ЭкзоМарс

ЭкзоМарс (ExoMars) — совместная программа Европейского космического агентства (ЕКА) и Государственной корпорации по космической деятельности «Роскосмос» по исследованию Марса, включающая орбитальный аппарат, посадочную платформу и марсоход. Основные научные цели программы — поиск следов прошлой или настоящей жизни на Марсе, изучение состава и распределения воды в марсианском грунте, а также исследование газового состава атмосферы планеты, в частности метана.

История программы

Программа «ЭкзоМарс» была официально утверждена в 2005 году как совместный проект ЕКА и «Роскосмоса». Первоначально планировалось, что миссия будет состоять из двух этапов: первый — запуск орбитального аппарата и демонстрационного посадочного модуля в 2016 году, второй — доставка марсохода и российской посадочной платформы в 2018 году. Однако из-за технических сложностей, задержек в финансировании и необходимости дополнительных испытаний график неоднократно корректировался.

Первый этап (2016 год)

Первый этап программы был реализован в 2016 году. 14 марта 2016 года с космодрома Байконур ракетой-носителем «Протон-М» с разгонным блоком «Бриз-М» был запущен космический аппарат, состоящий из орбитального модуля Trace Gas Orbiter (TGO) и демонстрационного посадочного модуля «Скиапарелли» (Schiaparelli).

16 октября 2016 года модуль «Скиапарелли» отделился от TGO и начал спуск к поверхности Марса. 19 октября 2016 года связь с модулем была потеряна. Анализ телеметрии показал, что из-за ошибки в программном обеспечении система управления выдала неверные данные о высоте, что привело к преждевременному отключению тормозных двигателей и падению модуля на поверхность планеты с большой скоростью. Несмотря на неудачу, модуль успешно передал данные о работе своих систем на этапе входа в атмосферу и парашютного спуска.

Орбитальный модуль TGO успешно вышел на орбиту Марса 19 октября 2016 года. После длительного этапа аэродинамического торможения в верхних слоях атмосферы (до апреля 2018 года) он приступил к выполнению научной программы. TGO оснащён спектрометрами для анализа состава атмосферы, нейтронным детектором для поиска водорода (а значит, и воды) в грунте, а также камерами для съёмки поверхности.

Второй этап (запланирован на 2028 год)

Второй этап программы изначально предусматривал запуск в 2020 году марсохода «Розалинд Франклин» (Rosalind Franklin) и российской посадочной платформы «Казачок». В связи с пандемией COVID-19 и техническими проблемами с парашютной системой запуск был перенесён на 2022 год.

В 2022 году, после начала полномасштабного вторжения России на Украину, Европейское космическое агентство приостановило сотрудничество с «Роскосмосом» по программе «ЭкзоМарс». В июле 2022 года ЕКА официально объявило о разрыве сотрудничества. Российская сторона заявила, что считает это решение политическим и необоснованным.

После разрыва сотрудничества ЕКА столкнулось с необходимостью пересмотра конструкции миссии. В частности, потребовалось заменить российские компоненты (посадочную платформу, радиоизотопные нагреватели, часть научных приборов) на европейские или американские аналоги. В 2023 году ЕКА заключило соглашение с NASA о предоставлении ракеты-носителя и радиоизотопных источников тепла для марсохода. В 2024 году было объявлено, что запуск миссии запланирован на 2028 год.

Состав миссии

Орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter (TGO)

TGO является первым и пока единственным успешно работающим элементом программы. Его основные задачи:

• Поиск следов малых газовых составляющих в атмосфере Марса, в первую очередь метана. Метан на Земле имеет в основном биогенное происхождение, поэтому его обнаружение на Марсе может указывать на наличие жизни (микроорганизмов) или геологических процессов. TGO способен измерять концентрации газов с точностью до триллионных долей.
• Картографирование подповерхностного водорода с помощью нейтронного детектора FREND. Это позволяет оценить запасы водяного льда в верхнем слое грунта (до 1 метра глубиной).
• Обеспечение ретрансляции данных для будущих посадочных аппаратов, включая марсоход «Розалинд Франклин» (в случае его запуска).
• Съёмка поверхности с высоким разрешением с помощью камеры CaSSIS.

