За последние несколько десятилетий Марс стал самой исследованной планетой в Солнечной системе (после Земли). Он принял десятки посетителей. Восемь миссий в настоящее время работают над Красной планетой. Самая старая из них прибыла в 2001 году — орбитальный аппарат Mars Odyssey, он проработает до 2025 года. Планируется еще больше миссий, как со стороны NASA, так и других космических агентств — чтобы вернуть образцы с поверхности Марса на Землю и, в конечном итоге, отправить туда людей.
Что будет после «Оппортьюнити»? Вероятнее всего, надувной аппарат, использующие тепловые восходящие потоки, которые сможет оставаться в воздухе. Он позволит недорого и эффективно картировать пока не обозначенные участки поверхности планеты, что поможет в планировании посадочных миссий.
Планер для исследования Марса
Новые миссии потребуют подробных карт поверхности. Марсоходы позволяют составить эти карты, но проезжают только несколько метров в день. Марсоход NASA «Оппортьюнити» проехал внушительные 45 километров за время своей миссии, но на это ушло почти 15 лет.
Поэтому планетологи ищут способы исследовать поверхность планеты более шустро. Один из вариантов — запустить самолет в атмосферу Марса с двигателем, способным поддерживать его в воздухе. Такая миссия сможет покрыть огромные расстояния, но обойдется дорого — от 350 миллионов долларов.
Более дешевый подход будет состоять в том, чтобы отправить миссию побольше. Таким образом, другая идея состоит в том, чтобы отправить марсоход с квадрокоптером, который сможет исследовать близлежащие окрестности. Но такие полеты будут ограниченными и короткими.
Что нужно, так это транспорт, который будет достаточно небольшой, чтобы его можно было использовать для выполнения другой миссии и при этом преодолевать большие расстояния.
На днях Эдриен Бускела, Аман Чандра и их коллеги из Аризонского университета заявили, что разработали именно такую миссию. Их идея состоит в том, чтобы запустить планер без питания в атмосферу Марса и поддерживать его на лету с помощью тепловых восходящих потоков — поднимающихся колонн теплого воздуха. Планер будет надувным и сможет влезть в достаточно небольшой объем, чтобы его можно было перевозить в качестве полезного груза при выполнении более серьезных миссий на Марсе.
Но сперва немного бэкграунда. Космический аппарат, который в настоящее время находится на орбите Марса, способен делать снимки с разрешением 30 сантиметров на пиксель. Планетологи постепенно собирают из них карту поверхности Марса в высоком разрешении.
Однако им нужны еще более качественные снимки, чтобы планировать будущие посадочные миссии. До сегодняшнего дня большинство аппаратов высаживались на относительно плоских равнинах, где вероятность столкновения с валуном или кратером была невелика. Эти области, как правило, менее интересны с научной точки зрения. Вместо этого планетарные геологи хотели бы посетить долины и хребты, образованные водой. Безопасное приземление в таких местах потребует от приборов визуализации точного отображения небольших камней и кратеров, которые могут повредить аппарат при контакте.
Посадочные модули обеспечивают такой уровень детализации, поскольку могут делать снимки с разрешением 1 сантиметр на пиксель в 100-метровой области вокруг себя. Но они неспособны путешествовать на большие расстояния, необходимые для достижения интересующих регионов. Именно поэтому ученые обратили свое внимание на летающие машины.
Полет на Марсе — сложная штука. Хотя гравитация низкая, всего треть земной, атмосфера Земли плотнее в сто раз. Тягу создать очень сложно.
Крылья нового планера должны быть большими относительно его веса. Планер будет перевозить 5-мегапиксельную камеру, радиокоммуникации, бортовой компьютер и несколько солнечных панелей с батареями, чтобы накапливать энергию в течение дня и оставаться в работе ночью. Бускела и коллеги рассчитали, что в дополнение к надувным крыльям и рулю планер будут переносить 5 килограммов — масса беркута.
Затем они рассчитали, что для того, чтобы поддерживать эту массу на плаву, крыльям понадобится размах примерно в 6 метров, а аппарат сможет лететь на скорости 100 метров в секунду. Для сравнения, беркуты на Земле могут планировать с размахом крыла 2 метра при полете на скорости 15 метров в секунду.
Планер будет развернут во время основной миссии по входу в атмосферу Марса и отсоединится от основного груза на высоте порядка 2 километров. Азотный генератор раздует и создаст давление в планере менее чем за 10 секунд, а его крылья станут твердыми примерно за час, под действием марсианского солнечного света.
Надувные технологии вроде этих уже тестировались на Марсе. Как модуль Mars Pathfinder, так и марсоходы Mars MER полагались на воздушные пакеты, которые надувались по мере спуска в атмосфере, и затем смягчали удар о землю. Их также разрабатывали для небольших спутников связи.
Важной частью миссии будет автономная способность использовать восходящие потоки в марсианской атмосфере. Такие системы на Земле продемонстрировали способность оставаться на плаву в течение недель или месяцев.
Если у Марса будет профиль ветра, подобный земному, то есть изменение скорости и высоты ветра, тогда и земные подходы сработают на Красной планете. Ученые уже осуществили численное моделирование этих видов полетов на Марсе.
Эти результаты говорят о том, что автономный полет сможет поддерживать планер на плаву в течение длительных периодов времени, при условии достаточно большого изменения скорости и высоты ветра. Вопрос лишь в том, сможет ли планер продержаться на Марсе целый год.
Тем не менее, даже несколько часов полета могут сгенерировать ценные данные. Камера на борту должна будет обладать разрешением поверхности в 10 сантиметров, а на скорости в 100 метров в секунду планер сможет облететь много сотен километров. Он отправит изображения на орбитальную станцию вроде Mars Reconnaissance Orbiter, которая затем отправит их домой.
Такая миссия могла бы пролить свет на ряд давних загадок Марса. Одна из таких — загадочные линии на склонах Марса, которые проявляются при потеплении и наступлении лета. Считается, что это потоки соленой воды, но необходимы более качественные наблюдения.
Планер также мог бы определить потенциальные места высадки для будущих миссий. Благодаря скорости исследования поверхности, он мог бы в ускоренном ритме составить карту.
Чего не хватает команде инженеров, так это голливудского вкуса. Самые успешные миссии всегда были теми, что производят самые знаковые картины. Нил Армстронг, стоящий подле американского флага на поверхности Луны, или звездный путник Илона Маска, сидящий за рулем Tesla, которая улетает от Земли. Такого рода изображения играют важную роль в общественном восприятии.
