Первые роботы в космосе - lenoklenka. Подробно о космическом: что и зачем сейчас делает марсоход Curiosity

Роботы не нуждаются в еде, питье и способны работать в крайне неблагоприятных условиях. Вдобавок, потеря автомата лучше гибели астронавта, хотя разработка и производство киберов - занятие недешевое.

Неоспоримое преимущество роботов в космических исследованиях заключается в том, что автоматы не нуждаются в еде, питье и способны работать в крайне неблагоприятных условиях. Что еще важнее, потеря автоматического исследователя гораздо предпочтительнее гибели астронавта, хотя разработка и производство киберов - занятие недешевое.

После "золотой эры" беспилотных исследований, когда зонды из СССР и США бороздили космические просторы Солнечной системы и проводили наблюдения на поверхности Луны, Венеры и Марса, мало уже кто сомневался в том, что автоматические исследовательские аппараты ждет большое будущее. Весьма скоро, в конце декабря этого года, посадочный модуль "Гюйгенс" отделится от аппарата "Кассини", чтобы впервые прилуниться на крупнейшем в Солнечной системе планетоиде Титане. Американские марсоходы Spirit и Opportunity уже доказали, что автоматам по силам исследовательские миссии чрезвычайной сложности, но киберпомощников конструируют не только в NASA.

В научно-техническом центре в Нидерландах (ESTEC) ведется активная работа по созданию автоматических помощников астронавтов, призванных заменить дорогостоящие пилотируемые экспедиции рачительными миссиями роботов.

На Земле роботы, как правило, подменяют людей на всевозможной рутинной работе или в условиях возможного риска для здоровья человека: собирают автомобили, разминируют взрывные устройства, варят трубопроводы на морском дне и трудятся в "горячих" зонах атомных электростанций. Однако использовать автоматы в космосе еще выгоднее, считает Джанфранко Висентин, возглавляющий Отдел автоматизации и роботизации ЕКА (ESTEC). Роботы должны помогать людям или вовсе заменять астронавтов при выполнении особо опасных или сложных задач, при выполнении повторяющихся операций, отнимающих много времени работ и даже миссий, которые человек выполнить просто не может. "Киберы выполняют задания быстрее и точнее людей, и вдобавок, работают круглосуточно, не нуждаясь в перерывах на обед и сон", - подчеркивает Висентин.

Что такое косморобот?

В среде инженеров, занимающихся разработкой беспилотных космических аппаратов, едва ли не всякий автоматический зонд называют космороботом, но Висентин предпочитает более точное определение: "мобильная система, способная манипулировать объектами и достаточно универсальная, чтобы выполнять любой набор подобных заданий автономно или под дистанционным контролем".

Главным образом, задача космических роботов заключается в исполнении определенного цикла операций: установить или направить прибор для проведения измерений, собрать образцы для исследования, собрать некую конструкцию или даже обеспечить астронавта средством передвижения.

В некотором смысле космороботы мало отличаются от своих земных собратьев, подменяя человека тогда, когда требуется выполнить какую-либо работу. Тем не менее, к автоматам для работы в безвоздушном пространстве предъявляются некоторые особые требования. Они должны:

* перенести запуск
* функционировать в сложных условиях враждебной среды, зачастую на большом удалении
* весить как можно меньше, так как каждый килограмм, выведенный на орбиту, стоит дорого
* потреблять мало энергии и иметь долгий срок службы
* работать в автоматическом режиме
* обладать чрезвычайной надежностью

Для соответствия всем этим требованиям требуются передовые и инновационные технологии, а также сложные системы и механизмы. Задача кажется трудновыполнимой, по крайней мере, вовсе не тривиальной, но только так можно конструировать роботы, способные работать за переделами земной атмосферы. При этом единственным преимуществом при работе в космосе является невесомость, позволяющая даже небольшому автомату прилагать минимум усилий для передвижения даже крупных объектов в безвоздушном пространстве.

Типы роботов

Самые распространенные из автоматических аппаратов, использующихся в космических исследованиях - это роверы (луноходы, марсоходы). Такой робот может передвигаться по поверхности другой планеты, неся на борту научные приборы. Как правило, и сам ровер, и научное оборудование на нем функционируют в автоматическом режиме.

Европейское космическое агентство в сотрудничестве с некоторыми промышленными концернами разработало необычайно мелкий микроровер Nanokhod ("Наноход"). Аппарат размером с книжный том весит всего два килограмма, способен нести на борту целый килограмм приборов, исследуя территорию небольшого радиуса вокруг посадочного минимодуля.

Nanokhod создан немецкой компанией von Hoerner & Sulger в сотрудничестве с учеными из Института Макса Планка.

Более крупный робот был спроектирован для сбора образцов грунта других планет. На двенадцатикилограммовом MIRO-2 имеется автоматический бур, который способен извлечь до десяти образцов с разных глубин до двух метров. После выполнения задания этот ровер возвращается на посадочный аппарат, где собранные материалы исследуются при помощи бортовых анализаторов.

MIRO-2 сконструирован компанией Space Systems Finland при участии финского научно-исследовательского центра VTT и Хельсинскского политехнического университета.

Третий минировер, разрабатывающийся в ЕКА - пятнадцатикилограммовый Solero, все энергопотребности которого обеспечиваются солнечной батареей и миниатюрными подзаряжаемыми аккумуляторами. Данный аппарат имеет принципиально новую конструкцию шасси: шесть колес, расположенных по вершинам шестиугольника, обеспечивают ему отличную проходимость.

