Водитель марсохода Curiosity отвечает Хабру. Открытия curiosity Как осуществляется связь с марсоходом кьюриосити

NASA запустила к Красной планете очередной марсоход. В отличие от проектов, связанных с этой планетой в нашей стране, американским исследователям удается довольно успешно осуществлять такие миссии. Напомним, российский аналог Curiosity – Фобос-Грунт потерпел фиаско из-за ошибки в программном обеспечении при выходе на околоземную орбиту.

Задачи миссии Curiosity. Curiosity это не просто марсоход. Проект осуществляется в рамках миссии Mars Science Laboratory и является платформой, на которой установлено множество научного оборудования, которое готовилось для решения нескольких задач.

Первая задача, которая стоит перед Curiosity, не оригинальна – поиск жизни на этой суровой планете. Для этого марсоходу нового поколения нужно будет обнаружить и изучить природу органических углеродных соединений. Найти такие вещества как водород, азот, фосфор, кислород, углерод и серу. Наличие таких веществ позволяет предположить о предпосылках зарождения жизни.

Кроме того, на Curiosity возлагают и другие задачи. Марсоход с помощью своего оборудования должен будет передать сведения о климате и геологии планеты, а так же провести подготовку к высадке человека.

Характеристики марсохода Curiosity. Curiosity имеет 3 метра в длину и 2,7 метра в ширину. Он оснащен шестью 51-см колесами. Каждое колесо работает от автономного электродвигателя. Передние и задние колеса помогут марсоходу повернуть в нужное направление. Благодаря особой конструкции и оптимальному диаметру, Curiosity способен преодолевать препятствие высотой 75 см и разгоняться до 90 метров в час.

Питание марсохода осуществляется за счет миниреактора. Заложенного в него плутония-238 хватит на 14 лет работы. От солнечных батарей решили отказаться из-за проблемы большого запыления атмосферы Марса.

Полет и посадка марсохода Curiosity. В качестве места посадки марсохода Curiosity был выбран кратер Гейла. Довольно ровное место, которое не должно преподнести проблемы.

На геостационарную орбиту марсоход вывела двухступенчатая ракета Atlantis-5 541. Откуда станция проследует до Марса. И тут начнется очень интересный момент – посадка Curiosity.

Атмосфера Марса довольна сложна. Ее плотные слои не позволяют посадочным двигателям корректировать этот процесс. Из-за чего была разработана довольно интересная технология, которая должна обойти эти трудности.

Во время входа в атмосферу Curiosity будет находиться в сложенном виде внутри специальной защитной капсулы. От высоких температур при вхождении в плотные слои атмосферы на большой скорости ее будет защищать специальное покрытие из углеродных волокон, пропитанных фенолформальдегидной смолой.

В плотной атмосфере Марса скорость аппарата снизится с 6 км/c до двукратной скорости звука. Сбрасываемые балласты откорректируют положение капсулы. Теплозащитное “покрывало” отстрелится и при скорости 470 м/c раскроется сверхзвуковой парашют.

При прохождении высоты 3,7 км над планетой, должна запуститься фотокамера, установленная в нижней части марсохода. Она снимет поверхность планеты, кадры высокой точности помогут избежать проблем с тем местом, куда Curiosity должен сесть.

Все это время парашют выполнял функцию тормоза, и на высоте 1,8 км над Красной планетой, марсоход отделяется от спускаемой установки, и дальнейшее снижение будет происходить при помощи платформы, которая снабжена посадочными двигателями.

Двигатели с переменной тягой корректируют положение платформы. В этот момент Curiosity должен успеть разложиться и подготовиться к посадке. Для того, чтоб этот процесс получился довольно плавным, была придумана еще одна технология – “летучий кран”.

“Летучий кран” это 3 троса, которые плавно опустят марсоход к поверхности планеты в то время как, платформа будет парить на высоте 7,5 метров.

