Mars Reconnaissance Orbiter ( MRO ) — космический аппарат, предназначенный для поиска воды на Марсе и обеспечения поддержки миссий на Марс в рамках Программы исследования Марса NASA . Он был запущен с мыса Канаверал 12 августа 2005 года в 11:43 UTC и достиг Марса 10 марта 2006 года в 21:24 UTC. В ноябре 2006 года, после шести месяцев аэроторможения , он вышел на свою последнюю научную орбиту и начал свою основную научную фазу.
Цели миссии включают наблюдение за климатом Марса , исследование геологических сил , обеспечение разведки будущих мест посадки и передачу данных с наземных миссий обратно на Землю. Для поддержки этих целей MRO несет различные научные приборы, включая три камеры, два спектрометра и подповерхностный радар . По состоянию на 29 июля 2023 года MRO вернул более 450 терабит данных, помог выбрать безопасные места посадки для марсианских посадочных модулей NASA , обнаружил чистый водяной лед в новых кратерах и дополнительные доказательства того, что вода когда-то текла по поверхности Марса. [3]
Космический аппарат продолжает работать на Марсе, намного превышая свой предполагаемый проектный срок службы. В связи с его важнейшей ролью в качестве высокоскоростного ретранслятора данных для наземных миссий, НАСА намерено продолжать миссию как можно дольше, по крайней мере до конца 2020-х годов. По состоянию на 18 октября 2024 года MRO был активен на Марсе в течение 6615 солов , или 18 лет, 7 месяцев и 8 дней, и является третьим по продолжительности жизни космическим аппаратом на орбите Марса после Mars Odyssey и Mars Express 2001 года .
После неудач миссий Mars Climate Orbiter и Mars Polar Lander в 1999 году НАСА реорганизовало и перепланировало свою программу исследования Марса . В октябре 2000 года НАСА объявило о своих переформулированных планах по Марсу, которые сократили количество запланированных миссий и ввели новую тему «следуй за водой». Планы включали запуск Mars Reconnaissance Orbiter ( MRO ) в 2005 году. [4]
3 октября 2001 года НАСА выбрала Lockheed Martin в качестве основного подрядчика по изготовлению космического корабля. [5] К концу 2001 года были выбраны все инструменты миссии. Во время строительства MRO не было никаких серьезных неудач , и 1 мая 2005 года космический корабль был отправлен в Космический центр имени Джона Ф. Кеннеди для подготовки к запуску. [6]
MRO имеет как научные, так и «вспомогательные» цели. Первоначально основная научная миссия была рассчитана на период с ноября 2006 по ноябрь 2008 года, а фаза поддержки миссии — с ноября 2006 по ноябрь 2010 года. Обе миссии были продлены. [7]
Официальными научными целями MRO являются наблюдение за современным климатом, в частности, за его атмосферной циркуляцией и сезонными изменениями; поиск признаков воды как в прошлом, так и в настоящем, и понимание того, как она изменила поверхность планеты; картирование и характеристика геологических сил, которые сформировали поверхность. [8]
Для поддержки других миссий на Марс MRO также имеет цели поддержки миссии. Они должны предоставлять услуги ретрансляции данных с наземных миссий обратно на Землю и характеризовать безопасность и осуществимость потенциальных будущих мест посадки и марсоходных траверсов. [8]
MRO сыграла ключевую роль в выборе безопасных мест посадки для посадочного модуля Phoenix в 2008 году, Mars Science Laboratory / марсохода Curiosity в 2012 году, посадочного модуля InSight в 2018 году и марсохода Mars 2020 / Perseverance в 2021 году. [9] [10] [11]
12 августа 2005 года MRO был запущен на борту ракеты Atlas V-401 с космодрома 41 на базе ВВС США на мысе Канаверал . [12] Верхняя ступень ракеты Centaur завершила работу за 56 минут и вывела MRO на межпланетную переходную орбиту к Марсу. [13]
MRO курсировал в межпланетном пространстве в течение семи с половиной месяцев, прежде чем достичь Марса. Во время пути большинство научных приборов и экспериментов были проверены и откалиброваны . Чтобы обеспечить правильный выход на орбиту после достижения Марса, были запланированы четыре маневра коррекции траектории и обсуждался пятый аварийный маневр. [14] Однако потребовалось только три маневра коррекции траектории, что сэкономило 27 килограммов (60 фунтов) топлива, которое можно было бы использовать во время расширенной миссии MRO. [ 15]