SOLERO - совместная разработка Швейцарского федерального политехнического института и немецкой фирмы von Hoerner & Sulger.

Уроки природы

Конструкторы роботов черпают вдохновение в творениях природы. Хорошим примером тому служит автомат Aramies/Scorpion, разработкой которого также заведует Европейское космическое агентство. Восемь ног позволяют киберу передвигаться подобно скорпиону по очень пересеченной местности и песчаным дюнам.

Aramies/Scorpion разработан в Бременском университете (Германия)

Еще одним примером воплощения в разработках идей, позаимствованных у природы, является EUROBOT. Автомат величиной с человека предназначен для помощи астронавтам в выполнении разных работ на Международной космической станции. EUROBOT сможет передвигаться по обшивке МКС, удерживаться за поручни подобно астронавту и управляться по телесигналу вышедшими в открытый космос членами экипажа.

Не обошлось без природы и при создании прыгающего робота. При размерах даже меньше сорока сантиметров такой автомат способен перепрыгивать препятствия высотой в два метра. Подобное практически неосуществимо на Земле, с ее силой тяжести, зато вполне возможно на Луне или Марсе.

SHRIMP - это ровер Швейцарского федерального политехнического института (EPFL). Он выбран в качестве шасси для SOLERО.

Висентин особо отмечает, что исследователи ЕКА концентрируют усилия на разработках именно для космоса, от которых почти не будет пользы в земных условиях. "Однако, если такое возможно, мы не против использования наших разработок на нашей планете, просто некоторые функции здесь окажутся невостребованными, - говорит глава ESTEC. - Например, для проведения исследований на Земле едва ли кому-либо пригодится робот-биолог, так как даже с применением самых передовых технологий вряд ли автомат сможет добиться результата, сравнимого с усилиями человека, ученого-биолога. По крайней мере, в наши дни. А вот на Марсе кибер не заменим".

Космос накладывает существенные ограничения на свободу мысли роботехников, и с этими ограничениями не сталкиваются разработчики земных автоматов. Слабейшего давления на орбите достаточно, для того чтобы металлические детали сплавились друг с другом, а атомарный кислород вступает в реакцию практически с любым материалом и сводит на "нет" всю охладительную пользу от конвекции для электроники.

Радиация за пределами земной атмосферы тоже отличается от нам привычной: тяжелые частицы нарушают работу электронных приборов и даже выводят их строя. Термические условия в космосе экстремальны: температура среды скачет в диапазоне от -100 до +100 градусов по Цельсию.

EXOMARS станет полевым роботом-биологом на Марсе. Его разработку одновременно ведут две конкурирующие фирмы - EADS Astrium Ltd. и MD Robotics.

То, что роботам приходится выполнять свои миссии на значительном удалении от центра управления, также влечет определенные трудности для разработчиков автоматики. Радиосигналы контроля и мониторинга преодолевают немалые расстояния, что выражается в длительных задержках во время сеансов связи с аппаратами, и это условие исключает возможность телеуправления кибером в реальном времени. Потому космороботы и создаются такими самостоятельными, способными работать без связи с Землей и справляться, по возможности, с любыми возникающими при выполнении миссии проблемами.

ПрОП-М

Первые попытки отправить на Марс подвижные аппараты предпринял СССР. В 1971 году были запущены два марсохода, которые входили в состав автоматических межпланетных станций «Марс-2» и «Марс-3».

Марсоходы назывались «Приборами оценки проходимости - Марс» (ПрОП-М): в то время еще не было достоверных сведений о марсианском грунте, и аппараты решили оборудовать двумя лыжами по бокам, на которых они должны были буквально шагать по поверхности планеты, какой бы она ни оказалась. С помощью 15-метрового кабеля они были подключены к базовой станции, которая должна была делать снимки поверхности планеты и направлять аппарат на безопасные участки.

Несмотря на небольшой размер, у ПрОП-М уже была автоматическая система управления. Его примитивные контактные датчики могли регистрировать столкновение с препятствием - в этом случае аппарат отходил назад и менял свой курс. Оперативно управлять марсоходом невозможно - сигнал от Земли до Марса идет от 4 до 20 минут.

К сожалению, двум первым марсоходам так и не довелось ступить на поверхность планеты. Спускаемый аппарат «Марс-2» разбился, а «Марс-3» потерял связь с центром управления сразу после посадки.

«Соджорнер»

Следующую попытку изучить Марс с помощью подвижных спускаемых аппаратов предприняло NASA в рамках программы Mars Pathfinder. Основной целью первой миссии агентство ставило отработку мягкой посадки. Спускаемый модуль состоял из неподвижной станции и легкого марсохода «Соджорнер».

Станция использовалась для связи с Землей, так как антенна марсохода могла передавать данные только в радиусе 500 м. Помимо этого на станции было несколько камер и собственная метеостанция. Марсоход весил около 10 кг, каждое из его шести колес вращалось самостоятельно, и он мог преодолевать препятствия высотой до 20 см и склоны до 45°. Энергию ровер получал от солнечных батарей, хотя нес на борту и три радиоизотопных элемента - для поддержания температуры в блоке с электроникой.

После того как спускаемый модуль вошел в атмосферу, его скорость была снижена защитным экраном, а затем парашютом. За несколько секунд до посадки включились тормозные двигатели и надулись амортизационные баллоны. Аппараты коснулись поверхности планеты на скорости 90 км/ч, отскочили от нее несколько раз и наконец остановились.

