7 фактов о марсоходе «Curiosity»
Шестого августа на Марсе совершил посадку ровер нового поколения, носящий название «Curiosity» — «Любопытство». О его особенностях, отличиях от существовавших ранее марсоходов и о том, какую миссию он должен выполнить, мы попросили рассказать старшего научного сотрудника ГАИШ МГУ Владимира Сурдина.
1. Три предыдущих марсохода были у американцев: маленький «Sojourner» и два средних — «Spirit» и «Opportunity». Все три были геологическими аппаратами, там не устанавливалось анализаторов биологического вещества. На двух последних были видеокамеры, которые показывали геологам структуры с хорошим разрешением и с хорошим спектральным диапазоном, т. е. через разные светофильтры, которые позволяют — ненадежно, но по крайней мере на глаз — выделить сорт породы, на которую смотришь. На всех трех были анализаторы минералогической структуры, т. е. кристаллического строения, которое очень много говорит о том, в каких условиях сформировались породы. Задача, конечно, состояла в том, чтобы понять, была ли вода в тот момент, когда формировался грунт, по которому ездит марсоход. И это удалось — нашли породы, которые могут формироваться только в присутствии воды. По крайней мере, так происходит на Земле. Наверное, и на Марсе так происходило, т. е. косвенно подтвердилось, что на Марсе когда-то была жидкая вода.
Довольно хорошо исследовали климат, поскольку восемь лет непрерывно проводился мониторинг на последних двух — «Spirit» и «Opportunity». Теперь мы знаем, как меняется температура, как бегают по небу облака, какой песок, какая пыль летает в атмосфере в разные периоды года в тех местах, где сели аппараты (недалеко от экватора). На Марсе очень сильно меняется в течение года скорость ветра, плотность атмосферы — и теперь это довольно хорошо известно.
2. «Curiosity» — крупный аппарат, на Земле он весит 900 кг; по массе он даже превзошел наши «Луноходы». У «Curiosity» в десять раз больше, чем у его предшественников, научная нагрузка — просто масса научного оборудования. Поэтому на нём гораздо более продвинутые приборы. Например, туда впервые поставили дистанционный анализатор химического состава, т. е. будет исследоваться не только то, до чего дотянется механическая рука (она всего-то двухметрового выноса). Там установлен инфракрасный лазер, который будет стрелять коротким импульсом в породу, испарять ее — делать маленький взрыв. По анализу спектра этого взрывчика — по свечению плазменного облачка — можно исследовать элементный состав. В момент взрыва молекулы разрушаются и сохраняются только отдельные атомы. В геологическом смысле это будет уже разрушенное вещество, но, по крайней мере, элементный состав станет понятен. А для геологов он тоже много говорит о том, что это за вещество. Теперь можно на высокие склоны наводить этот прибор либо на какие-то глубокие провалы. Он дотянется своим лазером на расстояние 10–12 метров. Это значительно расширяет диапазон исследований.
По сути это первая машина, которая будет не двумерный Марс исследовать, а трёхмерный. Она сама может хорошо лазить, у неё очень высокая вездеходность. Предполагается, что она полезет в гору и, может быть, даже на несколько километров вверх по горе поднимется. Кроме этого, еще и приборы могут смотреть вниз, в ямы, и наверх, на склоны каких-то обрывов. Не на очень высокие, порядка десяти метров. Но все-таки это уже трехмерное сканирование, что очень важно. Если вы увидите какую-то вертикальную стенку, то на ней геологические слои рассказывают вам историю последних миллионов лет. Раньше геологи только смотрели на это через фотографию, переданную с Марса, а теперь могут лазерным лучом, сантиметр за сантиметром измерять химический состав и прочитывать эту геологическую летопись.
3. Теперь на подвижном аппарате есть биологическое оборудование для поисков существующей либо существовавшей когда-то жизни. Это произошло впервые, ни на одном ровере не было таких приборов. Они были на Марсе только один раз, когда американцы в 1976 году посадили два «Викинга» — на них располагался биологический комплекс, но он показал, что там стерильная поверхность. На «Curiosity» мощное оборудование, работающее на других принципах, способное очень точно анализировать не только химический, но и молекулярный состав вещества, которое марсоход поместит внутрь себя с помощью руки-манипулятора и сможет распознавать даже обрывки молекул. На нём есть хроматограф, есть рентгеновские приборы для исследования спектра и структуры минералов, есть масс-спектрометр, который тоже будет измерять молекулярный состав. Если когда-то на Марсе были сложные органические молекулы, и от них остались кусочки, то их можно будет зафиксировать. Еще на нёместь газовый изотопный анализатор. Дело в том, что живые существа и геологические процессы могут производить одни и те же химические вещества (скажем, газы: CO2 или метан), но с разным изотопным составом. В процессе метаболизма, жизнедеятельности, разные изотопы по-разному участвуют.
