Дослідження Марса на сучасному етапі

Про перші міжпланетні місії і початок досліджень Марса видання MaxPolyakov.space розповіло у статті “Таємниця четвертої планети“.

У цьому ж матеріалі, підготованому виданням MaxPolyakov.space йтиметься про сучасний етап досліджень Червоної планети.

1975 року NASA відправило до Марса пару апаратів Viking. Далі організація взяла тривалий тайм-аут і в наступні півтора десятиліття більше не запустила жодної марсіанської місії. Частково це пояснювалося успіхом Viking (аналіз зібраного багатого врожаю даних вимагав чимало часу), частково — зміною пріоритетів самого аерокосмічного агентства.

Тож єдина спроба дістатися четвертої планети від Сонця в 1980-ті роки була зроблена СРСР. У 1988-му Радянський Союз запустив до Марса дві станції “Фобос”, які мали висадити спускові апарати на поверхню його найбільшого супутника. Це був вельми цікавий і вкрай масштабний проєкт. “Фобоси” важили понад шість тонн, що на той момент було рекордом для міжпланетних місій.

Але зрештою цей проєкт завершився так само, як і більшість інших марсіанських місій СРСР — “Фобос-1” було втрачено незабаром після запуску через помилкову команду. Один із операторів пропустив символ у комп’ютерній програмі, що відповідала за управління, і цього виявилося достатньо для втрати орієнтації та повного розрядження бортових акумуляторів. Намагання щось виправити було марне — апарат так і не вийшов на зв’язок.

“Фобос-2” виявився куди успішнішим. Йому вдалося досягти орбіти навколо Марса і розпочати спостереження. Однак лише за кілька днів до висадки посадкової станції зонд вийшов з ладу. “Фобос-2” залишився в історії як остання міжпланетна місія, запущена СРСР.

Успіхи і провали

Лише 1992 року, через 17 довгих років після запуску Viking, NASA повернулося до Марса, відправивши апарат Mars Observer для вивчення його поверхні та атмосфери. Однак всього за три дні до виходу на орбіту навколо планети зв’язок із ним було втрачено. Попри численні спроби, інженерам не вдалося відновити контакт. Під час подальшого розслідування найімовірнішою причиною аварії було названо розрив паливопроводу, проте навряд чи ми колись дізнаємося, так це насправді або ж сталося щось інше.

Втрата дорогого апарата завдала серйозного удару репутації NASA і призвела до переформулювання стратегії з вивчення Марса. Незабаром аерокосмічна адміністрація затвердила нову програму під назвою Mars Exploration Program. Її основними цілями були: визначення місця розташування покладів водяного льоду на Марсі, пошук відповіді на запитання щодо можливості існування на планеті життя і підготовка майбутніх пілотованих експедицій.

У 1996 році до Марса вирушили два нових посланці — Mars Global Surveyor і Mars Pathfinder. Перший апарат зайнявся картографуванням планети, тоді як другий доставив на її поверхню 15-кілограмовий ровер Sojourner.

Невеликий ровер працював майже три місяці, проїхавши за цей час приблизно сто метрів. Sojourner довів, що самохідні апарати можуть цілком успішно займатися науковими дослідженнями, тим самим давши початок новому етапу в підкоренні Марса.

Того ж 1996 року свого посланця до Марса спробувала запустити і росія. “Марс-96” був ідейним продовженням радянських місій: величезний і складний апарат, на який було покладено безліч різних завдань — від складання мінералогічної мапи марсіанської поверхні до скидання малих посадкових станцій і зондів-пенетраторів.

У підсумку “Марсу-96” навіть не вдалося покинути околиці Землі. Через розгінний блок, що не спрацював, апарат залишився на навколоземній орбіті та всього через кілька витків увійшов в атмосферу. Точне місце падіння “Марс-96” встановити не змогли — найімовірніше, він упав у Тихий океан.

1999 року NASA спорядило до Червоної планети ще дві місії. Mars Polar Lander мав сісти на територію її південної полярної шапки. Основне завдання Mars Climate Orbiter полягало в дослідженні марсіанської атмосфери.

Цього разу NASA спіткала відразу подвійна невдача. Під час маневру з виходу на ареоцентричну орбіту зв’язок із Mars Climate Orbiter перервався і відновити його не вдалося. Подальше вивчення телеметрії показало, що траєкторія апарата не відповідала запланованій. Зонд пройшов на відстані лише 57 км від поверхні планети і просто згорів у її атмосфері. Але що призвело до такої грубої помилки? Виявилося, що це спричинила невідповідність двох систем вимірювання. У ПЗ наземних комп’ютерів використовувалася британська одиниця виміру — фунт-сила, тоді як у бортовому комп’ютері Mars Climate застосовувалися ньютони. Внаслідок цього протиріччя апарат і відхилився від наміченого курсу.

