Что нашел кьюриосити на марсе. Марсоход «Кьюриосити» (Марсианская научная лаборатория). Станции космической связи

Наука

Марсоход НАСА Curiosity , который работает на Марсе уже более полутора лет , успел сделать немало открытий, расширив наши знания и представления о Красной планете, особенно о ее далеком прошлом.

Марс и Земля, как оказалось, на ранних этапах существования, были весьма похожи . Появилось даже предположение, что жизнь вначале зародилась на Марсе, а затем уже попала на Землю. Однако это всего лишь догадки. Многие вещи мы не знаем наверняка, однако очень близко подходим к разгадке.

Марсоход Curiosity

1) Ранний Марс был населен живыми существами, возможно, в течение долгого времени

После того, как группа исследователей, которые работают с марсоходом Curiosity , выяснила, что когда-то в кратере Гейла текли реки и ручьи, они сообщили, что там также плескалось целое озеро . Это небольшое вытянутое озеро с пресной водой, вероятно, существовало примерно 3,7 миллиарда лет назад

Эта вода на поверхности планеты, как и подземные воды, которые ушли на глубину несколько сот метров , содержали все необходимое для зарождения микроскопической жизни.

Кратер Гейла был более теплым, влажным и обитаемым примерно 3,5 - 4 миллиарда лет назад . Именно тогда и на Земле стали появляться первые живые организмы, по мнению ученых.

Был ли Марс домом для примитивных внеземных существ? Марсоход Curiosity не может и никогда не сможет дать 100-процентно точный ответ на этот вопрос, однако открытия, которые он сделал, позволяют сделать вывод, что вероятность того, что примитивные марсиане все же существовали, очень велика.

Кратер Гейла

2) Вода когда-то текла во многих уголках Марса

Ученые еще совсем недавно не могли даже предположить, что на Марсе когда-то были бурные реки и большие водоемы жидкой воды. Наблюдения с помощью искусственных спутников, которые находятся на орбите Марса, позволяли исследователям догадываться об этом. Однако именно марсоход Curiosity помог доказать, что реки и озера действительно существовали.

Фото, сделанные марсоходом на поверхности Красной планеты, демонстрируют множество окаменелых структур , которые являются следами существовавших тут когда-то рек и ручьев, каналов, дельт и озер.

Марсоход новости

3) На Марсе найдены следы органических веществ

Поиск органических компонентов на основе углерода - одна из основных целей миссии марсохода Curiosity , задача, которую он будет выполнять и дальше. И хотя миниатюрная химическая лаборатория на его борту под названием Sample Analysis at Mars (SAM) уже обнаружила целых шесть различных органических компонентов , их происхождение пока остается загадкой.

Химическая лаборатория на борту марсохода Sample Analysis at Mars

"Нет сомнений в том, что SAM выявила органические вещества, но мы не можем сказать с уверенностью, что эти компоненты марсианского происхождения", - говорят исследователи. Существует несколько вариантов происхождения этих веществ, например, просачивание в печи SAM органических растворителей с Земли, которые необходимы для некоторых химических экспериментов.

Впрочем, поиски органики на Марсе весьма продвинулись за время работы Curiosity . Каждая новая коллекция марсианского грунта и песка содержала все большую концентрацию органических веществ, то есть различные образцы марсианского материала демонстрируют совершенно разные результаты. Если бы органика, найденная на Марсе, была земного происхождения, ее концентрация была бы более-менее стабильна .

SAM является самым сложным и важным инструментом, когда-либо работающем на другой планете. Естественно, нужно время, чтобы понять, как лучше всего с ним работать .

Марсоход 2013

4) На Марсе губительная радиация

Галактические космические лучи и солнечная радиация атакуют Марс, а высокоэнергичные частицы разбивают связи, которые позволяют живым организмам выжить . Когда прибор под названием , который измеряет уровень радиации, сделал первые измерения на поверхности Красной планеты, результаты были просто ошеломляющими .

Radiation Assessment Detector

Радиация, которую засекли на Марсе, просто губительна для микробов , которые могли жить на поверхности и на глубине несколько метров под землей. Более того, такая радиация, скорее всего, наблюдалась тут в течение последних нескольких миллионов лет .

Чтобы проверить, способны ли какие-либо живые существа выжить при таких условиях, ученые взяли в качестве модели земную бактерию Deinococcus radiodurans , которая способна выдержать невероятные дозы радиации . Если бактерии, подобные D. radiodurans, появились в те времена, когда Марс был более влажной и теплой планетой и когда на нем еще существовала атмосфера, тогда теоретически они могли выжить после долгого периода покоя.

Живучая бактерия Deinococcus radiodurans

Марсоход Curiosity 2013

5) Радиация Марса мешает нормальному протеканию химических реакций

Ученые, работающие с марсоходом Curiosity , подчеркивают, что из-за того, что радиация мешает нормальному протеканию химических реакций на Марсе, трудно обнаружить органику на его поверхности.

Используя метод радиоактивного распада , который также применяется на Земле, ученые из Калифорнийского технологического института выяснили, что поверхность в районе местности Гленелг (кратер Гейла) подвергалась влиянию радиации уже около 80 миллионов лет .

Этот новый метод может помочь находить места на поверхности планеты, которые меньше были подвержены радиации , мешающей протеканию химических реакций. Такие места могут быть в районе скал и выступов, которые обтесывались ветрами. Радиация в этих районах могла блокироваться породами, которые нависали сверху. Если исследователи найдут такие места, они начнут бурить именно там.

