год (686 земных суток).
MSL — часть долговременной программы НАСА по исследованию Марса роботизированными зондами Mars Exploration Program. В проекте помимо НАСА участвуют также Калифорнийский технологический институт и Лаборатория реактивного движения. Руководитель проекта — Дуг Маккистион (Doug McCuistion), сотрудник НАСА из отдела изучения других планет.[14] Полная стоимость проекта MSL составляет примерно 2,5 миллиарда долларов.[15]
Специалисты американского космического агентства НАСА решили отправить марсоход в кратер Гейла.[2][16] В огромной воронке хорошо просматриваются глубинные слои марсианского грунта, раскрывающие геологическую историю красной планеты.[17]
Название «Кьюриосити» было выбрано в 2009 году среди вариантов, предложенных школьниками, путём голосования в сети Интернет.[18][19] Среди других вариантов были Adventure («Приключение»), Amelia, Journey («Путешествие»), Perception («Восприятие»), Pursuit («Стремление»), Sunrise («Восход»), Vision («Видение»), Wonder («Чудо»).
В апреле 2004 года НАСА начало отбор предложений по оснащению нового марсохода научным оборудованием, и 14 декабря 2004 года было принято решение об отборе восьми предложений. В конце того же года началась разработка и испытания составных частей системы, включая разработку однокомпонентного двигателя производства компании Aerojet, который способен выдавать тягу в диапазоне от 15 до 100 % максимальной при постоянном давлении наддува.
Создание всех компонентов марсохода было завершено к ноябрю 2008 года, причём большая часть инструментов и программного обеспечения MSL продолжало испытываться. Перерасход бюджета миссии составил около 400 миллионов долларов. В следующем месяце НАСА отложило запуск MSL на конец 2011 года из-за недостатка времени для испытаний.
С 23 по 29 марта 2009 года на сайте НАСА проводилось голосование по выбору названия для марсохода, на выбор было дано 9 слов.[18] 27 мая 2009 года, победителем было объявлено слово «Кьюриосити». Оно было представлено шестиклассницей из Канзаса Кларой Ма.[19][20]
Марсоход был запущен ракетой Атлас V с мыса Канаверал 26 ноября 2011 года. 11 января 2012 года был проведён специальный манёвр, который эксперты называют «самым важным» для марсохода. В результате совершённого манёвра аппарат взял курс, который привёл его в оптимальную точку для десантирования на поверхность Марса.
28 июля 2012 года была проведена четвёртая небольшая коррекция траектории, двигатели включили всего на шесть секунд. Операция прошла настолько успешно, что последняя коррекция, намеченная на 3 августа, уже не понадобилась.[21]
Посадка произошла успешно 6 августа 2012 года, в 05:17 UTC.[22] Радиосигнал с подтверждением посадки достиг Земли в 05:32 UTC,[23] и стало известно об успешной посадке марсохода на поверхность Марса.
MSL имеет четыре основных цели:[24]
Для достижения этих целей перед MSL поставлено шесть основных задач:[25][26]
Также в рамках исследований измерялось воздействие космической радиации на компоненты АМС во время перелёта к Марсу. Эти данные помогут оценить уровни радиации, ожидающие людей в пилотируемой экспедиции на Марс.[27][28]
Перелётный модуль |
|
Модуль управляет траекторией Mars Science Laboratory во время полёта с Земли на Марс. Также включает в себя компоненты для поддержки связи во время полёта и регулирования температуры. Перед входом в атмосферу Марса модуль отделился от капсулы. |
Капсула | Капсула необходима для спуска через атмосферу. Она защищает марсоход от влияния космического пространства и перегрузок во время входа в атмосферу Марса. В верхней части находится контейнер для парашюта, который замедлит скорость спуска капсулы. Рядом с контейнером парашюта установлено несколько антенн связи. | |
Небесный кран |
|
После того, как теплозащитный экран и капсула выполнят свою задачу, они расстыковываются, тем самым освобождая путь для спуска аппарата. После расстыковки кран обеспечивает точный и плавный спуск марсохода на поверхность Марса, который достигается за счёт использования реактивных двигателей и контролируется с помощью радиолокатора на марсоходе. |
Марсоход «Кьюриосити» |
|
Марсоход под названием «Кьюриосити» является основной частью миссии, содержит все научные приборы, а также важные системы связи и энергоснабжения. Во время полёта шасси складывается для экономии места. |
Теплозащитный экран |
|
Теплозащитный экран защищает марсоход от крайне высокой температуры, воздействующей на спускаемый аппарат при торможении в атмосфере Марса. |
Спускаемый аппарат |
|
Масса спускаемого аппарата (изображён в составе с перелётным модулем) составляет 3,4 тонны. Спускаемый аппарат служит для контролируемого безопасного снижения марсохода при торможении в марсианской атмосфере. |
Траекторию движения Mars Science Laboratory от Земли до Марса контролирует перелётный модуль, соединённый с капсулой. Структурная основа перелётного модуля — кольцевая ферма диаметром 4 метра, имеющая массу 600 кг.[29] Она состоит из алюминия и нескольких стабилизирующих стоек. На поверхности перелётного модуля установлены двенадцать панелей солнечных батарей, подключённые к системе энергоснабжения. К концу полёта, перед входом капсулы в атмосферу Марса, они будут иметь КПД около 28,5 % и производить 1 кВт электрической энергии.[30] Для проведения энергоемких операций возможно также использовать литий-ионные аккумуляторы.[31] Кроме того имеются связи между системами электропитания перелётного модуля, батареями спускаемого модуля и энергосистемой «Кьюриосити», и, в случае проблем, возможна реорганизация системы питания.[32]
Для определения положения в пространстве используется Звёздный сенсор и один из двух солнечных сенсоров.[33] Звёздный сенсор наблюдает за несколькими выбранными навигационными звёздами, Солнечный сенсор использует в качестве опорной точки только Солнце. Данная система спроектирована с резервированием для повышения надёжности миссии. Для коррекции траектории применяются восемь двигателей, работающих на гидразине.[31] Горючее хранится в двух сферических титановых баках.