Оборудование марсохода Curiosity. На марсоходе Curiosity установлено большое количество научного оборудования. Среди них есть и прибор, который разработали российские специалисты. Марсоход оснащен роботизированной рукой, которая довольно чувствительна. В нее вмонтированы бур, лопатка и другое оборудование, которое позволит собирать грунт и образцы пород.

На марсоходе установлено 10 приборов о некоторых из них, мы расскажем ниже.

MastCam – это камера, расположенная на высокой мачте над марсоходом. Она является глазами операторов, которые получая картинку на Земле, будут управлять аппаратом.

SAM – это масс-спектрометр, лазерный спектрометр и газовый хроматограф “в одном флаконе”, которые позволяют вести анализ проб грунта. Именно SAM должен найти органические соединения, азот, кислород и водород.

Роботизированная рука должна доставлять пробы в специальное место, на марсоходе, где их будет исследовать прибор SAM.

CheMin – еще один прибор для анализа пород. Он определяет химические и минеральные соединения.

CheCam – это самое интересное оборудование на борту марсохода Curiositi. Если говорить по-простому, то это лазер, которые способен растопить образцы грунта или скальных пород на расстоянии 9 метров от марсохода и исследовав пары, должен определить их структуру.

APXS – спектрометр который облучая образцы рентгеновским излучением и альфа-частицами сможет идентифицировать их. APXS располагается на роботизированной руке марсохода.

DAN – прибор разработанный нашими соотечественниками. Он способен определить наличие воды или льда даже на небольшой глубине под поверхностью планеты.

RAD – определит наличие радиоактивного излучения на планете.

REMS – чувствительная метеостанция на борту Curiosity.

Марсоход Curiosity это амбициозный проект человечества, который выведет нас на новый уровень изучения Марса. Посадка и изучение Красной планетой этим аппаратом, поможет ответить на два вопроса, которые давно не дают покоя человечеству: есть ли жизнь на Марсе и возможно ли колонизировать эту планету в ближайшем будущем.

Диаметр кратера - свыше 150 километров, в центре располагается конус осадочных пород высотой 5,5 километров - гора Шарпа. Желтой точкой отмечено место посадки марсохода Curiosity - Bradbury Landing (Посадка Брэдбери)

Космический аппарат опустился почти в центре заданного эллипса недалеко от Aeolis Mons (Эолида, гора Шарпа) - главной научной цели миссии.

Путь Curiosity в кратере Гейла (6.08.2012 посадка - 1.08.2018, Sol 2128)

На маршруте отмечены основные участки научных работ. Белая линия - южная граница эллипса посадки. За шесть лет марсоход проехал около 20 км и прислал свыше 400 тыс. фотоснимков Красной планеты

Curiosity собрал образцы "подземного" грунта на 16 участках

(по данным NASA/JPL)

Марсоход Curiosity на хребте Веры Рубин (Vera Rubin Ridge)

Свою главную задачу - поиск условий, благоприятных когда-либо для обитания микроорганизмов - Curiosity выполнил, исследовав высохшее русло древней марсианской реки в низине . Марсоход обнаружил веские доказательства того, что на этом месте было древнее озеро и оно было пригодно для поддержания простейших форм жизни.

Марсоход Curiosity в Yellowknife Bay

На горизонте возвышается величественная гора Шарпа ( Aeolis Mons, Эолида)

(NASA/JPL-Caltech/Marco Di Lorenzo/Ken Kremer)

Другими важными результатами являются:
- Оценка естественного уровня радиации во время полета на Марс и на марсианской поверхности; эта оценка необходима для создания радиационной защиты пилотируемого полета на Марс

( )

- Измерение отношения тяжелых и легких изотопов химических элементов в марсианской атмосфере. Это исследование показало, что большая часть первичной атмосферы Марса рассеялась в космосе путем утраты легких атомов из верхних слоев газовой оболочки планеты ( )

Первое измерение возраста горных пород на Марсе и оценка времени их разрушения непосредственно на поверхности под действием космической радиации. Эта оценка позволит выяснить временные рамки водного прошлого планеты, а также темпы разрушения древней органики в камнях и почве Марса

