Миссия НАСА Mars Exploration Rover ( MER ) представляла собой роботизированную космическую миссию с участием двух марсоходов Spirit и Opportunity , исследующих планету Марс . Все началось в 2003 году с запуска двух марсоходов для исследования поверхности и геологии Марса ; оба приземлились на Марсе в разных местах в январе 2004 года. Оба марсохода намного пережили запланированные миссии продолжительностью 90 марсианских солнечных дней : MER-A Spirit был активен до 22 марта 2010 года [1] , а MER-B Opportunity был активен до 10 июня. 2018. [2]
Научная цель миссии состояла в том, чтобы найти и охарактеризовать широкий спектр горных пород и почв , которые содержат ключ к разгадке прошлой активности воды на Марсе . Миссия является частью программы исследования Марса НАСА , которая включает в себя три предыдущих успешных спускаемых аппарата: два спускаемых аппарата программы «Викинг» в 1976 году и зонд Mars Pathfinder в 1997 году . [3]
Научными целями миссии Mars Exploration Rover были: [4]
Общая стоимость строительства, запуска, посадки и эксплуатации марсоходов на поверхности для первоначальной основной миссии продолжительностью 90 солов составила 820 миллионов долларов США. [5] Каждый марсоход получил пять продлений миссии, поскольку они продолжали работать сверх первоначально запланированной продолжительности. Пятое продление миссии было предоставлено в октябре 2007 года и продлилось до конца 2009 года. [5] [6] Общая стоимость первых четырех продлений миссии составила 104 миллиона долларов, а пятое продление миссии обошлось как минимум в 20 миллионов долларов. [5] Миссией руководила Лаборатория реактивного движения (JPL), которая спроектировала, построила и эксплуатировала марсоходы.
В знак признания огромного количества научной информации , накопленной обоими марсоходами, в их честь были названы два астероида : 37452 Spirit и 39382 Opportunity .
MER-A (« Дух ») и MER-B (« Оппортьюнити ») были запущены 10 июня 2003 г. и 7 июля 2003 г. соответственно. Хотя оба зонда были запущены на ракетах Boeing Delta II 7925-9.5 с космодрома 17 на мысе Канаверал (CCAFS SLC-17), MER-B находился на тяжелой версии этой ракеты-носителя, нуждавшейся в дополнительной энергии для трансмарсианской инъекции . Ракеты-носители были установлены на площадках рядом друг с другом: MER-A на CCAFS SLC-17A и MER-B на CCAFS SLC-17B. Двойные панели позволяли работать с 15- и 21-дневными периодами запуска планет близко друг к другу; последний возможный день запуска MER-A был 19 июня 2003 г., а первый день MER-B - 25 июня 2003 г. Программа стартовых услуг НАСА организовала запуск обоих космических кораблей.
Зонды приземлились в январе 2004 года в удаленных друг от друга экваториальных точках Марса. 21 января 2004 года сеть Deep Space Network потеряла связь с Spirit по причинам, которые первоначально считались связанными со вспышечным потоком над Австралией . Ровер передал сообщение без данных, но позже в тот же день пропустил еще один сеанс связи с Mars Global Surveyor . На следующий день Лаборатория реактивного движения получила звуковой сигнал от марсохода, указывающий на то, что он находится в режиме неисправности. 23 января летной команде удалось отправить марсоход на старт. Предположительно, неисправность была вызвана ошибкой в подсистеме флэш-памяти марсохода . Марсоход не вёл никакой научной деятельности в течение десяти дней, пока инженеры обновляли его программное обеспечение и проводили испытания. Проблема была решена путем переформатирования флэш- памяти Spirit и использования программного исправления , позволяющего избежать перегрузки памяти; Opportunity также был обновлен с помощью патча в качестве меры предосторожности. Spirit вернулся к полноценной научной деятельности к 5 февраля. Первоначально продолжительность миссии обоих марсоходов составляла всего 90 солов .