MRO начал орбитальный вывод, приблизившись к Марсу 10 марта 2006 года и пролетев над его южным полушарием на высоте 370–400 километров (230–250 миль). Все шесть главных двигателей MRO работали в течение 27 минут, чтобы замедлить зонд на 1000 метров в секунду (3300 футов/с). Включение было на удивление точным, поскольку маршрут ввода был разработан более чем за три месяца до этого, с достигнутым изменением скорости всего на 0,01% меньше, чем проектное, что потребовало дополнительного времени включения на 35 секунд. [16]
Завершение орбитального ввода поместило орбитальный аппарат на высокоэллиптическую полярную орбиту с периодом приблизительно 35,5 часов. [17] Вскоре после ввода перицентр — точка орбиты, ближайшая к Марсу — находился в 426 км (265 миль) от поверхности [17] (3806 км (2365 миль) от центра планеты). Апоцентр — точка орбиты, наиболее удаленная от Марса — находился в 44 500 км (27 700 миль) от поверхности (47 972 км (29 808 миль) от центра планеты). [18]
Когда MRO вышел на орбиту, он присоединился к пяти другим активным космическим аппаратам, которые находились либо на орбите, либо на поверхности планеты: Mars Global Surveyor , Mars Express , 2001 Mars Odyssey и два Mars Exploration Rovers ( Spirit и Opportunity ). Это установило новый рекорд для самого большого количества действующих космических аппаратов в непосредственной близости от Марса. [19]
30 марта 2006 года MRO начал процесс аэроторможения , трехэтапную процедуру, которая вдвое сократила топливо, необходимое для достижения более низкой, более круговой орбиты с более коротким периодом. Во-первых, во время своих первых пяти орбит планеты (одна земная неделя) MRO использовал свои двигатели , чтобы понизить перицентр своей орбиты до высоты аэроторможения. Во-вторых, используя свои двигатели для внесения небольших корректировок в высоту перицентра, MRO поддерживал высоту аэроторможения в течение 445 планетарных орбит (около пяти земных месяцев), чтобы уменьшить апоцентр орбиты до 450 километров (280 миль). Это было сделано таким образом, чтобы не слишком нагревать космический корабль, но и достаточно опуститься в атмосферу, чтобы замедлить космический корабль. В-третьих, после завершения процесса MRO использовал свои двигатели, чтобы вывести свой перицентр за пределы атмосферы 30 августа 2006 года. [20] [21] [22]
В сентябре 2006 года MRO запустил свои двигатели еще дважды, чтобы скорректировать свою окончательную, почти круговую орбиту примерно на 250–316 км (155–196 миль) над поверхностью, с периодом около 112 минут. [23] [24] Антенны радара SHARAD были развернуты 16 сентября. Все научные приборы были проверены, и большинство из них были выключены перед солнечным соединением , которое произошло с 7 октября по 6 ноября 2006 года. Это было сделано для того, чтобы заряженные частицы от Солнца не мешали сигналам и не подвергали опасности космический корабль. [25] После окончания соединения началась «фаза первичной науки». [26]
29 сентября 2006 года ( 402- й сол ) MRO сделал свой первый снимок с высоким разрешением со своей научной орбиты. Говорят, что на этом снимке видны объекты диаметром до 90 см (3 фута). 6 октября NASA опубликовало подробные снимки кратера Виктория с MRO вместе с марсоходом Opportunity на его краю. [27] В ноябре начали всплывать проблемы в работе двух космических инструментов MRO . Шаговый механизм в Mars Climate Sounder (MCS) несколько раз пропускал, что приводило к небольшому смещению поля зрения . К декабрю нормальная работа инструмента была приостановлена, хотя стратегия смягчения последствий позволяет инструменту продолжать выполнять большую часть запланированных наблюдений. [28] Кроме того, увеличение шума и, как следствие, плохие пиксели были замечены в нескольких ПЗС-матрицах эксперимента по созданию изображений высокого разрешения (HiRISE). Эксплуатация этой камеры с более длительным временем прогрева [a] смягчила проблему. Однако причина до сих пор неизвестна и может вернуться. [30]
17 ноября 2006 года НАСА объявило об успешном испытании MRO в качестве ретранслятора орбитальной связи. Используя марсоход НАСА Spirit в качестве отправной точки для передачи, MRO выступил в качестве ретранслятора для передачи данных обратно на Землю. [31] HiRISE удалось сфотографировать посадочный модуль Phoenix во время его парашютного спуска в Vastitas Borealis 25 мая 2008 года (990-й сол). [32]
В 2009 году орбитальный аппарат продолжал испытывать повторяющиеся проблемы, включая четыре спонтанных сброса, кульминацией которых стало четырехмесячное отключение космического корабля с августа по декабрь. [33] Хотя инженеры не определили причину повторяющихся сбросов, они создали новое программное обеспечение, чтобы помочь устранить проблему, если она повторится. Еще один спонтанный сброс произошел в сентябре 2010 года. [34]