РИТЭГ «Кьюриосити» постоянно выделяет большое количество тепла, поэтому во избежание нагрева капсулы он должен находиться на удалении от её внутренних стенок. Капсула также имеет десять радиаторов, которые переизлучают тепло в открытый космос.[31] Эти простые металлические части, хорошо заметные по краям капсулы. С помощью системы трубопроводов и насосов, они формируют охлаждающий комплекс вокруг РИТЭГа марсохода.[31] Некоторые компоненты (например, батареи и аккумуляторы) нагреваются, таким образом, холодильный комплекс к ним тоже направлен, чтобы защитить их от переохлаждения. Несколько датчиков температуры обеспечивают автоматическую регулировку системы охлаждения или нагрева.[31]
Перелётный модуль не имеет собственных систем связи, однако на нём установлена антенна среднего усиления («Medium Gain Antenna», MGA), которая присоединена к передатчику спускаемого модуля.[33] Большая часть связи во время полёта, а также на первом этапе посадки проводится с помощью неё. MGA имеет высокую направленность, и для достижения хорошего качества связи требуется её ориентация в направлении Земли.[33] Применение направленной антенны позволяет достичь более высокой скорости передачи данных при такой же мощности передатчика, по сравнению с простой всенаправленной антенной, такой как PLGA. При оптимальной ориентации антенны усиление составляет около 18 децибел, через неё могут передаваться сигналы с левой или правой поляризацией.[33] Передача идет на частоте 8401 МГц, скорость передачи данных до 10 Кбит/с. Приём происходит со скоростью 1,1 кбит/с, на частоте 7151 МГц.[33]
Капсула производства Lockheed Martin вместе с теплозащитным экраном обладала массой 731 кг, защищая «Кьюриосити» от влияния открытого пространства, а также от воздействия атмосферы Марса при торможении. Кроме того, в капсуле размещался тормозной парашют. На куполе парашюта размещено несколько антенн для поддержания связи. Обшивка капсулы состояла из двух углепластиковых пластин с алюминиевыми подпорками для придания прочности. В нижней части размещался теплозащитный экран.
Контроль траектории и совершение манёвров во время входа в марсианскую атмосферу осуществляли восемь небольших двигателей, выпускающих газ. Двигатели развивали тягу около 267 Н и использовались только для изменения вращения и ориентации капсулы. Эти двигатели не участвовали в торможении.
На верхней части капсулы размещён контейнер для парашюта, замедлившего спуск капсулы в атмосфере. Диаметр парашюта примерно 16 м, он закреплён на 80 стропах и имеет длину свыше 50 метров. Создаваемое тормозное усилие — 289 кН.
На нижней части капсулы размещался теплозащитный экран, защищавший марсоход от воздействия высоких температур (до 2000 °C)Stardust. Экран способен выдержать тепловую нагрузку до 216 Вт/см2, деформацию до 540 Па и давление около 37 кПа.
