Mars Pathfinder

Mars Pathfinder — автоматическая межпланетная станция НАСА, предназначенная для исследования поверхности Марса, запущенная 4 декабря 1996 года и совершившая посадку на планету 4 июля 1997 года. Станция состояла из стационарного посадочного модуля и первого в истории успешно работавшего на Марсе самоходного аппарата — марсохода Sojourner. Миссия была разработана в рамках программы Discovery, ориентированной на создание недорогих и высокоэффективных научных проектов. Основными целями миссии являлись демонстрация технологии мягкой посадки с использованием надувных подушек безопасности, изучение марсианской геологии, климата и состава пород, а также тестирование работы автономного планетохода.

История создания и запуска

Предпосылки

После успешной посадки советских станций «Марс-3» и американских «Викинг-1» и «Викинг-2» в 1970-х годах интерес к Марсу временно снизился из-за высокой стоимости и технических сложностей. В начале 1990-х годов НАСА приняло новую стратегию — программу Discovery, предполагающую частые и дешёвые миссии с фиксированным бюджетом. Mars Pathfinder стал первым проектом этой программы, направленным на Марс. Его разработка началась в 1993 году.

Разработка и конструкция

Посадочный модуль Pathfinder был спроектирован на базе наработок, полученных при создании миссии Mars Polar Lander. Для снижения затрат использовались готовые коммерческие компоненты и упрощённые системы. Ключевой инновацией стала система посадки с надувными подушками безопасности, которая позволяла не использовать сложные и дорогие тормозные двигатели на финальном этапе. Марсоход Sojourner, названный в честь аболиционистки Соджорнер Трут, весил всего 10,5 килограммов и имел шесть колёс, приводимых в движение солнечными батареями.

Запуск и перелёт

Mars Pathfinder был запущен 4 декабря 1996 года с мыса Канаверал с помощью ракеты-носителя Delta II. Перелёт к Марсу занял около семи месяцев. Во время полёта проводились коррекции траектории, а также тестирование бортовых систем. 4 июля 1997 года станция достигла Марса и вошла в атмосферу планеты.

Посадка на Марс

Спуск в атмосфере

Вход в атмосферу происходил на скорости около 7,6 км/с. Для торможения использовался тепловой экран из абляционного материала. После снижения скорости до сверхзвуковой был раскрыт парашют диаметром 12,5 метров. За 8 секунд до касания поверхности были надуты подушки безопасности, окружавшие посадочный модуль со всех сторон.

Мягкая посадка

Посадка произошла в районе равнины Арес Валлис (Ares Vallis), которая была выбрана из-за её относительно ровного рельефа и геологической ценности — предполагалось, что это древнее русло реки, выносящее породы из высокогорных районов. Модуль несколько раз подпрыгнул, прежде чем остановиться. После посадки подушки были сдуты, а модуль раскрыл свои солнечные панели и антенны.

Научное оборудование

Посадочный модуль

На борту стационарного модуля были установлены следующие приборы:

• Камера IMP (Imager for Mars Pathfinder) — стереоскопическая камера с разрешением до 1,2 миллиметра на пиксель на расстоянии 1 метра, позволявшая получать цветные панорамы местности.
• Метеорологический комплекс ASI/MET — датчики температуры, давления, скорости и направления ветра, установленные на мачте высотой 1,1 метра.
• Спектрометр APXS (Alpha Proton X-ray Spectrometer) — установленный на марсоходе, но управляемый с модуля, для анализа элементного состава горных пород.

Марсоход Sojourner

Марсоход был оснащён:

• APXS — альфа-протон-рентгеновским спектрометром для определения химического состава камней и грунта.
• Стереокамерами — двумя чёрно-белыми камерами для навигации и съёмки.
• Лазерными датчиками — для обнаружения препятствий и измерения расстояния до объектов.
• Солнечными батареями — площадью 0,22 м², обеспечивавшими энергию в дневное время.

Ход миссии

Первые дни

Сразу после посадки модуль начал передавать на Землю изображения панорамы. Первое цветное изображение было получено 5 июля 1997 года. Марсоход Sojourner был спущен с посадочного модуля по специальному пандусу 6 июля 1997 года. Он начал движение к ближайшим камням, которые получили неофициальные названия «Барнакл Билл» и «Йоги».