3 марта 2010 года MRO преодолел еще один важный рубеж, передав на Землю более 100 терабит данных, что превысило объем всех других межпланетных зондов, отправленных с Земли вместе взятых. [35]
В декабре 2010 года началась первая расширенная миссия. Цели включали исследование сезонных процессов , поиск изменений на поверхности и обеспечение поддержки других марсианских космических аппаратов. Это продолжалось до октября 2012 года, после чего НАСА начало вторую расширенную миссию MRO , которая продолжалась до октября 2014 года. [34] По состоянию на 2023 год MRO завершил пять миссий и в настоящее время находится на шестой. [36]
6 августа 2012 года (2483 сол) орбитальный аппарат пролетел над кратером Гейла , местом посадки миссии Mars Science Laboratory, во время фазы EDL . Он сделал снимок с помощью камеры HiRISE марсохода Curiosity , спускающегося с его задней оболочкой и сверхзвуковым парашютом. [37] В декабре 2014 года и апреле 2015 года Curiosity был снова сфотографирован HiRISE внутри кратера Гейла. [38]
Другая компьютерная аномалия произошла 9 марта 2014 года, когда MRO перешел в безопасный режим после незапланированной замены одного компьютера на другой. MRO возобновил нормальную научную деятельность четыре дня спустя. Это произошло снова 11 апреля 2015 года, после чего MRO вернулся к полным эксплуатационным возможностям неделю спустя. [34]
NASA сообщило, что MRO [39], а также Mars Odyssey Orbiter [40] и MAVEN Orbiter [41] имели возможность изучить пролет кометы Сайдинг Спринг 19 октября 2014 года. [42] [43] Чтобы свести к минимуму риск повреждения от материала, сброшенного кометой, MRO провел корректировки орбиты 2 июля 2014 года и 27 августа 2014 года. Во время пролета MRO сделал лучшие из когда-либо сделанных снимков кометы из облака Оорта и не был поврежден. [38]
В январе 2015 года MRO обнаружила и идентифицировала обломки британского Beagle 2 , который был потерян во время фазы посадки в 2003 году и, как считалось, потерпел крушение. Снимки показали, что Beagle 2 на самом деле благополучно приземлился, но одна или две из его солнечных панелей не раскрылись полностью, что заблокировало радиоантенну. [38] [44] В октябре 2016 года место крушения другого потерянного космического корабля, Schiaparelli EDM , было сфотографировано MRO с использованием камер CTX и HiRISE. [38]
29 июля 2015 года MRO был выведен на новую орбиту для обеспечения поддержки связи во время ожидаемого прибытия марсианского посадочного модуля InSight в сентябре 2016 года. [45] Работа двигателя во время маневра длилась 75 секунд. [46] InSight был задержан и не попал в окно запуска 2016 года , но был успешно запущен в следующем окне 5 мая 2018 года и приземлился 26 ноября 2018 года. [47]
Из-за длительности миссии ряд компонентов MRO начали изнашиваться. С начала миссии в 2005 и по 2017 год MRO использовал миниатюрный инерциальный измерительный блок (MIMU) для управления высотой и ориентацией. После 58 000 часов использования и ограниченных признаков жизни орбитальный аппарат переключился на резервный, который по состоянию на 2018 год достиг 52 000 часов использования. Чтобы продлить срок службы резервного, в 2018 году NASA перешло с MIMU на «всезвездный» режим для рутинных операций. «Всезвездный» режим использует камеры и программное обеспечение для распознавания образов для определения местоположения звезд, которое затем может быть использовано для определения ориентации MRO . [48] Проблемы с размытием изображений с HiRISE и деградацией батареи также возникли в 2017 году, но с тех пор были решены. [49] В августе 2023 года электронные блоки в ПЗС-датчике RED4 камеры HiRISE также начали выходить из строя, что привело к появлению визуальных артефактов на снимках. [50]
В 2017 году криокулеры, используемые CRISM, завершили свой жизненный цикл, ограничив возможности инструмента видимыми длинами волн вместо полного диапазона длин волн. В 2022 году NASA объявило о полном закрытии CRISM, и инструмент был официально выведен из эксплуатации 3 апреля 2023 года после создания двух окончательных, почти глобальных, карт с использованием предыдущих данных и более ограниченного второго спектрометра, не требующего криокулеров. [38] [51] [52]