при снижении в атмосфере Марса. Диаметр теплозащитного экрана 4.57 м. Это самый большой теплозащитный экран, когда-либо изготовленный для исследовательской миссии. Панели экрана сделаны из углеродных волокон, пропитанных фенолформальдегидной смолой (PICA), подобно использованному в миссииТепловой экран имел 7 датчиков давления и температуры, предназначенных для сбора высокоточных данных о нагрузках на теплозащитный экран. Эти данные имеют большое значение для проектировщиков: с их помощью в конструкцию будущих теплозащитных экранов могут быть внесены изменения. Тем не менее, экран был оптимизирован именно для земной атмосферы, а не для марсианской (последняя в 100 раз тоньше и на 95 % состоит из углекислого газа). Необходимая толщина для безопасного входа в атмосферу была неизвестна. По результатам моделирования и в целях безопасности миссии толщину сделали с запасом, однако толщина повышает массу щита и снижает полезную нагрузку. Результаты применения теплозащитного экрана в составе MSL позволят уменьшить толщину экрана для применения в будущих марсианских миссиях.
Капсула была закреплена на перелётном модуле, не имевшем собственных систем связи. На вершине контейнера с парашютом в капсуле размешено несколько антенн. В X-диапазоне используются две антенны — широконапарвленная парашютная антенна (PLGA) и наклонная широконаправленная антенна (TlGa), которые необходимы для связи во время полёта. Антенны отличаются только расположением, при этом каждая из них действовала в «слепом» секторе другой антенны. Коэффициент усиления антенн составляет от 1 до 5 дБ, при этом контейнер парашюта существенно влияет на распространение сигнала, вызывая его отражение. В начале миссии (на незначительном удалении от Земли) данные передавались со скоростью 1,1 Кбит/с, скорость приёма данных достигала 11 кбит/с. С увеличением расстояния скорость передачи данных постепенно снизилась до нескольких десятков бит в секунду.
Во время посадки связь в дециметровом диапазоне длин волн осуществлялась через широконаправленную парашютную антенну (PUHF), состоящую из восьми небольших антенн, закреплённых на стенках контейнера, в котором сложен парашют.[34] В результате PLGA и TlGa очень стабильны по сравнению со всенаправленной и приёмной антеннами — информация может быть передана в экстремальных условиях полёта даже при большой скорости. Этот проект был успешно использован в Mars Phoenix Lander. Коэффициент усиления антенны составляет от −5 до +5 дБ, а скорость передачи данных — не менее 8 кбит/с.
После отделения парашюта на высоте порядка 1800 м дальнейший спуск осуществляется с помощью восьми реактивных двигателей. Их конструкция подобна тормозным двигателям, применявшимся в программе «Викинг», однако используемые материалы и системы управления были усовершенствованы. Каждый из двигателей создаёт тягу от 0,4 до 3,1 кН, удельный импульс 2157 секунд. Кроме того имеется специальный маломощный режим (1 % от максимального потребления топлива), использующийся для разогрева двигателей и улучшения их времени реакции. Расход топлива составляет в среднем 4 кг в секунду при запасе в 390 кг. Для энергоснабжения на этом этапе будут использованы два Li-FeS2 аккумулятора.
Для регулировки скорости и замера расстояния до поверхности используется радиолокационная система «Terminal Descent Sensor» (TDS), установленная на специальных штангах. Она вступает в действие на высоте 4 км, и на скоростях ниже 200 м/с. Система работает в Ka-диапазоне (36 ГГц) и излучает сигналы в 12 Вт через шесть небольших антенн, каждая из которых имеет угол раскрытия в 3°. Благодаря их расположению навигационная система получает точные данные о движении по всем трем осям, что очень важно для использования «небесного крана». Система весит 25 кг и потребляет 120 Вт энергии во время активной работы.[35]
«Небесный кран» — наиболее тяжёлая часть всего спускаемого аппарата. Он включается примерно в 20 метрах от поверхности и спустит «Кьюриосити» на нейлоновых тросах c восьмиметровой высоты подобно крану. Этот революционный способ спуска сложнее, чем подушки безопасности, использовавшиеся предыдущими марсоходами, которые предназначались для пресечённой местности и значительного снижения удара (скорость падения: 0,75 м/с у MSL, около 12 м/с в миссиях MER, 29 м/с у зонда Beagle 2). Энергия удара «Кьюриосити» настолько мала, что его шасси может полностью поглотить силу удара; таким образом, никаких дополнительных устройств для посадки не требуется. Например, в Викинг-1 и Викинг-2 были использованы специальные амортизирующие ноги. При мягкой посадке марсоход использует датчики силы, чтобы определить, когда отрезать тросы. По информации с датчиков силы определяется, находится ли «Кьюриосити» на поверхности полностью или частично (не всеми колесами). Когда марсоход окажется на поверхности Марса, тросы и кабель отсоединятся, и «небесный кран», увеличив мощность двигателей, улетит на расстояние не менее 150 метров от марсохода для совершения жёсткой посадки. Процесс снижения марсохода на тросах займёт 13 секунд.
