Марсоход Sojourner

Sojourner — это первый успешно работавший на поверхности Марса автоматический самоходный аппарат (марсоход), разработанный Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США. Аппарат был доставлен на Красную планету в составе посадочного модуля «Mars Pathfinder» 4 июля 1997 года. Sojourner стал первым колёсным роботом, совершившим передвижение по поверхности другой планеты за пределами системы Земля-Луна, и проработал значительно дольше запланированного срока, выполнив обширную программу научных исследований.

История создания

Предпосылки и концепция

Разработка Sojourner началась в рамках программы NASA «Discovery», ориентированной на создание относительно недорогих и быстрых в реализации научных миссий. В середине 1980-х годов концепция небольшого марсохода рассматривалась как дополнение к стационарному посадочному модулю. Основной задачей было доказать возможность создания лёгкого, автономного и надёжного аппарата, способного передвигаться по каменистой поверхности Марса и передавать данные на Землю.

Разработка и сборка

Проект возглавила Лаборатория реактивного движения (JPL) NASA. Разработка заняла около трёх лет. Марсоход был назван в честь Соджорнер Трут (Sojourner Truth) — американской аболиционистки и борца за права женщин. Имя было выбрано по результатам конкурса, проведённого среди школьников и студентов. Аппарат имел размеры 65 см в длину, 48 см в ширину и 30 см в высоту, массу около 10,6 кг (включая научные приборы). Он был оснащён шестью колёсами, каждое из которых приводилось в движение собственным электродвигателем.

Устройство и характеристики

Шасси и система передвижения

Sojourner имел шестиколёсную формулу с независимой подвеской каждого колеса. Такая конструкция обеспечивала высокую проходимость по неровной поверхности. Колёса были изготовлены из алюминиевого сплава и имели протектор для улучшения сцепления с грунтом. Максимальная скорость аппарата составляла около 1 см/с (0,036 км/ч). Для преодоления препятствий высотой до 20 см марсоход мог поднимать переднюю часть шасси.

Энергоснабжение

Электропитание обеспечивалось солнечной батареей, расположенной на верхней панели корпуса. Батарея состояла из 12 кремниевых фотоэлектрических элементов, вырабатывающих до 16 Вт мощности в ясный день. Энергия запасалась в трёх никель-кадмиевых аккумуляторах, что позволяло работать в ночное время и в условиях низкой освещённости. Среднее потребление энергии составляло около 10 Вт.

Система управления и связь

Бортовой компьютер марсохода был построен на процессоре Intel 80C85 с тактовой частотой 2 МГц и имел 512 КБ оперативной памяти и 4 МБ флеш-памяти. Управление осуществлялось с Земли с задержкой сигнала от 10 до 20 минут в зависимости от взаимного положения планет. Для связи с посадочным модулем «Mars Pathfinder» использовался радиомодем, работающий на частоте 450 МГц. Посадочный модуль, в свою очередь, ретранслировал данные на Землю через антенну с высоким коэффициентом усиления.

Научное оборудование

На борту Sojourner находились следующие научные приборы:

• Спектрометр альфа-протон-рентгеновского излучения (APXS) — для определения элементного состава горных пород и грунта. Прибор облучал образец альфа-частицами и регистрировал спектр обратного рассеяния.
• Камеры — три чёрно-белые телекамеры (две спереди и одна сзади) с разрешением 768×484 пикселей, а также одна цветная камера на мачте. Камеры использовались для навигации, съёмки панорам и документирования научных исследований.
• Контактный датчик — для определения твёрдости и текстуры поверхности камней.

Миссия и работа на Марсе

Посадка и начало работы

Посадочный модуль «Mars Pathfinder» совершил мягкую посадку в районе равнины Арес Валлис (Ares Vallis) 4 июля 1997 года. После раскрытия солнечных батарей и проверки систем, Sojourner был спущен на поверхность по трапу 5 июля 1997 года. Первым действием марсохода стало фотографирование окружающей местности и посадочного модуля.

