ЭкзоМарс 2016

14 марта 2016 года с космодрома в Байконуре был запущен космический аппарат программы ЭкзоМарс 2016 — масштабного проекта сотрудничества между Европейским космическим агентством и Роскосмосом. Это первый из двух запланированных запусков космических зондов, целью которых является детальное изучение Марса. Причем запущенный 14 марта аппарат — это не просто запущенный наобум разведчик. Одна из главных целей русско-европейского сотрудничества состоит в поиске источника метана, который докажет существование на Марсе жизни — или же активных геологических процессов.

Суть программы ЭкзоМарс

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

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

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

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

Миссия ЭкзоМарс–2016

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

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

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

Trace Gas Orbiter

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

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

  Составляющие TGO. Смотреть в полном размере.

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

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

Десантный зонд Скиапарелли

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

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

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

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

Будущее ЭкзоМарс

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

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

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

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

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