На этапе спуска у марсохода имеется только одна система связи — «Small Deep Space Transponder» (SDSt), передатчик, работающий в Х-диапазоне. Это усовершенствованная система, которая уже использовалась в Mars Exploration Rover.[33] Два основных усовершенствования: улучшение стабильности сигнала при изменениях температур и меньшее просачивание спектральных составляющих.[33] SDSt отвечает за связь в течение всего полёта и посадки на поверхность Марса. На марсоходе установлена идентичная антенна, которая, однако, начинает работу только после посадки. Принимаются сигналы с уровнем от −70 дБм, пропускная способность зависит от силы сигнала и регулировки (от 20 до 120 герц).[33] Скорость передачи данных настраивается автоматически, в зависимости от качества сигнала, в пределах от 8 до 4000 бит/с.[33] Система весит 3 кг и потребляет 15 Вт электроэнергии.
Поскольку сигналы SDSt являются слабыми, для их усиления используется «Traveling Wave Tube Amplifier» (TWTA), ключевым элементом которого является Лампа бегущей волны. Используется модифицированный проект ЛБВ, установленного на MRO. TWTA потребляет до 175 Вт электрической энергии, энергия радиосигнала до 105 Вт. Система защищена от низких и высоких напряжений и весит 2,5 кг.[33]
На последнем этапе посадки, после отделения от капсулы, связь с наземной станцией обеспечивает «Descent Low Gain Antenna» (DLGA). Представляет собой открытый волновод, используемый в качестве антенны. Ранее через этот волновод осуществлялась передача сигнала от спускаемого аппарата к предыдущим ступеням. Коэффициент усиления антенны варьируется от 5 до 8 дБ, так как сигнал подвержен отражениям и интерференции от ближайших элементов конструкции. Вес такой антенны составляет 0,45 кг.[33]
После отделения капсулы теряется контакт между системой UHF-связи и PUHF антенной, и на их замену приходит «Descent UHF Antenna» (DUHF), которая продолжает передавать данные на этой частоте.[33] Усиление этой антенны также сильно подвержено вариациям из-за отражений и интерференции от окружающих структур и находится в диапазоне от −15 до +15 дБ.[33]
Кьюриосити | MER | Sojourner | |
---|---|---|---|
Запуск | 2011 | 2003 | 1996 |
Масса (кг) | 899[5] | 174[36] | 10,6[37] |
Размеры (В метрах, Д×Ш×В) | 3,1 × 2,7 × 2,1 | 1,6 × 2,3 × 1,5[36] | 0,7 × 0,5 × 0,3[37] |
Энергия (кВт/сол) | 2.5-2,7[7] | 0,3—0,9[8] | < 0,1[38] |
Научные инструменты | 10[39] | 5 | 4[37] |
Максимальная скорость (см/сек) | 4[9] | 5[40] | 1[41] |
Передача данных (МБ/сутки) | 19—31 | 6—25[42] | < 3,5[43] |
Производительность (MIPS) | 400 | 20[44] | 0,1[45] |
Память (МB) | 256[46] | 128[44] | 0,5[45] |
Расчётный район посадки (км) | 20x7 | 80x12 | 200x100 |
Масса космического аппарата на старте составляла 3893 кг, масса марсохода 899 кг,[5] 2401 кг — вес спускаемого аппарата (390 кг топлива для мягкой посадки); 539 кг — вес перелётного модуля необходимого для полёта к Марсу.
Основные составляющие | Компонент | Вес | Дополнение |
---|---|---|---|
Перелётный модуль | 539 кг | из которого 70 кг топливо | |
Спускаемый аппарат | Теплозащитный экран | 382 кг | |
Капсула | 349 кг | ||
Небесный кран | 829 кг | ||
Топливо | 390 кг | ||
Всего | 2400 кг | ||
Марсоход Кьюриосити | 899 кг | ||
Вся масса | 3893 кг |
Масса «Кьюриосити» после мягкой посадки составила 899 кг,[5] в том числе 80 кг научного оборудования.[47]
Выбранные инструменты MSL.
MSL запущена с пускового комплекса № 41 мыса Канаверал на ракете-носителе Атлас-5 541 предприятия United Launch Alliance. Эта двухступенчатая ракета-носитель включает в себя центральный блок первой ступени диаметром 3,8 м с двигателем российского производства РД-180, разработанным в КБ НПО «Энергомаш». Имеет четыре твёрдотопливных блока и разгонный блок Центавр с головным обтекателем диаметром 5.4 м. Она способна выводить до 7982 кг на геостационарную орбиту. Атлас-5 также использовался для запуска Mars Reconnaissance Orbiter и New Horizons.[4]
Первая и вторая ступени вместе с твёрдотопливными двигателями были собраны 9 октября недалеко от стартового стола. Головной обтекатель с установленной MSL перевезён на стартовый стол 3 ноября. Запуск состоялся 26 ноября в 15:02 UTC 2011.