Ц ентральная насыпь кратера Гейла - гора Шарпа - была сформирована из слоистых отложений осадочных пород в древнем озере на протяжении десятков миллионов лет

Марсоход обнаружил десятикратное увеличение содержания метана в атмосфере Красной планеты и отыскал органические молекулы в пробах грунта

Марсоход Curiosity на южной границе эллипса посадки 27 июня 2014 года, Sol 672

(Снимок камеры HiRISE орбитального зонда Mars Reconnaissance Orbiter)

С сентября 2014 года по март 2015 марсоход исследовал холмистую возвышенность "Pahrump Hills" (Парампские Холмы). По мнению планетологов, она представляет собой выход коренных пород центральной горы кратера Гейла и геологически не относится к поверхности его дна. С этого времени Curiosity приступил к изучению горы Шарпа.

Вид на возвышенность "Pahrump Hills"

(NASA/JPL)

Камера высокого разрешения HiRISE орбитального зонда Mars Reconnaissance Orbiter увидела ровер 8 апреля 2015 года с высоты 299 км.

Север сверху. Изображение охватывает область шириной около 500 метров. Светлые участки рельефа - осадочные горные породы, темные - покрыты песком

(NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona)

Ровер постоянно проводит съемку местности и некоторых объектов на ней, осуществляет мониторинг окружающей среды инструментами . Навигационные камеры присматриваются и к небу в поисках облаков.

Автопортрет в окрестностях ложбины Marias Pass

31 июля 2015 года Curiosity побурил каменистую плитку "Buckskin" на участке осадочных пород с необычно высоким содержанием кремнезема. Такой тип породы впервые встретился Марсианской научной лаборатории (MSL) за три года пребывания в кратере Гейла. Взяв пробу грунта, ровер продолжил путь к горе Шарпа

(NASA/JPL)

Марсоход Curiosity у бархана Namib Dune

Номинальный технический срок эксплуатации аппарата - два земных года - 23 июня 2014 года на Sol-668, но Curiosity находится в хорошем состоянии и успешно продолжает исследования марсианской поверхности

Слоистые холмы на склонах Эолиды, таящие геологическую историю марсианского кратера Гейла и следы изменений окружающей среды Красной планеты, - будущее место работы Curiosity

6 августа 2012 года на поверхность Марса десантировался аппарат «Любопытство» (Curiosity). В следующие 23 месяца марсоход будет изучать поверхность планеты, её минералогический состав и спектр излучения, искать следы жизни, а также оценит возможность высадки человека.

Основная тактика исследований состоит в поиске интересных пород камерами высокого разрешения. Если таковые появляются, то марсоход издалека облучает лазером исследуемую породу. Результат спектрального анализа определяет, нужно ли доставать манипулятор с микроскопом и рентгеновским спектрометром. Далее «Кьюриосити» может извлечь и загрузить образец во одну из 74 чашечек внутренней лаборатории для дальнейшего анализа.

При всем своем большом обвесе и внешней легкости аппарат имеет массу легкового автомобиля (900 кг) и весит на поверхности Марса 340 кг. Для запитывания всего оборудоваения используется энергия распада плутония-238 от радиоизотопного термоэлектрического генератора компании «Боинг», ресурс которого составляет как минимум 14 лет. На данный момент он вырабатывает 2,5 квт·ч тепловой энергии и 125 Вт электрической, со временем выход электричества будет снижаться до 100 Вт.

На марсоходе установлено сразу несколько различных типов камер . Mast Camera - это система из двух неодинаковых камер обычной цветопередачи, которые могут делать снимки (в том числе стереоскопические) разрешением 1600×1200 пикселов и, что ново для марсоходов, записывать аппаратно сжатый 720p-видеопоток (1280×720). Для хранения полученного материала система имеет 8 гигабайт флэш-памяти для каждой из камер - этого достаточно, чтобы уместить несколько тысяч снимков и пару часов видеозаписи. Обработка фотографий и видеороликов идет без нагрузки на управляющую электронику «Кьюриосити». Несмотря на наличие у производителя конфигурации с трансфокатором, камеры не имеют зума, поскольку времени для тестирования не оставалось.