Марсоход «Розалинд Франклин»

Марсоход «Розалинд Франклин» (назван в честь британского учёного-кристаллографа, чьи работы способствовали расшифровке структуры ДНК) представляет собой шестиколёсный аппарат массой около 310 кг. Он оснащён:

• Буровой установкой, способной брать образцы грунта с глубины до 2 метров. Это ключевое отличие от марсоходов NASA, которые бурят на меньшую глубину. Глубинный грунт менее подвержен воздействию радиации и окисления, что повышает шансы на сохранность органических молекул.
• Аналитической лабораторией на борту, включающей масс-спектрометр, газовый хроматограф и инфракрасный спектрометр для детального химического анализа образцов.
• Набором камер и спектрометров для изучения поверхности и выбора наиболее перспективных мест для бурения.
• Панелями солнечных батарей для энергоснабжения.

Посадочная платформа «Казачок» (российская разработка)

Посадочная платформа «Казачок» разрабатывалась в НПО имени С.А. Лавочкина (Россия). Она должна была обеспечить мягкую посадку марсохода на поверхность Марса, а затем в течение одного марсианского года (около 687 земных суток) выполнять собственную научную программу, включающую:

• Метеорологические наблюдения (температура, давление, влажность, скорость ветра, пылевые бури).
• Изучение состава грунта с помощью манипулятора и научных приборов.
• Мониторинг радиационной обстановки.
• Съёмку панорам местности.

После разрыва сотрудничества с «Роскосмосом» разработка платформы была прекращена. ЕКА ищет альтернативные решения для посадки марсохода.

Научные результаты (по состоянию на 2025 год)

Орбитальный аппарат TGO за время своей работы на орбите Марса (с 2018 года) получил следующие значимые результаты:

• Не обнаружено метана в атмосфере Марса в количествах, превышающих фоновые значения (менее 0,05 частей на миллиард). Это противоречит данным, полученным ранее марсоходом Curiosity (NASA), который фиксировал сезонные колебания концентрации метана. Причины расхождения остаются предметом дискуссий.
• Составлены карты распределения водорода в верхнем слое грунта. Обнаружены значительные запасы водяного льда в средних широтах, а также в районе каньона Долины Маринера.
• Получены детальные изображения поверхности, в том числе мест, представляющих интерес для будущих миссий (например, места посадки марсохода «Персеверанс»).
• Изучен состав атмосферы в различных сезонах, включая соотношение изотопов водорода и кислорода, что позволяет оценить скорость потери атмосферы Марсом.

Критика и проблемы

Программа «ЭкзоМарс» неоднократно подвергалась критике за:

• Значительное превышение бюджета и задержки. Первоначальная стоимость оценивалась в 1 миллиард евро, но к 2022 году превысила 1,3 миллиарда евро. Запуск второго этапа переносился четыре раза.
• Технические проблемы, особенно с парашютной системой для посадки марсохода. В ходе испытаний в 2019 и 2020 годах парашюты неоднократно рвались или не раскрывались полностью.
• Политическую зависимость. Разрыв сотрудничества с «Роскосмосом» в 2022 году поставил под угрозу всю программу и потребовал масштабной перестройки миссии.

Значение программы

Несмотря на трудности, «ЭкзоМарс» остаётся одной из самых амбициозных и научно значимых программ по исследованию Марса. Уникальная возможность бурения на глубину до 2 метров делает её ключевой для поиска следов жизни. Орбитальный аппарат TGO уже внёс существенный вклад в понимание марсианской атмосферы и геологии. Успешная реализация второго этапа (запуск марсохода) может дать ответ на один из главных вопросов науки: была ли жизнь на Марсе.

Источники

• Европейское космическое агентство (ESA). ExoMars programme overview.
• Государственная корпорация «Роскосмос». Программа «ЭкзоМарс».
• NASA. ExoMars Trace Gas Orbiter.
• Научные публикации в журналах Nature, Science, Icarus (2018–2024 гг.) по результатам работы TGO.
• Отчёты ЕКА о ходе реализации программы (2016–2024 гг.).