23 марта 2004 г. состоялась пресс-конференция, на которой было объявлено о «крупных открытиях» свидетельств существования жидкой воды на поверхности Марса. Делегация ученых продемонстрировала фотографии и данные, раскрывающие слоистую структуру и поперечную слоистость в породах обнажения внутри кратера на Плануме Меридиани , месте посадки MER-B, Opportunity . Это позволило предположить, что когда-то в этом регионе текла вода. Неравномерное распределение хлора и брома также позволяет предположить, что когда-то это место было береговой линией соленого моря, а теперь испарилось.
8 апреля 2004 года НАСА объявило, что продлевает срок службы марсоходов с трех до восьми месяцев. Он немедленно предоставил дополнительное финансирование в размере 15 миллионов долларов США до сентября и 2,8 миллиона долларов США в месяц для продолжения деятельности. Позже в том же месяце «Оппортьюнити» прибыл к кратеру «Эндьюранс» , и ему потребовалось около пяти дней, чтобы преодолеть 200 метров. 22 сентября НАСА объявило, что продлевает срок службы марсоходов еще на шесть месяцев. Возможность была покинуть кратер Эндьюранс, посетить его заброшенный тепловой экран и отправиться к кратеру Виктория . Spirit должен был попытаться подняться на вершину холмов Колумбия .
Поскольку два марсохода все еще функционировали хорошо, НАСА позже объявило о продлении миссии еще на 18 месяцев до сентября 2006 года. Возможность заключалась в посещении «Вытравленной местности», а « Спирит » должен был подняться по скалистому склону к вершине Хасбэнд-Хилла . 21 августа 2005 года «Спирит» достиг вершины Хасбэнд-Хилла после 581 соля и путешествия длиной 4,81 километра (2,99 мили).
Переднее правое колесо Spirit перестало работать 13 марта 2006 года, когда марсоход двигался к Маккул-Хилл . Его водители попытались перетащить мертвое колесо за Spirit , но это сработало только до тех пор, пока они не достигли непроходимого песчаного участка на нижних склонах. Водители направили Spirit к небольшому склону, получившему название «Приют Лоу-Ридж», где он провел долгую марсианскую зиму, ожидая весны и повышенного уровня солнечной энергии, подходящего для вождения. В сентябре того же года «Оппортьюнити» достиг края кратера Виктория, и Spaceflight Now сообщил, что НАСА продлило миссию двух марсоходов до сентября 2007 года. [7] [8] 6 февраля 2007 года «Оппортьюнити» стал первым космическим кораблем, преодолевшим десять километров ( 6,2 мили) на поверхности Марса. [9]
В июле 2007 года, во время четвертого продления миссии, марсианские пылевые бури заблокировали доступ марсоходам к солнечному свету и поставили под угрозу способность корабля собирать энергию через солнечные панели , заставив инженеров опасаться, что одна или обе из них могут быть навсегда отключены. Однако пыльные бури утихли, что позволило им возобновить работу. [10]
«Оппортьюнити» должен был войти в кратер Виктория со своего места на краю залива Дак 28 июня 2007 года, [11] но из-за сильных пыльных бурь это было отложено до тех пор, пока пыль не рассеялась и мощность не вернулась на безопасный уровень. [12] Два месяца спустя «Спирит » и «Оппортьюнити» возобновили движение после того, как присели на корточки во время бушующих пылевых бурь, которые ограничили солнечную энергию до уровня, который едва не привел к необратимому выходу из строя обоих марсоходов. [13]
1 октября 2007 года [14] и «Спирит », и «Оппортьюнити» приступили к пятому продлению миссии, которое продлило операции до 2009 года, [15] что позволило марсоходам провести пять лет, исследуя марсианскую поверхность, в ожидании дальнейшего выживания.