Марсоход последние новости

Задержки в пути

Марсоходу Curiosity сразу после приземления был задан особый маршрут , согласно которому он должен держать курс к интересной с научной точки зрения горе Шарпа высотой около 5 километров , расположенной в центре кратера Гейла . Миссия длится уже более 480 дней , а марсоходу требуется еще несколько месяцев, чтобы добраться до искомой точки.

Что же задержало марсоход? На пути к горе была обнаружена масса важной и интересной информации . В настоящее время Curiosity направляется к горе Шарпа практически без остановок, пропуская потенциально интересные места.

Найдя и проанализировав потенциально обитаемую среду на Марсе, исследователи Curiosity будут продолжать работу. Когда станет ясно, где находятся защищенные от радиации места, марсоходу будет дана команда бурить. А пока Curiosity приближается к первоначальной цели - горе Шарпа.

Фото с марсохода

Взятие образцов

Фото, сделанное марсоходом во время его работы в местности Rocknest в октябре-ноябре 2012

Автопортрет. Фото представляет собой коллаж из десятков снимков, сделанных с помощью камеры на конце руки-робота марсохода. Вдалеке виднеется гора Шарпа

Первые образцы марсианского грунта, взятые марсоходом

Яркий объект в центре снимка – скорее всего, обломок корабля, который откололся во время приземления

Научная лаборатория под названием «Кьюриосити» была создана с целью изучения поверхности и структуры Марса. Марсоход оснащен химической лабораторией, помогающей ему выполнять полный анализ почвенных компонентов марсианской земли. Запуск марсохода состоялся в ноябре 2011 года. Его полет длился немного меньше года. На поверхность Марса «Кьюриосити» приземлился 6 августа 2012. В его задачах стоит изучение атмосферы, геологии, почв Марса и подготовка человека к высадке на поверхность. Какие еще мы знаем интересные факты о марсоходе Curiosity ?

1. С помощью 3 пар колес, диаметром по 51 см, ровер беспрепятственно перемещается по поверхности Марса . Два задних и передних колеса регулируются поворотными электрическими моторами, что позволяет совершать поворот на месте, и преодолевать препятствия высотой до 80 см.
2. Зонд исследует планету с помощью десятка научных инструментов . Приборы обнаруживают органический материал, изучают их в лаборатории, установленной на марсоходе, исследуют грунт. Специальный лазер очищает минералы от различных наслоений. Также «Curiosity» снабжен 1,8-метровой роботизированной рукой с лопатой и буром. С ее помощью, зонд собирает и изучает материал, находясь за 10м до него.

   

3. «Кьюриосити» весит 900кг и имеет на своем борту научного оснащения в 10 раз больше и мощнее, чем у остальных созданных марсоходов . С помощью мини-взрывов, производимых при сборе почвы, молекулы разрушаются, сохраняя только атомы. Это помогает более детально изучить состав. Другой лазер сканирует слои земли, создавая трехмерную модель планеты. Таким образом, показывая ученым, как менялась поверхность Марса в течение миллионов лет.

   

4. «Curiosity» оснащен комплексом из 17 камер . До этого момента марсоходы передавали только фотографии, а теперь мы получаем и видео материал. Видеокамеры ведут съемку в HD по 10 кадров в секунду. На данный момент, весь материал хранится в памяти зонда, т.к скорость передачи информации на Землю очень мала. Но когда над ним пролетает один из орбитальных спутников, Curiosity сбрасывает ему все, что записал за сутки, а тот уже передает это на Землю.

   

5. На Кьюриосити и ракете, что запустила его на Марс, установлены двигатели и некоторые приборы российского производства . Этот прибор называется детектором отраженных нейтронов, и облучает поверхность земли на глубину в 1 метр, выпускает вглубь молекул почвы нейтроны и собирает их отраженную часть, для более досконального изучения.

   

6. Местом для посадки марсохода выбрали кратер, названный в честь австралийского ученого Вальтера Гейла . В отличии от остальных кратеров, кратер Гейла имеет низко расположенное дно, по отношению к местности. Кратер имеет диаметр в 150 км, и в его центре находится гора. Это случилось из-за того, что при падении метеорита, сначала он создал воронку, а затем вещество, вернувшееся на место, несло за собой волну, которая в свою очередь и создало наслоение пород. Благодаря такому «чуду природы», зондам не требуется копать глубоко вниз, все слои находятся в открытом доступе.

   

7. Curiosity питается ядерной энергией . В отличии от других марсоходов (Spirit, Opportunity), Curiosity снабжен радиоизотопным генератором. По сравнению с солнечными батареями, генератор удобен и практичен. Ни песчаная буря, ни что другое, не станет помехой в работе.

   

8. Ученые из NASA говорят, что зонд только ищет наличие форм жизни на планете . Они не хотят в последующем обнаружить занесенный материал. Поэтому, работая над марсоходом, специалисты надевали защитные костюмы, и находились в изолированном помещении. Если все же жизнь на Марсе будет обнаружена, NASA гарантирует, что обнародует новость общественности.

   

9. Процессор компьютера на марсоходе не обладает высокой мощностью . Но для астронавтов это не так важно, важна стабильность и испытания временем. Ко всему прочему процессор работает в условиях высокого уровня радиации, и это отражается на его устройстве. Весь софт «Кьюриосити» выполнен на языке Си. Отсутствие объектных конструкций уберегает от большинства ошибок. В целом, программирование зонда ничем не отличается от любого другого.