Що стосується Mars Polar Lander, він зруйнувався при посадці. За найпопулярнішою версією, коли апарат випустив посадкові опори, в його корпусі виникли вібрації, які бортовий комп’ютер прийняв за торкання поверхні. У результаті зонд передчасно відключив двигун і розбився.

Втрата відразу двох апаратів (та ще й через такі безглузді причини) спровокувала гучний скандал. Загибель Mars Climate Orbiter, до того ж, нарешті спонукала NASA повністю перейти на метричну систему, щоб уникнути повторення подібних прикрих інцидентів.

Фіаско завершилася і спроба Японії досягти Марса. У 1998 році Країна Вранішнього Сонця запустила місію “Нодзомі”, яка мала займатися вивченням марсіанської атмосфери та іоносфери. Оскільки потужності японської ракети не вистачало, щоб безпосередньо спрямувати апарат до Марса, йому належало здійснити гравітаційний маневр біля Землі для дорозгону. Однак операція пройшла нештатно і “Нодзомі” не вийшов на розрахункову орбіту.

Ціною великих витрат палива апарат все ж вдалося спрямувати на нову траєкторію, що забезпечувало прибуття до Марса 2003 року. На жаль, під час польоту “Нодзомі” потрапив під удар сонячного спалаху, що вивів з ладу систему підігріву палива. Тож до моменту, коли зонд досягнув Марса, гідразін у його руховій установці замерз — “Нодзомі” не зміг виконати потрібний маневр і просто пролетів повз планету.

Ера марсоходів

У 2001 році NASA реабілітувалося за попередні невдачі, відправивши до четвертої планети зонд із досить символічною назвою: Mars Odyssey. Він зосередився на вивченні геології планети та пошуку покладів різних мінералів. Що цікаво, Mars Odyssey досі в строю і зараз утримує звання апарата, який найдовше функціонує на орбіті навколо іншої планети.

За два роки до Марса полетіла флотилія з трьох апаратів. NASA запустило марсоходи Spirit і Opportunity. Вони були набагато більшими за Sojourner (їхня маса становила 185 кг) і несли солідніший комплект камер і приладів, призначених для аналізування марсіанських порід.

Власні сили у вивченні Червоної планети вирішило перевірити і ESA, запустивши до неї місію Mars Express, що складалася з орбітального і спускового апаратів. Метою орбітера було вивчення марсіанської атмосфери, фотографування поверхні, а також пошуки покладів водяного льоду. На спусковий апарат Beagle-2 було покладено завдання м’якої посадки і проведення екзобіологічних досліджень.

Орбітальний апарат Mars Express чудово впорався з поставленими завданнями (він усе ще функціонує), а от на Beagle-2 чекала прикра невдача. Апарат зумів здійснити посадку, проте так і не вийшов на зв’язок. Пізніше стало відомо, що це сталося, бо один із амортизувальних повітряних мішків, які використовували для м’якого приземлення, здувся не повністю, позбавивши зонд можливості розгорнути сонячні батареї й антену для зв’язку із Землею.

Щодо Spirit і Opportunity, то вони здійснили успішну посадку, після чого розпочали вивчення марсіанської поверхні. Обидва ровери продемонстрували відмінну живучість, багаторазово перевищивши свій 90-денний номінальний термін служби. Контакт зі Spirit було втрачено 2010 року, Opportunity же тримався до 2018-го. Марсохід, що здавався вічним, згубила глобальна пилова буря, яка повністю закрила небо Червоної планети і позбавила ровер можливості заряджати свої акумулятори.

У подальші роки до Марса було запущено ще кілька станцій. Зонд Phoenix зумів зробити те, чого не вдалося Mars Polar Lander, і здійснив посадку в полярному регіоні. А завдяки місії Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) NASA обзавелося найпотужнішою в історії камерою на ареоцентричній орбіті. Апарат працює донині, його використовують не тільки для наукових спостережень, а й як ретранслятор, і навіть у якості космоархеолога. Знімки MRO дали змогу ідентифікувати рештки кількох марсіанських місій, які вважалися зниклими.

Успіхи Spirit і Opportunity остаточно усунули всі сумніви щодо доцільності вивчення Червоної планети за допомогою роверів. У 2011 році NASA дало старт наступному етапу в освоєнні Марса, запустивши до нього мобільну лабораторію Curiosity, що значно більша (її маса становить 900 кг) і потужніша за своїх попередників, адже отримала комплект вельми просунутих наукових інструментів. Curiosity сіла у кратер Гейла і досі відмінно функціонує. Зібрані нею дані підтвердили, що в минулому на території цього регіону розташовувалося велике озеро, умови в якому були сприятливі для підтримки життя.

Того ж 2011 року росія вчергове намагалася продемонструвати світу, що вона залишається великою космічною державою і все ще здатна здійснювати міжпланетні місії. Її метою знову став Марс, а точніше, супутник Фобос.