Три камеры, два спектрометра и радар включены в орбитальный аппарат вместе с тремя инженерными приборами и двумя «экспериментами на научном объекте», которые используют данные из инженерных подсистем для сбора научных данных. Два инженерных прибора используются для тестирования и демонстрации нового оборудования для будущих миссий. [53] MRO делает около 29 000 снимков в год. [54]
Камера High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) представляет собой 0,5-метровый (1 фут 8 дюймов) рефлекторный телескоп , крупнейший из когда-либо использовавшихся в дальнем космосе , и имеет разрешение 1 микрорадиан или 0,3 м (1 фут 0 дюймов) с высоты 300 км (190 миль). Для сравнения, спутниковые снимки Земли обычно доступны с разрешением 0,5 м (1 фут 8 дюймов). [55] HiRISE собирает изображения в трех цветовых диапазонах: от 400 до 600 нм (сине-зеленый или B–G), от 550 до 850 нм (красный) и от 800 до 1000 нм ( ближний инфракрасный ). [56]
Изображения красного цвета имеют размер 20 264 пикселей в поперечнике (ширина 6 км (3,7 мили)), а изображения B–G и NIR имеют размер 4048 пикселей в поперечнике (ширина 1,2 км (0,75 мили)). Бортовой компьютер HiRISE считывает эти линии в такт скорости орбитального аппарата относительно земли , и изображения потенциально не имеют ограничений по длине. Однако на практике их длина ограничена объемом памяти компьютера в 28 Гб , а номинальный максимальный размер составляет 20 000 × 40 000 пикселей (800 мегапикселей ) и 4000 × 40 000 пикселей (160 мегапикселей) для изображений B–G и NIR. Каждое изображение размером 16,4 Гб сжимается до 5 Гб перед передачей и публикацией для широкой публики на веб-сайте HiRISE в формате JPEG 2000 . [24] [57] Для облегчения картирования потенциальных мест посадки HiRISE может создавать стереопары изображений, из которых можно рассчитать топографию с точностью до 0,25 м (9,8 дюйма). [58] HiRISE был создан компанией Ball Aerospace & Technologies Corp. [59]
Контекстная камера (CTX) обеспечивает получение изображений в оттенках серого (от 500 до 800 нм) с разрешением пикселей до 6 м (20 футов). CTX предназначена для предоставления контекстных карт для целевых наблюдений HiRISE и CRISM, а также используется для мозаики больших областей Марса, мониторинга ряда местоположений на предмет изменений с течением времени и получения стерео (3D) покрытия ключевых регионов и потенциальных будущих мест посадки. [60] [61] Оптика CTX состоит из телескопа Максутова-Кассегрена с фокусным расстоянием 350 мм (14 дюймов ) с линейным массивом ПЗС шириной 5064 пикселя. Инструмент делает снимки шириной 30 км (19 миль) и имеет достаточно внутренней памяти для хранения изображения длиной 160 км (99 миль) перед его загрузкой в главный компьютер. [62] Камера была создана и эксплуатируется компанией Malin Space Science Systems . К марту 2017 года CTX нанес на карту более 99% Марса и помог создать интерактивную карту Марса в 2023 году. [63] [64]
Mars Color Imager (MARCI) — это широкоугольная камера с относительно низким разрешением, которая просматривает поверхность Марса в пяти видимых и двух ультрафиолетовых диапазонах. Каждый день MARCI собирает около 84 изображений и создает глобальную карту с разрешением пикселей от 1 до 10 км (от 0,62 до 6,21 мили). Эта карта предоставляет еженедельный прогноз погоды для Марса, помогает охарактеризовать его сезонные и годовые изменения и отображает наличие водяного пара и озона в его атмосфере. [65] Камера была создана и эксплуатируется Malin Space Science Systems. Она имеет 180-градусный объектив типа «рыбий глаз» с семью цветными фильтрами, прикрепленными непосредственно к одному датчику ПЗС. [66] [67] Та же камера MARCI была на борту Mars Climate Orbiter, запущенного в 1998 году. [68]
Компактный разведывательный спектрометр для получения изображений на Марсе (CRISM) — это спектрометр видимого и ближнего инфракрасного диапазона , который используется для создания подробных карт поверхностной минералогии Марса. [69] Он работает в диапазоне от 362 до 3920 нм, измеряет спектр в 544 каналах (каждый шириной 6,55 нм) и имеет разрешение 18 м (59 футов) на высоте 300 км (190 миль). [69] [70] CRISM используется для идентификации минералов и химических веществ, указывающих на прошлое или настоящее существование воды на поверхности Марса. Эти материалы включают оксиды железа , филлосиликаты и карбонаты , которые имеют характерные узоры в своей видимой и инфракрасной энергии. [71] Инструмент CRISM был выключен 3 апреля 2023 года. [51]