26 августа 2008 года Opportunity начал трехдневный подъем из кратера Виктория на фоне опасений, что скачки мощности, подобные тем, которые наблюдались на Spirit до отказа его правого переднего колеса, могут помешать ему когда-либо покинуть кратер. если колесо вышло из строя. Ученый проекта Брюс Банердт также сказал: «Мы сделали все, для чего вошли в кратер Виктория, и даже больше». Opportunity вернется на равнины, чтобы охарактеризовать огромное разнообразие горных пород Меридиани-Планум, некоторые из которых, возможно, были выброшены из кратеров, таких как Виктория. Марсоход исследовал кратер Виктория с 11 сентября 2007 года. [16] [17] По состоянию на январь 2009 года два марсохода в совокупности отправили обратно 250 000 изображений и проехали более 21 километра (13 миль). [18]
Проехав около 3,2 км (2,0 мили) с момента выхода из кратера Виктория, «Оппортьюнити» впервые увидел край кратера Индевор 7 марта 2009 года. [19] На 1897 сол он преодолел отметку в 16 км (9,9 миль) . 20] Тем временем в кратере Гусева « Спирит» был зарыт глубоко в марсианском песке, так же, как « Оппортьюнити» был в Дюне Чистилища в 2005 году. [21]
26 января 2010 года, после шести лет пребывания на Марсе, НАСА объявило, что « Спирит» будет использоваться в качестве стационарной исследовательской платформы после нескольких месяцев безуспешных попыток освободить марсоход из мягкого песка. [22]
24 марта 2010 года НАСА объявило, что «Оппортьюнити» , оставшийся путь которого до кратера Индевор оценивался в 12 км (7,5 миль), с момента начала своей миссии преодолел более 20 км (12,4 мили). [23] Каждый марсоход был спроектирован с расчетным расстоянием пробега всего 600 метров. [23]
В марте 2010 года было объявлено, что Спирит , возможно, впал в спячку на марсианскую зиму и не просыпался снова в течение нескольких месяцев. [24] 22 мая 2011 года НАСА прекратило попытки связаться с Spirit , который застрял в песчаной ловушке на два года. Последняя успешная связь с марсоходом состоялась 22 марта 2010 г. Последняя передача на «Спирит» состоялась 25 мая 2011 г. [25]
16 мая 2013 года НАСА объявило, что «Оппортьюнити» проехал дальше, чем любой другой аппарат НАСА в мире, отличном от Земли. [26] После того, как общий одометр «Оппортьюнити» превысил 35,744 км (22,210 миль), марсоход превзошел общее расстояние, пройденное лунным вездеходом «Аполлон-17» . [26] А 28 июля 2014 года «Оппортьюнити» проехал дальше, чем любое другое транспортное средство в мире, отличном от Земли. [26] [27] [28] «Оппортьюнити» преодолел более 40 км (25 миль), превысив общее расстояние в 39 км (24 мили), пройденное луноходом « Луноход -2» , предыдущим рекордсменом. [26] [27] 23 марта 2015 года Opportunity проехал полную дистанцию марафона длиной 42,2 км (26,2 мили) со временем финиша примерно 11 лет и 2 месяца. [29]
24 января 2014 года НАСА сообщило, что текущие на тот момент исследования оставшегося марсохода « Оппортьюнити », а также нового марсохода Марсианской научной лаборатории « Кьюриосити» теперь будут направлены на поиск доказательств древней жизни, включая биосферу, основанную на автотрофных , хемотрофных и /или хемолитоавтотрофные микроорганизмы , а также древние воды, в том числе речно-озерные среды ( равнины , относящиеся к древним рекам или озерам), которые могли быть обитаемыми . [30] [31] [32] [33] Поиск доказательств обитаемости , тафономии (связанной с окаменелостями ) и органического углерода на планете Марс затем был переключен на основную цель НАСА. [30]
В июне 2018 года «Оппортьюнити» попал в пыльную бурю глобального масштаба, и солнечные панели марсохода не смогли вырабатывать достаточно энергии, последний контакт состоялся 10 июня 2018 года. НАСА возобновило отправку команд после того, как пыльная буря утихла, но марсоход остался бесшумный, возможно, из-за катастрофического сбоя или слоя пыли, покрывающего его солнечные панели. [34] 13 февраля 2019 года состоялась пресс-конференция, на которой было объявлено, что после многочисленных попыток связаться с «Оппортьюнити » и без ответа с июня 2018 года НАСА объявило о завершении миссии «Оппортьюнити» , что также привлекло 16-летнюю миссию марсохода по исследованию Марса. близкий. [35] [36] [37]
Марсоход предназначен для размещения на ракете Дельта II . Каждый космический корабль состоит из нескольких компонентов:
Общая масса составляет 1063 кг (2344 фунта).