Зрозуміло, провал “Марс-96” так нічому і не навчив конструкторів. Замість того, щоб почати все спочатку і як пробу сил запустити до Марса якийсь відносно простий і недорогий зонд, який можна було б використати для перевірки обладнання та отримання досвіду, вони побудували величезний і надзвичайно складний апарат під назвою “Фобос-Грунт”. На нього було покладено максимально амбітне завдання з доставки на Землю зразків ґрунту Фобоса.

Усе це призвело до закономірного повторення історії 15-річної давнини. Як і “Марс-96”, “Фобос-Грунт” зіткнувся з відмовою розгінного блоку, застряг на навколоземній орбіті та зрештою поповнив тихоокеанське космічне угруповання росії. Разом із ним загинув і перший китайський зонд для досліджень Марса — “Інхо-1”.

А ось Індія виявилася щасливішою. У 2014 році її зонд Mangalyaan зумів досягти Марса. 2016 року ESA зробило чергову спробу здійснити м’яку посадку на Марс, але в підсумку повторилася історія з Beagle-2. Тоді як орбітальний апарат TGO успішно вийшов на ареоцентричну орбіту та невтомно працює й досі, м’яка посадка зонда знову-таки не вдалася. Через збій у роботі інерціального вимірювального блока демонстраційний модуль Schiaparelli не зумів погасити швидкість та розбився, залишивши на поверхні планети новий кратер.

Що стосується NASA, то того ж 2014 року агентство вивело на орбіту навколо четвертої планети зонд Maven, який почав вивчати її атмосферу. За ним слідувала місія InSight, що сіла на Марс наприкінці 2018-го. У польоті її супроводжувала пара мініатюрних наносупутників MarCO, зібраних на базі платформи кубсат. Обидва зонди витримали подорож до сусідньої планети, довівши можливість використання малих апаратів у дослідженнях далекого космосу.

Місію InSight теж визнано успішною. Так, не всі його інструменти виконали покладене на них завдання, але апарат зібрав безліч важливих даних, які змусили вчених суттєво переглянути свої уявлення як про внутрішню будову Марса, так і про його сучасну геологічну активність. InSight вдалося зареєструвати цілу серію марсотрусів, магнітуда найпотужнішого з них становила п’ять балів. Це свідчить, що Марс набагато активніший, ніж уважалося раніше.

І нарешті, 2021 року Червону планету відвідали ще три земні посланці, два з яких стали дебютними кожен для своєї країни. Зокрема, “Аль-Амаль”, перший міжпланетний апарат, створений в ОАЕ, вийшов на орбіту навколо Марса і розпочав виконання своєї наукової програми, мета якої — вивчення атмосфери та клімату планети. На хвилі такого значного успіху влада ОАЕ вже заявила про намір відправити місії до Венери та астероїдів.

А от Tianwen-1 став першим китайським апаратом, який досяг Марса. Через кілька місяців після виходу на орбіту навколо планети він благополучно висадив на її поверхню ровер Zhurong. Китайський марсохід пропрацював до травня 2022 року.

Новий марсохід NASA під назвою Perseverance теж здійснив посадку на Марсі. За час роботи на дні кратера Єзеро ровер уже підтвердив, що в минулому на цій території розташовувалися озеро (тож назва кратера цілком відповідає дійсності) і велика річкова дельта, провів вдалий експеримент із видобутку кисню з марсіанської атмосфери, зробив низку аудіозаписів, а також узяв кілька проб ґрунту.

Perseverance вивчає кратер Єзеро не наодинці. Компанію йому складає вельми скромна за розмірами (масою 2 кг), однак справді революційна машина. Йдеться про дрон-вертоліт Ingenuity, який став першим в історії літальним апаратом, важчим за повітря, що здійснив керований політ в атмосфері іншого небесного тіла. Спочатку програма Ingenuity була розрахована лише на п’ять демонстраційних рейсів, але він усе ще функціонує без проблем. На даний момент дрон пролетів відстань, що становить близько 15 км. Найімовірніше, це ще далеко не межа.

Досить вірогідно, що успіх марсіанського вертольота відкриє нову сторінку у вивченні Марса. Якщо Sojourner дав старт ері марсоходів, то Ingenuity може стати першим у низці літаючих дослідників Червоної планети. Відомо, що Китай уже працює над створенням власного марсіанського вертольота. Цьому прикладу цілком можуть наслідувати й інші космічні агентства. Докладніше про майбутні плани з вивчення Червоної планети – у наступній частині матеріалу.

Читайте також:

З’явився комплексний план із заселення Марса 

Українець очолив Марсіанську дослідницьку станцію в пустелі Юти 

Створюється термоядерний двигун для пришвидшення космічних польотів 

Бактерії можуть допомогти колонізувати Місяць і Марс 

Перегони за Марс