Mars Climate Sounder (MCS) — это радиометр, который смотрит как вниз, так и горизонтально через атмосферу, чтобы количественно оценить вертикальные изменения атмосферы . Он имеет один видимый/ближний инфракрасный канал (от 0,3 до 3,0 мкм) и восемь дальних инфракрасных (от 12 до 50 мкм) каналов, выбранных для этой цели. MCS наблюдает за атмосферой на горизонте Марса (как видно из MRO), разбивая ее на вертикальные слои и проводя измерения в каждом слое с шагом 5 км (3,1 мили). Эти измерения собираются в ежедневные глобальные погодные карты, чтобы показать основные переменные марсианской погоды : температуру, давление, влажность и плотность пыли . [72] MCS весит примерно 9 кг (20 фунтов) и начал работу в ноябре 2006 года. [73] [74] С момента начала работы он помог создать карты мезосферных облаков, [75] изучить и классифицировать пылевые бури, [76] а также предоставить прямые доказательства наличия снега из углекислого газа на Марсе. [77]
Этот прибор, предоставленный Лабораторией реактивного движения НАСА (JPL), является обновленной версией более тяжелого и крупного прибора, изначально разработанного в JPL для миссий Mars Observer 1992 года и Mars Climate Orbiter 1998 года , [78] которые обе потерпели неудачу. [79]
Эксперимент по зондированию Shallow Radar (SHARAD) на борту MRO предназначен для исследования внутренней структуры марсианских полярных ледяных шапок . Он также собирает информацию по всей планете о подземных слоях реголита , горных пород и льда , которые могут быть доступны с поверхности. SHARAD излучает HF -радиоволны в диапазоне от 15 до 25 МГц , что позволяет ему различать слои толщиной от 7 м (23 фута) до максимальной глубины 3 км (1,864 мили). Он имеет горизонтальное разрешение от 0,3 до 3 км (0,2 до 1,9 мили). [80] SHARAD разработан в качестве дополнения к инструменту Mars Express MARSIS , который имеет более грубое разрешение, но проникает на гораздо большую глубину. И SHARAD, и MARSIS были созданы Итальянским космическим агентством . [81]
В дополнение к своему оборудованию для визуализации, MRO несет три инженерных инструмента. Пакет связи Electra представляет собой программно-определяемую радиостанцию UHF , которая обеспечивает гибкую платформу для развития возможностей ретрансляции. [82] Он предназначен для связи с другими космическими аппаратами при их приближении, приземлении и работе на Марсе. В дополнение к управляемым протоколом межкосмическим каналам передачи данных со скоростью от 1 кбит/с до 2 Мбит/с, Electra также обеспечивает сбор доплеровских данных, запись в открытом цикле и высокоточную службу синхронизации на основе сверхстабильного генератора. [83] [84] Доплеровская информация для приближающихся транспортных средств может использоваться для окончательного нацеливания на спуск или воссоздания траектории спуска и посадки. Доплеровская информация о приземлившихся транспортных средствах позволяет ученым точно определять местоположение на поверхности марсианских посадочных аппаратов и марсоходов. Два космических аппарата Mars Exploration Rover (MER) использовали релейную радиостанцию UHF более раннего поколения, обеспечивающую аналогичные функции через орбитальный аппарат Mars Odyssey. Радиостанция Electra передавала информацию на космический корабль MER, посадочный модуль Phoenix и марсоход Curiosity . [85]
Во время полета MRO также использовал экспериментальный пакет телекоммуникаций диапазона K - диапазона , чтобы продемонстрировать менее энергоемкий способ связи с Землей. [87]
Оптическая навигационная камера снимает марсианские луны Фобос и Деймос на фоне звезд, чтобы точно определить орбиту MRO . Хотя это не критично, это было включено в качестве технологического теста для будущих орбитальных полетов и посадок космических аппаратов. [88] Оптическая навигационная камера была успешно испытана в феврале и марте 2006 года. [89]
На космическом корабле также проводятся два дополнительных научных исследования. Пакет исследований гравитационного поля измеряет изменения в марсианском гравитационном поле через изменения скорости космического корабля. Изменения скорости обнаруживаются путем измерения доплеровских сдвигов в радиосигналах MRO , принимаемых на Земле. Данные этого исследования могут быть использованы для понимания геологии под поверхностью Марса, определения плотности атмосферы и отслеживания сезонных изменений в расположении углекислого газа, отложенного на поверхности. [90]
Исследование структуры атмосферы использовало чувствительные бортовые акселерометры для определения плотности атмосферы Марса in situ во время аэроторможения. Измерения помогли обеспечить лучшее понимание сезонных колебаний ветра, эффектов пылевых бурь и структуры атмосферы. [91]