Научные результаты

За время работы (с 5 июля по 27 сентября 1997 года) Sojourner проехал около 100 метров (при запланированных 10–20 метрах) и исследовал 16 различных образцов горных пород и грунта. Основные научные результаты:

• Элементный состав пород: спектрометр APXS выявил, что породы в районе посадки имеют состав, близкий к базальтам, с высоким содержанием кремния, железа, магния и кальция. Были обнаружены следы серы, что указывало на возможное присутствие в прошлом воды.
• Геология: исследованы камни, получившие названия «Барнакл», «Йоги», «Скуби-Ду» и другие. Установлено, что некоторые из них являются конгломератами, образованными в водной среде.
• Атмосфера и погода: датчики на посадочном модуле фиксировали температуру (от −80 °C ночью до −10 °C днём), давление (около 6,9 мбар) и ветер (до 10 м/с). Sojourner не имел собственных метеорологических приборов, но данные с модуля позволили уточнить модели марсианской атмосферы.
• Магнитные свойства: на колёсах марсохода были установлены магниты, которые притягивали магнитные частицы пыли. Анализ показал, что марсианская пыль содержит магнетит и гематит.

Завершение миссии

Связь с Sojourner и посадочным модулем была потеряна 27 сентября 1997 года после 83 солов (марсианских суток) работы, что в 12 раз превысило запланированный срок (7 солов). Причиной, вероятно, стала разрядка аккумуляторов посадочного модуля из-за снижения освещённости в зимний период. Последний сигнал от Sojourner был получен 27 сентября 1997 года. Марсоход остался на поверхности Марса в районе равнины Арес Валлис.

Значение и наследие

Технологическое значение

Sojourner стал первым успешным марсоходом, доказавшим возможность автономного передвижения по марсианской поверхности. Он продемонстрировал эффективность шестиколёсной схемы, солнечного энергоснабжения и радиосвязи через посадочный модуль. Опыт, полученный при его разработке и эксплуатации, был использован при создании более крупных и сложных марсоходов — «Spirit» и «Opportunity» (2004), а затем «Curiosity» (2012) и «Perseverance» (2021).

Научное значение

Миссия «Mars Pathfinder» и Sojourner дала первое детальное представление о геологии и составе пород в одном из районов Марса. Она подтвердила гипотезу о том, что в прошлом на Марсе существовала жидкая вода, а также предоставила данные для уточнения моделей марсианского климата. Результаты миссии стимулировали дальнейшие исследования Марса, включая поиск следов жизни.

Культурное влияние

Sojourner и посадочный модуль «Mars Pathfinder» стали одними из самых популярных космических миссий 1990-х годов. Изображения марсианской поверхности, переданные камерами, широко публиковались в СМИ. Марсоход стал символом успешного и относительно недорогого исследования Солнечной системы. В 1998 году в честь Sojourner был назван астероид (3985) Sojourner.

Интересные факты

• Марсоход Sojourner был первым аппаратом, который использовал для передвижения колёса на другой планете (ранее, в 1970-х годах, советские «Луноходы» работали на Луне).
• Управление Sojourner осуществлялось с помощью джойстика на Земле, но из-за задержки сигнала операторы задавали последовательность команд, а марсоход выполнял их автономно.
• На корпусе Sojourner была установлена табличка с изображением Соджорнер Трут и её цитатой: «Истина сильна и восторжествует».
• Стоимость всей миссии «Mars Pathfinder» (включая посадочный модуль и марсоход) составила около 265 миллионов долларов США, что по меркам космических программ считалось невысокой ценой.

Источники

• NASA. «Mars Pathfinder Mission». Лаборатория реактивного движения (JPL), 1997.
• Squyres, S. W. «Roving Mars: Spirit, Opportunity, and the Exploration of the Red Planet». Hyperion, 2005.
• Golombek, M. P. et al. «Overview of the Mars Pathfinder Mission and Assessment of Landing Site Predictions». Science, 1997, Vol. 278, pp. 1743–1748.
• Rieder, R. et al. «The Chemical Composition of Martian Soil and Rocks Returned by the Mobile Alpha Proton X-ray Spectrometer». Science, 1997, Vol. 278, pp. 1771–1774.
• «Sojourner (rover)». Encyclopedia Britannica, 2023.