   

10. Связь с Землей поддерживается с помощью сантиметровой антенны, выдающая скорость передачи данных до 10 Кбит/сек . А спутники, которым марсоход передает информацию, имеют скорость до 250 Мбит.

    

11. Камера Curiosity имеет фокусное расстояние 34мм и диафрагму f/8 . Вместе с процессором, камера считается устаревшей, т.к ее разрешение не превышает 2 Мп. Проектировка Кьюриосити началась в 2004г, и для того времени камера считалась достаточно хорошей. Марсоход делает несколько одинаковых снимков разной выдержки, тем самым улучшая их качество. Кроме съемки марскианских пейзажей, Curiosity делает фотографии Земли и звездного неба.

    

12. Curiosity рисует колесами . На гусеницах марсохода расположены несимметричные прорези. Каждый из трех колес повторяется, образуя код из азбуки Морзе. В переводе, получается аббревиатура JPL - Jet Propulsion Laboratory (одна из лабораторий NASA, работавших над созданием Кьюриосити). В отличии от следов, оставленных астронавтами на Луне, на Марсе они останутся не долго благодаря песчаным бурям.

    

13. Curiosity обнаружил молекулы водорода, кислорода, серы, азота, углерода и метана . Ученые считают, что на месте нахождения элементов раньше находилось озеро или река. Пока никаких органических останков обнаружено не было.

    

14. Толщина колес Кьюриосити всего 75 мм . Из-за каменистой местности марсоход сталкивается с проблемами с износом колес. Не смотря на повреждения, он продолжает работу. По данным, запасные части ему доставит Space X через четыре года.

    

15. Благодаря химическим исследованиям Curiosity, было обнаружено, что на Марсе существует четыре сезона . Но в отличии от Земных явлений, на Марсе они не постоянны. Как например, было зафиксирован высокий уровень метана, однако через год ничего не изменилось. Также была обнаружена аномалия в районе приземления марсохода. Температура в кратере Гейл может изменяться с -100 до +109 за несколько часов. Объяснения этому ученые пока не нашли.

    

На расчетной орбите, все системы работают штатно. Космос-журнал уже описал задачи марсохода и второго проекта NASA по исследованию Марса , и основные вопросы, которые ставит перед человечеством красная планета . Сконцентрируемся теперь на самом марсоходе.

Цели миссии

Основная задача Curiosity - определить, была ли когда-то красная планета способна поддерживать микробную жизнь . Марсоход не рассчитан на прямой ответ на вопрос, существовала ли жизнь на Марсе, это вне способности его приборов. Но он позволит оценить возможность прошлой и текущей обитаемости планеты. Для этого были сформулированы четыре основных научных цели марсохода.

1. Оценка биологического потенциала планеты за счет поиска органических углеродсодержащих соединений и других химических компонентов, необходимых для жизни, таких как азот, фосфор, сера и кислород.
2. Анализ геологии места посадки марсохода, кратера Галле, для поиска наметок относительно источников энергии на Марсе.
3. Описание эволюции атмосферы Марса (эту задачу более детально решит зонд ), ее ткущего распределения по планете, и циркуляции воды и углекислого газа.
4. Характеристика радиационного фона на поверхности планеты, его опасности для жизни и возможности по разрушению органических молекул.

Хронология миссии

Ракета-носитель Атлас 5 вывела марсоход на расчетную орбиту в субботу. О программе перелета на эту орбиту мы уже писали ранее . Поскольку запуск произошел в запланированное время (запуск был перенесен всего на один день, хотя пусковое окно открыто до 18 декабря), марсоход достигнет цели 6 августа 2012 года. После посадки он должен проработать как минимум один марсианский год (98 земных недель). Если все пойдет так же хорошо, как с марсоходами Spirit и Opportunity , то первоначальная научная программа может быть расширена.

Параметры марсохода

Curiosity - крупнейший марсоход за всю историю исследования планеты. Его масса - 900 килограмм, длина - около 3 метров, ширина - 2.8, высота - 2.1 метра (с учетом мачты крепления камеры). Марсоход оснащен роботизированной рукой длиной 2.1 метра и имеющей пять степеней свободы.

Диаметр колес марсохода - 0.5 метра, двигательная установка позволит разгоняться до 3.5 сантиметров в секунду. При этом каждое колесо имеет независимый мотор, а пары передних и задних колес также независимое рулевое управление. Подвесная система обеспечит постоянный контакт всех колес с поверхностью планеты.

В отличие от своих предшественников, полагавшихся на солнечные панели, Curiosity оснащен ядерным источником питания. Источника хватит как минимум на один марсианский год, а может, и дольше.

Инструменты марсохода

На Curiosity установлены десять научных инструментов.

Несколько инструментов предназначены для проведения фото- и видеосъемки. MastCam предназначена для съемки панорам марсианской поверхности, MARDI предназначена исключительно для записи процесса спуска. Камера MAHLI является противоположностью MastCam, она будет снимать объекты меньше толщины человеческого волоса.

Другая группа инструментов предназначена для анализа состава поверхности Марса. Самый тяжелый из всех инструментов SAM будет искать углеродсодержащие соединения. Два инструмента будут использовать рентгеновское излучение для поверхности. CheMin будет облучать им исследуемые образцы для определения их кристаллической структуры, а APXS будет использовать рентгеновскую подсветку для спектрального анализа химического состава. При помощи бомбардировки грунта нейтронами прибор DAN будет искать воду и лед, находящиеся в подпочвенных минералах.

