Марс 21 века.

Доброго времени суток, дорогие читатели, сегодня мы разберем изучение 4-ой планеты в новом тысячелетии, точнее, после развала СССР, как главного конкурента США в исследование Марса. Следовательно, акцент мы сделаем на Американскую исследовательскую программу.

1. Предисловие или почему снова Марс?

1991 год, Советский Союз стремительно коллапсировал, захватив с собой деньги на отечественную космонавтику. США выиграла Холодную войну и, казалось бы, финансирование НАСА должно быть урезано, но с нарастающий агонией Союза, финансирование Национального управления по аэронавтике неуклонно росло, вплоть до 1994 года, когда было выделено 14.6 млрд долларов. Это довольно парадоксально, если учитывать, что во время Холодной войны (точнее, после окончания Лунной гонки) бюджет НАСА был значительно ниже.

Все же хорошие денежные выделения в 90x годах позволили состояться многим экспедициям. Например: Галилео (Автоматическая Межпланетная станция Юпитера), Кассини (АМС Сатурна), Магеллан (картографирование Венеры). Ну и экспедициям на Марс, к которым мы в скором времени перейдем.

Почему Марс? Как оказалось, это единственная планета, которая была относительно проста в изучении. Давайте сравним её конкурентов. Луна, интерес к которой был потерян после окончания миссии Аполлон. К ней запустили в 90х годах всего 2 аппарата. Венера, Советский Союз угробил на нее несколько миллиардов рублей, в итоге узнав, что СА может пробыть на поверхности в пределах 2 часов. К Меркурию было отправлено за всю ИСТОРИЮ два зонда и то, по большей части для картографирования планеты. Газовые гиганты — дорого, далеко и долго.

Переходим к зондам…

2. Орбитальные Марсианские станции.

Последний зонд к Марсу был отправлен в 1976 году. Викинг-1 проработал на орбите до 1980 года и вернулся к исследованию планеты спустя 12 лет. Первые аппараты были предназначены для более детального картографирования поверхности и сбора основной информации о планете, в том числе для будущих миссий. Однако позже зонды стали изучать геологию, атмосферу, строение планеты, возможность существования жизни на ней, и так далее…

Mars Global Surveyor или MGS.Он превзошел себя в 9 раз, и из запланированного года и 9 месяцев, он прослужил 9 лет и 11 месяцев, став одной из самых успешных миссий НАСА на «Красную планету». Какие ставились перед ним цели? Вот их список:

• Охарактеризовать особенности поверхности и геологические процессы на Марсе.

• Определить состав, распределение и физические свойства поверхностных минералов, горных пород и льда.

• Составить всеобщую топографию планеты, уточнить форму и ее гравитационное поле.

• Установить природу магнитного поля и составить карту полей остатков коры.

• Мониторинг глобальной погоды и тепловой структуры атмосферы.

• Изучение взаимодействие между поверхностью Марса и атмосферой, отслеживание особенностей поверхности, расширения и отступления полярных шапок, баланса полярной энергии, пылевых бурь.

После выполнения для MGS были составлены дополнительные задачи, которые он с успехом выполнил.

• Визуализация возможных посадочных мест для космического аппарата Phoenix 2007 года и марсохода Curiosity 2012 года .

• Наблюдение и анализ ключевых объектов, представляющих научный интерес, таких как осадочно-скальные обнажения.

• Постоянный мониторинг изменений на поверхности из-за ветра и льда.

Аппарат был запущен на 79 годовщину Октябрьской революции 7 ноября 1996 года. Через 300 дней аппарат вышел на орбиту Марса, но вплоть до 1999 года проводилась коррекция, которая называлась аэродинамическим торможением или аэробрейкингом (Aerobraking — немного Пэрфэкт Энглиша). Этот манёвр выводит аппарат на круговую, низкую орбиту, но о нем расскажу попозже, так как MGS не совсем удачный пример. В конечном итоге высота этой орбиты сопоставима с высотой полета МКС — около 400 км. После окончания всех манёвров 1 апреля 1999 года зонд начал картографирование.

