InSight готовится к приземлению на Марс. Космический корабль совершит заход на посадку и приземлится проверенным и верным способом, но, хотя НАСА уже справлялось с этим трюком, десятки вещей должны идти точно по прямой во время входа, спуска и посадки (EDL), чтобы InSight безопасно прибыл на поверхность Красной планеты.
В 14:47 по восточному поясному времени в понедельник, 26 ноября, спускаемый аппарат InSight достигнет верхней части атмосферы Марса, на высоте около 125 километров (70 миль) над поверхностью, со скоростью 5, 5 километра в секунду (12000 миль в час). Абляционный теплозащитный экран из кремнезема поднимется до температуры более 1500 градусов по Цельсию - достаточно горячей, чтобы расплавить сталь. Примерно через три с половиной минуты после входа в атмосферу космический корабль все еще будет лететь на землю со сверхзвуковой скоростью. Парашют развернется для максимально возможного замедления, тепловой экран сработает, и космический корабль начнет искать землю с помощью радара. Приблизительно через шесть минут после попадания в атмосферу, спускаемый аппарат отделится от своей задней оболочки, по-прежнему летая со скоростью около 180 миль в час, и запустит свои ретро-ракеты, чтобы доставить его до дома, приземляясь примерно минуту спустя.
Если все пойдет хорошо - пока инженеры следят за экранами управления в течение «семи минут террора», не имея возможности управлять удаленным аппаратом в режиме реального времени, - InSight приедет на Elysium Planitia в понедельник после Дня благодарения и будет готовиться к изучению сейсмологии и внутреннее тепло Марса. НАСА может утешиться тем фактом, что такие приземления были успешны в прошлом, но когда вы пытаетесь высадить корабль за миллионы миль от вас, невозможно подготовиться к любой возможности.
(Эмили Лакдавалла для Планетарного общества) Всякий раз, когда приближается посадка на Марс, поклонники космоса получают статистику. До приземления Curiosity «более половины всех миссий на Марсе провалились». До запуска ExoMars в Европе «больше миссий провалилось, чем нет: 28 флопов по сравнению с 19 успехами». После того, как орбитальный аппарат ExoMars преуспел, но его спускаемый аппарат не (( по крайней мере, не полностью): «Из приблизительно дюжины миссий роботизированных посадочных аппаратов и марсоходов, запущенных на Марс, только семь были успешными».
Статистика впечатляет, но история, которую они рассказывают, немного устарела. Во второй половине 20-го века произошла впечатляющая серия неудач: Марс-96, Марс-Обозреватель, Марс-Климат-Орбитер и Марс Полярный Ландер по-прежнему страдают от потерь. Но в то время как Россия никогда не достигала полного успеха на Марсе, НАСА, Европейское космическое агентство (ЕКА) и Индийская организация космических исследований (ИСРО) - все это в значительной степени прибито к орбите на Марсе с 2000 года. У Китая, Индии и Японии есть свои вторые миссии на Марсе в работе, и Объединенные Арабские Эмираты планируют свои первые, не говоря уже о амбициях нескольких частных лиц.
Запуск орбиты на Марс стал относительно обычным делом в 21 веке, но высадки на Марс по-прежнему являются одними из самых сложных миссий в дальнем космосе, которые когда-либо предпринимались. У двух успешных орбитальных аппаратов ESA были крошечные корабли, о которых никогда не слышали после приземления, хотя посадочный аппарат Schiaparelli из ExoMars возвращал данные почти на поверхность.
Три вещи делают посадку на Марс намного более сложной, чем посадка на Луну или посадку на Землю. Во-первых, в отличие от Луны, Марс слишком далеко, чтобы любой наземный человек мог оказаться в петле во время попытки приземления. Время, необходимое для прохождения сигнала с Марса на Землю и обратно, составляет не менее девяти минут и обычно намного больше, поэтому к тому времени, когда мы можем услышать и ответить на сигнал о том, что наш космический корабль достиг вершины атмосферы, конечный результат, так или иначе, уже достигнут.
Вторая проблема - атмосфера Марса. Существует как слишком много, так и слишком мало. На Земле, когда астронавты и капсулы с образцами возвращаются из космоса, мы можем защитить космические корабли за теплозащитными экранами и использовать трение при входе в атмосферу для замедления гиперзвукового корабля до дозвуковых скоростей. Когда огненная часть закончилась, мы можем просто вытащить парашют, чтобы еще больше снизить скорость и дрейфовать до легкого (или, по крайней мере, выживаемого) касания земли или воды.
Атмосфера Марса достаточно толстая, чтобы создать огненный вход, требующий теплового экрана, но она слишком тонка для одного парашюта, чтобы замедлить входящий космический корабль до безопасной скорости посадки. Когда Curiosity достигла вершины атмосферы Марса в 2012 году, она двигалась со скоростью 5, 8 километра в секунду (13 000 миль в час). Когда тепловой щит сделал все, что мог, космический корабль все еще падал на землю со скоростью 400 метров в секунду (895 миль в час). Парашют Curiosity мог, и сделал, замедлить его, но только до 80 метров в секунду (179 миль в час). Удариться о землю на такой скорости невозможно, даже для робота.