ChemCam - лазерный инструмент, который будет использовать луч лазера для испарения образцов на расстоянии до 7 метров. Спектр полученной пыли затем будет анализироваться спектрометром. Это позволит марсоходу исследовать образцы, до которых не дотянется его роботизированная рука.

Оставшиеся два инструмента, RAD и REMS, предназначены соответственно для анализа радиационного фона и климатических условий.

Схема посадки

Когда на Марс прилетели два предшественника Curiosity, марсоходы Spirit и Opportunity, они спустились на поверхность по баллистической траектории. Когда Curiosity начнет спуск в атмосфере, его скорость будет постепенно замедляться из-за ее сопротивления. В это время марсоход будет использовать двигательную установку для маневрирования к нужному месту посадки. Затем он раскроет парашют для лучшего замедления. Выбор наилучшей точки посадки будет выбран при помощи специального радара.

После того, как скорость снизится до необходимого значения, а сам марсоход будет находиться довольно близко к поверхности, спускаемая капсула отделится от своей верхней части с парашютом и запустит ракетные двигатели для торможения на спуске. За несколько секунд до посадки капсулы марсоход будет вынут из нее при помощи специального крана, который опустит его на поверхность, а спускаемая капсула упадет неподалеку, но на безопасном расстоянии.

Место посадки

Кратер Галле , место посадки Curiosity, имеет диаметр 154 километра. Внутри кратера находится гора высотой около 5.5 километров. Ее склоны достаточно пологи, чтобы марсоход мог на нее взобраться. Кратер был выбран потому, что он, возможно, когда-то содержал жидкую воду. Его высота - одна из наименьших на Марсе, так что если вода когда-то текла по поверхности красной планеты, то она должна была затечь и в кратер Галле. Наблюдения с орбиты подтверждают это предположение, так как там были найдены глины и сульфатные минералы, которые формируются при наличии воды. В кратере можно изучить различные слои геологических отложений и составить картину его эволюции.

Итак, как же можно связаться с ровером, находящимся на Марсе? Вдумайтесь - даже когда Марс находится на наименьшем расстоянии от Земли, сигналу нужно преодолеть пятьдесят пять миллионов километров! Это действительно огромное расстояние. Но как же маленькому, одинокому марсоходу удается передавать свои научные данные и прекрасные полноцветные изображения так далеко и в таком количестве? В самом первом приближении, это выглядит примерно вот так (я очень старался, правда):

Итак, в процессе передачи информации участвуют, обычно, три ключевые «фигуры» - один из центров космической связи на Земле, один из искусственных спутников Марса, и собственно, сам марсоход. Давайте начнем со старушки Земли, и поговорим о центрах космической связи DSN (Deep Space Network).

Станции космической связи

Любая из космических миссий NASA рассчитана на то, что связь с космическим аппаратом должна быть возможна 24 часа в сутки (ну или по крайней мере всегда, когда она может быть возможна в принципе ). Поскольку, как нам известно, Земля довольно быстро вращается вокруг собственной оси, для обеспечения непрерывности сигнала необходимо несколько точек для приема/передачи данных. Именно такими точками и являются станции DSN. Они расположены на трех континентах и удалены друг от друга примерно на 120 градусов долготы, что позволяет им частично перекрывать зоны действия друг друга, и, благородя этому, «вести» космический аппарат 24 часа в сутки. Для этого, когда космический аппарат выходит из зоны действия одной из станций, его сигнал перебрасывается ну другую.

Один из комплексов DSN находится в США (Goldstone complex), второй - в Испании (около 60 километров от Мадрида), а третий - в Австралии (примерно в 40 километрах от Канберры).

Каждый из этих комплексов имеет собственный набор антенн, но по функциональности все три центра примерно равны. Сами антенны называются DSS (Deep Space Stations), и имеют собственную нумерацию - антенны в США имеют номера 1X-2X, антенны в Австралии - 3Х-4Х, а в Испании - 5Х-6Х. Так что, если вы услышите где-то «DSS53», то можете быть уверены, что речь идет об одной из испанских антенн.

Для связи с марсоходами чаще всего используется комплекс в Канберре, поэтому давайте поговорим о нем чуть подробнее.

У комплекса есть свой сайт , на котором можно найти довольно много интересной информации. Например, совсем скоро - 13 апреля этого года - исполнится 40 лет антенне DSS43.

Всего, на настоящий момент, станция в Канберре имеет три активные антенны: DSS-34 (диаметром 34 метра), DSS-43 (впечатляющие 70 метров) и DSS-45 (снова 34 метра). Разумеется, за годы работы центра были использованы и другие антенны, которые по разным причинам были выведены из эксплуатации. Например, самая первая антенна - DSS42 - была снята с использования в декабре 2000 года, а DSS33 (диаметром 11 метров) была списана в феврале 2002, после чего перевезена в Норвегию в 2009, чтобы продолжить свою работу уже в роли инструмента для изучения атмосферы.