Так произошла первая в истории успешная посадка полностью исправного марсохода. После того как ровер съехал со станции-ретранслятора, он приступил к исследованиям: анализу близлежащих камней с помощью спектрометра . Всего он передал на Землю 550 снимков планеты и изучил 15 образцов пород. Станция в этот момент снимала панораму:

Марсоход был рассчитан на работу в течение 7-30 сол (марсианские сутки - 24 часа 40 минут), однако смог проработать 83 сола, пока станция-ретранслятор не вышла из строя и он не потерял связь с Землей. За это время «Соджорнер» проехал всего 100 метров.

«Спирит» и «Оппортьюнити»

Марсоходы второго поколения были доставлены на Марс в 2004 году в рамках программы Mars Exploration Rover. Аппараты «Спирит» и «Оппортьюнити» значительно переросли своего предшественника: они достигали 2 метров в длину и весили 185 кг. Для их посадки пришлось существенно доработать парашют и подушки безопасности, однако сам ее принцип не изменился. Новые марсоходы получились более автономными: анализируя стереоизображения со своих камер, роверы создавали трехмерную карту местности и сами выбирали наиболее безопасный маршрут. Кроме камер они несли бур и пару спектрометров, установленных на манипуляторе.

Роверы совершили успешную посадку в разных частях планеты и приступили к геологическим исследованиям. В результате анализа поверхности планеты подтвердилась гипотеза о том, что когда-то на Марсе существовали благоприятные для жизни условия. В частности, выяснилось , что миллиарды лет назад некоторые камни находились в потоке пресной воды - ранее считалось, что жидкость на Марсе если и была, то больше напоминала серную кислоту. Также был уточнен состав атмосферы планеты и проведены астрономические наблюдения.

В ходе эксплуатации марсоходов оказалось, что марсианский ветер довольно эффективно очищает солнечные батареи от пыли, благодаря чему марсоходы проработали значительно дольше запланированных 90 сол. «Спирит» путешествовал по Марсу шесть лет, но потом увяз в песчаной дюне, а «Оппортьюнити» функционирует до сих пор.

«Кьюриосити»

Марсоход третьего поколения «Кьюриосити», совершивший посадку в августе 2012 года, значительно превосходит по массе все предыдущие и представляет собой автономную химическую лабораторию. Для мягкой посадки аппарата весом почти в тонну придумали технологию «Небесный кран»: после финального торможения реактивными двигателями в 20 м от поверхности планеты «Кьюриосити» опустился со специальной конструкции на нейлоновых тросах. Благодаря этому удалось посадить марсоход на собственные колеса, после чего «Небесный кран», увеличив мощность двигателей, отлетел на безопасное расстояние.

В отличие от других марсоходов «Кьюриосити» получает энергию от радиоизотопного генератора, поэтому его мощность не зависит от времени суток и за 14 лет эксплуатации снизится лишь на 20%. Ровер несет на борту огромное количество научного оборудования, в том числе камеры с различными фильтрами, спектрометр и прибор ChemCam, который испаряет горные породы вспышками лазера и анализирует спектр излучаемого света. Помимо этого аппарат способен собирать образцы породы при помощи бура с ковшом и исследовать их в своей химической лаборатории.

«Кьюриосити» стал четвертым успешным марсоходом. В ходе своей миссии ему удалось измерить суточные колебания температур на планете, понаблюдать за солнечным затмением, найти следы древнего ручья, проанализировать сотни образцов породы и сделать бессчетное количество селфи . В настоящий момент ровер приближается к своей конечной цели - горе Шарпа , где он проведет последние исследования. После этого ему останется только делать красивые фото Марса и писать в

Светящаяся на мониторах панорама составлена из кадров, присланных марсоходом на Землю. Голубое небо не должно обманывать: на Марсе оно тускло-желтое, но человеческому глазу привычнее оттенки, которые создаются светом, рассеянным нашей земной атмосферой. Поэтому снимки проходят обработку и отображаются в ненатуральных цветах, позволяя спокойно рассмотреть каждый камешек. «Геология — наука полевая, — объяснил нам профессор Имперского колледжа Лондона Санджев Гупта. — Мы любим пройтись по земле с молотком. Налить кофе из термоса, рассмотреть находки и отобрать самое интересное для лаборатории». На Марсе нет ни лабораторий, ни термосов, зато туда геологи отправили Curiosity, своего электронного коллегу. Соседняя планета интригует человечество давно, и чем больше мы ее узнаем, чем чаще обсуждаем будущую колонизацию, тем серьезнее основания для этого любопытства.

Когда-то Земля и Марс были очень похожи. Обе планеты имели океаны жидкой воды и, видимо, достаточно простой органики. И на Марсе, как на Земле, извергались вулканы, клубилась густая атмосфера, однако в один несчастливый момент что-то пошло не так. «Мы стараемся понять, каким было это место миллиарды лет назад и почему оно настолько изменилось, — сказал профессор геологии из Калифорнийского технологического института Джон Грётцингер в одном из интервью. — Мы полагаем, что там была вода, но не знаем, могла ли она поддерживать жизнь. А если могла, то поддерживала ли. Если и так, то неизвестно, сохранились ли хоть какие-то свидетельства в камнях». Выяснить все это и предстояло геологу-марсоходу.

Curiosity регулярно и тщательно фотографируется, позволяя осмотреть себя и оценить общее состояние. Это «селфи» составлено из снимков, сделанных камерой MAHLI. Она расположена на трехсуставном манипуляторе, который при объединении снимков оказался почти не виден. В кадр не попали находящиеся на нем ударная дрель, ковшик для сбора рыхлых образцов, сито для их просеивания и металлические щеточки для очистки камней от пыли. Не видны также камера для макросъемки MAHLI и рентгеновский спектрометр APXS для анализа химического состава образцов.