Иллюстрация изображений от MastCam. Красочные панорамы поверхности Марса получаются путем склейки уже нескольких изображений. Камеры MastCam будут использоваться не только для развлечения публики погодой красной планеты, но и в качестве помощи при извлечении образцов манипулятором и при перемещении.

Также на мачте закреплена часть системы ChemCam . Это лазерно-искровой эмиссионный спектрометр и блок формирования изображения, которые работают в паре: после испарения крошечного количества исследуемой породы 5-наносекундным импульсом лазера производится анализ спектра полученного плазменного излучения, что позволит определить элементный состав образца. При этом не нужно выдвигать манипулятор.

Разрешающая способность оборудования в 5-10 раз выше, чем у установленного на предыдущие марсоходы. С 7 метров ChemCam может определить тип изучаемой породы (например, вулканическая или осадочная), структуру грунта и камней, отследить преобладающие элементы, распознать лед и минералы с водными молекулами в кристаллической структуре, измерить следы эрозии на камнях и визуально помочь при исследовании пород манипулятором.

Стоимость ChemCam составила 10 млн. долларов (менее полупроцента всей стоимости экспедиции). Система состоит из лазера на мачте и трех спектрографов внутри корпуса, излучение к которым подводится по оптоволоконному световоду.

На манипуляторе марсохода установлена Mars Hand Lens Imager, способная получать снимки размером в 1600×1200 пикселов, на которых могут быть видны детали в 12,5 микрометров. Камера имеет белую подсветку для работы как днем, так и ночью. Ультрафиолетовая подсветка необходима для вызова излучения карбонатных и эвапоритных минералов, наличие которых позволяет говорить о том, что в формировании поверхности Марса принимала участие вода.

Для целей картографирования использовалась камера Mars Descent Imager (MARDI), которая во время спуска аппарата записывала снимки размером 1600×1200 пикселов на 8 гигабайт флэш-памяти. Как только до поверхности осталось несколько километров, камера начала делать пять цветных фотографий в секунду. Полученные данные позволят составить карту ареала обитания «Кьюриосити».

По бокам марсохода установлены две пары черно-белых камер с углом обзора 120 градусов. Система Hazcams используется при выполнении маневров и выдвижении манипулятора. На мачте расположена система Navcams, которая представляют из себя две черно-белые камеры с углом обзора 45 градусов. Программы марсохода постоянно строят клиновидную 3D-карту на основе данных этих камер, что позволяет избегать столкновений с неожиданными препятствиями. Один из первых снимков с «Кьюриосити» - это картинка именно с камеры Hazcam.

Для измерения погодных условий на марсоходе установлена станция мониторинга окружающей среды (Rover Environmental Monitoring Station), которая измеряет давление, температуры атмосферы и поверхности, скорость ветра и ультрафиолетовое излучение. REMS защищена от марсианской пыли.

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.

Марсоход «Кьюриосити» (с англ. «Любопытство») приземлился в рамках миссии NASA Mars Science Laboratory в 2012 году на Марс. Марсоход представляет собой автономную химическую лабораторию в несколько раз больше и тяжелее предыдущих марсоходов «Спирит» и «Оппортьюнити». Задача аппарата -за несколько месяцев пройти от 5 до 20 километров и провести полноценный анализ марсианских почв и компонентов атмосферы. Для выполнения контролируемой и более точной посадки использовались вспомогательные ракетные двигатели. За несколько лет своей работы марсоход предоставил много интересных данных и сделал множество живописных снимков Красной планеты.

Специалисты, изучающие феномен НЛО, подозревают американское аэрокосмическое агентство NASA в обмане века. На одном из снимков, недавно полученном с поверхности Красной планеты марсоходом « » в объектив камеры попал какой-то странный летающий объект. По форме он напоминает летящего орла. Неужели NASA действительно нас обманывает, или у кого-то просто очень сильное воображение?