Первая из упомянутых работающих антенн, DSS34 , была построена в 1997 году и стала первым представителем нового поколения этих устройств. Ее отличительной особенностью является то, что оборудование для приема/передачи и обработки сигнала находится не непосредственно на тарелке, а в помещении под ней. Это позволило значительно облегчить тарелку, а также дало возможность обслуживать оборудования не останавливая работу самой антенны. DSS34 является антенной-рефлектором, схема ее работы выглядит примерно так:

Как видите, под антенной располагается помещение, в котором и проводится вся обработка полученного сигнала. У реальной антенны, эта комната находится под землей, так что на фотографиях вы ее не увидите.

DSS34, кликабельно

Передача:

• X-диапазон (7145-7190 МГц)
• S-диапазон (2025-2120 МГц)

Прием:

• X-диапазон (8400-8500 МГц)
• S-диапазон (2200-2300 МГц)
• Ka-диапазон (31.8-32.3 ГГц)

Точность позиционирования: Скорость поворота:

• 2.0°/сек

Устойчивость к ветру:

• Постоянный ветер 72км/ч
• Порывы +88км/ч

DSS43 (у которой скоро юбилей) представляет собой гораздо более старый экземпляр, построенный в 1969-1973 годах, и претерпевший модернизацию в 1987 году. DSS43 - это самая большая подвижная параболическая антенна в южном полушарии нашей планеты. Массивная конструкция весом более 3000 тонн поворачивается на масляной пленке толщиной около 0.17 миллиметра. Поверхность тарелки состоит из 1272 алюминиевых панелей, и имеет площадь 4180 квадратных метров.

DSS43, кликабельно

немного технических характеристик

Передача:

• X-диапазон (7145-7190 МГц)
• S-диапазон (2025-2120 МГц)

Прием:

• X-диапазон (8400-8500 МГц)
• S-диапазон (2200-2300 МГц)
• L-диапазон (1626-1708 МГц)
• K-диапазон (12.5 ГГц)
• Ku-диапазон (18-26 ГГц)

Точность позиционирования:

• в пределах 0.005° (точность наводки на точку небосвода)
• в пределах 0.25мм (точность перемещения самой антенны)

Скорость поворота:

• 0.25°/сек

Устойчивость к ветру:

• Постоянный ветер 72км/ч
• Порывы +88км/ч
• Максимальная расчетная - 160км/ч

DSS45 . Эта антенна была закончена в 1986 году, и предназначена изначально для связи с Voyager 2, изучавшим Уран. Она вращается на круглом основании диаметром в 19.6 метра, используя для этого 4 колеса, два из которых являются ведущими.

DSS45, кликабельно

немного технических характеристик

Передача:

• X-диапазон (7145-7190 МГц)

Прием:

• X-диапазон (8400-8500 МГц)
• S-диапазон (2200-2300 МГц)

Точность позиционирования:

• в пределах 0.015° (точность наводки на точку небосвода)
• в пределах 0.25мм (точность перемещения самой антенны)

Скорость поворота:

• 0.8°/сек

Устойчивость к ветру:

• Постоянный ветер 72км/ч
• Порывы +88км/ч
• Максимальная расчетная - 160км/ч

Если говорить о станции космической связи в целом, то можно выделить четыре основные задачи, которые она должна выполнять:
Телеметрия - получать, декодировать и обрабатывать данные телеметрии, поступающие с космических аппаратов. Обычно эти данные состоят из научной и инженерной информации, передаваемой по радиоканалу. Система телеметрии получает данные, следит за их изменениями и соответствием норме, и передает их в системы валидации или научные центры, занимающиеся их обработкой.
Слежение - система слежения должна обеспечивать возможность двусторонней коммуникации между Землей и космическим аппаратом, и проводить расчеты его местоположения и вектора скорости для правильного позиционирования терелки.
Управление - дает специалистам возможность передавать управляющие команды на космический аппарат.
Мониторинг и контроль - позволяю контролировать и управлять системами самой DSN

Стоит отметить, что австралийская станция обслуживает на сегодняшний день около 45 космических аппаратов, так что расписание времени ее работы четко регламентировано, и получить дополнительное время не так-то просто. У каждой из антенн также имеется техническая возможность обслуживать до двух разных аппаратов одновременно.

Итак, данные, которые должны быть переданы на ровер, присылают на станцию DSN, откуда они отправляются в свое недолгое (от 5 до 20 минут) космическое путешествие к Красной Планете. Давайте теперь перейдем к рассмотрению самого ровера. Какие средства связи имеются у него?

Curiosity

Curiosity оснащен тремя антеннами, каждая из которых может использоваться и для приема и для передачи информации. Это UHF-антенна, LGA и HGA. Все они расположены на «спине» ровера, в различных местах.

HGA - High Gain Antenna
MGA - Medium Gain Antenna
LGA - Low Gain Antenna
UHF - Ultra High Frequency
Поскольку аббревиатуры HGA, MGA и LGA уже имеют в себе слово antenna, я не буду приписывать к ним это слово повторно, в отличие от аббревиатуры UHF.

Нас интересуют RUHF, RLGA, и High Gain Antenna

UHF-антенна используется чаще всего. С ее помощью, ровер может передавать данные через спутники MRO и Odyssey (о которых мы поговорим дальше) на частоте около 400 мегагерц. Использование спутников для передачи сигнала является предпочтительным из-за того, что они находятся в поле зрения DSN-станций гораздо дольше, чем сам ровер, одиноко сидящий на поверхности Марса. К тому же, поскольку они значительно ближе к марсоходу, последнему нужно затрачивать меньше энергии для передачи данных. Скорость передачи может достигать 256кб/с для Odyssey и до 2 мбит/с для MRO. Бо льшая часть информации, приходящей от Curiosity, проходит именно через спутник MRO. Сама UHF-антенна находится в задней части ровера, и внешне выглядит как серый цилиндр.