На протяжении перелёта Земля—Марс MSL записывал уровень радиации внутри станции с помощью детектора космического излучения RAD (Radiation Assessment Detector). За это время было зафиксировано пять вспышек солнечной активности, одна из которых принадлежала к наиболее мощному классу Х. На время посадки детектор RAD был отключён. Кьюриосити — первый из марсианских аппаратов, который был специально оснащён подобным детектором.
Мягкий спуск большой массы на поверхность Марса весьма затруднителен. Атмосфера слишком разрежённая, чтобы использовать лишь парашюты или аэродинамическое торможение,[79] и в то же время достаточно плотная, чтобы создать значительные проблемы со стабилизацией при использовании ракетных двигателей.[79] Некоторые предыдущие миссии использовали воздушные подушки на манер автомобильных подушек безопасности для смягчения удара при посадке, но MSL слишком тяжёлая для использования этого варианта.
Кьюриосити выполнил спуск на поверхность Марса используя систему высокоточного входа в атмосферу, снижения и посадки (EDL), которая обеспечила мягкую посадку в пределах заданного эллипса посадки размером 20 км × 7 км,[80] в отличие от эллипса 150 км × 20 км систем посадки марсоходов Mars Exploration Rovers (Спирит и Оппортьюнити).[81]
При посадке использовались 6 различных конфигураций спускаемого аппарата, сработало 76 пиротехнических устройств. На одном из этапов использовался крупнейший созданный человечеством сверхзвуковой парашют.[82] Посадочная последовательность, состоящая из входа в атмосферу, снижения и посадки, была разделена на 4 части.[83]
Марсоход был сложен внутри аэродинамической капсулы, предохранявшей его во время космического перелёта и входа в атмосферу Марса. За 10 минут до входа в атмосферу от капсулы отсоединился перелётный модуль, который отвечал за питание, связь и разгон в процессе межпланетного полёта. Через минуту после этого при помощи двигателей, установленных на капсуле, было остановлено вращение (2 оборота в минуту) и произошла переориентация.[84] Вход в атмосферу выполнялся под защитой экрана с абляционным теплозащитным покрытием из углеродных волокон, пропитанных фенолформальдегидной смолой (PICA). Это теплозащитное покрытие диаметром 4,5 м — самое большое из когда-либо запущенных в космос[85] — замедлило за счёт абляции движение космического аппарата в марсианской атмосфере со скорости межпланетного перелёта 5,8 км/с до приблизительно двукратной скорости звука в атмосфере Марса, при которой возможно раскрытие парашюта. Большая часть компенсации ошибки при посадке выполняется алгоритмом управляемого входа в атмосферу, похожим на применявшийся астронавтами, возвращавшимися на Землю в ходе программы Apollo.[84] Это управление использовало подъёмную силу, создаваемую аэродинамической капсулой, чтобы нивелировать любую обнаруженную ошибку по дальности и тем самым прибыть на выбранное место посадки. Чтобы аэродинамическая капсула обеспечивала подъёмную силу, её центр масс смещался от центральной оси, что вызывало наклон капсулы при атмосферном полёте, аналогично командному модулю Apollo. Это достигалось двумя сбрасываемыми вольфрамовыми балластами массой около 75 кг каждый.[84] Вектор подъёмной силы управлялся четырьмя парами двигателей реактивной системы управления, каждая пара создавала тягу около 500 Н. Способность изменять точку приложения подъёмной силы позволяла космическому аппарату реагировать на окружающую среду и маневрировать к зоне посадки. Перед раскрытием парашюта капсула сперва сбросила оставшиеся шесть вольфрамовых балластов массой около 25 кг каждый, чтобы устранить смещение центра тяжести.[84] Затем на высоте около 10 км при скорости 470 м/с раскрылся парашют.
Когда завершился этап входа в атмосферу и капсула замедлилась до двукратной скорости звука в атмосфере Марса (470 м/с), на высоте около 10 км раскрылся сверхзвуковой парашют,[81][86] как это выполнялось в предыдущих миссиях, таких как Viking, Mars Pathfinder и Mars Exploration Rovers. Затем был сброшен теплозащитный экран. В марте и апреле 2009 года парашют MSL был испытан в крупнейшей в мире аэродинамической трубе и прошёл лётные испытания. Парашют имеет 80 строп, длину более 50 м и диаметр около 16 м. Парашют имеет возможность раскрытия при скорости 2,2 М и способен создавать тормозное усилие до 289 кН в марсианской атмосфере.[86] На высоте ниже 3,7 км фотокамера, установленная на нижней поверхности марсохода, снимала примерно по 5 кадров в секунду (с разрешающей способностью 1600×1200 пикселей) в течение приблизительно двух минут — до подтверждения посадки марсохода на поверхность Марса.[87]
После торможения парашютом, на высоте около 1.8 км, двигаясь со скоростью около 100 м/с, марсоход и спускаемый аппарат отделился от капсулы с парашютом.[81] Спускаемый аппарат — это платформа над марсоходом с гидразиновыми монотопливными ракетными двигателями с переменной тягой, установленными на штангах, выступающих в стороны от платформы, для замедления снижения. Двигатели этого модуля были разработаны на основе двигателей, использовавшихся на посадочных модулях Viking (Mars Lander Engine).[88] Каждый из восьми двигателей создавал тягу до 3,1 кН.[89] В это время марсоход был переведён из перелётной конфигурации (сложенное состояние) в посадочную, при этом опускаясь на «небесном кране» под тяговой платформой.
