Далі йде уривок з моєї нової книги "Неймовірні історії з космосу: за кадром. Погляд на місії, що змінюють наш погляд на Космос", що вийде завтра, грудень. Книга - це внутрішній погляд на кілька сучасних Роботичні місії НАСА, і цей уривок є частиною 1 із 3, яка буде розміщена тут, у космічному журналі, глави 2, «Рояльний Марс з цікавістю». Книга доступна для замовлення на Amazon та Barnes & Noble.
Сім хвилин терору
Потрібно приблизно сім хвилин космічному кораблю середнього розміру - наприклад, роверу або робототехнічному приземленню - спуститися через атмосферу Марса і досягти поверхні планети. За ці короткі хвилини космічний апарат повинен уповільнитись від своєї спалахуючої швидкості, що сягає близько 13000 миль / год (20 900 км / год), щоб знизитись лише в 2 милі / 3 км / год або менше.
Для цього потрібні серії заходів, схожих на Руба Голдберга, які відбуватимуться в ідеальній послідовності, з чіткою хореографією та термінами. І все це повинно відбуватися автоматично за допомогою комп'ютера, без жодного введення інформації на Землі. Немає можливості керувати космічним кораблем віддалено від нашої планети, відстань приблизно 250 мільйонів миль (250 мільйонів км). На цій відстані час затримки радіосигналу від Землі до Марса займає понад 13 хвилин. Тому до моменту закінчення семихвилинного спуску всі ці події відбулися - або не відбулися - і ніхто на Землі не знає, які. Або ваш космічний корабель чудово сидить на поверхні Марса, або лежить у розбитому купі.
Ось чому вчені та інженери з місій на Марсі називають це "сім хвилин терору".
І з місією Mars Science Laboratory (MSL), яка розпочалась із Землі в листопаді 2011 року, страх і трепет щодо того, що офіційно називають "В'їзд, спуск і посадка" (EDL), зростали експоненціально. MSL оснащений 1-тонним (900 кг), 6-колісним ровером під назвою Curiosity, і цей ровер збирався використовувати абсолютно нову, неперевірену посадкову систему.
На сьогоднішній день всі десантники та марсоходи Марса використовували - для порядку - вхід з керуванням ракетою, тепловий щит для захисту та уповільнення руху транспортного засобу, а потім парашут, за яким рухаються штовхачі, щоб ще більше сповільнити транспортний засіб. Цікавість також використовуватиме цю послідовність. Однак остаточний, найважливіший компонент охоплював один із найскладніших пристроїв для посадки, який коли-небудь пролітав.
Званий "краном неба", що зависла ракетна ступінь знизила б на ровері 66-футовий (20-метровий) кабель ветеранського канату, як підйомник-альпініст, з ровером м'яким приземленням прямо на колесах. Це все потрібно було виконати за лічені секунди, і коли бортовий комп'ютер відчув приземлення, піротехніка розірве мотузки, а зависла ступінь спуску збільшиться в повний дросель, щоб зруйнувати землю далеко від цікавості.
Ускладнивши питання ще більше, цей марсохід збирався спробувати найточнішу посадку в світі, колись спустився всередину кратера поруч з висотою гори Реньє.
Основна частина невизначеності полягала в тому, що інженери ніколи не могли випробувати всю систему посадки разом разом, послідовно. І ніщо не могло б імітувати жорстокі атмосферні умови та легшу гравітацію, наявну на Марсі, за винятком самого Марса. Оскільки справжня посадка буде вперше використана повноцінним краном Sky, виникли питання: а що, якщо кабелі не розділилися? Що робити, якщо щабель спуску продовжував спускатися прямо на вертолі?
Якби Sky Crane не працював, це було б ігровою місією, яка вже так багато подолала: технічні проблеми, затримки, перевитрати коштів та гнів критиків, які сказали, що цей марсохід на 2,5 мільярда доларів кровить гроші решта програми планетарної розвідки НАСА.
Місії на Марс
З його червоним сяйвом на нічному небі Марс століттями манив небесних спостерігачів. Як найближча до Землі планета, яка пропонує будь-який потенціал для майбутніх місій чи колонізації людини, вона представляла великий інтерес у епоху космічних досліджень. На сьогоднішній день на Червону планету було запущено понад 40 робототехнічних місій… а точніше - місій 40 плюс спроба.