Curiosity также имеет HGA, которую он может использовать для получения команд напрямую с Земли. Эта антенна подвижна (ее можно направить в сторону Земли), то есть для ее использования роверу не приходится менять свое местоположение, достаточно просто повернуть HGA в нужную сторону, а это позволяет сохранять энергию. HGA смонтирована примерно посередине с левого борта ровера, и представляет собой шестигранник диаметром около 30 сантиметров. HGA может передавать данные прямо на Землю со скоростью около 160 бит/сек на 34-метровые антенны, или со скоростью до 800 бит/сек на 70-метровые.

Наконец, третья антенна - это так называемая LGA.
Она посылает и принимает сигналы в любых направлениях. Работает LGA в X-диапазоне (7-8 ГГц). Тем не менее, мощность этой антенны довольно мала, а скорость передачи оставляет желать лучшего. Из-за этого она в основном используется для приема информации, а не для ее передачи.
На фото LGA - это белая башенка на переднем плане.
На заднем плане видна UHF-антенна.

Стоит отметить, что марсоход генерирует огромное количество научных данных, и не всегда все их удается отправить. Специалисты NASA устанавливают приоритеты важности: информация с наибольшим приоритетом будет передана в первую очередь, а информация с меньшим приоритетом будет ждать следующего коммуникационного окна. Иногда часть наименее важных данных и вовсе приходится удалять.

Спутники Odyssey и MRO

Итак, мы выясняли, что обычно для связи с Curiosity необходимо «промежуточное звено» в виде одного из спутников. Благодаря этому удается увеличить время, в течение которого связь с Curiosity вообще возможна, а также увеличить скорость передачи, так как более мощные антенны спутников способны передавать на Землю данные с гораздо большей скоростью.

Каждый из спутников имеет два коммуникационных окна с марсоходом в каждый сол. Обычно эти окна достаточно коротки - всего несколько минут. В случае крайней необходимости, Curiosity может также связаться со спутником Европейского Космического Агентства Mars Express Orbiter.

Mars Odyssey

Mars Odyssey
Спутник Mars Odyssey был запущен в 2001 году и предназначен изначально для изучения строения планеты и поиска минералов. Спутник имеет размеры 2,2х2,6х1,7 метра и массу более 700 килограмм. Высота его орбиты колеблется от 370 до 444 километров. Этот спутник активно использовался предыдущими марсоходами: около 85 процентов данных, полученных со Spirit и Opportunity, были транслированы именно через него. Odyssey может общаться с Curiosity в UHF-диапазоне. Что касается средств коммуникации, у него имеются HGA, MGA (medium gain antenna), LGA и UHF-антенна. В основном, для передачи данных на Землю используется HGA, имеющая диаметр 1.3 метра. Передача ведется на частоте 8406 МГц, а прием данных осуществляется на частоте 7155 МГц. Угловой размер луча составляет порядка двух градусов.

Расположение инструментов спутника

Коммуникации с роверами осуществляются с помощью UHF-антенны на частотах 437 МГц (передача) и 401 МГц (прием), скорость обмена данными может составлять 8, 32, 128 или 256 кб/сек.

Mars Reconnaissance Orbiter

MRO

В 2006 году к спутнику Odyssey присоединился MRO - Mars Reconnaissance Orbiter, который сегодня является основным собеседником Curiosity.
Однако, помимо работы связиста, сам MRO имеет внушительный арсенал научных приборов, и, что самое интересное, оборудован камерой HiRISE, которая представляет собой, по сути, телескоп-рефлектор. Находясь на высоте 300 километров, HiRISE может делать снимки с разрешением до 0.3 метра на пиксель (для сравнения, спутниковые снимки Земли обычно доступны с разрешением около 0.5 метра на пиксель). MRO может также создавать стереопары поверхности с точностью до умопомрачительных 0.25 метров. Я настоятельно рекомендую вам ознакомиться хотя бы с несколькими снимками, которые доступны, например, . Чего стоит, например, вот это изображение кратера Виктория (кликабельно, оригинал около 5 мегабайт):

Предлагаю самым внимательным найти на изображении ровер Opportunity ;)

ответ (кликабельно)

Обратите внимание на то, что большинство цветных снимков сделаны в расширенном диапазоне, так что если вы наткнетесь на снимок, на котором часть поверхности будет ярко сине-зеленоватого цвета, не спешите заниматься конспирологией;) Зато вы можете быть точно уверены, что на разных снимках одинаковые породы будут иметь одинаковый цвет. Однако, вернемся к системам связи.

MRO оборудован четырьмя антеннами, которые по назначению совпадают с антеннами марсохода - это UHF-антенна, HGA и две LGA. Основная используемая спутником антенна - HGA - имеет диаметр три метра, и работает в X-диапазоне. Именно она используется для передачи данных на Землю. HGA также оборудована 100-ваттным усилителем сигнала.

1 - HGA, 3 - UHF, 10 - LGA (обе LGA смонтированны прямо на HGA)

Curiosity и MRO общаются с помощью UHF-антенны, коммуникационное окно открывается дважды в сол, и продолжается примерно 6-9 минут. MRO выделяет 5Гб в день для данных, полученных с роверов, и хранит их до тех пор, пока не окажется в зоне видимости одной из станций DSN на Земле, после чего передает данные туда. Передача данных к марсоходу осуществляется по такому же принципу. На хранение команд, которые должны быть переданы на марсоход, выделяется 30 Мб/сол.

