Тайна четвертой планеты, часть 2: Исследования Марса на современном этапе

В предыдущей части нашего материала об истории изучения Марса мы рассказали, как первые межпланетные миссии разбили мечту человечества найти там братьев по разуму. Сегодня поговорим о современном этапе исследований Красной планеты.

Финальный аккорд советской космической программы

В 1975 году NASA отправило к Марсу пару аппаратов Viking. Далее организация взяла длительный тайм-аут и в последующие полтора десятилетия больше не запустила ни одной марсианской миссии. Частично это объяснялось успехом Viking (анализ собранного богатого урожая данных требовал много времени), частично — изменением приоритетов самого аэрокосмического агентства.

Так что единственная попытка добраться до четвертой планеты от Солнца в 1980-е годы была предпринята СССР. В 1988-м Советский Союз запустил к Марсу две станции «Фобос», которые должны были высадить спускаемые аппараты на поверхность его крупнейшего спутника. Это был весьма интересный и крайне масштабный проект. «Фобосы» весили больше шести тонн, что на тот момент являлось рекордом для межпланетных миссий.

Но в итоге этот проект завершился так же, как и большинство других марсианских миссий СССР — «Фобос-1» был утрачен вскоре после запуска из-за ошибочной команды. Один из операторов пропустил символ в отвечающей за управление компьютерной программе, и этого оказалось достаточно для потери ориентации и полной разрядки бортовых аккумуляторов. Старания что-либо исправить были напрасны — аппарат так и не вышел на связь.

«Фобос-2» оказался куда более успешным. Ему удалось достичь орбиты вокруг Марса и приступить к наблюдениям. Однако всего за несколько дней до высадки посадочной станции зонд вышел из строя. «Фобос-2» остался в истории как последняя межпланетная миссия, запущенная СССР.

Успехи и провалы

Лишь в 1992 году, спустя 17 долгих лет после запуска Viking, NASA вернулось к Марсу, отправив аппарат Mars Observer для изучения его поверхности и атмосферы. Но всего за три дня до выхода на орбиту вокруг планеты связь с ним была утеряна. Несмотря на многочисленные попытки, инженерам не удалось восстановить контакт. В ходе последующего расследования наиболее вероятной причиной аварии был назван разрыв топливопровода, однако вряд ли мы когда-либо узнаем, так ли это на самом деле или же произошло что-то другое.

Потеря дорогостоящего аппарата нанесла серьезный удар репутации NASA и привела к переформулированию стратегии по изучению Марса. Вскоре аэрокосмическая администрация утвердила новую программу под названием Mars Exploration Program. Ее основными целями были: определение местоположения залежей водяного льда на Марсе, поиск ответа на вопрос о возможности существования на планете жизни и подготовка будущих пилотируемых экспедиций.

В 1996 году к Марсу отправились два новых посланца — Mars Global Surveyor и Mars Pathfinder. Первый аппарат занялся картографированием планеты, в то время как второй доставил на его поверхность 15-килограммовый ровер Sojourner.

Небольшой ровер работал почти три месяца, проехав за это время примерно сто метров. Sojourner доказал, что самоходные аппараты могут вполне успешно заниматься научными исследованиями, тем самым дав начало новому этапу в покорении Марса.

В том же 1996 году своего посланца к Марсу попробовала запустить и россия. «Марс-96» представлял собой идейное продолжение советских миссий: огромный и сложный аппарат, на который было возложено множество различных задач — от составления минералогической карты марсианской поверхности до сброса малых посадочных станций и зондов-пенетраторов.

В итоге «Марсу-96» даже не удалось покинуть окрестности Земли. Из-за несработавшего разгонного блока аппарат остался на околоземной орбите и всего через несколько витков вошел в атмосферу. Точное место падения «Марс-96» установить не смогли — скорее всего, он упал в Тихий океан.

В 1999 году NASA снарядило к Красной планете еще две миссии. Mars Polar Lander должен был сесть на территорию ее южной полярной шапки. Основная задача Mars Climate Orbiter заключалась в исследовании марсианской атмосферы.

В этот раз NASA постигла сразу двойная неудача. В ходе маневра по выходу на ареоцентрическую орбиту связь с Mars Climate Orbiter прервалась и ее не удалось восстановить. Последующее изучение телеметрии показало, что траектория аппарата не соответствовала запланированной. Зонд прошел на расстоянии всего 57 км от поверхности планеты и попросту сгорел в ее атмосфере. Но что привело к столь грубой ошибке? Оказалось, что все дело в несоответствии двух систем измерения. В ПО наземных компьютеров использовалась британская единица измерения — фунт-сила, тогда как в бортовом компьютере Mars Climate применялись ньютоны. Вследствие этого противоречия аппарат и отклонился от намеченного курса.

