Преодолев почти 700 млн км, американский зонд Phoenix Mars Lander оказался у цели своего путешествия – планеты Марс. Повернувшись тепловым экраном вперед, аппарат отстрелился от пролетной ступени и был слегка закручен для стабилизации. Через семь минут он впервые столкнулся с сопротивлением марсианской атмосферы, а затем связь с ним прекратилась
Перебои со связью ожидались. Вход в атмосферу на высоте 113 км начался со скоростью более 20 тыс. км/ч (5,6 км/сек), из-за чего лобовой теплозащитный экран аппарата должен был нагреться до температуры более 1400C. Газ марсианской атмосферы, о который тормозится Phoenix, при встрече с ним оказывается не многим холоднее, образуя «огненный шар» – облако раскалённой плазмы, которое скрывает аппарат и не даёт радиоволнам выйти наружу.
Сейчас мы уже знаем, что всё прошло удачно – зонд пронзил атмосферу всего за три минуты и благополучно приземлился (или примарсился?). Но ещё за пару дней до спуска руководитель проекта Phoenix в Лаборатории реактивного движения (JPL) Калифорнийского технологического института Барри Голдштейн признавался, что для него и его коллег фаза входа в атмосферу, спуска и посадки – это «семь минут ужаса». От этих семи минут зависел ответ на вопрос «пан или пропал» для миссии, которая стоила $420 миллионов.
Когда Phoenix находился на высоте примерно 13 км от поверхности Марса, раскрылся парашют, замедляющий падение. Выбор времени ввода парашюта критически важен – если это происходит слишком рано, аэродинамические силы рвут ткань купола в клочья, если слишком поздно – вместо мягкой посадки космический аппарат разобьётся о марсианский грунт. Еще через несколько секунд по плану был сброшен тепловой экран, из аппарата выдвинулись три посадочные опоры (ноги) и включился радиолокатор для измерения высоты и скорости снижения.
В километре от поверхности, когда до приземления оставалось 43 секунды, а скорость аппарата упала до 200 км/ч (55 м/с), зонд отбросил парашют. Дальнейший спуск и мягкая посадка осуществлялись на тормозных ракетных двигателях. Чтобы сброшенный купол не накрыл аппарат после приземления, Phoenix в последний момент чуть ушел в сторону.
Но самую большую реальную опасность при посадке представляли камни.
На грунт аппарат опускается со скоростью 9 км/ч (2,5 м/c) – это всё равно, что на Земле спрыгнуть с табуретки, – но любой предмет, выпирающий вверх на 40 см, способен пробить днище Phoenix’а и повредить начинку зонда, превратив высокотехнологичное устройство в жбан с бесполезным мусором.
Кроме того, попади камушек покрупнее под одну из опор – и стоять Phoenix’у, накренившись, ещё неизвестно сколько. Хорошо, если бы он накренился на юг, подставив солнечные батареи под солнечные лучи, но могло случиться и в точности до наоборот, и мощность вырабатываемого электропитания существенно упала бы, пояснил научный руководитель миссии Питер Смит из Аризонского университета в Тусоне.
Наконец, даже если аппарат успешно и ровно сел, это ещё не значит, что опасность миновала. Объекты высотой более 60 см в непосредственной близости аппарата могли помешать раскрытию солнечных батарей – единственного источника электроэнергии.
В общем, было о чём волноваться. И хотя в месте посадки камней должно было быть немного – на этот счёт орбитальный коллега Phoenix Mars Lander, аппарат Mars Reconnaissance Orbiter проводил специальное исследование с орбиты, никто не мог дать гарантии, что всё обойдётся. Обошлось. Само приземление произошло точно по плану.
В 03:38 по московскому времени, или в 16:38 по времени Тихоокеанского побережья США, где находится центр контроля миссии летающая лаборатория оказалась на грунте, однако узнали мы об этом не сразу. Сначала радиосигналу потребовалось почти 15 минут, чтобы через ретрансляторы на марсианской орбите добраться до Земли (сейчас Марс и Земля по разные стороны от Солнца). Радиоволны достигли Земли в 03:53:44 мск, и ответственный за связь с аппаратом инженер Ричард Корнфельд объявил, что поступил сигнал о приземлении. Сотрудники центра управления запрыгали и начали обниматься.