Станции DSN ведут MRO по 16 часов в сутки (остальные 8 часов спутник находится с обратной стороны Марса, и не может вести обмен данными, так как закрыт планетой), 10-11 из которых он передает данные на Землю. Обычно спутник в течение трех дней в неделю работает с 70-метровой антенной DSN, и дважды - с 34-метровой антенной (к сожалению непонятно чем он занимается в оставшиеся два дня, но вряд ли у него есть выходные). Скорость передачи может варьироваться от 0,5 до 4 мегабит в секунду - она уменьшается при отдалении Марса от Земли и увеличивается при сближении двух планет. Сейчас (на момент публикации статьи) Земля и Марс находятся почти на максимальном расстоянии друг от друга, так что скорость передачи скорее всего не очень велика.

NASA утверждает (на сайте спутника есть специальный виджет), что за все время работы MRO передал на Землю более 187 терабит (!) данных - это больше, чем все аппараты, посланные в космос до него, вместе взятые.

Заключение

Итак, подведем итоги. При передаче управляющих команд на марсоход, происходит следующее:

• Специалисты JPL отправляют команды на одну из станций DSN.
• Во время сеанса связи с одним из спутников (скорее всего, это будет MRO), станция DSN передает ему набор команд.
• Спутник сохраняет данные во внутренней памяти, и ожидает следующего коммуникационного окна с марсоходом.
• Когда марсоход оказывается в зоне доступа, спутник передает ему управляющие команды.

При передаче данных с марсохода на Землю, все это происходит в обратном порядке:

• Ровер хранит свои научные данные во внутренней памяти и ожидает ближайшего коммуникационного окна со спутником.
• Когда спутник оказывается доступен, ровер передает ему информацию.
• Спутник получает данные, сохраняет их в своей памяти, и ожидает доступности одной из станций DSN
• Когда станция DSN становится доступна, спутник отправляет ей полученные данные.
• Наконец, после получения сигнала, станция DSN декодирует его, и отправляет полученные данные тем, для кого они предназначены.

Надеюсь, мне удалось более-менее кратко описать процесс связи с Curiosity. Вся эта информация (на английском языке; плюс огромная куча дополнительной, включая, например, довольно подробные технические отчеты о принципах работы каждого из спутников) доступна на различных сайтах JPL, ее очень легко найти, если знать, что именно вас интересует.

Пожалуйста, сообщайте о всех ошибках и опечатках в личку!

Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите , пожалуйста.

Автопортрет «Кьюриосити»

Марсианская научная лаборатория (МНЛ) (Mars Science Laboratory , сокр. MSL ), «Марс сайенс лэборатори» - миссия НАСА , в ходе выполнения которой на был успешно доставлен и эксплуатируется третьего поколения «Кьюриосити» (Curiosity , - любопытство, любознательность ). Марсоход представляет собой автономную химическую лабораторию в несколько раз больше и тяжелее предыдущих марсоходов «Спирит» и «Оппортьюнити». Аппарат должен будет за несколько месяцев пройти от 5 до20 километров и провести полноценный анализ марсианских почв и компонентов атмосферы. Для выполнения контролируемой и более точной посадки использовались вспомогательные ракетные двигатели.

Запуск «Кьюриосити» к Марсу состоялся 26 ноября 2011 года, мягкая посадка на поверхность Марса - 6 августа 2012 года. Предполагаемый срок службы на Марсе - один марсианский год (686 земных суток).

MSL - часть долговременной программы НАСА по исследованию Марса роботизированными зондами Mars Exploration Program. В проекте, помимо НАСА, участвуют также Калифорнийский технологический институт и Лаборатория реактивного движения. Руководитель проекта - Дуг Маккистион (Doug McCuistion), сотрудник НАСА из отдела изучения других планет.Полная стоимость проекта MSL составляет примерно 2,5 миллиарда долларов.

Специалисты американского космического агентства НАСА решили отправить марсоход в кратер Гейла. В огромной воронке хорошо просматриваются глубинные слои марсианского грунта, раскрывающие геологическую историю красной планеты.

Название «Кьюриосити» было выбрано в 2009 году среди вариантов, предложенных школьниками, путём голосования в сети Интернет. Среди других вариантов были Adventure («Приключение»), Amelia , Journey («Путешествие»),Perception («Восприятие»), Pursuit («Стремление»), Sunrise («Восход»), Vision («Ви́дение»), Wonder («Чудо»).

История

Космический аппарат в собранном виде.

В апреле 2004 года НАСА начало отбор предложений по оснащению нового марсохода научным оборудованием, и 14 декабря 2004 года было принято решение об отборе восьми предложений. В конце того же года началась разработка и испытания составных частей системы, включая разработку однокомпонентного двигателя производства компании Aerojet, который способен выдавать тягу в диапазоне от 15 до 100 % от максимальной при постоянном давлении наддува.

Создание всех компонентов марсохода было завершено к ноябрю 2008 года, причём большая часть инструментов и программного обеспечения MSL продолжало испытываться. Перерасход бюджета миссии составил около 400 миллионов долларов. В следующем месяце НАСА отложило запуск MSL на конец 2011 года из-за недостатка времени для испытаний.

