Десятилетний обзор планетарной науки: планы NASA в Солнечной системе

Первой и очевидной реакцией на десятилетний обзор планетарной науки были шутки или же страх перед неизбежными шутками (речь идёт о весьма распространённом англоязычном юморе, обыгрывающим соответствующее название планеты — Uranus — прим. переводчика). В рамках этого отчёта NASA не только рекомендовало отправить миссию на Уран, но и одобрило соответствующие орбитальный и посадочный аппараты.

Если же оставить подростковый юмор в стороне, миссия к Урану стала самой значимой в рамках десятилетнего обзора как самая крупная или, даже можно сказать, флагманская из-за интереса научного сообщества к изучению планет-ледяных гигантов, Урана и Нептуна. Эти планеты посетил только лишь один космический аппарат – Voyager 2. Он стремительно пролетел мимо, оставив множество вопросов об этих мирах без ответа. В то же самое время подобные ледяные гиганты являются одними из самых распространенных из обнаруженных экзопланет.

«Информация о составе и свойствах любого из них произвела бы революцию в нашем понимании систем ледяных гигантов и происхождения самой Солнечной системы», — сказала Робин Кануп из Юго-Западного исследовательского института, одна из сопредседателей руководящего комитета десятилетнего научного обзора, на мероприятии 19 апреля, посвящённом его представлению. Она добавила, что миссия к Урану обошла в гонке на финансирование орбитальный аппарат для Нептуна, потому что может быть запущена уже в 2031 году без внедрения каких-либо новых технологий.

Вторая по значимости флагманская миссия — это миссия к ледяному спутнику Сатурна Энцеладу, имеющему подповерхностный океан, который потенциально пригоден для жизни. Предполагается, что космический аппарат будет вращаться близ спутника, чтобы собрать образцы вещества из вырывающихся из-под его поверхности гейзеров перед посадкой. Эта миссия обошла более ранние концепции спускаемого модуля к спутнику Юпитера Европе в финансовой гонке, потому что у Энцелада есть заметные, устойчивые выбрасываемые струи, которых нет у Европы, и нет столь сильного радиационного фона, который ограничивал бы срок службы любого посадочного аппарата до нескольких недель по сравнению с годами на Энцеладе.

Ни одна марсианская миссия не вошла в число финалистов, отобранных в ходе десятилетнего обзора планетарной науки, в отличие от предыдущей версии обзора, в рамках которой получила одобрение миссия под названием MAX-C, позже переименованная в Mars 2020, в ходе которой марсоход Perseverance собирает образцы марсианского грунта для последующей их доставки на Землю. Хотя десятилетний обзор и подтвердил продолжение работы над миссией Mars Sample Return (MSR), сам отчёт и действия NASA оставили множество вопросов о долгосрочном будущем миссий по исследованию Марса без ответа.

Пересмотр миссии по доставке на Землю образцов марсианского грунта

Программа MSR действительно получила поддержку в рамках десятилетнего обзора. Её назвали «высшим научным приоритетом» планетарной научной программы NASA. «Доставка образцов с Марса должна быть осуществлена как можно скорее без каких-либо изменений в её текущей конфигурации», — сказал Фил Кристенсен из Университета штата Аризона, другой сопредседатель руководящего комитета десятилетнего обзора, на соответствующем мероприятии.

В обзоре содержится примечательная информация о MSR: стоимость завершения работ по сбору образцов и их доставке на Землю оценивается в 5,3 миллиарда долларов. NASA не раскрыло официальную смету затрат на эту миссию, однако эта сумма больше, чем у предполагаемых миссий к Урану или Энцеладу.

Неясно, отражают ли затраты изменения в структуре MSR. Предыдущий план предусматривал участие трёх аппаратов: марсохода Perseverance для извлечения образцов марсианского грунта, посадочного модуля для их сбора и запуска на орбиту Марса, а также орбитального аппарата для их доставки на Землю. Посадочный модуль и орбитальный аппарат должны были быть запущены в 2026 году, а сами образцы планировалось доставить к 2031 году.