1. Мощным системам ровера солнечных батарей не хватит, и питание ему обеспечивает радиоизотопный термоэлектрогенератор (РИТЭГ). 4,8 кг диоксида плутония-238 под кожухом ежедневно поставляют 2,5 КВт·ч. Видны лопасти охлаждающего радиатора. 2. Лазер прибора ChemCam выдает по 50−75 наносекундных импульсов, которые испаряют камень на расстоянии до 7 м и позволяют анализировать спектр получившейся плазмы, чтобы установить состав цели. 3. Пара цветных камер MastCam ведет съемку через различные ИК-светофильтры. 4. Метеостанция REMS следит за давлением и ветром, температурой, влажностью и уровнем ультрафиолетового излучения. 5. Манипулятор с комплексом инструментов и приборов (не виден). 6. SAM — газовый хроматограф, масс-спектрометр и лазерный спектрометр для установления состава летучих веществ в испаряемых образцах и в атмосфере. 7. CheMin выясняет состав и минералогию измельченных образцов по картине дифракции рентгеновских лучей. 8. Детектор радиации RAD заработал еще на околоземной орбите и собирал данные на протяжении всего перелета к Марсу. 9. Детектор нейтронов DAN позволяет обнаруживать водород, связанный в молекулах воды. Это российский вклад в работу марсохода. 10. Кожух антенны для связи со спутниками Mars Reconnaissance Orbiter (около 2 Мбит/с) и Mars Odyssey (около 200 Мбит/с). 11. Антенна для прямой связи с Землей в Х-диапазоне (0,5−32 кбит/с). 12. Во время спуска камера MARDI вела цветную съемку с высоким разрешением, позволив детально рассмотреть место посадки. 13. Правая и левая пары черно-белых камер Navcams для построения 3D-моделей ближайшей местности. 14. Панель с чистыми образцами позволяет проверить работу химических анализаторов марсохода. 15. Запасные биты для дрели. 16. В этот лоток ссыпаются подготовленные образцы из ковшика для изучения макрокамерой MAHLI или спектрометром APXS. 17. 20-дюймовые колеса с независимыми приводами, на титановых пружинящих спицах. По следам, оставленным рифлением, можно оценить свойства грунта и следить за движением. Рисунок включает буквы азбуки Морзе — JPL.

Начало экспедиции

Свирепый Марс — несчастливая цель для космонавтики. Начиная с 1960-х к нему отправилось почти полсотни аппаратов, большинство из которых разбилось, отключилось, не сумело выйти на орбиту и навсегда сгинуло в космосе. Однако усилия не были напрасны, и планету изучали не только с орбиты, но даже с помощью нескольких планетоходов. В 1997 году по Марсу проехался 10-килограммовый Sojourner. Легендой стали близнецы Spirit и Opportunity: второй из них героически продолжает работу уже больше 12 лет подряд. Но Curiosity — самый внушительный из них, целая роботизированная лаборатория размером с автомобиль.

6 августа 2012 года спускаемый модуль Curiosity выбросил систему парашютов, которые позволили ему замедлиться в разреженной атмосфере. Сработали восемь реактивных двигателей торможения, и система тросов осторожно опустила марсоход на дно кратера Гейла. Место посадки было выбрано после долгих споров: по словам Санджева Гупты, именно здесь нашлись все условия для того, чтобы лучше узнать геологическое — видимо, весьма бурное — прошлое Марса. Орбитальные съемки указали на наличие глин, появление которых требует присутствия воды и в которых на Земле неплохо сохраняется органика. Высокие склоны горы Шарпа (Эолиды) обещали возможность увидеть слои древних пород. Довольно ровная поверхность выглядела безопасной. Curiosity успешно вышел на связь и обновил программное обеспечение. Часть кода, использовавшегося при перелете и посадке, заменилась новой — из космонавта марсоход окончательно стал геологом.

Год первый: cледы воды

Вскоре геолог «размял ноги» — шесть алюминиевых колес, проверил многочисленные камеры и протестировал оборудование. Его коллеги на Земле рассмотрели точку посадки со всех сторон и выбрали направление. Путь до горы Шарпа должен был занять около года, и за это время предстояло немало работы. Прямой канал связи с Землей не отличается хорошей пропускной способностью, но каждый марсианский день (сол) над марсоходом пролетают орбитальные аппараты. Обмен с ними происходит в тысячи раз быстрее, позволяя ежедневно передавать сотни мегабит данных. Ученые анализируют их в Обсерватории данных, рассматривают снимки на экранах компьютеров, выбирают задачи на следующий сол или сразу на несколько и отправляют код обратно на Марс.

Работая практически на другой планете, многие из них вынуждены сами жить по марсианскому календарю и подстраиваться под чуть более длинные сутки. Сегодня для них — «солдня» (tosol), завтра — «солвтра» (solmorrow), а сутки — просто сол. Так, спустя 40 солов Санджев Гупта выступил с презентацией, на которой объявил: Curiosity движется по руслу древней реки. Мелкая, обточенная водой каменная галька указывала на течение со скоростью около 1 м/с и глубину «по щиколотку или по колено». Позднее были обработаны и данные с прибора DAN, который для Curiosity изготовила команда Игоря Митрофанова из Института космических исследований РАН. Просвечивая грунт нейтронами, детектор показал, что до сих пор на глубине в нем сохраняется до 4% воды. Это, конечно, суше, чем даже в самой сухой из земных пустынь, но в прошлом Марс все-таки был полон влаги, и марсоход мог вычеркнуть этот вопрос из своего списка.