Якщо врахувати всі зусилля США, Європи, Радянського Союзу та Росії та Японії, більше половини місій на Марсі не вдалося, або через катастрофу при запуску, несправність на шляху до Марса, спробу вирватися на орбіту або катастрофічну посадку. Незважаючи на те, що останні місії мали більший успіх, ніж наші перші піонерські спроби дослідити Марс in situ (на місці), космічні вчені та інженери лише частково жартують, коли вони говорять про речі, такі як "Великий галактичний вурхал" або "Прокляття Марса", що псують місії.
Але були і чудові успіхи. Ранні місії 1960-х та 70-х років, такі як орбіталі Марінера та вікінг-ландшафти, показали нам надзвичайно красивий, хоч і безплідний та скелястий світ, тим самим зруйнувавши будь-які сподівання на «маленьких зелених чоловічків» як наших планетарних сусідів. Але пізніші місії виявили дихотомію: розкішне спустошення в поєднанні з дражливими натяками на минуле - чи, можливо, навіть, сьогодення - воду та глобальну діяльність.
Сьогодні поверхня Марса холодна і суха, а його тонка шепітна атмосфера не захищає планету від обстрілу випромінювання від Сонця. Але вказівки є, що умови на Марсі були не завжди такими. З орбіти видно канали та складні долинні системи, які, здається, вирізані проточною водою.
Десятиліттями планетарні вчені дискутували, чи формувалися ці риси під час коротких, вологих періодів, спричинених катаклізматичними подіями, такими як масовий удар астероїдів або раптове кліматичне лихо, або якщо вони формувалися протягом мільйонів років, коли Марс, можливо, був постійно теплим і мокрим. Значна частина доказів поки що неоднозначна; ці риси могли формуватися в будь-якому випадку. Але мільярди років тому, якби були річки та океани, як і на Землі, життя могло б узятися за життя.
Ровери
Ровер Curiosity - четвертий мобільний космічний корабель, який NASA відправив на поверхню Марса. Перший - 23-фунтовий (10,6 кг) ровер на ім'я Сожорнер, який висадився на покриті скелями Марсіанській рівнині 4 липня 1997 року. Про розміри мікрохвильової печі, 2-футовий (65 см) довгий Союзник не проходив більше 40 футів від його землекористування та базової станції. Ровер та земля разом складали місію Pathfinder, яка, як очікується, триватиме близько тижня. Натомість це тривало майже три місяці, а дует повернув 2,6 гігабітів даних, відібравши понад 16 500 зображень з приземлення та 550 зображень з ровера, а також здійснив хімічні вимірювання гірських порід та ґрунту та вивчаючи атмосферу та погоду Марса. Він визначив сліди теплішого, більш мокрого минулого для Марса.
Місія відбулася, коли Інтернет тільки набирав популярність, і НАСА вирішило розміщувати фотографії з ровера в Інтернеті, як тільки вони були передані на Землю. Це стало однією з найбільших подій в історії молодого Інтернету: веб-сайт NASA (і дзеркальні сайти, створені для великого попиту) отримав понад 430 мільйонів звернень за перші 20 днів після посадки.
Pathfinder також використовував незвичайну систему посадки. Замість того, щоб використовувати штовхачі для притискання до поверхні, інженери створили систему гігантських подушок безпеки для оточення та захисту космічного корабля. Після використання загальноприйнятої системи керування ракетою, теплового щита, парашутів і тяги, подушки безпеки надувались, а коксована посадкова машина була опущена з 100 футів (30 м) над землею. Кілька разів підстрибуючи по поверхні Марса, як гігантський пляжний бал, Pathfinder врешті-решт зупинився, подушки безпеки зімкнулися, і наземна земля відкрилася, щоб дати можливість появі ровера.