Однако в марте NASA объявило об изменении структуры кампании MSR. Миссия посадочного модуля будет разделена между двумя аппаратами, одним из которых станет европейский марсоход для сбора образцов, оставленных Perseverance, а другим — ракета Mars Ascent Vehicle, которая доставит их на орбиту. Оба теперь запланированы к запуску в 2028 году.

«Анализ фазы “А” показал, что, откровенно говоря, одиночный посадочный модуль нарушает наши концепции безопасности для входа в атмосферу, спуска и посадки. На самом деле это высокий риск», — заявил заместитель администратора NASA по науке Томас Цурбухен на заседании Совета по космическим исследованиям Национальной академии в марте 2022 года. Одному посадочному модулю потребуется гораздо больший теплозащитный экран для входа в атмосферу Марса. Это означает использование более крупного обтекателя полезной нагрузки на запускающей его ракете, чем в предыдущих марсианских миссиях.

Согласно пересмотренному сценарию, орбитальный аппарат для доставки образцов на Землю, построенный ЕКА, будет запущен в 2027 году, а в 2028 году за ним последуют спускаемые аппараты. Он должен будет доставить образцы к 2033 году. Зурбухен не стал обсуждать финансовые последствия пересмотренной архитектуры доставки образцов с Марса. (Сделайте поправку на то, что в июле этого года архитектура миссии вновь претерпела изменения. Мы писали об этом здесь. – прим. ред.).

Этот новый график может создать сложности для ЕКА, которое сталкивается с задержкой своей миссии ExoMars. Хорхе Ваго, научный сотрудник проекта ExoMars, в своём выступлении в мае 2022 года на собрании аналитической группы программы по исследованию Марса (MEPAG) сказал, что считает маловероятным запуск миссии до 2028 года, учитывая работы, необходимые для замены предоставленной Россией посадочной платформы. По его словам, даже запуск в 2028 году, вероятно, потребует помощи от NASA по таким технологиям, как посадочные двигатели и блоки радиоизотопного нагрева, которые используют небольшое количество плутония-238 для выработки тепла, чтобы поддерживать оптимальную температуру космического аппарата.

Согласно этому графику ЕКА должно одновременно подготовить марсоход для одного из посадочных модулей к запуску в 2028 году, и в то же время ему (или же NASA) нужно будет запустить ExoMars с уже готовым марсоходом Розалинд Франклин – оба ровера всего через год после запуска орбитального аппарата под руководством ЕКА. Ваго сказал, что это может означать работу как над MSR, так и над ExoMars в рамках комплексного подхода, и инженерами может быть предпринята попытка найти общие технические решения для обеих миссий сразу.

Что касается стоимости MSR, десятилетний обзор показал, что она может увеличиться на 20%, при этом все расходы, выделяемые на исследование Марса, не превысят свою историческую долю в общем бюджете NASA на планетарную науку. «Сообщество сильно беспокоится по поводу того, что MSR будет расти и поглощать другие части программы, и мы пытались доказать, что нет, это надёжный портфель, это разнообразный портфель, и исследование Марса составляет соответствующий процент от него», — сказал Кристенсен на встрече MEPAG в мае 2022 года. Он добавил, что если стоимость MSR превысит 20%, NASA должно искать возможности увеличения бюджета, чтобы покрыть эти дополнительные расходы. «Он не может поглотить долю остальной части программы».

Будущее аппарата Ice Mapper

Десятилетний обзор также затронул другую единственную крупную миссию на Марс, которую NASA запланировало вне рамок кампании Mars Sample Return — орбитальный аппарат под названием International Mars Ice Mapper, известный как I-MIM или iMIM. Эта миссия, запуск которой должен состоятся не ранее 2026 года, выведет на орбиту Марса космический аппарат, оснащённый георадаром, для поиска подземных ледяных отложений. Марсианский лёд может представлять интерес как для учёных, так и для тех, кто планирует будущие пилотируемые миссии, которые могли бы извлечь выгоду из использования ресурсов на месте — in situ resource utilization (ISRU).