64 экрана высокого разрешения создают панораму охватом 313 градусов: Обсерватория данных KPMG в Имперском колледже Лондона позволяет геологам перенестись прямо в кратер Гейла и работать на Марсе почти так же, как на Земле. «Посмотрите поближе, вот здесь тоже следы воды: озеро было довольно глубоким. Конечно, не таким, как Байкал, но достаточно глубоким», — иллюзия была настолько реальной, что казалось, будто профессор Санджев Гупта перепрыгивал с камня на камень. Мы посетили Обсерваторию данных и пообщались с ученым в рамках мероприятий Года науки и образования Великобритании и России — 2017, организованного Британским советом и посольством Великобритании.

Год второй: cтановится опаснее

Свой первый юбилей на Марсе Curiosity встретил празднично и сыграл мелодию «С днем рожденья тебя», меняя частоту вибраций ковшика на своем тяжелом 2,1-метровом манипуляторе. Ковшиком «роборука» набирает рыхлый грунт, ровняет, просеивает и ссыпает немного в приемники своих химических анализаторов. Бур с полыми сменными битами позволяет работать с твердыми породами, а податливый песок марсоход может разворошить прямо колесами, открыв для своих инструментов внутренние слои. Именно такие эксперименты вскоре принесли довольно неприятный сюрприз: в местном грунте обнаружилось до 5% перхлоратов кальция и магния.

Вещества это не только ядовитые, но и взрывчатые, а перхлорат аммония и вовсе используется как основа твердого ракетного топлива. Перхлораты уже обнаруживались в месте посадки зонда Phoenix, однако теперь выходило, что эти соли на Марсе — явление глобальное. В ледяной бескислородной атмосфере перхлораты стабильны и неопасны, да и концентрации не слишком высоки. Для будущих колонистов перхлораты могут стать полезным источником топлива и серьезной угрозой здоровью. Но для геологов, работающих с Curiosity, они способны поставить крест на шансах обнаружить органику. Анализируя образцы, марсоход нагревает их, а в таких условиях перхлораты быстро разлагают органические соединения. Реакция идет бурно, с горением и дымом, не оставляя различимых следов исходных веществ.

Год третий: у подножия

Однако и органику Curiosity обнаружил — об этом было объявлено позже, после того как на 746-й сол, покрыв в общей сложности 6,9 км, марсоход-геолог добрался до подножия горы Шарпа. «Получив эти данные, я сразу подумал, что нужно все обязательно перепроверить», — сказал Джон Грётцингер. В самом деле, уже когда Curiosity работал на Марсе, выяснилось, что некоторые земные бактерии — такие как Tersicoccus phoenicis — устойчивы к методам уборки чистых комнат. Подсчитали даже, что к моменту запуска на марсоходе должно было остаться от 20 до 40 тыс. устойчивых спор. Никто не может поручиться, что какие-то из них не добрались с ним до горы Шарпа.

Для проверки датчиков имеется на борту и небольшой запас чистых образцов органических веществ в запаянных металлических контейнерах — можно ли стопроцентно уверенно сказать, что они остались герметичными? Однако графики, которые предъявили на пресс-конференции в NASA, сомнений не вызывали: за время работы марсианский геолог зафиксировал несколько резких — сразу в десять раз — скачков содержания метана в атмосфере. Этот газ вполне может иметь и небиологическое происхождение, но главное — когда-то он мог стать источником более сложных органических веществ. Следы их, прежде всего хлорбензол, обнаружились и в грунте Марса.

Годы четвертый и пятый: живые реки

К этому времени Curiosity пробурил уже полтора десятка отверстий, оставив вдоль своего пути идеально круглые 1,6-сантиметровые следы, которые когда-нибудь обозначат туристический маршрут, посвященный его экспедиции. Электромагнитный механизм, заставлявший дрель совершать до 1800 ударов в минуту для работы с самой твердой породой, вышел из строя. Однако изученные выходы глин и кристаллы гематита, слои силикатных шпатов и прорезанные водой русла открывали уже однозначную картину: некогда кратер был озером, в которое спускалась ветвящаяся речная дельта.

Камерам Curiosity теперь открывались склоны горы Шарпа, сам вид которых оставлял мало сомнений в их осадочном происхождении. Слой за слоем, сотнями миллионов лет вода то прибывала, то отступала, нанося породы и оставляя выветриваться в центре кратера, пока не ушла окончательно, собрав целую вершину. «Там, где сейчас возвышается гора, когда-то был бассейн, время от времени заполнявшийся водой», — пояснил Джон Грётцингер. Озеро стратифицировалось по высоте: условия на мелководье и на глубине различались и температурой, и составом. Теоретически это могло обеспечить условия для развития разнообразных реакций и даже микробных форм.

Цвета на трехмерной модели кратера Гейла соответствуют высоте. В центре расположена гора Эолида (Aeolis Mons, 01), которая на 5,5 км возвышается над одноименной равниной (Aeolis Palus, 02) на дне кратера. Отмечено место посадки Curiosity (03), а также долина Фарах (Farah Vallis, 04) — одно из предполагаемых русел древних рек, впадавших в ныне исчезнувшее озеро.