Пройдемся по устройству аппарата. На борту Mars Global Surveyor находились шесть научных приборов:

• Камера Mars Orbiter (та труба на фото).
• Лазерный высотомер Mars Orbiter .
• Спектрометр термальной эмиссии.
• Магнитометр и электронный рефлектометр.
• Ультразвуковой генератор для доплеровских измерений.
• Mars Relay – приемник сигналов (понадобится для спускаемых аппаратов).

Все эти приборы предназначались, по большей части, для картографии Марса. Часть приборов исследовала атмосферу, а один служил для приема и передачи сигнала с Марса на Землю со спускаемых аппаратов.

Ну, думаю пора перейти к фотографиям с зонда. Начнем мы с Олимпа.

Интересная вещь заметна близ южного полюса. В этом месте характерна поверхность похожая на швейцарский сыр (не только Луна состоит из сыра).

На планете было замечено много следов вулканической активности. Что любопытно, Марс остыл со времен «Викингов» и продолжает остывать по сей день.

Вернулись к «Марсианским каналам», но уже более реалистичным. На их фотографиях четко видно следы когда-то текшей по ним воде. Это открытие прибавило уверенности о существовании на Марсе жизни в какой-либо форме.

Думаю, на этом можно остановиться, дабы не ширить хронометраж статьи. В завершение приведу пару интересных фотографий планеты. Mars Global Surveyor прослужил до конца 2006 года, после этого связь с ним была утеряна.

Mars Odyssey. Этот зонд предназначался для исследования геологии Марса, его строения, разведки водяных запасов. Одиссей был запущен 7 апреля 2001 года и прибыл к планете 24 октября. Благодаря учету ошибок 5 прошлых неудачных аппаратов, он работает на орбите Марса и по сей день.

Разберем его оборудование, благо его не так много:

• Гамма-лучевой спектрометр GRS. Это набор из трёх инструментов — собственно гамма-спектрометра GRS, детектора нейтронов высоких энергий HEND и детектора тепловых нейтронов NS.
• Детектор HEND (High Energy Neutron Detector) был изготовлен в Лаборатории космической гамма-спектроскопии ИКИ РАН и используется для обнаружения подповерхностных запасов водяного льда и анализа состава поверхности.
• Аппаратура MARIE (Mars Radiation Environment Experiment) предназначена для изучения радиационной обстановки на трассе перелёта и на орбите спутника Марса с последующим анализом возможных доз облучения и его последствий для человека.
• Прибор THEMIS (Thermal Emission Imaging System) предназначен для многоспектральной съёмки поверхности Марса в видимой и инфракрасной части спектра. Прибор создан на базе камеры MARCI от MCO, имеет поле зрения 4,6x3,5° и 2,9x2,9° и разрешение — 100 и 20 м в инфракрасном и видимом диапазоне соответственно. С помощью этой камеры была получена точная карта Марса (пространственное разрешение карты составляет 100 метров для всей территории Красной планеты). Для её составления ученые использовали 21 тысячу фотографий, сделанных искусственным спутником за восемь лет.

Перед тем как начать исследование планеты, аппарат постепенно выходил на круговую орбиту Марса с помощью аэробрейкинга, по аналогии с Mars Global Surveyor. Как и обещал, расскажу про этот манёвр. Для того, чтобы выйти на эллиптическую орбиту, двигатели Одиссеи ненадолго включили, что позволило замедлиться и выйти на неё. С этой орбиты Одиссей постепенно замедлялся с помощью трения о верхние слои атмосферы до полного «округления» орбиты. После этого двигатели снова включаются, дабы зонд перестал замедляться, и аппарат начинает работу.

По расчетам, аэробрейкинг сэкономил около 200 кг топлива. Основываясь на них, НАСА могло помещать аппараты в более дешевые ракеты, что как нельзя лучше повлияло на финансы компании (свидетельство того, что труд экономит деньги, деньги сохраняют миссию, а мозги сохраняют и то, и другое).