Полтора года назад обнаружили, что из-под поверхности Марса выходит метан — это газ либо вулканического, либо животного происхождения. У нас его выделяет крупный рогатый скот или микробы под поверхностью; болотный газ — это тоже метан. Вот мы знаем, что на Марсе метан, а теперь мы будем знать, каков его изотопный состав. Если там микробы работают аналогично земным, то можно будет доказать (или опровергнуть), что это продукт жизнедеятельсности, а не вулканов. Вулканов на Марсе не должно быть, там довольно холодно, и они все застыли уже миллиарды лет назад. Поэтому мало кто сомневается, что это биологический газ. Но это надо проверить, и теперь это смогут сделать.
4. На «Curiosity» установлен гигантский комплекс из 17 видеокамер — ничего подобного еще никогда не было. Никто же никогда не вел киносъемку, всегда передавали статические фотографии, а у этого марсохода в high definition 10 кадров в секунду будет — нормальное телевизионное изображение. Сам он не может прямо на Землю передавать большой поток, у него слабенький передатчик. Он только техническую информацию по капелькам передает. Но раз в сутки, когда над ним пролетает один из американских орбитальных аппаратов (их там два сейчас работает — «Mars Odyssey» и «Mars Reconnaissance Orbiter». Вот когда один из них пролетает над «Curiosity», тот сбрасывает на спутник за несколько минут всё, что за целый день записал себе в память. А спутник уже передает нам: у него очень мощный канал, антенна, узко направленная на Землю.
Видео марсоход, конечно, снимает не всё время. У него два компьютера стоят в параллель (на всякий случай), память у каждого из них — всего лишь флешка на 2 гигабайта. Это только бытовая память дешевая и большая. А на Марсе довольно высокий уровень радиации, поэтому память совершенно особая, устойчивая к радиоактивности, и компьютеры совершенно особенные. И, тем не менее, их два поставили одинаковых. Такой памяти много не установишь, она защищена специально, идет постоянное дублирование, проверка математическими методами на сбои. Но 2 гигабайта — это тоже немало! Вряд ли имеет смысл постоянно передавать кино с Марса. Все-таки аппарат движется медленными такими шажочками, подвижных вещей на Марсе тоже не особенно много. Но видео будет высокого качества: размер кадров 1600 на 1200 и цвета богатые. В общем, картинки будут гораздо лучше, чем с предыдущих аппаратов.
5. На руке-манипуляторе, которая будет вытягиваться на 2–2.5 метра, есть мощный комплекс разных геологических приборов. Сверла, тёрки, скребочки и микроскоп довольно хороший. Он примерно как десятикратная лупа. Т. е., это хорошая геологическая лупа, с ее помощью можно будет приближать камни, освещать — там есть несколько источников света, даже ультрафиолетовый, — и для геолога это все равно что он ходит с лупой, подносит к своему носу камушки и рассматривает их через неё. Видит, как там блестят кристаллы, какие там поверхности, какие цвета. Примерно это же было на предыдущих двух аппаратах, но не такое качественное, попроще. А рука будет сверлить камушки, истирать в пыль, эту пыль будет загружать внутрь самого аппарата, и там в автоматических лабораториях уже эта пыль будет исследоваться на минеральный состав, её будут облучать альфа-частицами и рентгеном, чтобы провести химический и рентгено-структурный анализ,. В общем, это нормальный лабораторный комплекс для изучения минеральной и химической составляющей породы.