Крейсерский этап — это часть космического корабля, используемая для путешествия с Земли на Марс. Он очень похож на Mars Pathfinder по конструкции и имеет диаметр примерно 2,65 метра (8,7 фута) и высоту 1,6 м (5,2 фута), включая входной аппарат (см. Ниже).
Основная конструкция выполнена из алюминия с внешним кольцом ребер, покрытым солнечными панелями диаметром около 2,65 м (8,7 футов). Солнечные батареи, разделенные на пять секций, могут обеспечить мощность до 600 Вт у Земли и до 300 Вт у Марса.
Нагреватели и многослойная изоляция сохраняют электронику «теплой». Фреоновая система отводит тепло от бортового компьютера и коммуникационного оборудования внутри марсохода, чтобы они не перегревались . Системы круизной авионики позволяют бортовому компьютеру взаимодействовать с другой электроникой, такой как датчики Солнца , звездный сканер и обогреватели.
Звездный сканер (без резервной системы) и датчик Солнца позволили космическому кораблю узнать свою ориентацию в пространстве, анализируя положение Солнца и других звезд по отношению к нему. Иногда корабль мог слегка отклониться от курса; этого и следовало ожидать, учитывая расстояние в 500 миллионов километров (320 миллионов миль). Таким образом, штурманы запланировали до шести маневров по коррекции траектории, а также проверку работоспособности.
Чтобы гарантировать, что космический корабль прибудет на Марс в нужное место для посадки, два легких бака с алюминиевой облицовкой несли около 31 кг (около 68 фунтов) гидразинового топлива . Наряду с системами крейсерского наведения и контроля топливо позволяло штурманам удерживать космический корабль на курсе. Горения и импульсные выстрелы пороха допускали три типа маневров:
Для связи космический корабль использовал высокочастотную радиоволну X-диапазона , что позволяло использовать меньшую мощность и антенны меньшего размера , чем многие старые корабли, которые использовали S-диапазон .
Навигаторы посылали команды через две антенны на крейсерском этапе: круизную антенну с низким коэффициентом усиления, установленную внутри внутреннего кольца, и круизную антенну со средним усилением на внешнем кольце. Антенна с низким коэффициентом усиления использовалась вблизи Земли. Он всенаправленный, поэтому мощность передачи, достигающая Земли, падает быстрее с увеличением расстояния. По мере того, как корабль приближался к Марсу, Солнце и Земля приближались к небу, если смотреть с корабля, поэтому на Землю достигало меньше энергии. Затем космический корабль переключился на антенну среднего усиления, которая направила ту же мощность передачи в более узкий луч в сторону Земли.
Во время полета космический корабль стабилизировался со скоростью вращения два оборота в минуту (об/мин). Периодические обновления держали антенны направленными на Землю, а солнечные панели — на Солнце.
Аэрооболочка обеспечивала защитное покрытие посадочного модуля во время семимесячного путешествия на Марс. Вместе с посадочным модулем и марсоходом он представлял собой «входной корабль». Его основной целью была защита посадочного модуля и марсохода внутри него от сильной жары при входе в тонкую марсианскую атмосферу. Он был основан на проектах Mars Pathfinder и Mars Viking.
Аэрооболочка состояла из двух основных частей: теплозащитного экрана и задней оболочки. Тепловой экран был плоским и коричневатым, он защищал спускаемый аппарат и марсоход во время входа в марсианскую атмосферу и служил первым аэротормозом космического корабля. Задняя часть корпуса была большой, конусообразной и окрашенной в белый цвет. Он нес парашют и несколько компонентов, используемых на более поздних этапах входа, спуска и приземления, в том числе:
Аэрооболочка , построенная компанией Lockheed Martin Space в Денвере, штат Колорадо, представляет собой алюминиевую сотовую структуру, зажатую между графитово-эпоксидными лицевыми листами. Снаружи аэрооболочка покрыта слоем фенольных сот. Эти соты заполнены абляционным материалом (также называемым «аблятором»), который рассеивает тепло, образующееся в результате атмосферного трения.