Mars Odyssey начал свою научную миссию 19 февраля 2002. В течение нескольких лет были составлены карты распределения льда по поверхности планеты.

Зонд обнаружил солевые и минеральные отложения на местах, где растаял лед.

Составлена карта нейтронного (радиационного) излучения Марса.

Одной из важнейших задач Одиссея была ретрансляция сигнала на Землю марсианских станций, работающих на планете. Так 85% информации, полученной с марсоходов Opportunity и Spirit, было доставлено на землю именно с помощью Одиссея.

В июне 2012 года наблюдались проблемы с одним из гироскопов в зонде. Но благо к 2013 году все удалось поправить. Интересно, что программу Одиссея расширяли неоднократно. Первый раз до 2004 года, второй до 16, ну и третий до двадцать пятого года. Думаю, на этой позитивной ноте мы можем перейти к следующему орбитальному зонду.

Mars Reconnaissance Orbiter. Данный аппарат дословно расшифровывается, как Марсианский Разведывательный Спутник. После расшифровки может показаться, что дело пахнет Пентагоном, но на деле это не так. MRO создавался как «микроскоп на орбите» или, для того чтобы стать аналогом Mars Global Surveyor c расширенными функциями. В числе этих функций: изучение марсианского климата, погоды, атмосферы и геологии. В то же время ему необходимо было продолжать картографию, но уже на более детальном уровне, искать воду и ретранслировать данные с наземных аппаратов (это уже было добавлено в расширенную версию миссии)

Научная аппаратура была обновлена и, дабы не ходить по еще одному кругу ада аппаратуры, разберем только камеру. Камеру, по сравнению с MGS, прокачали в 6 раз. Теперь с помощью нее можно было увидеть марсоход на поверхности и его следы. Для наглядности приведу картинку с описанием разницы двух камер.

Разберем полет. Старт произошел 12 августа 2005 года и через 7.5 месяцев зонд вышел на эллиптическую орбиту. Далее был знакомый нам аэробрейкинг по аналогии с Mars Odyssey. Он прошел очень хорошо и позволил сэкономить 27 кг топлива, которые по идее должны были использовать при коррекциях. Осенью 2006 года «разведчик» начал свою работу. Тогда же начала поступать первая информация. Рассмотрим геологию Марса.

Ну и как же без воды, собственно, за этим и посылались последние миссии на «Красную планету». Она, как обнаружилось, на Марсе в обилии. Причем в разных состояниях.

Взглянем на спускаемые аппараты, которые MRO успешно снимал c разных ракурсов.

Не обошли стороной и спутники Марса — Фобос и Деймос попали в объектив MRO, в своих естественных цветах.

Кстати о них, как мы помним, в 19 веке состоялось их открытие, но полноценное изучение стало возможно с орбиты Марса. Первопроходцем был Маринер-9, который первым запечатлел Фобос и Деймос на свою камеру. Далее их фотографировали Викинги, что интересно все зонды находились выше орбиты полета Фобоса, благодаря этому можно было наблюдать интересное явление — прохода Фобоса над поверхностью Марса.

Первые цветные фотографии двух спутников Марса нам предоставили современные аппараты. В это же время возобновилось их активное исследование, особенно Фобоса. Почему «возобновилось» и почему Фобоса? Во-первых, Фобос ближе к Марсу, следовательно, изучать его проще. А «возобновилось» ввиду того, что попытки его изучения с близкого расстояния и даже посадки на спутник окончились неудачей: Фобос-1, Фобос-2 и Фобос-Грунт (? он вообще не смог выйти на орбиту Земли, хоть и запускался в 2011 году).