Впервые на марсоходе использовали не солнечные панели, а ядерный источник тепла. Там плутоний-238 распадается и греет его примерно с такой мощностью, как двухкиловаттный электрочайник. По сравнению с предыдущими марсоходами этот — просто гигант. Производит 125 ватт электричества, на все его моторы, все приборы хватит с лихвой. А ещё — чтобы не дать ему замерзнуть, ведь на Марсе по ночам холодно и многие системы марсохода требуют довольно стабильной температуры, особенно научные приборы. Вот этот генератор еще и тепло им будет давать в ночное время, что тоже очень важно. Его хватит лет на 20–35. Радиоактивный элемент постепенно теряет мощность, но период полураспада у него 88 лет, так что, если все хорошо пойдет, несколько десятков лет марсоход сможет проработать.
6. На марсоходе стоит очень хороший российский прибор — про это уже все рассказали. Это главная составляющая нашего производства, хотя не единственная. На ракете «Атлас», которая запустила марсоход к Марсу, стоят российские двигатели — на первой и второй ступенях. Мощные, хорошие. Есть у нас достойные отрасли в технике, которые американцы покупают и используют без зазору — вот двигатели наши… А этот приборчик на «Curiosity» называется ДАН — детектор альбедных нейтронов. Альбедных — это значит отраженных. Что он делает? Он будет облучать поверхность под марсоходом: на глубину примерно одного метра будет выпускать нейтроны и получать часть из них в виде отраженных от атомов грунта. Если нейтрон натыкается на тяжелую частицу — ядро кислорода, углерода или железа,-то он отскакивает как мячик от стенки. А если нейтрон ударяет по легкому атому, по атому водорода, то уже не отскакивает — как если мячик ударяет о мячик.
Когда меньше отраженных нейтронов, это значит, что у нас на глубине от поверхности до одного метра (дальше не просматривается) какое-то легкое вещество, содержащее, скорее всего, атомы водорода. Ну, а что может быть с атомами водорода? Очевидно, вода, ничего другого придумать нельзя — вряд ли там нефтью все заполнено, углеводородами. Таким образом судят о наличии слоёв льда под поверхностью, о вечной мерзлоте. И это очень интересно. До сих пор этим занимались только с орбиты, но с орбиты видны только большие площади, а сейчас будут впервые вдоль трассы метр за метром прощупывать. Если вдруг увидят, что очень много воды под колесами, то могут остановиться и этой механической рукой покопать. Может быть, доберутся до слоев воды и проанализируют ее состав, это вообще будет замечательно. Похоже, что она может быть не очень глубоко. Предыдущий американский аппарат «Феникс» четыре года назад сел в высоких широтах, примерно на широте нашего Мурманска. Там на Марсе что-то похожее на тундру. Копнув примерно сантиметров на 5–7, он разгреб своей «рукой» слой снега. Но это в тундре, а «Curiosity» находится сейчас практически на экваторе. Вряд ли там под поверхностью на глубине пять сантиметров будет лежать лед, потому что на экваторе Марса бывает тепло, до 15–20 градусов тепла. Но, если аппарат копнет сантиметров на 30–40 (это мое чисто интуитивное соображение), то там уже температура всегда ниже нуля, и днем и ночью, поэтому там лед может сохраниться. Это было бы здорово, потому что изотопный состав воды говорит об ее истории, откуда она взялась, какая была атмосфера, куда она пропала.
7. Место для посадки ему выбрали очень интересное. Это метеоритный кратер, он носит имя австралийского астронома-любителя Вальтера Гейла. Кратер любопытен тем, что у него очень низко по отношению к окружающей поверхности расположено дно. Такое впечатление, что когда то, когда воды на Марсе было много, внутренность этого кратера была морем или озером. Кратер большой — 150 километров в диаметре, и в центре этого кратера торчит высокая гора. Понятно, почему она получается: когда капаешь каплю воды в стакан с водой, то оттуда из центра потом иногда даже выпрыгивает водяной шарик, когда схлопывается вороночка. Вот когда метеорит ударяет по поверхности планеты, он образует сначала яму, а потом вещество возвращается на место, идёт волна к центру и выпирает оттуда нижележащие породы.
Так вот в кратере Гейл это очень четко проявилось, а это значит, что породу из глубины, из нижележащих слоев достал метеоритный взрыв. Это очень интересно: не надо копаться, а вы, просто лазая по горе, получаете массу глубинных геологических слоев. «Spirit» и «Opportunity» только по ровным поверхностям бегали, по песочку. А тут, если марсоходу удастся подняться на эту гору, он слой за слоем проанализирует глубокую историю Марса. Там слои откладывались в течение сотен миллионов лет.