Что касается Mars Polar Lander, он разрушился во время посадки. Согласно наиболее популярной версии, когда аппарат выпустил посадочные опоры, в его корпусе возникли вибрации, принятые бортовым компьютером за касание поверхности. В результате зонд преждевременно отключил двигатель и разбился.

Потеря сразу двух аппаратов (причем по таким нелепым причинам) спровоцировала громкий скандал. Гибель Mars Climate Orbiter, к тому же, наконец-то сподвигла NASA полностью перейти на метрическую систему во избежание повторения подобных инцидентов.

Фиаско завершилась и попытка Японии достичь Марса. В 1998 году Страна Восходящего Солнца запустила миссию «Нодзоми», которая должна была заняться изучением марсианской атмосферы и ионосферы. Поскольку мощности японской ракеты не хватало, чтобы напрямую направить аппарат к Марсу, ему следовало совершить гравитационный маневр у Земли для доразгона. Однако операция прошла нештатно и «Нодзоми» не вышел на расчетную орбиту.

Ценой больших затрат топлива аппарат все же удалось направить на новую траекторию, обеспечивающую прибытие к Марсу в 2003 году. К сожалению, во время полета «Нодзоми» попал под удар солнечной вспышки, выведшей из строя систему подогрева топлива. Поэтому к моменту, когда зонд достиг Марса, гидразин в его двигательной установке замерз — «Нодзоми» не смог совершить нужный маневр и попросту пролетел мимо планеты.

Эра марсоходов

В 2001 году NASA реабилитировалось за предыдущие неудачи, отправив к четвертой планете зонд с довольно символичным названием: Mars Odyssey. Он занялся изучением геологии планеты и поиском залежей различных минералов. Что интересно, Mars Odyssey до сих пор в строю и сейчас удерживает звание наиболее долго функционирующего аппарата на орбите вокруг другой планеты.

Спустя два года к Марсу полетела флотилия из трех аппаратов. NASA запустило марсоходы Spirit и Opportunity. Они были намного крупнее Sojourner (их масса составляла 185 кг) и несли более солидный комплект камер и приборов, предназначенных для анализирования марсианских пород.

Собственные силы в изучении Красной планеты решило проверить и ESA, запустив к ней миссию Mars Express, состоявшую из орбитального и спускаемого аппаратов. Целью орбитера было изучение марсианской атмосферы, фотографирование поверхности, а также поиски залежей водяного льда. На спускаемый аппарат Beagle-2 была возложена задача мягкой посадки и проведение экзобиологических исследований.

Орбитальный аппарат Mars Express прекрасно справился с поставленными задачами (он все еще функционирует), а вот Beagle-2 ждала обидная неудача. Аппарат сумел осуществить посадку, но так и не вышел на связь. Позже стало известно, что это произошло, потому что один из использовавшихся для мягкой посадки амортизирующих воздушных мешков не до конца сдулся, лишив зонд возможности развернуть солнечные батареи и антенну для связи с Землей.

Что касается Spirit и Opportunity, то они совершили успешную посадку, после чего приступили к изучению марсианской поверхности. Оба ровера продемонстрировали отличную живучесть, многократно превысив свой 90-дневный номинальный срок службы. Контакт со Spirit был потерян в 2010 году, Opportunity же продержался до 2018-го. Казавшийся вечным марсоход погубила глобальная пылевая буря, полностью закрывшая небо Красной планеты и лишившая ровер возможности заряжать свои аккумуляторы.

В последующие годы к Марсу запустили еще несколько станций. Зонд Phoenix сумел сделать то, чего не удалось Mars Polar Lander, и осуществил посадку в полярном регионе. А благодаря миссии Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) NASA обзавелось самой мощной в истории камерой на ареоцентрической орбите. Аппарат работает по сей день, используемый не только для научных наблюдений, но и в качестве ретранслятора, и даже космоархеолога. Снимки MRO позволили идентифицировать «останки» нескольких считавшихся пропавшими марсианских миссий.

Успехи Spirit и Opportunity окончательно устранили все сомнения относительно целесообразности изучения Красной планеты с помощью роверов. В 2011 году NASA дало старт следующему этапу в освоении Марса, запустив к нему мобильную лабораторию Curiosity, которая значительно крупнее (ее масса составляет 900 кг) и мощнее своих предшественников, ведь получила комплект весьма продвинутых научных инструментов. Curiosity села в кратер Гейла и до сих пор отлично функционирует. Собранные нею данные подтвердили, что в прошлом на территории этого региона располагалось крупное озеро, условия в котором были благоприятны для поддержания жизни.