Хоча це може звучати як божевільна стратегія посадки, воно настільки добре спрацювало, що NASA вирішила використовувати більші версії подушок безпеки для наступної місії ровера: два однакових ровера під назвою Spirit and Opportunity. Марс-дослідники на Марсі (MER) мають розмір газонокосарки верхової їзди, довжиною 1,6 фута (1,6 метра), вагою близько 185 фунтів (185 кілограмів). Дух успішно приземлився біля екватора Марса 4 січня 2004 року, а через три тижні "Opportunity" відскочив на інший бік планети. Метою MER було знайти докази минулої води на Марсі, і обидва ровери потрапили в джекпот. Серед багатьох знахідок Opportunity знайшов стародавні відслонення скель, що утворилися у проточній воді, а Дух виявив незвичайні кремнієві породи у формі цвітної капусти, які вчені досі вивчають, але вони можуть дати підказки для потенційного життя давнього Марсія.
Неймовірно, що при написанні (2016) ровер Opportunity все ще працює, проїжджаючи більше, ніж марафон (26 миль / 42 км), і він продовжує досліджувати Марс у великому кратері під назвою Endeavor. Дух, однак, піддався втраті сили під час холодної марсіанської зими 2010 року після того, як застряг у піщаній пастці. Два ровери далеко пережили запланований 90-денний термін експлуатації.
Якимось чином ровери виробили чітку «особистість» - або, можливо, кращий спосіб висловити це саме люди призначений особистості до роботів. Дух був проблемною дитиною і королевою драми, але мусив боротися за кожне відкриття; Можливість, привілейована молодша сестра та зірковий виконавець, оскільки нові висновки їй, здавалося, приходять легко. Дух і можливість не були розраховані на чарівність, але чарівні гребці захоплювали уяви дітей і досвідчених космічних ветеранів. Менеджер проекту MER Джон Каллас одного разу назвав веслувальниць-близнюків «найсильнішими чортовими речами в Сонячній системі». Оскільки довгожителі, химерні ровери долали небезпеки та небезпеки, вони щодня надсилали листівки з Марса. І Земляни полюбили їх за це.
Цікавість
Хоча це вже давно у нашому космічному списку справ, ми ще не зрозуміли, як відправити людей на Марс. Нам потрібні більші та більш досконалі ракети та космічні апарати, краща технологія для таких речей, як підтримка життєдіяльності та вирощування власної їжі, і ми справді не маємо можливості висаджувати дуже великі корисні навантаження, необхідні для створення людського поселення на Марсі.
Але тим часом - поки ми намагаємося розібратися з усім цим - ми відправили на Червону планету робочий еквівалент людського геолога. Автомобіль роверів Curiosity розміром у автомобілі озброєний безліччю сімнадцяти камер, дрилем, совком, ручним об'єктивом і навіть лазером. Ці інструменти нагадують обладнання, яке геологи використовують для вивчення гірських порід та корисних копалин на Землі. Крім того, цей ровер імітує людську діяльність, піднімаючись на гори, харчуючись (образно кажучи), згинаючи свою (робототехнічну) руку і роблячи селфі.
Цей мандрівний геолог-роботолог також є мобільною хімічною лабораторією. Всього десять приладів на ровері допомагають шукати органічний вуглець, який може вказувати на необхідну для життя сировину та "нюхати" марсіанське повітря, намагаючись запахнути, якщо є гази, як метан - що може бути ознакою життя. Роботизована рука Curiosity носить пристосування швейцарської армії: збільшувальну лінзу, подібну до камери, спектрометр для вимірювання хімічних елементів, а також дриль для відведення всередині гірських порід і подачу зразків в лабораторії з назвою SAM (Sample Analysis на Марсі) і) та CheMin (Хімія та мінералогія). Лазер ChemCam може випаровувати гірські породи на відстані до 7 футів (23 метри) і визначати мінерали зі спектра світла, випромінюваного з підірваної породи. Метеостанція та радіаційний монітор округляють пристрої на борту.
Завдяки цим камерам та інструментам, ровер стає очима та руками для міжнародної команди з близько 500 вчених, що знаходяться на Землі.
У той час як попередні марсоходи використовували сонячні масиви для збору сонячного світла для живлення, Curiosity використовує RTG, як New Horizons. Електроенергія, вироблена від RTG, неодноразово використовує літій-іонні акумуляторні батареї, а теплота RTG також передається в шасі Rover, щоб утеплити електроніку салону.