Исследования

За время работы миссии (с 4 июля по 27 сентября 1997 года) было получено:

• Более 16 000 изображений с посадочного модуля и 550 — с марсохода.
• Проведено 15 анализов состава горных пород с помощью APXS.
• Выполнено 8,5 миллионов измерений метеорологических параметров.
• Марсоход проехал около 100 метров, посетив 16 различных точек.

Окончание миссии

Связь с посадочным модулем прервалась 27 сентября 1997 года. Предположительной причиной стала разрядка аккумуляторов из-за снижения солнечной активности и наступления марсианской зимы. Марсоход Sojourner, вероятно, продолжал работать ещё несколько недель, но данные с него не поступали. Официально миссия была завершена 10 ноября 1997 года.

Научные результаты

Геология

Анализ пород показал, что камни в районе посадки имеют состав, близкий к земным базальтам, что подтвердило вулканическое происхождение значительной части марсианской коры. Обнаружены округлые гальки и конгломераты, что указывало на наличие в прошлом водных потоков. Наличие минералов, богатых кремнезёмом, свидетельствовало о гидротермальной активности.

Климат

Метеорологические измерения показали суточные колебания температуры от −80 °C ночью до −10 °C днём. Давление атмосферы составляло около 6,5 миллибар. Были зафиксированы пылевые вихри и изменения прозрачности атмосферы из-за пылевых бурь.

Технологические достижения

Mars Pathfinder доказал возможность мягкой посадки с помощью подушек безопасности, что впоследствии было использовано в миссиях Mars Exploration Rovers (Spirit и Opportunity) и Mars Science Laboratory (Curiosity). Марсоход Sojourner продемонстрировал эффективность автономного передвижения по марсианской поверхности и работы солнечных батарей в условиях низкой освещённости.

Значение и наследие

Влияние на программу исследования Марса

Успех миссии привёл к увеличению финансирования марсианских программ НАСА. Концепция «дешёвой и быстрой» миссии была признана успешной и впоследствии применена в проектах Mars Polar Lander, Mars Climate Orbiter и Mars Phoenix. Данные Pathfinder используются для планирования будущих пилотируемых экспедиций.

Популяризация космонавтики

Миссия вызвала огромный общественный интерес. Сайт НАСА, посвящённый Pathfinder, в первые дни после посадки получил более 100 миллионов посещений, что стало рекордом для того времени. Изображения марсианской поверхности широко распространялись в СМИ и интернете, способствуя популяризации космических исследований.

Критика и ограничения

Некоторые учёные критиковали миссию за недостаточную научную нагрузку по сравнению с более дорогими проектами. Ограниченные возможности марсохода (малая скорость, отсутствие возможности бурить породы) не позволили провести детальный анализ глубинных слоёв. Тем не менее, Pathfinder считается одной из самых успешных миссий НАСА по соотношению затрат и полученных результатов.

Интересные факты

• Посадочный модуль был назван в честь станции Pathfinder, а марсоход — в честь Соджорнер Трут, что символизировало «первопроходческий» дух миссии.
• Камни, исследованные марсоходом, получили неофициальные названия в честь персонажей мультфильмов и исторических личностей.
• В 2000 году на месте посадки был обнаружен предполагаемый метеорит, который, возможно, является фрагментом марсианской коры, выбитым ударом астероида.
• Миссия стала первой, где использовалась технология «прыгающей» посадки, впоследствии применённая на Венере и Луне.

Источники

• НАСА. «Mars Pathfinder Mission Overview». Jet Propulsion Laboratory, 1997.
• Golombek, M. P. et al. «Overview of the Mars Pathfinder Mission and Assessment of Landing Site Predictions». Science, 1997.
• Smith, P. H. et al. «Results from the Mars Pathfinder Camera». Science, 1997.
• Banerdt, W. B. et al. «The Mars Pathfinder Mission: A New Era in Planetary Exploration». Planetary and Space Science, 1998.
• Книга: «Pathfinder: A New Way to Mars» by Michael Meltzer, NASA History Series, 2001.