Путешествие продолжается

Экспедиция Curiosity далеко не закончена, да и энергии бортового генератора должно хватить на 14 земных лет работы. Геолог остается в пути уже почти 1750 солов, преодолев больше 16 км и поднявшись по склону на 165 м. Насколько могут заглянуть его инструменты, выше по‑прежнему видны следы осадочных пород древнего озера, но как знать, где они кончаются и на что еще укажут? Робот-геолог продолжает восхождение, а Санджев Гупта и его коллеги уже выбирают место для посадки следующего. Несмотря на гибель спускаемого зонда Schiaparelli, орбитальный модуль TGO в прошлом году благополучно вышел на орбиту, запустив первый этап европейско-российской программы «Экзомарс». Марсоход, который должен стартовать в 2020 году, станет следующим.

Российских приборов в нем будет уже два. Сам робот примерно вдвое легче Curiosity, зато его бур сможет забирать пробы с глубины уже до 2 м, а комплекс приборов Pasteur включит инструменты для прямого поиска следов прошлой — или даже сохранившейся до сих пор — жизни. «У вас есть заветное желание, находка, о которой вы особенно мечтаете?» — спросили мы профессора Гупту. «Безусловно, есть: окаменелость, — ученый ответил не раздумывая. — Но это, конечно, вряд ли произойдет. Если жизнь там и была, то только какие-нибудь микробы… Но ведь, согласитесь, это стало бы чем-то невероятным».

Эксперт рассказал нам, как и зачем нужно колонизировать Красную планету

Фото: REUTERS

Изменить размер текста: A A

В новой программе Радио "Комсомольская правда" "Кот Шредингера " мы встретились с Александром Родиным , физиком и планетологом из МФТИ , участником подготовки марсианских экспедиций, в том числе миссии «ЭкзоМарс» - совместного проекта Роскосмоса и Европейской Космической Ассоциации, связанного с поисками жизни на Красной планете.

Что случилось со Скиапарелли

Начать, разговор хочется с события, которое несколько дней назад встревожило всех любителей космоса – аварии аппарата Скиапарелли. Что там произошло?

Через несколько минут после установления канала связи, уже после раскрытия парашюта, сигнал был потерян . И с тех пор ни слуху, ни духу. А почему сигнал потерян, мы не знаем. Может, что-то случилось, и аппарат погиб механически. Что-то подобное случилось в начале 2000-х годов с американским аппаратом, который раскрыл парашют, а потом решил, что он уже приземлился, и на довольно большой высоте этот парашют отстегнул.

Но на самом деле, произошло не одно, а два события. И потеря Скиапарелли – не самое важное из них. Намного важнее хорошая новость - на опорную орбиту вокруг Марса вышел спутник для исследования газа в малых концентрациях. Этот орбитальный аппарат, будем надеяться, проработает еще лет десять – ему предстоит выполнить масштабную научную программу по изучению марсианской атмосферы.

- Что там так долго изучать?

За последние полтора десятка лет на Марсе не было дня, когда бы там не работали космические аппараты. Сейчас, эта планета, по сути дела, населена роботами. И нам уже интересно не просто прилететь и померить, как было XX веке. Эпоха великих географических открытий в ближайшем космосе завершена. Сейчас нас интересует динамика климата, его изменения - эти вещи мониторятся долго, тщательно, с высокой детализацией и потом так же тщательно анализируются.

- А что должен был делать Скиапарелли, приземлившись на поверхность?

Самое смешное, что ничего. Но давайте сначала скажем немного о том, кто такой Скиапарелли. Это итальянский астроном, который в XIX веке увидел каналы на Марсе. Наблюдая это мутное пятнышко, вглядываясь в темноту, он увидел там какие-то тоненькие ниточки, черточки и решил, что это каналы. А потом он обнаружил, что «каналы» меняются от сезона к сезону, и решил, что там живут марсиане, занимаются ирригацией, выращивают что-то. В ту пору это очень взбудоражило умы.

Во времена моего советского детства над ним смеялись, а теперь опять вроде бы начали видеть – правда, уже не каналы, а «русла высохших рек».

Я эти каналы видел собственными глазами. В довольно тяжелые времена, в середине 90-х мы наблюдали Марс на Северном Кавказе , на самом большом на материке зеркальном телексопе БТА. У этого огромного телескопа была ручная, как у подъемного крана, система наведения и черно-белый монитор. А вокруг собачий холод. И вот когда вглядываешься в этот монитор, пытаешься вручную поле зрения спектрометра удержать на объекте, а вокруг 30 градусов мороза , то видишь эти самые каналы. Вообще, это особенность нашего зрения - когда мы вглядываемся в какой-то трудноразличимый объект, наше сознание выделяет в нем какие-то черточки, осмысленные детали.

«Привенериться» легко, а «примарситься» трудно

- Вы сказали, что у аппарата Скиапарелли не было научной цели?

Это просто железка, его главной целью было примарситься, совершить мягкую посадку.

- А зачем?

Среди профессионалов такой вопрос тоже задают. Официально заявляется, что это отработка технологии посадки на Марс. Потому что сейчас этой технологией владеет только НАСА . Европейское Космическое Агентство опытом посадки на Марс не обладает, несмотря на очень успешную посадку на Титан, спутник Сатурна . Советский Союз садился на Марс в последний раз лет 45 назад. Воды утекло с тех пор довольно много. А ведь у этой миссии будет продолжение – в 2020 году будет запущен марсоход, который должен будет примарситься на российской посадочной платформе. Это очень серьезный вызов.

- Его уже создают?

Полным ходом идет разработка посадочной платформы, а марсоход уже фактически создан. Платформа - это самостоятельный посадочный аппарат со своей научной нагрузкой, там будут российские приборы. Но сама технология посадки – это очень сложный, рискованный процесс, и понятно желание ЕКА попробовать, раз есть такая возможность.

