06.05.2018

InSight: к Марсу и вглубь

5 мая успешно стартовал автоматический космический аппарат InSight, предназначенный для исследования Марса. Спустя почти восемь месяцев полета он достигнет Марса, и его посадочный модуль должен будет опуститься на поверхность планеты. Мы расскажем о задачах аппарата и трудностях, с которыми ему придется столкнуться при их выполнении.

Напомним, запуск миссии InSight состоялся со стартового комплекса базы Вандерберг в Калифорнии в 4 часа 5 минут по местному времени. Примечательно, что это первый в истории запуск межпланетного аппарата НАСА не с мыса Канаверал, а с космодрома на тихоокеанском побережье. Благодаря тому, что вывод аппарата на орбиту осуществляла не ракета-носитель «Дельта-2», как планировалось изначально, а более мощная ракета «Атлас-5», организаторы проекта получили возможность выбирать космодром даже с менее выгодной стартовой траекторией. Они предпочли Калифорнию Флориде, так как, по словам руководителя проекта Тома Хофмана (Tom Hoffman), тихоокеанский стартовый комплекс менее загружен.

Для названия космического аппарата было использовано английское слово insight, означающее «прозрение, понимание, проникновение в суть». Но одновременно это название представляет собой аббревиатуру от Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport, что можно перевести как «изучение недр с использованием сейсмических исследований, геодезии и теплового потока». Таким образом, задача InSight состоит в изучении геологии Марса (видимо, правильнее будет сказать – ареологии), его внутреннего строения и тектонических процессов. Эти исследования позволят лучше понять условия формирования не только Марса, но и других каменных планет Солнечной системы, включая Землю. Конечно, изучением эволюции планет земной группы можно заниматься и на примере Земли, не отправляя приборы за 300 миллионов километров. Но научный руководитель проекта InSight Брюс Банердт (W. Bruce Banerdt) указывает, что есть смысл искать ответы на вопросы о ранних стадиях эволюции каменных планет не на Земле, а на Марсе, так как на Земле информация о геологической истории в существенной мере скрыта продолжающимся движением литосферных плит и активной конвекцией мантии. На Марсе тектоника плит в нынешнюю слабая, об этом свидетельствуют формы геологических структур на его поверхности, постоянство местоположения марсианских вулканов и размер этих вулканов, которые значительно превышают земные вулканы.

Но прежде, чем приступить к исследованиям, аппарат должен попасть на Марс, а это задача непростая. Посадка на Марс – дело рискованное, недаром специалисты НАСА называют время, которое спускаемый аппарат проводит в атмосфере Марса, «семью минутами ужаса». Причина — в разреженности атмосферы Марса. Из-за нее космические аппараты лишены возможности эффективно тормозить свое движение, поэтому повышается вероятность, что они разобьются о поверхность Марса. Именно из-за этого неудачей кончилась первая в истории попытка посадить космический аппарат на Марс («Марс-2», 1971). Летопись потерь весьма обширна. В 1974 году при посадке были потеряны «Марс-6» и «Марс-7», в 1999 году потерпел аварию при посадке аппарат Mars Polar Lander. В 2003 году сел на Марс, но не смог развернуть солнечные батареи и не вышел на связь «Бигль-2».

При разработке миссии InSight было решено воспользоваться опытом одной из удачных мягких посадок на Марс, которую в 2008 году совершил аппарат «Феникс». Тогда сочетались торможение при помощи парашюта и при помощи реактивных двигателей. Тут очень важно точное соблюдение посадочной траектории и раскрытие парашюта в строго определенный момент, иначе эффективно затормозить посадочный модуль не получится.

26 ноября 2018 года InSight войдет в атмосферу Марса со скоростью 560 метров в секунду. Чтобы обезопасить аппарат при трении об атмосферу, он снабжен специальным термозащитным экраном. В нужный момент раскроется парашют, термозащитный экран будет сброшен. В ходе спуска радар будет постоянно определять расстояние до поверхности Марса, чтобы определить момент, когда InSight будет должен избавиться от парашюта и перейти к спуску при помощи тормозящих реактивных двигателей. Наконец, в момент посадки, когда скорость аппарата должна будет снизиться до двух метров в секунду, выдвинутся опоры, которые примут на себя удар.

После удачной посадки InSight должен будет подготовиться к работе, а именно установить на поверхность Марса имеющиеся на нем приборы. Сначала камера сделает снимки поверхности вокруг аппарата, чтобы можно было точно определить, куда что ставить. Создатели проекта говорят, что в выбранном районе посадки (участок равнины Элизий) не будет объектов крупнее футбольного мяча, но все-таки необходимо убедиться, что участок для размещения сейсмографа не имеет заметного уклона или неровностей. Когда выбор будет окончательно сделан, в дело вступит манипулятор – Instrument Deployment Arm – роботизированная рука длиной 2,4 метра, которая снимет с аппарата и поставит на грунт два из трех основных приборов.

Первый из этих приборов – высокочувствительный сейсмограф SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure). Он был разработан в Национальном центре космических исследований Франции при участии ученых из Германии, Швейцарии, Великобритании и США. Ученые ожидают, что за время работы сейсмографа произойдет от 50 до 100 марсотрясений. По сейсмическим волнам можно будет уточнить внутреннюю структуру планеты, расположение ее коры, мантии и ядра. Разместив сейсмограф, манипулятор закроет его специальным ветротеплозащитным колпаком.

Вторым прибором будет тепловой зонд HP3 (Heat Flow and Physical Properties Package), созданный учеными из Германии. Он должен будет определить, как меняется температура марсианского грунта с увеличением глубины, чтобы сделать выводы о разогретых слоях мантии Марса. Ранее марсоходы делали скважины глубиной лишь в десятки сантиметров, теперь же планируется, что InSight пробурит Марс на пять метров. Этим займется головная часть теплового зонда – так называемый «крот». В кроте есть ударный механизм для проникновения в грунт. После каждого удара крот будет опускаться на пару миллиметров, пока не достигнет планируемой пятиметровой глубины. По всей длине проделанного кротом хода будет проходить тянущийся за ним кабель, подключенный к основному модулю. При помощи этого кабеля температура будет измеряться сразу по всей скважине.

Наконец, третий прибор Insight. Его не нужно будет спускать на грунт, он установлен на посадочном модуле. Его название RISE означает Rotation and Interior Structure Experiment. Радиопередатчик установит связь с Землей, и благодаря этому можно будет определять местонахождение модуля с точностью до нескольких сантиметров. Отслеживая смещения аппарата, ученые будут следить за движением полюса Марса, то есть за изменениями наклона оси его вращения, которые связаны с взаимодействием ядра и мантии планеты.

Также InSight привезет с собой к Марсу два микроспутника Mars Cube One (MarCO). Их размеры всего 30 см х 20 см х 10 см. Когда InSight отделится от ракеты-носителя, эти спутники будут выпущены в космос и станут сопровождать аппарат на пути к Марсу. В процессе вхождения InSight в атмосферу Марса, снижения и приземления микроспутники будут использоваться для ретранслирования его сигнала на Землю.

Максим Руссо

Источники:

1. polit.ru