Рабочие Lockheed Martin Space Systems в Денвере собрали конструкцию космического корабля и прикрепили приборы. Инструменты были сконструированы в Лаборатории реактивного движения, Лунной и планетарной лаборатории Университета Аризоны в Тусоне, Аризона , Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса в Лореле, Мэриленд , Итальянском космическом агентстве в Риме и Malin Space Science Systems в Сан-Диего. [92]
Структура в основном сделана из углеродных композитов и алюминиевых сотовых пластин. Титановый топливный бак занимает большую часть объема и массы космического корабля и обеспечивает большую часть его структурной целостности . [93] Общая масса космического корабля составляет менее 2180 кг (4810 фунтов) с незаправленной сухой массой менее 1031 кг (2273 фунта). [94]
MRO получает всю свою электроэнергию от двух солнечных панелей , каждая из которых может независимо вращаться вокруг двух осей (вверх-вниз или влево-вправо). Каждая солнечная панель имеет размеры 5,35 м × 2,53 м (17,6 футов × 8,3 фута) и имеет площадь 9,5 м 2 (102 кв. фута), покрытую 3744 отдельными фотоэлектрическими элементами. [95] [83] Его высокоэффективные солнечные элементы способны преобразовывать более 26% энергии, которую он получает от Солнца, непосредственно в электричество и соединены вместе для получения общей выходной мощности 32 вольта . Находясь на орбите Марса, панели вместе производят 600–2000 [b] Вт мощности; [96] [83] [8] для сравнения, панели вырабатывали бы 6000 Вт на сопоставимой земной орбите, находясь ближе к Солнцу . [95] [83]
MRO имеет две перезаряжаемые никель-водородные батареи, используемые для питания космического корабля, когда он не обращен к Солнцу. Каждая батарея имеет емкость хранения энергии 50 ампер-часов (180 кКл ). Полный диапазон батарей не может быть использован из-за ограничений напряжения на космическом корабле, но позволяет операторам продлить срок службы батареи — ценная возможность, учитывая, что разрядка батареи является одной из наиболее распространенных причин долгосрочного отказа спутников. Планировщики ожидают, что только 40% емкости батарей будет востребовано в течение срока службы космического корабля. [95]
Главный компьютер MRO — это 133 МГц, 10,4 миллиона транзисторов , 32-битный процессор RAD750 , радиационно-устойчивая версия процессора PowerPC 750 или G3 со специально разработанной материнской платой . [97] Операционная система — VxWorks , имеющая обширные протоколы защиты от сбоев и мониторинга. [98]
Данные хранятся в модуле флэш-памяти емкостью 160 Гбит (20 ГБ ), состоящем из более чем 700 микросхем памяти, каждая емкостью 256 Мбит . Эта емкость памяти на самом деле не так уж велика, учитывая объем данных, которые необходимо получить; например, одно изображение с камеры HiRISE может быть размером до 28 Гб. [98]
Когда она была запущена, подсистема телекоммуникаций на MRO была лучшей цифровой системой связи, отправленной в дальний космос, и впервые использовала приближающиеся по емкости турбокоды . Она была мощнее любой предыдущей миссии в дальний космос и способна передавать данные более чем в десять раз быстрее, чем предыдущие миссии на Марс. [99] Наряду с пакетом связи Electra система состоит из очень большой (3 м (9,8 фута)) антенны, которая используется для передачи данных через сеть дальнего космоса через частоты X-диапазона на частоте 8,41 ГГц . Она также демонстрирует использование диапазона K a на частоте 32 ГГц для более высоких скоростей передачи данных. [100] Максимальная скорость передачи с Марса может достигать 6 Мбит/с, но в среднем составляет от 0,5 до 4 Мбит/с. [99] Космический корабль оснащен двумя 100-ваттными усилителями на лампах бегущей волны (TWTA) X-диапазона (один из которых является резервным), одним 35-ваттным усилителем K -диапазона и двумя малыми транспондерами дальнего космоса (SDST). [101] [102]
Две меньшие антенны с низким коэффициентом усиления также присутствуют для связи с более низкой скоростью во время чрезвычайных ситуаций и специальных мероприятий. Эти антенны не имеют фокусирующих тарелок и могут передавать и принимать с любого направления. Они являются важной резервной системой, гарантирующей, что MRO всегда может быть доступен, даже если его основная антенна направлена в сторону от Земли. [103] [104]