С 23 по 29 марта 2009 года на сайте НАСА проводилось голосование по выбору названия для марсохода, на выбор было дано 9 слов. 27 мая 2009 года победителем было объявлено слово «Кьюриосити». Оно было предложено шестиклассницей из Канзаса Кларой Ма.

Марсоход был запущен ракетой “Атлас-5” с мыса Канаверал 26 ноября 2011 года. 11 января 2012 года был проведён специальный манёвр, который эксперты называют «самым важным» для марсохода. В результате совершённого манёвра аппарат взял курс, который привёл его в оптимальную точку для десантирования на поверхность Марса.

28 июля 2012 года была проведена четвёртая небольшая коррекция траектории, двигатели включили всего на шесть секунд. Операция прошла настолько успешно, что финальная коррекция, изначально намеченная на 3 августа, не потребовалась.

Посадка произошла успешно 6 августа 2012 года, в 05:17 UTC. Радиосигнал, сообщающий об успешной посадке марсохода на поверхность Марса, достиг в 05:32 UTC.

Задачи и цели миссии

29 июня 2010 года инженеры из Лаборатории Реактивного Движения собрали «Кьюриосити» в большом чистом помещении, в рамках подготовки к запуску марсохода в конце 2011 года.

MSL имеет четыре основных цели:

• установить, существовали ли когда-либо условия, подходящие для существования жизни на Марсе;
• получить подробные сведения о климате Марса;
• получить подробные сведения о геологии Марса;
• провести подготовку к высадке человека на Марсе.

Для достижения этих целей перед MSL поставлено шесть основных задач:

• определить минералогический состав марсианских почв и припочвенных геологических материалов;
• попытаться обнаружить следы возможного протекания биологических процессов - по элементам, являющимся основой жизни, какой она известна землянам: (углерод, водород, азот, кислород, фосфор, серу);
• установить процессы, в которых формировались марсианские камни и почвы;
• оценить процесс эволюции марсианской атмосферы в долгосрочном периоде;
• определить текущее состояние, распределение и круговорот воды и углекислого газа;
• установить спектр радиоактивного излучения поверхности Марса.

Также в рамках исследований измерялось воздействие космической радиации на компоненты во время перелёта к Марсу. Эти данные помогут оценить уровни радиации, ожидающие людей в пилотируемой экспедиции на Марс.

Состав

Перелётный модуль		Модуль управляет траекторией Mars Science Laboratory во время полёта с Земли на Марс. Также включает в себя компоненты для поддержки связи во время полёта и регулирования температуры. Перед входом в атмосферу Марса происходит разделение перелетного модуля и спускаемого аппарата.
Тыльная часть капсулы		Капсула необходима для спуска через атмосферу. Она защищает марсоход от влияния космического пространства и перегрузок во время входа в атмосферу Марса. В тыльной части находится контейнер для парашюта. Рядом с контейнером установлено несколько антенн связи.
«Небесный кран»		После того, как теплозащитный экран и тыльная часть капсула выполнят свою задачу, они расстыковываются, тем самым освобождая путь для спуска аппарата и позволяя радару определить место посадки. После расстыковки кран обеспечивает точный и плавный спуск марсохода на поверхность Марса, который достигается за счёт использования реактивных двигателей и контролируется с помощью радиолокатора на марсоходе.
Марсоход «Кьюриосити»		Марсоход под названием «Кьюриосити», содержит все научные приборы, а также важные системы связи и энергоснабжения. Во время полёта шасси складывается для экономии места.
Лобовая часть капсулы с теплозащитным экраном		Теплозащитный экран защищает марсоход от крайне высокой температуры, воздействующей на спускаемый аппарат при торможении в атмосфере Марса.

Спускаемый аппарат

Масса спускаемого аппарата (изображён в сборе с перелётным модулем) составляет 3,3 тонны. Спускаемый аппарат служит для контролируемого безопасного снижения марсохода при торможении в марсианской атмосфере и мягкой посадки марсохода на поверхность.

Технология полёта и посадки

Перелётный модуль готов к испытанию. Обратите внимание на часть капсулы снизу, в этой части находится радиолокатор, а на самом верху - солнечные батареи.

Траекторию движения Mars Science Laboratory от Земли до Марса контролировал перелётный модуль, соединённый с капсулой. Силовым элементом конструкции перелётного модуля была кольцевая ферма диаметром 4 метра, из алюминиевого сплава, укреплённая несколькими стабилизирующими стойками. На поверхности перелётного модуля были установлены 12 панелей , подключённых к системе энергоснабжения. К концу полёта, перед входом капсулы в атмосферу Марса, они вырабатывали около 1 кВт электрической энергии с КПД порядка 28,5 %. Для проведения энергоемких операций были предусмотрены литий-ионные аккумуляторы. Кроме того, система электропитания перелётного модуля, батареи спускаемого модуля и энергосистема «Кьюриосити» имели взаимные соединения, что позволяло перенаправить потоки энергии в случае возникновения неисправностей.

Ориентация космического аппарата в пространстве определялась при помощи звёздного датчика и одного из двух солнечных датчиков. Звёздный датчик наблюдал за несколькими выбранными для навигации звёздами; солнечный датчик использовал в качестве опорной точки . Эта система была спроектирована с резервированием для повышения надёжности миссии. Для коррекции траектории применялись 8 двигателей, работающих на гидразине, запас которого содержался в двух сферических титановых баках.