Марс 2020

Марс 2020 — это автоматическая межпланетная станция (АМС), разработанная и запущенная Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) в рамках программы по исследованию Марса. Миссия включала два основных аппарата: марсоход «Персеверанс» (Perseverance, с англ. — «Настойчивость») и экспериментальный вертолёт «Индженьюити» (Ingenuity, с англ. — «Изобретательность»). Основной целью миссии являлся поиск признаков древней микробной жизни, изучение геологии планеты, сбор образцов грунта для последующей доставки на Землю, а также отработка технологий, необходимых для будущих пилотируемых экспедиций.

История и цели

Предпосылки и разработка

Миссия «Марс 2020» стала логическим продолжением программы Mars Exploration Rover, начатой в 2003 году с марсоходами «Спирит» и «Оппортьюнити», а также миссии «Марсианская научная лаборатория» (MSL), доставившей на Марс в 2012 году марсоход «Кьюриосити». Успех «Кьюриосити» подтвердил, что в древности на Марсе существовали условия, пригодные для жизни, что стимулировало разработку более сложной миссии, способной не только анализировать, но и целенаправленно отбирать и консервировать образцы пород.

Проект был официально анонсирован NASA в 2012 году. В отличие от «Кьюриосити», который фокусировался на обитаемости, «Марс 2020» ставил задачу прямого поиска биосигнатур — химических или структурных следов жизнедеятельности микроорганизмов. Разработка велась Лабораторией реактивного движения NASA (JPL) при участии множества научных и промышленных организаций, включая Калифорнийский технологический институт.

Цели и задачи

Основные научные и инженерные задачи миссии были сформулированы следующим образом:

• Поиск признаков древней жизни: Изучение осадочных пород кратера Езеро, который в древности был озером с дельтой реки, на предмет органических соединений и микробных матов.
• Сбор и кэширование образцов: Отбор кернов горных пород и реголита, их герметизация в специальные титановые контейнеры (пробирки) для последующего забора совместной миссией NASA и Европейского космического агентства (ESA) «Mars Sample Return» (возврат образцов с Марса).
• Тестирование технологий: Отработка системы точной посадки (Terrain Relative Navigation), генерации кислорода из марсианской атмосферы (MOXIE), а также испытание первого марсианского вертолёта «Индженьюити».
• Изучение геологии и климата: Детальное картирование геологических формаций, анализ минералогии и процессов выветривания.

Конструкция и оборудование

Марсоход «Персеверанс»

Марсоход «Персеверанс» базируется на платформе «Кьюриосити», но имеет ряд существенных отличий. Его масса составляет около 1025 кг, длина — 3 метра, высота — 2,2 метра. Энергоснабжение осуществляется радиоизотопным термоэлектрическим генератором (РИТЭГ) на основе плутония-238, обеспечивающим мощность около 110 Вт. Связь с Землёй поддерживается через орбитальные аппараты (Mars Reconnaissance Orbiter, MAVEN и др.) с помощью УКВ- и X-диапазонов.

Научные приборы

На борту «Персеверанс» установлено семь научных инструментов:

• Mastcam-Z: Стереоскопическая камера с зумом, способная снимать панорамы высокого разрешения и 3D-изображения.
• SuperCam: Лазерный спектрометр для дистанционного анализа химического и минерального состава пород (LIBS) и микрофотографирования.
• PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry): Рентгеновский флуоресцентный спектрометр для детального элементного анализа образцов.
• SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics & Chemicals): Рамановский и флуоресцентный спектрометр для поиска органических соединений и минералов, оснащённый камерой WATSON.
• MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment): Экспериментальный прибор для электролиза углекислого газа (CO₂) из марсианской атмосферы с целью получения кислорода (O₂). В ходе миссии MOXIE успешно произвёл кислород, доказав возможность использования местных ресурсов для дыхания и топлива.
• MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer): Метеорологическая станция, измеряющая температуру, давление, влажность, скорость и направление ветра, а также количество пыли в атмосфере.
• RIMFAX (Radar Imager for Mars' Subsurface Experiment): Георадар, позволяющий заглядывать под поверхность планеты на глубину до 10 метров для изучения слоистости пород и поиска подповерхностного льда.

Система отбора образцов

Ключевым элементом конструкции является роботизированная рука-манипулятор с буровой установкой. Она способна сверлить твёрдые породы, извлекать керны диаметром 13 мм и длиной до 60 мм, помещать их в герметичные титановые пробирки и затем складировать их на поверхности Марса в специальных зонах (депо). Всего на борту имеется 43 пробирки, из которых 5 предназначены для «свидетелей» (контрольных образцов).

