Как работают марсоходы для исследования Марса

В конце концов, Марс — это планета, которая больше всего похожа на Землю — то есть, если бы Земля имела среднюю температуру минус 81 градус по Фаренгейту (минус 63 градуса по Цельсию) и была якобы безжизненной [источник: Mars Exploration ]. Тем не менее, его геологические структуры напоминают множество мест, с которыми мы знакомы на Земле, от древних, пострадавших от наводнений и эродированных земель штата Вашингтон до пустынь Долины Смерти и вечной мерзлоты Антарктиды .

Конечно, это не означает, что пилотируемый полет на Марс сродни отдыху в Калифорнии. Роверы позволили космическим программам не только исследовать марсианскую поверхность, но и выяснить некоторые проблемы, которые возникнут, если мы однажды отправим на планету женщин или мужчин.

Отправить вездеход не так просто, как отправить детскую машинку с рацией, прибитой к крыше. Мы будем изучать как технологии, так и инструменты, используемые на марсоходах, а также посмотрим, как они взаимодействуют с Землей. И технология не разочаровывает; на марсоходе Curiosity , запущенном в 2011 году, есть инструменты, которые действительно принадлежат научно-фантастическому фильму. (Подсказка: лазеры.)

На данный момент было предпринято более 40 попыток установить контакт с Марсом. Первые пять миссий были осуществлены с 1960 по 1962 год бывшим СССР. Все миссии были облетами планеты, а это означает, что корабли запускались на орбиту Марса для отправки изображений. Все эти миссии были неудачными; либо космический корабль не добрался до планеты, либо космический корабль развалился во время полета. Первой успешной миссией стала поездка в 1964 году американского корабля «Маринер-4», который сделал 21 снимок планеты.

С тех пор США, бывший СССР, Япония и Европейское космическое агентство запустили миссии на Марс. На следующих страницах мы рассмотрим не только сами марсоходы, но и некоторые сделанные ими открытия. Давайте перейдем к следующей странице, чтобы понять, почему именно мы отправляем вездеходы.

1. Почему «Сенд Роверс»?
2. История исследования Марса
3. Дух и возможности
4. Что входит в ровер и на него
5. Марс на Землю, ты меня читаешь?
6. Один день из жизни вездехода
7. Марсианская научная лаборатория и марсоход Curiosity

Итак, если мы настолько продвинуты и изобретательны, что можем создавать чрезвычайно сложных роботов на Марс , почему мы не можем просто отправить астронавта Терри? Самая важная причина, возможно, и самая очевидная: Терри, вероятно, просто не дожил бы до этого места.

То есть только около трети запущенных к настоящему времени миссий были «успешными», что означает, что они совершили поездку на Марс в целости и сохранности. Хотя легко быть оптимистичным в отношении почти одной трети марсоходов, которые предоставили нам ценную информацию, не так легко поддерживать такой послужной список, когда на картинке находится астронавт Терри. Немногим из нас нравится умирать каждые три дня на работе.

Стоимость, конечно, является еще одним фактором. В то время как Curiosity, самый последний марсоход, который является частью миссии НАСА « Марсианская научная лаборатория », стоил колоссальных 2,47 миллиарда долларов, НАСА по-прежнему не приходилось отчитываться за надоедливые вещи, такие как возможность дышать кислородом [источник: Space.com ] . . Или вернуться с Марса, если уж на то пошло. Имейте в виду, что марсоходы останутся на Марсе навсегда, когда мы закончим с ними, но путешествие астронавта Терри — это скорее отпуск, чем переезд. А это означает еду, топливо, утилизацию отходов и множество других расходов — в два раза больше.

Помимо логистики и стоимости, остается много неизвестного о том, как человеческая система может реагировать на атмосферу, подобную марсианской. Поскольку у Марса нет магнитного поля , люди получат колоссальные дозы космического излучения, что не является проблемой на Земле, где магнитное поле планеты блокирует его. 1000-дневное путешествие на Марс может привести к 40-процентной вероятности того, что у астронавта разовьется рак после возвращения на Землю — не обязательно то, на что обращают внимание многие люди при приеме на работу [источник: NASA Science ]. Имейте также в виду, что если Терри-астронавт также Терри-женщина, она подвергается еще большему риску: наличие груди и женских репродуктивных органов почти вдвое увеличивает риск рака [источник: NASA Science ].