Подсистема диапазона K a использовалась для демонстрации того, как такая система может использоваться космическими аппаратами в будущем. Из-за отсутствия спектра в диапазоне X 8,41 ГГц будущие высокоскоростные миссии в дальний космос будут использовать диапазон K a 32 ГГц . Сеть дальней космической связи NASA (DSN) реализовала возможности приема в диапазоне K a на всех трех своих комплексах (Голдстоун, Канберра и Мадрид) через свою антенную подсеть с 34-метровым лучевым волноводом (BWG). [100] Испытания в диапазоне K a также были запланированы на этапе научных исследований, но во время аэродинамического торможения произошел сбой переключателя, ограничив антенну с высоким коэффициентом усиления в диапазоне X одним усилителем. [105] Если этот усилитель выйдет из строя, все высокоскоростные коммуникации в диапазоне X будут потеряны. Нисходящий канал K a является единственным оставшимся резервом для этой функциональности, и поскольку возможности K a -диапазона одного из транспондеров SDST уже вышли из строя [106] (и у другого может возникнуть та же проблема), JPL решила прекратить все демонстрации K a -диапазона и оставить оставшиеся возможности в резерве. [107]
К ноябрю 2013 года MRO преодолел отметку в 200 терабит в объеме переданных научных данных. Данные, переданные миссией, более чем в три раза превышают общий объем данных, переданных через Deep Space Network NASA для всех других миссий, управляемых Лабораторией реактивного движения NASA за последние 10 лет. [108]
Космический корабль использует топливный бак объемом 1175 л (258 имп гал; 310 галлонов США), заполненный 1187 кг (2617 фунтов) гидразинового монотоплива . Давление топлива регулируется путем добавления сжатого гелия из внешнего бака. Семьдесят процентов топлива было использовано для орбитального вывода, [109] и у него достаточно топлива, чтобы продолжать функционировать до 2030-х годов. [110]
MRO имеет на борту 20 ракетных двигателей. Шесть больших двигателей каждый вырабатывают 170 Н (38 фунт- сил ) тяги, что в общей сложности составляет 1020 Н (230 фунт- сил ), что в основном предназначено для орбитального ввода. Эти двигатели были первоначально разработаны для посадочного модуля Mars Surveyor 2001 Lander . Шесть средних двигателей каждый вырабатывают 22 Н (4,9 фунт- сил ) тяги для коррекции траектории и управления ориентацией во время вывода на орбиту. Наконец, восемь малых двигателей каждый вырабатывают 0,9 Н (0,20 фунт- сил ) тяги для управления ориентацией во время обычных операций. [109]
Четыре колеса реакции также используются для точного управления положением во время действий, требующих высокоустойчивой платформы, таких как визуализация с высоким разрешением, в которой даже небольшие движения могут вызвать размытие изображения. Каждое колесо используется для одной оси движения. Четвертое колесо является резервным на случай отказа одного из трех других колес. Каждое колесо весит 10 кг (22 фунта) и может вращаться со скоростью 100 Гц или 6000 об/мин . [109] [111]
Для определения орбиты космического корабля и облегчения маневров 16 солнечных датчиков — восемь основных и восемь резервных — размещаются вокруг космического корабля для калибровки направления Солнца относительно рамы орбитального аппарата. Два звездных трекера, цифровые камеры, используемые для картирования положения каталогизированных звезд , предоставляют NASA полную трехосную информацию об ориентации и положении космического корабля. Основной и резервный миниатюрный инерциальный измерительный блок (MIMU) , предоставленный Honeywell , измеряет изменения положения космического корабля, а также любые негравитационные изменения его линейной скорости. Каждый MIMU представляет собой комбинацию трех акселерометров и трех кольцевых лазерных гироскопов . Все эти системы критически важны для MRO , поскольку он должен иметь возможность направлять свою камеру с очень высокой точностью, чтобы делать высококачественные снимки, требуемые миссией. Он также был специально разработан для минимизации любых вибраций на космическом корабле, чтобы его приборы могли делать снимки без каких-либо искажений, вызванных вибрациями. [112] [113] [114]
Общая стоимость MRO до конца его основной миссии составила $716,6 млн . Из этой суммы $416,6 млн . было потрачено на разработку космического корабля, около $90 млн . на его запуск и $210 млн. за 5 лет эксплуатации миссии. С 2011 года годовые эксплуатационные расходы MRO составляют в среднем $31 млн. в год с поправкой на инфляцию. [115]