Система «Небесный кран» (Sky crane) мягко опустила марсоход колёсами вниз на поверхность Марса. Система состояла из 3 тросов, опускающих марсоход, и электрического кабеля, связывающего тяговый модуль и исследовательский аппарат. Опустив марсоход примерно на 7.5 м ниже тягового модуля, система плавно остановилась, и марсоход коснулся поверхности.[81][84][90][91]
Марсоход выждал 2 секунды,[92] и совершила жёсткую посадку, в то время как марсоход начал подготовку к работе на поверхности планеты. Такая система снижения и посадки с использованием тяги двигателей и «небесного крана» никогда ранее не применялась в реальных миссиях.
необходимые для подтверждения того, что аппарат находится на твёрдой поверхности, для чего замерялась нагрузка на колёса. После этого марсоход пироножами срезал тросы и электрокабели. Освобождённая тяговая платформа отлетела на расстояние около 650 метровСхема входа "Кьюриосити" в атмосферу Марса.
Схема посадки "Кьюриосити", парашютирование.
Хронология посадки "Кьюриосити". Красным цветом - реальное время, синим - время получения сигнала на Земле.
Место посадки "Кьюриосити" в Квадрате 51.
Марсоход совершил мягкую посадку в заданном районе Марса 6 августа 2012 года (сол 0) в 5:17:57.3 UTC (9:17:57.3 МСК, или 15:00:01 по неофициальному местному Марсианскому времени (LMST), используемому в НАСА), завершив свой межпланетный перелёт протяжённостью 563 млн км. После посадки марсоход передал на Землю в низком разрешении первые снимки с поверхности Марса.
Трансляция посадки в прямом эфире велась на сайте НАСА. Через сервис ustream.tv за посадкой наблюдали более 200 000 зрителей. Снижение в атмосфере было заснято с орбиты Марсианским разведывательным спутником.
Марсоход совершил мягкую посадку в квадрате 51 (Quadrangle 51[что это?]), названном «Йéллоунайф» (англ. «Yellowknife»), внутри заданного эллипса посадки. 22 августа 2012 года это место назвали «Посадкой Брэдбери» (Bradbury Landing) в честь американского писателя Рэя Бредбери, автора «Марсианских хроник», ушедшего из жизни за два месяца до посадки марсохода.[93][94][95]
7 августа — сол 1 — марсоходом передана на Землю первая цветная фотография Марса, сделанная камерой MAHLI, а также серия из 297 цветных снимков низкого разрешения (192×144 пикселя), из которых был смонтирован видеоролик снижения и посадки марсохода. Эти снимки были сделаны во время снижения аппарата в кратер Гейла камерой MARDI, направленной вниз.
8 августа — сол 2 — навигационные камеры сделали первые снимки марсианского ландшафта.[96]
9 августа — сол 3 — марсоходом успешно развёрнута и направлена в сторону Земли антенна для связи, собраны данные о радиации и температуре. Также марсоходом передана на Землю серия из 130 изображений низкого разрешения (144×144 пикселя), из которых составлена первая панорама местности[97], окружающей марсоход. Руководитель исследовательских работ Калифорнийского технологического института Джон Гротцингер заявил, что пейзаж на снимках очень напоминает пустыню Мохаве в Калифорнии[98]. Российский нейтронный детектор DAN был впервые включён в пассивном режиме и успешно прошёл проверку. Была произведена калибровка главной камеры MASTCAM. Также были проверены следующие инструменты: APXS (альфа-спектрометр), CheMin (химический анализатор) и SAМ.
10 августа — сол 4 — подготовка к замене программного обеспечения с «посадочной» версии на «марсианскую», предназначенную для работы на поверхности планеты.
11-14 августа — сол 5-8 — замена программного обеспечения. Кьюриосити отправил на Землю первые кадры окружающей среды в высоком разрешении (1200×1200 пикселей), сделанные камерой Mastcam,[99][100] а также новые высококачественные снимки, на которых видны следы древних рек. По снимкам, полученным при помощи камер аппарата и прибора HiRISE Марсианского разведывательного спутника, определено точное место посадки марсохода.