Таким образом, без астронавта Терри, подписавшегося на огромные дозы вызывающих рак лучей, у нас остались роботы-исследователи. Перейдите на следующую страницу, чтобы узнать о некоторых миссиях на Марс.

Самая заманчивая вещь в исследовании Марса — это обещание найти воду — или прошлые доказательства наличия воды. «Вода имеет ключевое значение, потому что почти везде, где мы находим воду на Земле, мы находим жизнь», — отмечается на веб-сайте НАСА . «Если на Марсе когда-то была жидкая вода или она есть до сих пор, возникает вопрос, могли ли на его поверхности развиться какие-либо микроскопические формы жизни».

Первые полеты к Марсу были пролетными ; это означает, что они были просто орбитальными кораблями, которые отправляли фотографии планеты. Первым был Mariner 3 в 1962 году; однако первая успешная орбита и фотографии были сделаны в 1965 году с «Маринера-4». Когда в 1969 году закончились облеты, следующая серия миссий была названа орбитальными аппаратами . НАСА разработало эти космические аппараты для более длительного пребывания на орбите вокруг Марса и сбора фотографий. «Маринер-9» в 1972 году первым сделал фотографии всей поверхности Марса.

Орбитальные миссии продолжались, включая запуск в 2005 году Mars Reconnaissance Orbiter. Орбитальный аппарат мог обнаруживать объекты размером с обеденную тарелку, а также имел зонды для поиска подземных вод. Возможно, самое главное, он по-прежнему используется в качестве важного средства связи для передачи информации обратно в центр управления полетами.

Но давайте теперь перейдем к предшественникам марсоходов. «Викинг-1» и «Викинг-2», запущенные в середине 70-х годов, имели посадочные модули , спускавшиеся на поверхность Марса. Они были первыми, кто обнаружил, что Марс самостерилизуется, а это означает, что сочетание ультрафиолетового излучения с сухой почвой и окислительной природой химического состава почвы препятствует образованию организмов.

Когда мы думаем о более современных машинах, приземляющихся на Марсе, мы обычно начинаем с миссии Pathfinder 1995 года. Pathfinder состоял из посадочного модуля с парашютом для входа в атмосферу Марса и марсохода Sojourner. Оборудование вернуло тысячи изображений, а также 15 химических анализов почвы и данные о погоде.

В 2003 году группа миссии Mars Exploration Rover запустила Spirit и Opportunity, один из которых все еще пересекал планету в конце 2011 года. Давайте перейдем на следующую страницу, чтобы узнать больше об этих вездеходах, их технологиях и открытиях.

Дух и возможность, как оказалось, — это не просто слова, которые мы используем, чтобы почувствовать себя лучше, когда мы в депрессии. В 2003 году НАСА запустило марсоходы с веселыми названиями Spirit и Opportunity, которые отправились в миссию с гораздо большей мобильностью и расстоянием, чем Pathfinder.

Оба марсохода имеют несколько примечательных особенностей. Они могут как генерировать энергию от солнечных батарей, так и хранить ее во внутренних батареях . На случай, если поблизости окажутся маленькие зеленые человечки, марсоходы могут делать цветные изображения с высоким разрешением или выставлять увеличительные камеры, чтобы ученые, находящиеся на Земле, могли внимательно изучить объекты. Многочисленные спектрометры на марсоходах используют всевозможные приемы для определения состава горных пород, в том числе отслеживают, сколько тепла выделяет объект, и запускают в него альфа-частицы. Spirit и Opportunity также были оснащены установленным буром (инструментом для истирания камней) для бурения поверхности планеты.