Сам аблятор представляет собой смесь пробкового дерева, связующего вещества и множества крошечных сфер из кварцевого стекла. Он был изобретен для теплозащитных экранов, используемых во время миссий «Викинг» на Марс. Похожая технология использовалась в первых пилотируемых космических миссиях США «Меркурий» , «Джемини» и «Аполлон» . Он был специально разработан для химической реакции с марсианской атмосферой во время входа и отвода тепла, оставляя за кораблем горячий газовый след. Аппарат замедлился с 19 000 до 1 600 км/ч (от 5 300 до 440 м/с) примерно за минуту, создав ускорение около 60 м/с 2 (6 g ) на посадочном модуле и вездеходе.
Задняя оболочка и теплозащитный экран изготовлены из одних и тех же материалов, но теплозащитный экран имеет более толстый, 13 мм ( 1 ⁄ 2 дюйма), слой аблятора. Вместо окраски задняя часть корпуса была покрыта очень тонкой алюминизированной пленкой из ПЭТ , чтобы защитить ее от холода глубокого космоса. Одеяло испарилось при входе в марсианскую атмосферу.
Парашют помогал замедлить космический корабль во время входа, спуска и приземления. Он расположен в задней части корпуса. [40]
Конструкция парашюта 2003 года была частью долгосрочных усилий по разработке марсианских парашютных технологий и основана на конструкциях и опыте миссий «Викинг» и «Патфайндер». Парашют для этой миссии на 40% больше, чем у Pathfinder, потому что самая большая нагрузка для марсохода составляет от 80 до 85 килоньютонов (кН) или от 80 до 85 кН (от 18 000 до 19 000 фунтов силы), когда парашют полностью надувается. Для сравнения, инфляционная нагрузка Pathfinder составляла примерно 35 кН (около 8000 фунтов силы). Парашют был спроектирован и изготовлен в Южном Виндзоре, штат Коннектикут, компанией Pioneer Aerospace , которая также разработала парашют для миссии Stardust . [40]
Парашют изготовлен из двух прочных и легких тканей: полиэстера и нейлона . Тройная уздечка из кевлара соединяет парашют с задней частью корпуса.
Места на космическом корабле для парашюта было настолько мало, что парашют пришлось упаковать под давлением. Перед запуском команда плотно сложила 48 строп подвески, три стропы и парашют. Парашют загружался в специальную конструкцию, которая затем несколько раз оказывала на парашютный пакет тяжелый вес. Прежде чем поместить парашют в корпус, парашют подвергали термической обработке для его стерилизации . [40]
После того, как парашют был раскрыт на высоте около 10 км (6,2 мили) над поверхностью, теплозащитный экран был освобожден с помощью 6 разделительных гаек и нажимных пружин. Затем посадочный модуль отделился от корпуса и «спустился» по металлической ленте с помощью центробежной тормозной системы, встроенной в один из лепестков посадочного модуля. Медленный спуск по металлической ленте поставил посадочный модуль на конец другой уздечки (троса), сделанного из плетеного зайлона длиной почти 20 м (66 футов) . [40] Зайлон — это волокнистый материал, похожий на кевлар, который сшит в виде лямки (как материал шнурков), чтобы сделать его прочнее. Уздечка Zylon обеспечивает пространство для раскрытия подушки безопасности, расстояние от потока выхлопных газов твердотопливного двигателя и повышенную устойчивость. Уздечка включает в себя электрическую проводку, которая позволяет запускать твердотопливные ракеты из корпуса, а также передает данные от блока измерения инерции корпуса (который измеряет скорость и наклон космического корабля) на бортовой компьютер марсохода. [40]
Поскольку плотность атмосферы Марса составляет менее 1% от земной, один только парашют не мог замедлить марсоход настолько, чтобы обеспечить безопасную низкую скорость приземления. Спуску космического корабля способствовали ракеты, которые остановили космический корабль на высоте 10–15 м (33–49 футов) над поверхностью Марса. [40]
Для определения расстояния до поверхности Марса использовался радиолокационный высотомер . Антенна радара была установлена в одном из нижних углов тетраэдра спускаемого аппарата. Когда радиолокационные измерения показали, что посадочный модуль находится на правильном расстоянии от поверхности, уздечка Zylon была разрезана, освободив посадочный модуль от парашюта и задней оболочки, так что он был свободен и свободен для приземления. Данные радара также позволили определить временную последовательность срабатывания подушки безопасности и запуска ракеты RAD с корпусом. [40]
Подушки безопасности , используемые в миссии Mars Exploration Rover, относятся к тому же типу, что и Mars Pathfinder в 1997 году. Они должны были быть достаточно прочными, чтобы смягчить космический корабль, если он приземлится на камни или пересеченную местность, и позволить ему подпрыгивать по поверхности Марса на скоростях шоссе ( около 100 км/ч) после приземления. Подушки безопасности нужно было надуть за несколько секунд до приземления и спустить после безопасного приземления.