В статье в журнале Science в сентябре 2009 года [116] сообщалось, что некоторые новые кратеры на Марсе вырыли относительно чистый водяной лед. После выхода на поверхность лед постепенно исчезает по мере сублимации. Эти новые кратеры были обнаружены и датированы камерой CTX, а идентификация льда была подтверждена с помощью CRISM. Лед был обнаружен в пяти местах, три из которых находились в четырехугольнике Cebrenia . Эти места находятся в следующих координатах : 55°34′N 150°37′E / 55.57°N 150.62°E / 55.57; 150.62 ; 43°17′N 176°54′E / 43.28°N 176.9°E / 43.28; 176.9 ; и 45°00′N 164°30′E / 45°N 164.5°E / 45; 164.5 . Два других находятся в четырехугольнике Диакрии : 46°42′N 176°48′E / 46.7°N 176.8°E / 46.7; 176.8 и 46°20′N 176°54′E / 46.33°N 176.9°E / 46.33; 176.9 . [117] [118]
Результаты радара SHARAD показали, что особенности, называемые дольчатыми обломочными шлейфами (LDA), содержат большое количество водяного льда. Интересно, что со времен орбитальных аппаратов Viking эти LDA представляют собой шлейфы материала, окружающего скалы. Они имеют выпуклый рельеф и пологий склон; это предполагает отток от крутого исходного утеса. Кроме того, дольчатые обломочные шлейфы могут показывать поверхностные линии, как и каменные глетчеры на Земле. [119] SHARAD предоставил убедительные доказательства того, что LDA в Hellas Planitia являются ледниками , покрытыми тонким слоем обломков (т. е. камней и пыли); наблюдалось сильное отражение от верхней части и основания LDA, что позволяет предположить, что чистый водяной лед составляет большую часть образования (между двумя отражениями). [120] Основываясь на экспериментах посадочного модуля Phoenix и исследованиях Mars Odyssey с орбиты, известно, что водяной лед существует прямо под поверхностью Марса на крайнем севере и юге (высокие широты). [121] [122]
Используя данные Mars Global Surveyor , Mars Odyssey и MRO , ученые обнаружили обширные залежи хлоридных минералов. Данные свидетельствуют о том, что залежи образовались в результате испарения обогащенных минералами вод. Исследования показывают, что озера могли быть разбросаны по большим площадям марсианской поверхности. Обычно хлориды являются последними минералами, которые выходят из раствора . Карбонаты, сульфаты и кремний должны выпадать в осадок раньше них. Сульфаты и кремний были обнаружены марсоходами на поверхности. Места с хлоридными минералами могли когда-то содержать различные формы жизни. Кроме того, такие области могли сохранить следы древней жизни. [123]
В 2009 году группа ученых из команды CRISM сообщила о девяти-десяти различных классах минералов, образованных в присутствии воды. Различные типы глин (также называемых филлосиликатами) были обнаружены во многих местах. Идентифицированные филлосиликаты включали алюминиевый смектит, железо/магниевый смектит, каолинит , пренит и хлорит . Породы, содержащие карбонат, были обнаружены вокруг бассейна Изидис . Карбонаты относятся к одному классу, в котором могла развиться жизнь. Было обнаружено, что области вокруг Долины Маринера содержат гидратированный кремний и гидратированные сульфаты. Исследователи идентифицировали гидратированные сульфаты и железные минералы в Терра Меридиани и в Долине Маринера. Другими минералами, обнаруженными на Марсе, были ярозит , алунит , гематит , опал и гипс . От двух до пяти классов минералов были образованы при правильном pH и достаточном количестве воды, чтобы позволить жизни развиваться. [124]
4 августа 2011 года (2125 сол) НАСА объявило, что MRO обнаружил темные полосы на склонах , известные как повторяющиеся линии склонов, вызванные тем, что, по-видимому, является текущей соленой водой на поверхности или под поверхностью Марса. [125] 28 сентября 2015 года это открытие было подтверждено на специальной пресс-конференции НАСА. [126] [127] Однако в 2017 году дальнейшие исследования показали, что темные полосы были созданы песчинками и пылью, сползающими по склонам, а не водой, затемняющей землю. [128]
В статье использованы материалы, являющиеся общественным достоянием, с веб-сайтов или документов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства .
В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .Кристофер П. Маккей, астробиолог из Исследовательского центра Эймса NASA, не считает, что RSL — очень перспективное место для поиска. Чтобы вода была жидкой, она должна быть настолько соленой, что там ничто не могло бы жить, сказал он. "Короткий ответ на вопрос о пригодности для жизни — это ничего не значит", — сказал он.
