Программа исследования Марса ( MEP ) — это долгосрочная программа по исследованию планеты Марс , финансируемая и возглавляемая NASA . Созданная в 1993 году, MEP использовала орбитальные космические аппараты , посадочные модули и марсоходы для изучения возможностей жизни на Марсе , а также климата и природных ресурсов планеты . [1] Программой руководит Директорат научных миссий NASA под руководством Дуга МакКьюстиона из Планетарного научного отдела . [2] В результате 40%-ного сокращения бюджета NASA на 2013 финансовый год была сформирована Группа планирования программы по исследованию Марса (MPPG), которая должна была помочь переформулировать MEP, объединив лидеров технологий, науки, человеческих операций и научных миссий NASA. [3] [4]
Впервые созванная в октябре 1999 года, Группа анализа программы исследования Марса (MEPAG) позволяет научному сообществу вносить вклад в планирование и расстановку приоритетов в программе исследования Марса. Миссии по исследованию Марса, как и большинство миссий НАСА, могут быть довольно дорогостоящими. Например, марсоход НАСА Curiosity (приземлился на Марсе в августе 2012 года) имеет бюджет, превышающий 2,5 миллиарда долларов. [5] НАСА также ставит перед собой цель сотрудничать с Европейским космическим агентством (ЕКА) для проведения миссии, включающей возвращение образца марсианского грунта на Землю, что, вероятно, будет стоить не менее 5 миллиардов долларов и займет десять лет. [6]
По данным НАСА, у MEP есть четыре основные цели, все из которых связаны с пониманием потенциала жизни на Марсе. [7]
Миссии по исследованию Марса исторически имели одни из самых высоких показателей неудач среди миссий NASA, [12] что можно объяснить огромными инженерными проблемами этих миссий, а также некоторыми неудачами, такими как американский Mars Polar Lander . [13] Поскольку многие из целей MEP включают вход, спуск и посадку космического корабля (EDL) на поверхность Марса, в игру вступают такие факторы, как атмосфера планеты, неровный рельеф поверхности и высокая стоимость воспроизведения марсианских условий для испытаний. [14]
По сравнению с Землей атмосфера Марса примерно в 100 раз тоньше. В результате, если посадочный корабль должен был спуститься в атмосферу Марса, он бы замедлился на гораздо меньшей высоте, и в зависимости от массы объекта, может не иметь достаточно времени, чтобы достичь конечной скорости. Для того, чтобы развернуть сверх- или дозвуковые замедлители, скорость должна быть ниже порогового значения, иначе они не будут эффективны. Поэтому должны быть разработаны технологии, чтобы посадочный корабль мог быть достаточно замедлен, чтобы предоставить достаточно времени для выполнения других необходимых процессов посадки перед посадкой. [14] Атмосфера Марса значительно меняется в течение марсианского года , что не позволяет инженерам разработать систему для EDL, общую для всех миссий. Часто возникающие пылевые бури увеличивают низкую температуру атмосферы и уменьшают плотность атмосферы, что в сочетании с чрезвычайно изменчивыми высотами на поверхности Марса заставляет консервативно выбирать место посадки, чтобы обеспечить достаточное торможение корабля. [14] Поскольку последовательности EDL на Марсе длятся всего около 5–8 минут, соответствующие системы должны быть несомненно надежными. В идеале это должно быть подтверждено данными, полученными при проведении крупномасштабных испытаний различных компонентов систем EDL на Земле. Однако затраты на воспроизведение сред, в которых эти данные были бы актуальны с точки зрения марсианской среды, значительно высоки, что приводит к тому, что испытания проводятся исключительно на земле или имитируют результаты испытаний с использованием технологий, полученных в ходе прошлых миссий. [14]
Поверхность Марса крайне неровная, содержит камни , горную местность и кратеры. Для посадочного корабля идеальной посадочной площадкой была бы ровная и свободная от мусора. Поскольку такую местность практически невозможно найти на Марсе, посадочные устройства должны быть очень устойчивыми и иметь достаточный дорожный просвет, чтобы предотвратить проблемы с опрокидыванием и неустойчивостью при посадке. Кроме того, системы торможения этих посадочных устройств должны включать двигатели, направленные на землю. Эти двигатели должны быть спроектированы таким образом, чтобы им нужно было быть активными только в течение чрезвычайно короткого промежутка времени; если они активны и направлены на каменистую почву более нескольких миллисекунд, они начинают рыть траншеи, запускать небольшие камни в посадочные устройства и вызывать дестабилизирующее противодавление, оказываемое на посадочный модуль. [14]
Поиск подходящего места посадки означает возможность оценить размер камня с орбиты. Технология точного определения размера камня диаметром менее 0,5 метра с орбиты еще не разработана, поэтому вместо этого распределение размера камня выводится из его связи с тепловой инерцией на основе теплового отклика места посадки, измеренного спутниками, которые в настоящее время вращаются вокруг Марса. Mars Reconnaissance Orbiter также помогает этому делу в том смысле, что его камеры могут видеть камни диаметром более 0,5 м. [14] Наряду с возможностью опрокидывания посадочного модуля на наклонных поверхностях, крупные топографические особенности, такие как холмы, столовые горы, кратеры и траншеи, создают проблему помех для наземных датчиков. Радар и доплеровский радар могут ложно измерять высоту во время спуска, а алгоритмы, которые нацеливаются на точку приземления посадочного модуля, могут быть «обмануты» и выпустить посадочный модуль слишком рано или поздно, если корабль проходит над столовыми горами или траншеями во время спуска. [14]