Подушки безопасности были сделаны из Vectran , как и на Pathfinder. Vectran почти в два раза прочнее других синтетических материалов, таких как кевлар, и лучше работает при низких температурах. Шесть слоев вектрана плотностью 100 денье (10 мг/м) защищали одну или две внутренние камеры векторана плотностью 200 денье (20 мг/м). Использование плотности 100 денье (10 мг/м) оставляет больше ткани во внешних слоях, где это необходимо, поскольку в переплетении больше нитей.
Каждый марсоход использовал четыре подушки безопасности с шестью лепестками каждая, все из которых были соединены между собой. Соединение было важным, поскольку оно помогало уменьшить часть десантных сил, сохраняя гибкость системы подушек и ее способность реагировать на давление на землю. Подушки безопасности не были прикреплены непосредственно к марсоходу, а крепились к нему с помощью веревок, пересекающих конструкцию подушки. Веревки придавали мешкам форму, облегчая надувание. Во время полета сумки хранились вместе с тремя газогенераторами, которые используются для надувания. [41]
Посадочный модуль космического корабля представляет собой защитную оболочку, в которой находится марсоход и вместе с подушками безопасности защищает его от сил удара.
Посадочный модуль имеет форму тетраэдра , стороны которого раскрываются как лепестки. Он прочный и легкий, сделан из балок и листов. Балки состоят из слоев графитового волокна, вплетенных в ткань, которая легче алюминия и более жесткая, чем сталь. Титановые фитинги приклеены и установлены на балки, что позволяет соединить их болтами. Ровер удерживался внутри посадочного модуля с помощью болтов и специальных гаек, которые после приземления освобождались при помощи небольшой взрывчатки.
После того как посадочный модуль перестал подпрыгивать и катиться по земле, он остановился на основании тетраэдра или на одной из его сторон. Затем стороны открылись, чтобы сделать основание горизонтальным, а марсоход вертикальным. Боковины соединены с основанием шарнирами, каждый из которых оснащен двигателем, достаточно мощным, чтобы поднять посадочный модуль. Масса марсохода и посадочного модуля составляет около 533 килограммов (1175 фунтов). Один только марсоход имеет массу около 185 кг (408 фунтов). Гравитация на Марсе составляет около 38% от земной, поэтому двигатель не обязательно должен быть таким же мощным, как на Земле.
Марсоход оснащен акселерометрами , позволяющими определять направление движения вниз (к поверхности Марса) путем измерения силы тяжести. Затем компьютер марсохода дал команду открыть правильный лепесток посадочного модуля, чтобы поставить марсоход в вертикальное положение. Как только основной лепесток опустился и марсоход встал в вертикальное положение, два других лепестка открылись.
Лепестки первоначально открылись в одинаково плоском положении, поэтому все стороны посадочного модуля были прямыми и ровными. Лепестковые двигатели достаточно мощные, поэтому, если два лепестка упадут на камни, основание с марсоходом будет удерживаться на месте, как мост над землей. Основание будет держаться на одном уровне даже с высотой лепестков, опирающихся на камни, образуя прямую плоскую поверхность по всей длине открытого сплющенного посадочного модуля. Затем летная группа на Земле могла бы послать марсоходу команды отрегулировать лепестки и создать безопасный путь для марсохода, чтобы он мог оторваться от посадочного модуля и выйти на поверхность Марса, не свалившись с крутой скалы.