Вертолёт «Индженьюити»

«Индженьюити» (Ingenuity) — первый в истории летательный аппарат, совершивший управляемый полёт на другой планете. Его масса составляет всего 1,8 кг, а высота — 0,5 метра. Он оснащён двумя соосными лопастями, вращающимися в противоположных направлениях со скоростью до 2400 об/мин (для создания достаточной подъёмной силы в разрежённой марсианской атмосфере). Вертолёт не имеет научных приборов, его основная задача — демонстрация технологии полёта в условиях Марса, а также аэрофотосъёмка местности для прокладки маршрута марсохода.

Ход миссии

Запуск и посадка

Запуск миссии состоялся 30 июля 2020 года с помощью ракеты-носителя Atlas V (конфигурация 541) с мыса Канаверал (штат Флорида, США). Посадка на Марс произошла 18 февраля 2021 года в кратере Езеро (Jezero Crater). Для снижения использовалась сложная система, включающая парашют, а затем «небесный кран» (Sky Crane) — платформу с реактивными двигателями, которая опустила марсоход на тросах. Эта же система обеспечила мягкую посадку вертолёта, закреплённого на днище марсохода.

Основные этапы работы

• Апрель 2021 года: Первый полёт «Индженьюити» (высота 3 метра, длительность 39 секунд). Всего за время своей работы вертолёт совершил более 70 полётов, значительно превысив запланированный ресурс.
• 2021–2022 годы: Исследование дельты древней реки в кратере Езеро. «Персеверанс» собрал первые образцы осадочных пород, содержащих карбонаты и сульфаты — потенциальные хранители биосигнатур.
• 2023 год: Начало движения к краю кратера Езеро и изучение подстилающих пород. Вертолёт «Индженьюити» получил повреждения лопастей, но продолжал передавать данные.
• 2024 год: Создание первого депо образцов (десять пробирок) на поверхности Марса. Марсоход продолжил движение к западу от кратера, исследуя древние магматические породы.

Основные научные результаты

• Обнаружение органических молекул: В образцах из дельты Езеро были найдены сложные органические соединения, в том числе ароматические углеводороды.
• Подтверждение древнего озера: Георадар RIMFAX подтвердил наличие осадочных слоёв, характерных для дна озера, а также следы подземных водных потоков.
• Генерация кислорода: Прибор MOXIE в ходе 16 сеансов работы произвёл в общей сложности около 122 граммов кислорода, что эквивалентно примерно 10 часам дыхания одного человека.
• Фотографии и видео: Марсоход передал на Землю сотни тысяч снимков высокого разрешения, включая панорамы кратера, а также впервые записал звуки марсианского ветра и полёта вертолёта.

Значение и перспективы

Миссия «Марс 2020» стала важнейшим этапом в подготовке к возврату образцов с Марса на Землю. Собранные «Персеверанс» образцы являются первыми в истории целенаправленно отобранными и запечатанными пробами марсианского грунта. Их анализ в земных лабораториях, оснащённых более мощным оборудованием, чем можно разместить на марсоходе, позволит с высокой точностью определить, существовала ли когда-либо жизнь на Марсе.

Кроме того, успешная работа «Индженьюити» открыла эру планетарной авиации. Технологии, отработанные на нём, планируется использовать в будущих миссиях, например, в проекте вертолёта-разведчика для сбора образцов для миссии «Mars Sample Return». Успешная демонстрация MOXIE также подтвердила принципиальную возможность использования местных ресурсов (ISRU) для поддержки пилотируемых экспедиций.

Критика и сложности

Миссия неоднократно подвергалась критике со стороны части научного сообщества за высокую стоимость (около 2,7 миллиарда долларов США) и сложность, особенно в контексте неопределённости будущей миссии по возврату образцов. Задержки в разработке «Mars Sample Return» и рост её бюджета вызывали опасения, что собранные образцы могут остаться на Марсе на десятилетия. Кроме того, некоторые учёные отмечали, что выбор кратера Езеро, хотя и перспективного с точки зрения поиска жизни, не гарантирует обнаружения биосигнатур, и что для более надёжных выводов потребуется исследовать другие регионы планеты.

Источники

• NASA. «Mars 2020 Perseverance Rover». Mars Exploration Program.
• Jet Propulsion Laboratory. «Perseverance Rover Science Instruments».
• «Mars 2020: Perseverance Rover». National Aeronautics and Space Administration, 2020.
• «Mars Sample Return Campaign». NASA/ESA, 2020–2024.
• «Ingenuity Mars Helicopter». NASA Science, 2021.