В обзоре высказана обеспокоенность тем, что миссия, как и планировалось, лишь в минимальной степени будет учитывать научные цели и требования к картированию льда Марса, как это определено учёными. «NASA должно рассмотреть реализацию iMIM, которая подготовит людей к ISRU и решит приоритетные вопросы науки о климате на Марсе, связанные с приповерхностным льдом», — заключили в документе.

Однако к тому времени, когда национальные академии выпустили десятилетний обзор, NASA уже решило отказаться от I-MIM. В бюджете агентства на 2023 финансовый год предлагалось прекратить участие NASA в миссии. «В связи с необходимостью финансирования более приоритетных задач, в том числе для покрытия роста расходов, ожидаемых от миссии Mars Sample Return, выделение финансовой поддержки Mars Ice Mapper прекращается», — говорится в бюджетных документах NASA.

«Мы представили отчёт, предполагая, что миссия Ice Mapper является уже утверждённым проектом, — сказал Кристенсен во время презентации десятилетнего обзора на собрании MEPAG в мае 2022 года. — Мы решительно поддерживали эту миссию. В отчёте у нас было несколько предложений о том, как можно её улучшить. Что мы думаем о решении NASA покончить с I-MIM? Мы были удивлены».

Объявление о прекращении финансирования I-MIM было сделано незадолго до того, как учёные и разработчики космических аппаратов встретились на мартовской конференции в Пасадене, посвящённой недорогим концепциям миссии на Марс. I-MIM не обязательно стала бы дешёвой миссией, хотя вклад NASA был относительно небольшим, поскольку Канада предоставляла радиолокационный прибор, Япония — корпус для космического аппарата, а Италия и Нидерланды — другие ключевые подсистемы.

«Основным фактором стала общая нагрузка нескольких проектов на бюджет, — заявил на конференции Эрик Янсон, директор программы исследования Марса в штаб-квартире NASA. — Это не беспрецедентный случай, когда предлагается прекращение финансирования миссии, а затем Конгресс вносит её обратно в список запланированных на предстоящее десятилетие».

Однако он скептически отнёсся к тому, что I-MIM удастся избежать отмены. «Это во многом зависит от того, что стоит на повестке дня, — сказал он, описывая успешные попытки последних лет по возобновлению финансирования миссий по астрофизике и изучению Земли. — Мне не совсем ясно, существует ли серьёзная поддержка Ice Mapper в Конгрессе».

На встрече MEPAG в мае 2022 года Янсон предположил, что I-MIM сможет выжить и без NASA, чья роль ограничивалась управлением проектом и его запуском. «У нас были переговоры с международными партнёрами, — сказал он. — Я знаю, что они продолжают обсуждение потенциального будущего I-MIM».

Решение NASA по поводу проекта было принято в то время, когда группа учёных изучала задачи, стоящие перед миссией, и то, как они смогут соответствовать целям научных исследований и освоения человеком космоса. Работа этой группы по анализу возможностей I-MIM продолжается, сказал её сопредседатель Джеффри Плаут на заседании MEPAG.

«Конгресс только начинает процесс оценки этого бюджетного предложения от президента, и в конечном итоге примет решение об ассигнованиях, — сказал он. — Никто не отказывается от этой миссии, разве что ей не найдётся место в предлагаемом бюджете».

Новый посадочный модуль для поиска жизни

Марс не был включен в число потенциальных кандидатов на флагманскую миссию десятилетия, а также был исключен из рекомендованного списка направлений для серии миссий NASA средней величины New Frontiers.

Тем не менее, в отчёте было рекомендовано осуществление будущей миссии к Марсу с использованием посадочного модуля под названием Mars Life Explorer (MLE), стоимость которой аналогична миссиям серии New Frontiers. «Мы решили, что будет более целесообразно, чтобы стратегическая миссия проводилась в рамках программы исследования Марса», — сказал Кристенсен на встрече MEPAG. Серьёзная работа над MLE начнётся в конце этого десятилетия, после пиковых расходов на кампанию Mars Sample Return, и будет запущена в середине-конце 2030-х годов.