Хотя его наблюдали в древние времена вавилоняне , египтяне , греки и другие, только с изобретением телескопа в 17 веке Марс был изучен подробно. [15] Первая попытка отправить зонд на поверхность Марса, получивший название «Марсник-1», была предпринята СССР в 1960 году. Зонд не смог достичь околоземной орбиты, и миссия в конечном итоге оказалась неудачной. Невыполнение задач миссии было обычным явлением в миссиях, разработанных для исследования Марса; примерно две трети всех космических аппаратов, предназначенных для Марса, терпели неудачу до того, как могло начаться какое-либо наблюдение. [12] Сама программа исследования Марса была официально сформирована после провала миссии Mars Observer в сентябре 1992 года, [1] которая была первой миссией НАСА на Марс после проектов Viking 1 и Viking 2 в 1975 году. Космический аппарат, который был основан на модифицированном орбитальном коммерческом спутнике связи (т. е. спутнике Astra 1A компании SES ), нес на борту полезную нагрузку из приборов, предназначенных для изучения геологии, геофизики и климата Марса с орбиты. Миссия завершилась в августе 1993 года, когда связь была потеряна за три дня до запланированного выхода космического аппарата на орбиту . [16]
В 2000-х годах НАСА создало программу Mars Scout как кампанию в рамках Программы исследования Марса для отправки серии небольших, недорогих роботизированных миссий на Марс , отобранных на конкурсной основе из инновационных предложений научного сообщества с бюджетом в 485 миллионов долларов США. Первым роботизированным космическим аппаратом в этой программе был Phoenix , который использовал посадочный модуль , первоначально изготовленный для отмененной миссии Mars Surveyor 2001. Phoenix был одним из четырех финалистов, выбранных из 25 предложений. [17] Четырьмя финалистами были Phoenix, MARVEL, SCIM ( Сбор образцов для исследования Марса ) и марсианский самолет ARES («Воздушное региональное обследование окружающей среды»). [17] SCIM была миссией по возвращению образцов, которая использовала бы траекторию свободного возвращения и аэрогель для захвата марсианской пыли и ее возвращения на Землю [17] (см. также: миссия Stardust ). MARVEL был орбитальным аппаратом, который должен был искать вулканизм, а также анализировать различные компоненты атмосферы Марса. [17] Название является аббревиатурой от Mars Volcanic Emission и Life Scout , и он был предназначен для обнаружения газов, связанных с жизнью, если они там были. [17] ARES был концепцией самолета для Марса для изучения нижних слоев атмосферы и поверхности. [17] 15 сентября 2008 года НАСА объявило, что оно выбрало MAVEN для второй миссии. [18] [19] [20] Бюджет этой миссии составлял не более 475 миллионов долларов США. [21] После всего лишь двух выборов Научное управление НАСА объявило в 2010 году, что Mars Scout будет включен в программу Discovery , которая была изменена, чтобы позволить предлагать миссии на Марс. [22] InSight , сейсмологическая и геологическая миссия на Марс, в конечном итоге была выбрана в качестве двенадцатой миссии программы Discovery.
Значительное сокращение бюджета планетарного научного подразделения NASA на 300 миллионов долларов США произошло в 2013 финансовом году, что привело к отмене участия агентства в программе ЕКА ExoMars , а также к переоценке Программы исследования Марса в целом. [32] [33] [34] В феврале 2012 года Группа планирования программы по исследованию Марса (MPPG) была созвана в Вашингтоне, округ Колумбия, для обсуждения концепций возможных миссий для стартового окна 2018 или 2020 года [35] [34] в рамках инициативы, известной как Mars Next Generation. [35] [36] [37] Целью MPPG была разработка основ архитектуры программного уровня для роботизированного исследования Марса, которая соответствовала бы задаче администрации Обамы по отправке людей на орбиту Марса в десятилетие 2030-х годов , [34] но при этом оставалась бы восприимчивой к основным научным целям Десятилетнего обзора планетарной науки NRC 2011 года. [38] MPPG использовала неконсенсусные индивидуальные вклады как государственных служащих НАСА, так и сотрудников-подрядчиков, а принятые в результате решения были исключительной ответственностью НАСА.
Непосредственное внимание MPPG было уделено сбору нескольких вариантов концепции миссии для стартового окна на Марс в 2018 и 2020 годах. [34] При бюджетном пакете в 700 миллионов долларов США , включая ракету-носитель , предполагалось, что миссия будет ограничена орбитальным аппаратом . [36] [39] Краткосрочные идеи были приняты во внимание для раннего планирования миссии в период с 2018 по 2024 год, в то время как среднесрочные и долгосрочные идеи были учтены при планировании архитектуры на уровне программы на 2026 год и далее. [40] Стратегии, изученные для такой миссии, включали миссию по возврату образцов , в которой образцы почвы размещаются на орбите Марса в конце 2020-х или начале 2030-х годов, анализ почвы на месте и исследование поверхности и глубоких недр Марса перед миссией по возврату образцов и/или миссией с экипажем. [34] Концептуальные миссии, которые были изучены и соответствовали бюджетным требованиям в размере от 700 до 800 миллионов долларов США, включали Next Mars Orbiter (NeMO) для замены телекоммуникационных служб устаревших спутников и стационарный посадочный модуль для исследования и отбора образцов, подходящих для последующего возвращения на Землю. [34] До выводов MPPG подкомитет по торговле, правосудию и науке Комитета по ассигнованиям Палаты представителей в апреле 2012 года одобрил бюджет, который восстановил 150 миллионов долларов США в бюджете Планетарной науки, с оговоркой, что миссия по возврату образцов будет обязательной. [32] Окончательный отчет MPPG был составлен в августе 2012 года и опубликован в сентябре. [41] [42] [43] В конечном итоге одобрив миссию по возврату образцов, эта рекомендация повлияла на бюджетный процесс NASA на 2014 финансовый год. [44]
Примечания
Цитаты