15 августа — сол 9 — тестирование научных приборов (APXS, CheMin, DAN).[101]
17 августа — сол 11 — прибор DAN был включён в активном режиме, проработал в течение одного часа штатно без замечаний и был выключен по команде. Получена первая научная информация о составе вещества Марса и о радиационном фоне в районе посадки.[102] Начато тестирование прибора REMS.
19 августа — сол 13 — первое использование прибора CheCam. Луч детектора с энергией 14 мДж тридцатью непродолжительными импульсами в течение 10 секунд воздействовал на свою первую цель — Камень № 165, находящийся на расстоянии примерно трёх метров от марсохода и получивший название Coronation (англ. «Коронация»). В точке попадания атомы камня превратились в светящуюся ионизированную плазму и стали излучать в световом диапазоне. Свет плазмы был воспринят ChemCam, который провёл спектрометрические замеры в трёх каналах: ультрафиолетовом, видимом фиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном. Качество работы ChemCam превзошло все ожидания и оказалось даже выше, чем на Земле.[103][104][105] Успешно испытан манипулятор марсохода.[106]
22 августа — сол 16 — первое движение марсохода. Кьюриосити проехал вперёд 4,5 метра, повернулся на 120 градусов и проехал назад 2,5 метра. Длительность поездки составила 16 минут[107].
29 августа — сол 22 — марсоход направился в район Гленелг, проехав 16 метров в восточном направлении. Кроме того, были получены первые цветные изображения камеры MastCam MAC в высоком разрешении (29000х7000 пикселей, мозаика из 130 изображений). Всего аппарат передал два снимка, на которых запечатлена гора Эолида (неоф. гора Шарпа) и панорама вокруг неё.
30 августа — сол 24 — ровер проехал 21 метр по направлению к Гленелг[108].
5-12 сентября — сол 30-37 — ровер сделал длительную остановку на пути в Гленелг и раскрыл свой манипулятор, чтобы протестировать приборы, находящиеся на его турели. Место, где проводились испытания, было выбрано не случайно — во время проверки Кьюриосити должен был находиться под определённым углом по отношению к солнцу и стоять на ровной поверхности. Механическая «рука» длиной 2,1 метра сделала несколько движений и выполнила ряд действий. Тестирование помогло учёным понять, как действует манипулятор в марсианской атмосфере после долгого космического путешествия в сравнении с аналогичными тестами, которые проводились ещё на Земле. Общее расстояние, пройденное ровером за месяц пребывания на Марсе, составило 109 метров, что составляет четверть расстояния от места посадки до района Гленелг [109][110][111].
14-19 сентября — сол 39-43 — ровер проехал за эти дни 22, 37, 27, 32 и 31 метр соответственно. Общее расстояние, пройденное марсоходом с 5 августа, составило 290 метров. В сол 42 Кьюриосити с помощью MastCam «наблюдал» за частичным солнечным затмением, вызванным транзитом Фобоса по диску Солнца [112] [113] [114].
20 сентября — сол 44 — ровер с помощью манипулятора приступил к исследованию куска породы в форме пирамиды размером 25 сантиметров в высоту и 45 сантиметров в ширину, названного «Джейк Матиевич» (англ. Jake Matijevic) в память о сотруднике NASA, который являлся руководителем миссий Sojourner, Spirit и Opportunity и скончавшегося 20 августа 2012 года. Кроме того, повторно были проверены инструменты APXS и СhemCam [115].
24 сентября — сол 48 — ровер закончил исследование камня «Jake Matijevic» и в тот же сол проехал 42 метра по направлению в Гленелг. Общее расстояние, пройденное марсоходом с 5 августа, составило 332 метра [116].
25 сентября — сол 49 — ровер проехал 31 метр по направлению в Гленелг. Общее расстояние, пройденное марсоходом с 5 августа, составило 367 метров [117].
26 сентября — сол 50 — ровер проехал 49 метров по направлению в Гленелг. Общее расстояние, пройденное марсоходом с 5 августа, составило 416 метров [118].
Конец сентября 2012 года — прибытие марсохода в местность в 400 метрах от точки посадки, получившую название-палиндром «Гленелг» (англ. Glenelg). Исследователи выбрали именно этот регион, потому что в нём расположены три важных геологических объекта. Если всё пойдёт по плану, Кьюриосити доберётся туда примерно к концу сентября (скорость передвижения — 10-12 метров в день).[119] В Гленелг марсоход проработает примерно месяц, и опробует там свою бурильную установку, погрузившись в марсианский грунт глубже, чем любой другой робот до него.