Корпус марсохода называется теплым электронным ящиком ( WEB ). Палуба с оборудованием находится наверху марсохода, где находятся мачта (или глазок перископа) и камеры. Окрашенные золотом стенки корпуса марсохода рассчитаны на минус 140 градусов по Фаренгейту (минус 96 градусов по Цельсию). Внутри WEB марсохода находятся литий-ионные батареи , радиоприемники и электронные устройства, такие как спектрометры, которым для работы требуется тепло. Мозг марсохода — это компьютер, сравнимый с высококлассным, мощным ноутбуком, но со специальными функциями памяти, которые не разрушаются излучением и отключениями. Компьютеры также постоянно проверяют температуру, чтобы убедиться, что вездеход «здоров».

То, что обнаружили Spirit and Opportunity, было заслугой технологии, позволившей им исследовать Марс . Через пару месяцев после приземления Opportunity обнаружил доказательства существования соленой воды, что оставляет открытой возможность того, что жизнь (и следы окаменелостей) могла когда-то существовать на планете. Spirit наткнулся на камни, которые указывали на более ранний, неуправляемый Марс, отмеченный ударами, взрывным вулканизмом и подповерхностными водами [источник: Марс НАСА ].

Мы собираемся узнать о некоторых особенностях и исследованиях более поздних марсоходов, но сначала давайте медленно перейдем к следующей странице и посмотрим на кое-что из оборудования и научных исследований, которые есть у Spirit и Opportunity.

Держите Ровин

Прежде всего, следует отметить, что, хотя Spirit не передавал никаких сообщений с 2010 года, Opportunity все еще отсчитывал рабочие часы с Марса и отправлял информацию обратно на Землю в 2011 году. На самом деле, как и любой землянин, Opportunity разведывает места, где можно затаиться. на зиму, чтобы максимально использовать солнечную энергию, хранящуюся в его батареях.

Просто сказать, что у Spirit и Opportunity есть камеры и какое-то причудливое радиооборудование, на самом деле недостаточно. При весе 384 фунта (170 кг) каждый — и в общей сложности 850 миллионов долларов на сборку — вам лучше поверить, что оборудование — это не только ваш верный MacBook, приклеенный к AM/FM-радио.

Прежде всего, на каждом марсоходе установлена ​​панорамная камера , чтобы обеспечить более широкий геологический контекст. Расположенная на мачте на высоте около 5 футов (1,5 метра) от земли, камера не только делает цветные снимки, но и оснащена 14 различными фильтрами, которые могут идентифицировать камни и почву для более детального изучения.

Миниатюрный термоэмиссионный спектрометр идентифицирует минералы на участке с небольшой помощью инфракрасных волн. Он используется для поиска характерных узоров, которые могут показать движение воды. На руке марсохода находится спектрометр Мессбауэра , который помещается непосредственно на образцы, чтобы найти железосодержащие минералы, еще один инструмент, помогающий определить, как вода повлияла на почву и горные породы.

Для определения состава горных пород используется рентгеновский спектрометр альфа-частиц — такой же, как в геологических лабораториях, который помогает ученым определять происхождение и изменения в образцах. Инструмент микроскопического изображения может тщательно исследовать горные породы и их вариации.

Но как, черт возьми, мы узнаем об этих удивительных открытиях, которые делают Spirit и Opportunity? Ну, это не совсем радиолюбительская установка твоего двоюродного дедушки. Хотя есть также маломощная и низкоскоростная УВЧ-радиостанция с мизерной скоростью передачи данных, она в основном используется в качестве резервной копии и на пристани.

В целом, орбитальные аппараты передают непосредственно на Землю около трех часов информации . Остальное фактически перехватывается и отправляется на орбитальные аппараты Mars Odyssey и Mars Global Surveyor, которые передают данные на Землю — и наоборот. Орбитальный аппарат перемещается от горизонта к горизонту примерно за 16 минут; 10 из этих минут можно использовать для связи с марсоходами [источник: НАСА ]. Если предположить, на Землю может отправляться около 10 мегабайт данных в день. Это особенно полезно, потому что орбитальные аппараты находятся в более тесном контакте с обоими марсоходами и имеют гораздо больше времени для связи с Землей, чем любой марсоход.