В том же 2011 году россия в очередной раз попыталась продемонстрировать миру, что она остается великой космической державой и все еще способна осуществлять межпланетные миссии. Ее целью вновь стал Марс, а точнее говоря, спутник Фобос.

Разумеется, провал «Марс-96» так ничему и не научил конструкторов. Вместо того чтобы начать все сначала и в качестве пробы сил запустить к Марсу какой-то относительно простой и недорогой зонд, который можно было бы использовать для проверки оборудования и получения опыта, они опять построили огромный и чрезвычайно сложный аппарат под названием «Фобос-Грунт». На него была возложена максимально амбициозная задача по доставке на Землю образцов почвы Фобоса.

Все это привело к закономерному повторению истории 15-летней давности. Как и «Марс-96», «Фобос-Грунт» столкнулся с отказом разгонного блока, застрял на околоземной орбите и в конечном счете пополнил тихоокеанскую космическую группировку россии. Вместе с ним погиб и первый китайский зонд для исследований Марса — «Инхо-1».

А вот Индия оказалась более удачливой. В 2014 году ее зонд Mangalyaan сумел достичь Марса. В 2016 году ESA предприняло новую попытку осуществить мягкую посадку на Марс, но в итоге повторилась история с Beagle-2. В то время как орбитальный аппарат TGO успешно вышел на ареоцентрическую орбиту и по-прежнему работает, мягкая посадка зонда опять не удалась. Из-за сбоя в работе инерциального измерительного блока демонстрационный модуль Schiaparelli не сумел погасить скорость и разбился, оставив на поверхности планеты новый кратер.

Что касается NASA, то в том же 2014 году агентство вывело на орбиту вокруг четвертой планеты зонд Maven, занявшийся изучением ее атмосферы. За ним последовала миссия InSight, севшая на Марс в конце 2018-го. В полете ее сопровождала пара миниатюрных наноспутников MarCO, собранных на базе платформы кубсат. Оба зонда выдержали путешествие к соседней планете, доказав возможность использования малых аппаратов в исследованиях дальнего космоса.

Миссия InSight тоже была признана успешной. Да, не все его инструменты выполнили возложенную на них задачу, но аппарат собрал множество важных данных, вынудивших ученых существенно пересмотреть свои представления как о внутреннем строении Марса, так и о его современной геологической активности. InSight удалось зарегистрировать целую серию марсотрясений, магнитуда мощнейшего из них составила пять баллов. Это говорит о том, что Марс намного активнее, чем считалось ранее.

И наконец, в 2021 году Красную планету посетили еще три земных посланца, два из которых стали дебютными каждый для своей страны. В частности, «Аль-Амаль», первый межпланетный аппарат, созданный в ОАЭ, вышел на орбиту вокруг Марса и приступил к выполнению своей научной программы, цель которой — изучение атмосферы и климата планеты. На волне столь значительного успеха власти ОАЭ уже заявили о намерении отправить миссии к Венере и астероидам.

В свою очередь, Tianwen-1 стал первым китайским аппаратом, достигшим Марса. Спустя несколько месяцев после выхода на орбиту вокруг планеты он благополучно высадил на ее поверхность ровер Zhurong. Китайский марсоход проработал до мая 2022 года.

Новый марсоход NASA под названием Perseverance также совершил посадку на Марсе. За время работы на дне кратера Езеро ровер уже подтвердил, что в прошлом на этой территории располагались озеро (так что название кратера вполне соответствует действительности) и обширная речная дельта, провел удачный эксперимент по добыче кислорода из марсианской атмосферы, сделал ряд аудиозаписей, а также взял несколько проб грунта.

Perseverance изучает кратер Езеро не в одиночку. Компанию ему составляет весьма скромная по размерам (массой 2 кг), но при этом революционная машина. Речь о дроне-вертолете Ingenuity, который стал первым в истории летательным аппаратом тяжелее воздуха, совершившим управляемый полет в атмосфере другого небесного тела. Изначально программа Ingenuity была рассчитана лишь на пять демонстрационных рейсов, но он все еще без проблем функционирует. На данный момент дрон пролетел расстояние, составляющее порядка 15 км. Скорее всего, это еще далеко не предел.

Весьма вероятно, что успех марсианского вертолета откроет новую страницу в изучении Марса. Если Sojourner дал старт эре марсоходов, то Ingenuity может стать первым в череде летающих исследователей Красной планеты. Известно, что Китай уже работает над созданием собственного марсианского вертолета. Этому примеру вполне могут последовать и другие космические агентства. Подробнее о будущих планах по изучению Красной планеты поговорим в заключительной части нашего материала.