Начало октября 2012 — обнародование сведений о результатах работы прибора SAM по поиску метана. Обнародование сведений о результатах работы прибора REMS за первые 40 дней работы ровера.
Конец 2012 года — исследование подножия горы Шарпа.
Июнь 2014 года — сол 668 — завершение основной миссии (к этому моменту энергии, вырабатываемой РИТЭГ, будет достаточно ещё примерно на 12 лет функционирования марсохода).
16 и 17 августа, во время тестировании прибора REMS, было впервые определено колебание суточных температур в районе посадки марсохода (южное полушарие красной планеты, 4,5 градус южной широты). Температурный диапазон поверхности составил от +3 °С до −91 °С, атмосферы в месте посадки — от −2 °С до −75 °С[120]. Диапазон колебаний атмосферного давления изменяется на 10-12% ( для сравнения — на Земле ежесуточные колебания атмосферного давления не превышают 1,2%). Такие "качели" способны приводить даже разреженную атмосферу Марса в неистовство, что выражается в регулярных глобальных песчаных бурях. Кроме того, ученые при помощью метеорографа REMS обнаружили, что наступающая марсианская весна оказалось неожиданно теплой: примерно в половине случаев дневная температура была выше 0 °С, средняя температура составила приблизительно +6 °С в светлое время суток и −70 °С ночью [121].
В период 6 августа — 6 сентября, за который ровер проехал более 100 метров, прибор DAN, работающий в активном режиме ежедневно по 15 минут, зафиксировал незначительное содержание воды в почве, порядка 1,5-2%, что значительно меньше, чем ожидалось. Первоначально предполагалось, что массовая доля воды в грунте в районе кратера Гейла составляет 5-6,5%[122][123].
18 сентября Кьюриосити с помощью MastCam «наблюдал» за частичным солнечным затмением, вызванным транзитом Фобоса по диску Солнца. Ученые полагают, что полученные снимки дадут понимание того, насколько сильно Марс «сжимается» и «растягивается» в результате действия приливных сил при приближении его спутников. Эти данные помогут выяснить, из каких пород состоит красная планета, и дополнят наши представления о том, как формировался Марс в далёком прошлом Солнечной системы [124].
27 сентября НАСА сообщило об обнаружении маросходом следов древнего ручья, текшего в районе исследования ровера. Ученые обнаружили на снимках куски конгломерата, образованного сцементированными слоями гравия, образовавшегося на дне древнего ручья. Вода текла в нем со скоростью примерно 0,9 метров в секунду, а глубина составляла около полуметра. Это первый случай находки такого рода донных отложений [125].
21 августа 2012 у марсохода обнаружилась первая неисправность: отказал один из двух датчиков ветра, позволяющих определять скорость и направление атмосферных потоков. Специалисты NASA считают, что прибор повредили небольшие кусочки породы, поднятые с поверхности при посадке марсохода. Устранить неполадки, вероятнее всего, не удастся. Тем не менее марсоход сможет выполнять все необходимые измерения с помощью другого уцелевшего датчика.[126]
Место падения парашюта миссии MSL участвовавшего при посадке марсохода Кьюриосити.
Вид следов марсохода Кьюриосити из космоса. Начало его пути по кратеру Гейла.
Mars Science Laboratory в Викиновостях? |
Исследования Марса космическими аппаратами | |
---|---|
Пролётная траектория |
Маринер-4 • Маринер-6 и -7 • Марс-4 • Розетта • Dawn |
С орбиты | |
СА и марсоходы |
Марс-3 и ПрОП-М • Программа «Викинг» (Викинг-1/-2) • Pathfinder/Sojourner • MER (Spirit • Оппортьюнити) • Феникс • Curiosity |
Будущие миссии | |
Неудачные миссии |
Марс-1, -60A, -60B (1М-М60) • Марс-62A, -62B (2МВ-М62) • Зонд-2A, -2 (3МВ-М64) • Маринер-3 • -8 • Марс-69A, -69B (М69) • Марс-2 (СА и марсоход ПрОП-М), -71C (М71) • Марс-4, -7 (М73) • Фобос-1/-2 (СА ПрОП-Ф и ДАС) • Observer • Марс-96 • Surveyor 98 (Climate Orbiter • Polar Lander) • Нодзоми • Бигль-2 • Фобос-Грунт и Инхо-1 |
Отменённые миссии |
Вояджер • Марс-4НМ (Марсоход) • -5НМ • -5М (Марс-79) • Веста (англ.) • Surveyor Lander • NetLander (англ.) • телекоммуникационный орбитальный аппарат • Beagle 3 (англ.) • Astrobiology Explorer-Cacher (англ.) |
См. также | |
Жирным выделены действующие АМС |
Mars Science Laboratory.