В безвоздушном мире, таком как луна, тепловые щиты не требуются, и парашюты не приносят пользы. Но не бойтесь, у нас была технология лунных посадок с 1960-х годов: взять несколько ракет и направить их вниз, сводя на нет скорость корабля.
Однако атмосфера на Марсе немного усложняет ситуацию. С движущимся воздухом как дополнительным фактором непредсказуемые ветры могут добавить столь же непредсказуемую горизонтальную скорость нисходящему космическому кораблю. По этой причине районы приземления на Марсе должны иметь низкие региональные склоны. Сильные горизонтальные ветры плюс высокие уклоны могут поставить посадочную площадку гораздо дальше или ближе от земли, чем она ожидает, и любая ситуация может привести к катастрофе.
Иллюстрация посадочного аппарата InSight НАСА, приземляющегося на поверхности Марса. (NASA / JPL-Калифорнийский технологический институт) Поэтому для приземления на Марс требуются три технологии, чтобы достичь поверхности: теплозащитный экран, сверхзвуково развертываемый парашют и реактивные ракеты. Полеты Викингов на Марс в середине 1970-х годов были подготовлены с помощью парашютов, запускающих испытания на суборбитальных ракетах, чтобы убедиться, что они могут надуваться без измельчения на скорости, превышающей скорость звука. Все успешные приземления на Марс с тех пор (все из НАСА) основывались на парашютах с наследием викингов. Недавно НАСА предприняло новые усилия по разработке технологий замедления, позволяющих приземлиться на космическом корабле, более тяжелом, чем зонды Викинга, - усилия, которые изначально не были успешными, что привело к катастрофически измельченным парашютам. (Более поздние тесты работали лучше.)
Имея в виду все это, что мы знаем о том, что пошло не так для недавно вышедших из строя марсианских кораблей? Для двух из них - Mars Polar Lander и Beagle 2 - мы можем только строить догадки. Космический корабль не имел возможности передавать данные телеметрии в реальном времени, когда они спускались. Отказ Марса Полярного Ландера преподал НАСА важный урок: если мы хотим чему-то научиться из наших отказов, нам нужно собрать как можно больше данных до момента сбоя. С тех пор, как в конце 1999 года «Полярный Марс» упал на поверхность, каждый марсианский аппарат, кроме «Бигля 2» ЕКА, передавал данные на орбитальный аппарат, который записывал необработанные радиосигналы для последующего анализа в случае сбоя.
В наши дни на Марсе много орбитальных аппаратов, поэтому мы можем добиться даже большего. Всегда есть один орбитальный аппарат, слушающий и записывающий каждый последний бит радиосигнала с посадочного аппарата, на случай катастрофы. И обычно есть вторичный орбитальный аппарат, который не просто слушает сигнал, но декодирует его и передает информацию на Землю так быстро, как позволяет медленное движение света. Эта передача данных по «изогнутой трубе» дала нам адреналиновую картину попыток приземления на Марс в реальном времени.
Карта Марса, на которой показаны местоположения всех семи успешных посадок НАСА, а также место посадки InSight в плоской области Элизиум Планития. (NASA) Когда InSight приземлится, он будет направлен на Марс-разведчик, чтобы записать телеметрию для последующего анализа, если попытка окажется неудачной. Однако для получения данных посадки в режиме реального времени InSight привел с собой двух маленьких космических спутников: MarCO CubeSats, каждый длиной всего около трех футов. Космический аппарат Mars Cube One - это первый в мире межпланетный самолет CubeSats. Если корабль добьется успеха, мир получит в режиме реального времени отчеты о приземлении InSight, а маленькие космические роботы проложат путь для будущих, более мелких и дешевых поездок на Марс.
Но пока все взгляды на InSight. НАСА успешно приземлилось на Марсе семь раз, и до конца месяца космическое агентство попытается сделать это восемь.
Эмили Лакдавалла - планетарный евангелист в Планетарном обществе и редактор ежеквартальной публикации общества «Планетарный отчет». Ее новая книга «Дизайн и инженерия любопытства: как марсоход выполняет свою работу» .
Дизайн и проектирование любопытства: как марсоход выполняет свою работу
Эта книга описывает самую сложную машину, когда-либо отправленную на другую планету: Любопытство. Это однотонный робот с двумя мозгами, семнадцатью камерами, шестью колесами, ядерной энергией и лазерным лучом на голове. Никто не понимает, как работают все его системы и инструменты. Эта важная ссылка на миссию Curiosity объясняет конструирование каждой системы на ровере, от его реактивного ранца с ракетным приводом до его радиоизотопного термоэлектрического генератора до его чрезвычайно сложной системы обработки проб.
купить