Зважаючи на розмір і вагу Curiosity, система посадки подушок безпеки, яку використовували попередні мотори, не підлягала сумніву. Як пояснив інженер NASA Роб Меннінг, "Ви не можете відскочити щось таке велике". Небесний журавель - сміливе рішення.
Місія цікавості: з’ясувати, як Марс розвивався протягом мільярдів років, і визначте, чи колись він був - чи навіть зараз - здатний підтримувати життя мікробів.
Ціль цікавості для дослідження: 5,5 км на високій гори Марс вчені називають гору. Різкий (формально відомий як Aeolis Mons), що знаходиться посеред кратера Гейла, 96-мильного (155-кілометровий) басейну удару діаметром.
Гейла обрали із 60 кандидатських сайтів. За даними орбітальних космічних апаратів встановлено, що гора має десятки шарів осадової скелі, можливо, побудовану протягом мільйонів років. Ці шари можуть розповісти історію геологічної та кліматичної історії Марса. Крім того, здається, що і гора, і кратер мають канали та інші особливості, схожі на те, що вони були вирізані проточною водою.
План: МСЛ висадиться в нижній, пласкішій частині кратера і обережно просунеться вгору до гори, вивчаючи кожен шар, по суті, екскурсуючи в епохи геологічної історії Марса.
Найважче було б потрапити туди. А команда MSL мала лише один шанс виправити це.
Десантна ніч
Посадка цікавості 5 серпня 2012 року була однією з найбільш очікуваних подій у дослідженні космосу у недавній історії. Мільйони людей спостерігали, як події розгортаються в Інтернеті та на телебаченні, а канали соціальних медіа гудуть з оновленнями. Телебачення NASA TV від контролю місії JPL транслювалося в прямому ефірі на екранах в нью-йоркській часовій площі та на місцях по всьому світу, де розміщуються «посадочні вечірки».
Але епіцентр дій був у JPL, де сотні інженерів, вчених та чиновників NASA зібралися в Інструменті космічних польотів JPL. Команда EDL - усі у відповідних світло-блакитних сорочках поло - моніторила комп'ютерні консолі за контролем місії.
Два члени команди виділялися: керівник команди EDL Адам Стелцнер - той, хто носить волосся в ельвісовому помпадурі - крокував туди-сюди між рядами консолей. Директор польотів Бобак Фердовський підкреслив і доглянуті зірки та смуги Мохаук. Очевидно, що в двадцять першому столітті екзотичні зачіски замінили чорні окуляри 1960-х та кишенькові протектори 1960-х років для інженерів NASA.
На момент посадки Ешвін Васавада був одним із найдовших службовців команди команди, приєднавшись до MSL як заступник вченого проекту в 2004 році, коли ровер будувався. Тоді велика частина роботи Васавади працювала з інструментальними групами, щоб доопрацювати цілі своїх інструментів, а також здійснював нагляд за технічними групами, щоб допомогти розробити інструменти та інтегрувати їх у ровер.
Кожен із десяти вибраних інструментів привів команду вчених, тому з інженерами, додатковим персоналом та студентами сотні людей готували ровер до запуску. Васавада допомагав координувати кожне рішення та модифікації, які можуть вплинути на можливу науку, зроблену на Марсі. Однак під час посадки він міг лише спостерігати.
"Я був у сусідній кімнаті з пультом, який показували по телевізору", - сказав Васавада. "Для посадки я нічого не міг зробити, окрім як усвідомити останні вісім років свого життя, і все моє майбутнє все їхало на тих семи хвилинах EDL".
Плюс той факт, що ніхто не дізнається про реальну долю ровера до 13 хвилин після факту через час затримки радіо, призвів до відчуття безпорадності для всіх у JPL.
"Хоча я сидів на стільці, - додав Васавада, - я думаю, що я подумки згорнувся у положенні плода".
Під час наближення до Марса Curiosity три інші космічні кораблі-ветерани, що вже перебувають на орбіті планети, перемістилися в положення, щоб мати можливість стежити за новинкою MSL під час передачі інформації про її статус. Спочатку MSL спілкувався безпосередньо з антенами Deep Space Network (DSN) на Землі.