- А почему так сложно сесть на Марс? Казалось бы - распустить большой парашют…

Посадка на Марс гораздо сложнее, чем например, на Венеру . Садиться на Венеру это все равно, что садиться на дно аквариума. Плотность ее атмосферы всего лишь в 10 раз меньше, чем плотность воды.

- То есть, не надо ничего делать, ты сам опустишься постепенно?

Да. Главное – выдержать страшное давление и огромную температуру. А на Марсе атмосфера очень разреженная, всего лишь 1% от земной атмосферы. Сойти с космической скоростью с орбиты и аккуратно посадить аппарат на поверхность такой планеты – это очень непростая задача. Напомню, кстати, что сейчас только две страны в мире владеют технологией посадки людей на Землю из космоса - Россия и Китай . Причем Китай только недавно достиг этого, а США эту технологию потеряли и пока не восстановили.

- Из-за шаттлов?

Да, программа «Спейс Шаттл» оказалась неприемлемо опасной, слишком велик риск жертв среди людей, и от нее пришлось отказаться, а новый аппарат пока в стадии разработки. Сейчас наш «Союз» – единственное средство, на котором космонавты летают на МКС .

В общем, посадка на Марс - крайне непростое дело, и надо понимать, что любые нештатные ситуации здесь абсолютно ожидаемы и ничего страшного в этом нет.

Есть ли жизнь на Марсе?

А что важного мы узнали, благодаря последним экспедициям на Марс? В основном мы видим разные красивые фотографии, впрочем, вполне похожие на земную пустыню.

Это очень резонный вопрос. Наверное, главное, что мы узнали, - что там очень неуютно. Еще в 1970-х годах после первых советских и американских аппаратов была реализована масштабная миссия «Викинг» - два орбитальных аппарата и два посадочных аппарата, которые прожили там по два марсианских года. С тех пор была надежда, что, даже если сейчас Марс непригоден для жизни, то, возможно, она была в прошлом.

Тогда мы и увидели снова «каналы» - точнее, гигантские каньоны, когда-то проделанные потоками воды. И большое распространение получила гипотеза о том, что в геологическом прошлом у Марса был очень мягкий климат, там было тепло, была плотная атмосфера, и возможно была какая-то жизнь.

- Но это мы узнали еще в прошлом веке, а в что новом?

Главным открытием последнего десятилетия стала находка метана, обычного природного газа, в атмосфере Марса. Правда, он находится там в совершенно ничтожных количествах. В обычном воздухе, которым мы дышим, этого метана примерно 1- 2 миллионные части, а на Марсе его еще в тысячу раз меньше – одна миллиардная доля. Но откуда он там взялся? На Земле метан связан с бактериями – его выделяют торфяники, болота, помойки, канализация, - даже мы с вами.

- Его могли оставить марсиане, которые жили очень давно?

Нет, молекула метана неустойчива и под действием солнечного света она разваливается – примерно через тысячу лет никакого метана бы не осталось. Значит, какой-то непонятный источник метана есть сейчас. Метан выделяют вулканы, но на Марсе нет вулканов. Поэтому ученые не исключают, что глубоко под поверхностью Марса есть какие-то колонии бактерий.

- То есть, жизнь на Марсе не только была в прошлом, но, возможно, есть и сейчас?

Мы не можем этого исключать, но и утверждать тоже не можем.

- Миссия «Экзо-Марс» как раз и направлена на поиски жизни, да?

Да, «экзо» - это приставка от названия науки экзобиологии, которая изучает возможность существования жизни вне земной биосферы.

- Но это именно бактерии? Не многоклеточные существа с ножками или щупальцами?

Нет, именно бактерии. На Земле тоже есть анаэробные, то есть не потребляющие кислород бактерии, живущие на глубине до нескольких километров под поверхностью. Они перерабатывают неорганическую материю, буквально едят камни и выделяют примитивные органические вещества, в том числе метан. Практически весь метан, который в нашем воздухе, является продуктом их жизнедеятельности.

А ведь американцы уже однажды проводили анализ марсианского грунта на содержание там жизни и вроде бы ничего не нашли.

Этот подход признан некорректным. Нельзя поставить эксперимент, который однозначно бы доказал отсутствие жизни. Есть легенда о том, что когда-то перед запуском одного из советских «Марсов» Королеву принесли прибор для обнаружения жизни. «Отнесите его в степь и обнаружьте там жизнь», - сказал Королев. И прибор не смог это сделать. Так что пока у нас есть только неразрешенная загадка метана и больше никаких данных, подтверждающих или опровергающих жизнь на Марсе.

Как мы покорим Марс

- Но на втором этапе экспедиции ЭкзоМарс мы собираемся анализировать новые пробы грунта?

Второй этап миссии ЭкзоМарс вообще очень интересный. Мы запустим марсоход, тяжелый и неповоротливый, зато с буровой установкой. Он сможет пробурить слой породы примерно на 2 метра и, возможно, добурится до тех самых бактерий. Это лишь одна из его задач, еще он будет заниматься изучением геологической истории и истории климата Марса.

- А что вы думаете о перспективах колонизации Марса?

Я противник планов колонизации Марса людьми – смысла нет. Наивно предполагать, что если на Земле жить будет негде, то мы найдем пристанище на Марсе. Площадь у Марса не такая большая. На поверхности человеку там жить невозможно из-за радиации, придется куда -то зарываться. А зачем куда-то лететь, чтобы жить под землей? Кроме того, коммуникация будет очень дорогая, а опыт колонизации на Земле свидетельствует, что колония развивается только тогда, когда есть постоянный канал коммуникации с метрополией.