Представители NASA сообщили, что посадка произведена в заданном регионе – 68,35 градусов северной широты (в 3,5 градусах севернее полярного круга) и 127 градусов западной долготы (они же 233 градуса восточной). На Земле точка с такими координатами находится на севере Канады, у побережья моря Бофорта. Впрочем, учитывая произвольность точки отсчёта долготы, – что на Земле, что на Марсе – можно сравнивать это место и с Мурманском, полуостровом Ямал или севером Чукотки, а учитывая, что полярный круг на Земле расположен на большей широте, – даже с Таймыром.
В момент посадки местное время в точке приземления было около 4 часов пополудни, Солнце уже клонилось к закату. Через два часа Phoenix передал через орбитальный ретранслятор Mars Odyssey телеметрическую информацию и первые снимки. Аппарат периодически выключается для экономии электроэнергии. До момента отключения камера сделала максимально возможное количество снимков.
По словам разработчиков, им хотелось, чтобы первыми были снимки панелей солнечных батарей. На данном этапе Марс, видимый на заднем плане, был не так важен, как диагностика состояния единственного источника электроэнергии. Затем появился отпечаток опоры на грунте. И только потом камера аппарата начала составлять двухцветную панораму.
Из пепла
Phoenix Mars Lander стартовал 4 августа прошлого года с космодрома на мысе Канаверал. Для выведения на отлетную траекторию была использована ракета-носитель Delta-2.
Идея проекта Phoenix восходит к 2002 году, когда орбитальные аппараты с помощью радиолокационного зондирования достоверно подтвердили, что под поверхностью Марса есть большие запасы водяного льда на обширных пространствах северного полушария планеты.
Экспедиция получила своё название потому, что родилась «из пепла» несостоявшихся проектов. Собственно, посадочный модуль разрабатывался для экспедиции Mars Surveyor 2001 года, которая должна была включать орбитальный и посадочный модули. Однако в итоге полетел лишь переименованный в Mars Odyssey орбитальный аппарат, а посадка была отменена из-за неудачи предшественницы Mars Surveyor 2001 – Mars Surveyor 1998. В конце 1999 года Mars Polar Lander, связь с которым была потеряна незадолго до посадки, приземлился где-то в районе южного полюса планеты, хотя найти его на снимках с орбиты пока не удалось.
А всего несколькими месяцами ранее случился едва ли не самый известный курьёз в истории автоматического изучения планет.
Аппарат Mars Climate Observer, вместо того, чтобы выйти на орбиту вокруг Красной планеты, на полной скорости врезался в её атмосферу и, скорее всего, сгорел ещё до падения на твёрдую поверхность. Как выяснилось позднее, инженеры перепутали метрические и имперские единицы – двигатели считали силу в ньютонах, а программное обеспечение – в фунт-силах.
В 2003 году проект Phoenix был выбран NASA из четырех альтернативных вариантов миссии Mars Competed Scout. При создании аппарата технология посадки аппарата на поверхность планеты была существенно изменена по сравнению с более ранними проектами. Разработчики утверждали, что им удалось отловить все «баги», и маленькая трагедия 1999 года не должна была повториться.
За водой
Посадочный аппарат Phoenix’а призван ответить на три ключевых вопроса: пригодны ли полярные районы Марса для жизни, тает ли там периодически лёд и как менялись погодные условия в зоне приземления в исторически обозримый период. Phoenix должен исследовать и другие особенности марсианского климата. Главной задачей миссии является поиск воды на Красной планете. «За водой» – так звучит неофициальный лозунг проекта.
Формальными задачами миссии являются изучение геологической истории воды, что является ключом к пониманию климатических изменений в прошлом, и поиск доказательства существования «обитаемой зоны» – жидкой фазы на границе льда и грунта.
В противоположность американским марсоходам, которые исследуют геологическую историю красной планеты, Phoenix’у предстоит взять образцы, которые должны показать активные процессы. Северная ледяная шапка Марса «дышит», расширяясь или сжимаясь в зависимости от времени года. Учёные планируют изучить свойства льда и обмен воды между атмосферным водяным паром в атмосфере и льдом, замороженным в грунте – если таковой обмен имеет место.