MLE на данный момент — это прежде всего концепция миссии, предназначенной для поиска доказательств существования жизни на Марсе. «Эта и другие миссии среднего класса, рассматриваемые в рамках десятилетнего обзора, являются доказательством того, что научные цели могут быть достигнуты при подобном ограничении затрат», — сказала Эми Уильямс из Университета Флориды на собрании MEPAG.

Концепция подразумевает миссию по изучению ледяных отложений на как можно более низких широтах Марса с использованием бура, который будет собирать образцы с глубины до двух метров под поверхностью, изучать их на наличие биосигнатур и оценивать пригодность этих отложений для жизни. «MLE — это гораздо больше, чем миссия по поиску жизни», — добавилаа она, отметив, что аппарат также сможет изучать геофизические свойства приповерхностных материалов, а также факторы, которые создают, сохраняют и разрушают ледяные отложения.

Аппарат, как и предполагалось, будет использовать систему посадки, подобную той, что была проверена миссиями InSight и Phoenix. Это заставило некоторых задаться вопросом, почему миссия, стоимость которой оценивается в 2,1 миллиарда долларов в независимом анализе, проведенном Aerospace Corporation в рамках обзора, будет такой дорогой. Уильямс сказала, что всю ответственность за столь высокую стоимость несёт выбранный набор инструментов.

Она добавила, что неопределенное будущее I-MIM, предназначенного для картирования подповерхностного льда, не должно повлиять на MLE. «Мы никогда не исходили из того, что для этого нам потребуются данные I-MIM», — сказала она, добавив, что команда, работавшая над концепцией, была уверена, что сможет выбрать посадочную площадку, отвечающую этим требованиям. Однако в более позднем обсуждении на встрече MEPAG некоторые выступали за то, чтобы в рамках миссии был запущен марсоход или другое мобильное устройство для возможности исследования больше находящегося в пределах досягаемости неподвижного посадочного модуля.

В десятилетнем обзоре ничего не говорилось и о других аспектах исследования Марса, включая более мелкие научные миссии и сохранение стареющего флота марсианских орбитальных аппаратов, используемых как для сбора научной информации, так и для ретрансляции данных. Кристенсен пояснил, что десятилетний обзор ограничивается рекомендациями по конкретным более крупным миссиям. Например, была выражена явная поддержка меньшей серии миссий Discovery, но без рекомендации конкретных направлений или типов миссий в рамках этой программы.

Однако он сказал, что знает о растущем интересе к небольшим марсианским миссиям и считает, что они могут вписаться в общую марсианскую программу. «Если программа исследования Марса существует и имеет разумный бюджет, то именно в рамках этой программы и должно быть принято решение о необходимости миссии меньшего размера, и мы считаем, что это потрясающая возможность, — сказал он. — Но мы не думали, что в нашу компетенцию входит обсуждении миссий с такими затратами. Мы могли бы быть намного эффективнее, выступая за расширение программы и позволяя сообществу выяснить, какая архитектура миссии лучше в рамках этой программы».

NASA только начинает изучать десятилетний обзор планетарной науки. Лори Глейз, директор отдела планетологии NASA, заявила на собрании MEPAG, что ожидает «предварительного общественного отклика» в середине июля или через 90 дней после публикации отчёта.

В рамках программы исследования Марса также разрабатывается собственный стратегический план, добавил Янсон, выступая на MEPAG. «Это действительно было темой последних шести месяцев или около того», — сказал он, в том числе и на обсуждении программы, проведённом в декабре прошлого года в Лаборатории реактивного движения. Этот план будет включать в себя рекомендации из десятилетнего обзора и других отчетов, а также семинара по недорогим марсианским миссиям, состоявшегося в марте.

«Есть много идей, и мы хотим попытаться составить комплексную программу», — подытожил он. По его словам, NASA начнёт взаимодействовать с марсианским сообществом, как только будет готова структура этого плана, но не назвал никаких конкретных сроков.