Зато я считаю абсолютно правильной задачу колонизации Марса роботами. Идея постоянного нахождения каких-то аппаратов на Марсе, их коммуникации друг с другом, снабжения друг друга, построения такой сети - это вполне реальная задача. Физически ведь человеку совершенно не обязательно там находиться для того, чтобы владеть этим пространством.

- А зачем нам владеть Марсом?

Если говорить о практическом использовании планеты Марс, одна из первых задач может быть связана с климатом Марса. Это полигон, на котором мы можем ставить эксперименты по управлению глобальным климатом. В советские времена термоядерную бомбу испытывали на Новой земле - а теперь у нас есть «Новая земля» размером с планету. Ни Марсу, ни человечеству мы не навредим, зато сможем отработать эти технологии. Ведь в будущем нам придется как-то управлять ухудшающимся климатом, в этом я не сомневаюсь.

- Я начинаю завидовать роботам. Людям останется одна Земля, а всюду будут цивилизации роботов…

К сожалению, так и будет. Но конечно, люди хоть один раз, но все-таки слетают на Марс. Просто потому, что человек это может - а все, что может, человек должен попробовать.

MarsExplorationRover– это знаменитая программа NASA, направленная на всестороннее исследование планеты Марс. В рамках данной программы практически одновременно на поверхность «красной планеты» были доставлены два марсохода – Spirit и Opportunity. В 2012 году, в связи с выходом из строя аппарата Spirit и с постановкой новых научных задач, NASA доставляет на поверхность планеты марсоход нового поколения Curiosity, который ощутимо больше и тяжелее своих предшественников.

Первые шаги по планете Марс: Spirit и Opportunity

Марсоход Spirit опустился на поверхность Марса 3 января 2004 года. Opportunity присоединился к нему уже 25 января того же года. Что касается третьего всемирно известного марсохода Curiosity, то он достиг поверхности Марса 6 августа 2012 года, и сразу же приступил к работе.

Нужно сказать, что Spirit осуществил ряд интересных открытий. В частности, по результатам проб марсианского грунта, сделанных этим аппаратом, учёные смогли выдвинуть гипотезу о том, что в прошлом на Марсе были отличные условия для жизни микроорганизмов. Не смотря на то, что миссия этого марсохода должна была продлиться 90 дней, его использовали свыше шести лет. Связь со Spirit прервалась 23 июля 2010 года.

Opportunity, прибывший на три недели позже, чем Spirit работает до сих пор. Нужно отметить, что именно Opportunity смог найти на Марсе следы целого пересохшего океана. Кроме того, ему принадлежат очень точные измерения различных параметров марсианской атмосферы.

Исследование Марса Curiosity

Марсоход Curiosity – это не просто прекрасный марсианский вездеход нового поколения, но ещё и довольно крупная автономная химическая лаборатория. Основной задачей использования данного аппарата является проведение целого ряда глубоких исследований грунта и атмосферы. Сейчас марсоход занимается изучением геологической истории «красной планеты» в кратере Гейла, где есть возможность работать с глубинными грунтами.

Марсоход, который весит на Земле 900 кг 3 метра длины и 2,7 метра ширины, имеет 3 пары колес диаметром 50 см, способен передвигаться в любом направлении и передавать на Землю данные о проб грунта, снимки с поверхности планеты и другую ценную информацию. Ожидаемое время миссии 1 марсианский год, что равно 687 земных дней.

Первая цель после посадки, которую NASA Curiosity благополучно совершил 6 августа этого года в кратер Гейла диаметром в 150 км, стало путешествие к подножью горы Шарпа. Сама гора имеет высоту 5,5 км. Задача изучить версию воздействия водных потоков, которыми когда-то подвергались склоны горы Шарпа, но на данный момент марсоход на месте посадки обнаружил не так много воды, как того ожидалось по расчетам, всего 1,5%. А ведь предполагали ее наличие от 5,6 до 6,5%.

Основные результаты работы Curiosity состоят в том, что им была определена двухслойность марсианского грунта. Первый, так называемый сухой слой, практически не содержит воды. В то же время, на глубине свыше 40 см. содержание воды составляет порядка 4%.

И вот, получены качественные при помощи наложенных фильтров снимки с марса, который передал марсоход Curiosity. На одном из снимков виднеется подножье горы Шарпа к которой следует Curiosity.

Тем не менее, первые данные настоящей хроники с Марса получены. Температура окружающего воздуха +3 градуса по Цельсию и несколько любопытных снимков, на одном из них хорошо видна гора Шарпа к которой движется марсоход. Правда, достигнет ее он только к новому году на земле, ведь его скорость очень низкая, всего 0,14 км/ч.

(Видео поверхности планеты Марс, переданное марсоходом Curiosity)

Перед тем, как направиться к горе, марсоход NASA Curiosity проверил всю аппаратуру, сделал множество снимков, пошевелил буром и опробовал лазерную пушку, назначение которой не защита от марсиан, а сбор анализа образцов почвы и воздуха на расстоянии.

На данный момент из трёх марсоходов, запущенных в период с 2003 года, на Марсе работают два. За это время сделано множество научных открытий разных масштабов.

Ведущие мировые эксперты полагают, что основой успеха американских марсоходов является умение их создателей учиться на собственных ошибках. Соответственно, каждый новый аппарат становится более совершенным, чем его предшественники.

Любопытный факт. Сотрудники Nasa предусмотрели вариант первого знакомства с "марсианами". Так после приземления, марсоход первым делом обратился с приветствием к пустынной планете голосом директора NASA Чарльза Болдена и переслал на землю песню Will.I.Am.