Щоб зробити телеметрію з космічного корабля максимально спрощеною під час EDL, Curiosity розіслав 128 простих, але чітких тонів, що вказували, коли активуються кроки в процесі посадки. Аллен Чен, інженер в контрольній кімнаті, оголосив кожного, коли вони приїхали: один звук вказував, що космічний корабель увійшов в атмосферу Марса; інший сигналізував про те, що ударники стріляли, направляючи космічний корабель у бік Гейле Крейтера. Орієнтовні плескання та посмішки надходили від команди команди Mission Control на ранніх тонах, а емоції зростали, коли космічний апарат рухався все ближче та ближче до поверхні.
Посеред спуску МСЛ пішов нижче за марсіанський горизонт, вивівши його із зв'язку із Землею. Але три орбіти - Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter та Mars Express - були готові захоплювати, записувати та передавати дані в DSN.
Незмінно тони продовжували надходити на Землю, оскільки кожен крок посадки тривав бездоганно. Парашут розгорнувся. Тепловий щит опустився. Тон сигналізував про спуск сцен, на якому ровер відпускав парашут, інший вказував потужний політ і спуск до поверхні. Ще один тон означав, що Sky Crane почав опускати ровер на поверхню.
Прийшов тон, який вказував, що колеса Curiosity торкнулися поверхні, але навіть це не означало успіху. Команда мала переконатися, що маневр Sky Crane спрацював.
Потім пролунав тон, якого вони чекали: "Підключення підтверджено", - підбадьорив Чен. "Ми на Марсі в безпеці!"
Пандемоній та радість спалахнули під час контролю місії JPL, на сайтах цільових учасників та у соціальних мережах. Здавалося, світ у той момент святкував разом. Перевищення витрат, затримки, все негативне, що колись було сказано про місію MSL, здавалося, зникає з тріумфом приземлення.
"Ласкаво просимо на Марс!" Директор лабораторії реактивного руху Чарльз Елачі сказав на прес-конференції після драматичного притиску: «Сьогодні вночі ми приземлилися, завтра ми розпочнемо вивчення Марса. Наша цікавість не має меж ».
"Сім хвилин пройшло дійсно швидко", - сказав Васавада. «Це було закінчено ще до того, як ми це зрозуміли. Тоді всі стрибали вгору і вниз, навіть якщо більшість з нас все ще обробляли, що так успішно пройшло ».
Що посадка пройшла так добре - справді ідеально - можливо, насправді шокувала когось із команди JPL. Хоча вони кілька разів репетирували посадку «Цікавості», що примітно, вони ніколи не змогли сісти на транспортний засіб у своїх симуляціях.
"Ми намагалися репетирувати це дуже точно", - сказав Васавада, - щоб все було синхронізовано - і телеметрія, яку ми імітували, що надходила б з космічного корабля, а також створені анімації в реальному часі. Це була досить складна річ, але вона ніколи насправді не спрацьовувала. Тож справжня, фактична посадка була вперше, коли все працювало правильно ».
Цікавість була запрограмована негайно сфотографувати її околиці. Протягом двох хвилин після посадки перші зображення були промінені на Землю і з'явилися на екранах перегляду JPL.
"Ми приурочили орбітальні літаки до польоту під час посадки, але не знали точно, чи протримається їх естафетний зв'язок досить довго, щоб знизити початкові знімки", - сказав Васавада. "Ці перші знімки були досить хиткі, оскільки захисні кришки досі були на камерах, і дроселі висипали багато пилу на обкладинки. Ми насправді не могли це побачити дуже добре, але ми все-таки стрибали вгору і вниз, проте це були знімки з Марса. "
Дивовижно, що одна з перших фотографій показала саме те, що ровер був відправлений на вивчення.
"Ми приземлилися з камерами, в основному обличчям прямо на горі. Різко, - сказав Васавада, похитавши головою. «На зображенні HazCam (камера небезпеки), прямо між колесами, ми зробили цей чудовий знімок. Там була гора. Це було як попередній перегляд всієї місії прямо перед нами ».
Завтра: Частина 2 "Ротаючого Марса з цікавістю", з "Життям на Марсі" та "Відкриття"
"Неймовірні історії з космосу: кулуарні погляди на місії, що змінюють наш погляд на Космос" публікується компанією Page Street Publishing, дочірньою компанією Macmillan.