Каждый марсоход использует две антенны для связи: антенну с высоким коэффициентом усиления , которая может направлять информацию к антенне на Земле, и антенну с низким коэффициентом усиления , которая может принимать и отправлять информацию со всех сторон с меньшей скоростью, чем антенна с высоким коэффициентом усиления. усиление антенны. Все эти коммуникации происходят в сети дальнего космоса ( DSN ), международной сети антенн со средствами связи в пустыне Мохаве в Калифорнии, Мадриде, Испания, и Канберре, Австралия.

Перейдите на следующую страницу, чтобы узнать, чем обычно занимается марсоход.

Любопытно сильный

Марсоход Curiosity , в котором находится марсианская научная лаборатория, примерно в два раза больше Spirit и Opportunity. Приблизительно 10 футов (3 метра) в длину и 7 футов (2 метра) в высоту, марсоход весит около 2000 фунтов (900 кг) и оснащен «качающейся» подвеской, которая уравновешивает транспортное средство на каменистой марсианской местности.

Хотя марсоходы не то чтобы бьют часы каждое утро, они отправляют изображения вместе с приборами и данными о состоянии обратно своим земным боссам.

Экстраполируя данные, ученые отправляют команды марсоходу в течение трехчасового окна прямой связи с антенной с высоким коэффициентом усиления. Затем марсоход работает самостоятельно в течение 20 часов, выполняя команды и отправляя данные изображений на два спутника над головой . Командиры марсохода могут приказать ему двигаться к новому камню, измельчать камень, анализировать камень, делать фотографии или собирать другие данные с помощью других инструментов.

Марсоход и ученые повторяют эту схему примерно 90 дней. В этот момент мощность вездехода начнет уменьшаться. Кроме того, Марс и Земля будут отдаляться друг от друга все дальше и дальше, что затрудняет общение. В конце концов, у марсохода не хватит энергии для связи, он окажется слишком далеко или столкнется с механической неисправностью, и миссия будет завершена.

Однако наша миссия далека от завершения. Давайте отправимся на следующую страницу, где мы узнаем все о новейшем дополнении к исследованию Марса.

В ноябре 2011 года НАСА запустило Марсианскую научную лабораторию , которая предназначена для изучения почвы и горных пород на наличие органических соединений или условий, которые могли бы помочь нам понять, способен ли Марс — или когда-либо был — поддерживать «обитаемость» жизни на планете. . Марсианская научная лаборатория на самом деле является функцией марсохода Curiosity, в котором находятся научные инструменты, которые будут собирать и анализировать образцы.

В 2004 году НАСА выбрало несколько различных предложений по исследованиям и оборудованию для включения в лабораторию. Наряду с Соединенными Штатами и Канадой, Испания и Россия также имеют инструменты для миссии. Испания изучает мобильную станцию ​​мониторинга окружающей среды , предназначенную для наблюдения за атмосферой и ультрафиолетовыми лучами. Россия поставила прибор «Динамическое альбедо нейтронов », который измеряет водород под поверхностью планеты, указывая на наличие воды или льда.

Набор инструментов под названием Sample Analysis at Mars будет анализировать образцы. (Креативное название, как правило, не является приоритетом в научных миссиях.) После того, как марсоход заберет образцы, газовый хроматограф, масс-спектрометр и лазерный спектрометр измерят углеродсодержащие соединения и изотопные отношения, которые указывают на историю воды на Земле. Марс. Рентгеновский спектрометр альфа-частиц измеряет количество различных элементов.

На борту лаборатории вы также найдете следующие удобные инструменты:

Но давайте будем честными: самая крутая часть Mars Science Laboratory — это, вероятно, ChemCam , которая «использует лазерные импульсы для испарения тонких слоев материала из марсианских камней или грунтовых целей на расстоянии до 7 метров (23 фута)» [источник: Mars Science Лабораторный факт ]. Он определит, какие атомы реагируют на луч, а телескоп покажет, что освещает лазер. Они помогут ученым определить, к чему именно они хотели бы, чтобы марсоход отправился или забрал. Кроме того, просто суперкруто иметь лазеры на роботах.

Если вы все еще бродите по земле в надежде узнать больше о нашем ближайшем планетарном соседе, перейдите на следующую страницу, чтобы узнать больше о том, как работают бесстрашные марсоходы.

Статьи по Теме

Больше отличных ссылок