Все эти зонды не смогли достичь поставленных целей. Только Фобос-2 смог получить 28 снимков спутника, после чего канул в лету. Несмотря на неудачу прошлых АМС, зонд Mars Express смог приблизиться к Фобосу на расстояние 100 км и сделал снимки с разрешением 16 м. Он же смог получить первые стереоизображения (3D модель) спутника. О Mars Express (и не только) будет рассказано в отдельной статье, так как Mars Express это не американский, а европейский зонд.

Деймос же изучали не так активно, ввиду его большей удаленности от Марса и не такими большими размерами. Все же лучшие на сегодня снимки и картография спутника принадлежит MRO. На их основе было составлено стереоизображение Деймоса, которое я вам сейчас и покажу.

Думаю, почитав о спутниках Марса, мы можем перейти к нашему завершающему зонду — MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN — Эволюция атмосферы и летучих веществ на Марсе). Смотря на его название, мы можем понять, что зонд исследовал марсианскую атмосферу.

Основная цель MAVEN заключалась в исследовании эволюции атмосферы Марса от её прошлого до настоящего моментов и будущего развития. На основании данных, полученных с зонда, была «написана» история марсианской атмосферы. Оборудование, установленное на MAVEN, предназначалось, предназначалось, по большей части, для исследования атмосферы и солнечного ветра.

18 ноября 2013 года зонд был запущен с мыса Канаверал и устремился к Марсу. 22 сентября 2014 года MAVEN вышел на эллиптическую орбиту красной планеты, через 6 недель орбита была «округлена» до более удобной. Также было произведено пять «глубоких проходов» через атмосферу на высоте 125 км для сбора данных нижних слоев атмосферы. Давайте взглянем на орбиту полета зонда, ведь каждая такая гифка — это искусство…

А теперь, я поведаю вам историю марсианской атмосферы. Давным-давно, около 4 миллиардов лет назад, Марс обладал плотной атмосферой с давлением 0.5 бар (на земле чуть больше 1 бара). На нем были моря и океаны, реки и озера, планета «цвела и пахла». Теплый климат поддерживался за счет обилия воды на планете, атмосфера защищала планету от радиации, казалось бы, живи и радуйся, но в течение пятисот миллионов лет в атмосфере начали происходить необратимые процессы. Четыре миллиарда лет назад магнитное поле Марса начало слабеть и через 500 миллионов лет сошло на нет. Еще одним фактором послужила слабая гравитация планеты (в 2 меньше земной). Все это позволило солнечному ветру в течение многих лет упорно «точить» атмосферу. Вследствие этого, Солнце постепенно превратилось в убийцу планеты, снабжая Марс стабильной порцией радиации. Источенная атмосфера не могла удерживать тепло на поверхности планеты, и начались температурные «качели», когда среднегодовая температура была равна -60°C, а летним днем на экваторе достигала +20°C. Около 500 миллионов лет назад большая часть воды либо испарилась, либо ушла под землю, но все же вода на Марсе в жидком виде периодически появляется в виде дождей.

Вот так Марс превратился из цветущей планеты в безжизненную пустыню, где могут выжить только роботы, да и то не всегда. Значительную часть этой истории составил зонд MAVEN, в чем и заключалась его миссия. Ну и в завершение статьи скажу, что в новом 2019 году зонд начал аэробрейкинг с целью достижения круговой орбиты, а не эллиптической. Это было сделано в рамках подготовки к миссии Mars 2020 по отправке на Марс еще одного марсохода в июле 20 года.

На этом юбилейном 20 аппарате НАСА заканчивается на сегодняшний день Американская исследовательская программа Марса с его орбиты…

3. Итог.

Мы разобрали все Американские орбитальные зонды, которые были запущены к Марсу в течение последних 25 лет. Многие из них и по сей день работают на орбите планеты на благо человечества, поставляя нам гигабайты информации о ней. Эти и многие другие зонды в скором времени позволят нам начать колонизировать Марс.

Думаю на этом можно завершить мою статью. Спасибо за прочтение, мой замечательный читатель. Ариведерчи!

Источник: m.vk.com