Но самой большой целью миссии будет поиск следов жизни.
Руководитель научной программы миссии Питер Смит пообещал сделать «полный геологический и химический анализ поверхности, держа в голове поиск “обитаемой зоны”». Полярная область позволяет надеяться, что лед предохраняет органические материалы от разрушения, сохраняя для нас историю жизни на этой планете, как кухонный холодильник хранит продукты.
Ожидается, что Phoenix станет «еще одной ступенькой на пути к будущему полету на Марс людей». Ученые надеются, что подобно земным пустыням, полярные пустыни Марса могут в настоящем или в прошлом быть обитаемыми — несмотря на то, что последний дождь там шел, вероятно, не один миллион лет назад. Согласно некоторым расчетам, каждые 50-100 тысяч лет из-за изменений орбиты и наклона оси вращения на Марсе происходит потепление климата, в ходе которого лед тает.
И есть даже мизерная вероятность, что живые организмы, находящиеся в анабиозе, возвращаются в эти периоды к жизни. Кстати, лопатка, которой механическая рука Phoenix’а будет копаться в грунте, была специально стерилизована – дабы не заселить этот мало и редко пригодный к жизни грунт земными бактериями.
Цена поисков
Поиск точки посадки, которая была бы не только безопасна, но и интересна с научной точки зрения, занял не один год. По словам Смита, учёные «выбрали место у края шапки полюса, где сконцентрировано больше всего льда».
«Если мы хотим найти наиболее удобную зону в полярном районе вечной мерзлоты, это и есть то самое место», — уверен руководитель научной части проекта.
Участок, неофициально названный «Зеленая долина» (Green Valley), находится в зоне вечной мерзлоты в северном полушарии Марса. В низине длиной более 60 км и глубиной более 200 м ученые надеются обнаружить самую высокую концентрацию льда. Кратер, находящийся недалеко от долины, позволяет надеяться, что она засыпана мелкими камнями и частицами мягкого грунта размером 10-20 см, выбитых при ударе метеорита, образовавшего этот кратер. Всё это будет интересно ученым.
Аппарат впервые проведёт бурение грунта в приполярной зоне Марса, раскопает траншею в марсианской вечной мерзлоте, а его манипуляторы будут поднимать и доставлять наверх, к «мини-лабораториям» на основной платформе Phoenix’а образцы грунта – поднятые с поверхности или извлечённые из траншеи. Специальный анализатор позволит разогревать образцы до 800 градусов по Цельсию, чтобы исследовать выделяющиеся пары.
Ценой таких интереснейших экспериментов станет то, что аппарат, скорее всего, не сможет работать больше заявленного срока службы.
В отличие от марсоходов, которые передвигаются в экваториальной зоне Марса, Phoenix совершил посадку в районе, который в течение многих месяцев будет слишком холодным и тёмным, чтобы обеспечить аппарат электропитанием за счет солнечной энергии.
Сейчас в северном полушарии Марса заканчивается весна, когда имеется избыток солнечного света, а температура воздуха относительно высока. Однако уже через месяц, 25 июня, здесь наступит марсианское астрономическое лето, а Солнце «повернёт на осень» – начнёт ото дня ко дню подниматься над горизонтом на всё меньшую и меньшую высоту. Это уменьшит поступление энергии от солнечных батарей и, в конечном счете, энергии станет так мало, что аппарат замерзнет. Расчётная продолжительность миссии – 90 суток.
И даже если ему удастся проработать дольше, не приходится рассчитывать на рекорды вроде тех, что поставили марсоходы, с 2004 года ползающие по Красной планете. 26 декабря в северное полушарие Марса придёт осень, а через некоторое время в точке посадки Phoenix’а даже начнётся полярная ночь, никакой подпитки от солнечных лучей не будет. В конечном счете, из-за снижения температуры здесь будет так холодно, что атмосферный углекислый газ превратится в снег, который полностью засыплет «Феникс». Возродиться из этого пепла уже вряд ли получится.
Игорь Афанасьев
(По материалам NASA, Science, New Scientist, JPL, LM, UA, MD Robotics/Optech)