Отход марсохода от посадочного модуля называется исходной фазой миссии. Ровер не должен застревать колесами в материале подушки безопасности или падать с крутого уклона. Чтобы помочь этому, система втягивания лепестков медленно подтягивает подушки безопасности к посадочному аппарату, прежде чем лепестки откроются. Небольшие пандусы на лепестках расходятся веером, заполняя пространство между лепестками. Они покрывают неровную местность, каменные препятствия и материал подушек безопасности и образуют круглую область, из которой марсоход может двигаться в разных направлениях. Они также понижают ступеньку, по которой марсоход должен спуститься. Их прозвали «крыльями летучей мыши», и они сделаны из ткани вектрана.
На уборку подушек безопасности и раскрытие лепестков посадочного модуля было отведено около трех часов.
Роверы представляют собой шестиколесные роботы, работающие на солнечной энергии, высотой 1,5 м (4,9 фута), шириной 2,3 м (7,5 фута) и длиной 1,6 м (5,2 фута). Они весят 180 кг (400 фунтов), из которых 35 кг (77 фунтов) приходится на колеса и систему подвески. [42]
Основное коробчатое шасси образует Warm Electronics Box (WEB).
Каждый вездеход имеет шесть алюминиевых колес, установленных на системе подвески с качающейся тележкой , аналогичной той, что используется на Sojourner , [43] которая гарантирует, что колеса остаются на земле при движении по пересеченной местности. Конструкция уменьшает диапазон движения корпуса марсохода вдвое и позволяет марсоходу преодолевать препятствия или отверстия (впадины), размер которых превышает диаметр колеса (250 миллиметров (9,8 дюйма)). Колеса вездехода имеют встроенные гибкие элементы , которые обеспечивают амортизацию во время движения. [44] Кроме того, колеса имеют шипы, которые обеспечивают сцепление при лазании по мягкому песку и карабкании по камням.
Каждое колесо имеет свой приводной двигатель. Два передних и два задних колеса имеют отдельные рулевые двигатели. Это позволяет автомобилю поворачивать на месте на полный оборот, а также поворачивать и поворачивать, совершая дуговые повороты. Двигатели для марсоходов разработала швейцарская компания Maxon Motor . [45] Ровер спроектирован таким образом, чтобы выдерживать наклон на 45 градусов в любом направлении без опрокидывания. Однако в программном обеспечении для предотвращения опасностей марсоход запрограммирован с учетом «пределов защиты от сбоев», чтобы избежать наклона, превышающего 30 градусов.
Каждый марсоход может вращать одно из своих передних колес на месте, чтобы глубоко въехать в местность. Он должен оставаться неподвижным, пока вращается копающее колесо. Максимальная скорость марсоходов на ровной твердой поверхности составляет 50 мм/с (2 дюйма/с). Средняя скорость составляет 10 мм/с, поскольку программное обеспечение для предотвращения опасностей заставляет его останавливаться каждые 10 секунд на 20 секунд, чтобы наблюдать и понимать местность, по которой он въехал.
При полном освещении солнечные батареи марсохода с тройным соединением [46] генерируют около 140 Вт в течение до четырех часов в марсианские сутки ( сол ). Для работы марсоходу требуется около 100 Вт. Его система питания включает в себя две перезаряжаемые литий-ионные батареи массой 7,15 кг (15,8 фунта) каждая, которые обеспечивают энергию, когда солнце не светит, особенно ночью. Со временем аккумуляторы деградируют и не смогут перезарядиться до полной емкости.
Считалось, что к концу 90-соловой миссии способность солнечных батарей вырабатывать электроэнергию, вероятно, снизится примерно до 50 Вт. Это произошло из-за ожидаемого запыления солнечных батарей и смены сезона. Однако более трех земных лет спустя мощность источников питания марсоходов колебалась от 300 до 900 Вт -часов в день, в зависимости от запыленности. Мероприятия по очистке (удаление пыли ветром) происходили чаще, чем ожидало НАСА, что позволило сохранить массивы относительно свободными от пыли и продлило срок службы миссии. Во время глобальной пыльной бури на Марсе в 2007 году оба марсохода испытали самую низкую мощность за всю миссию; Мощность упала до 128 ватт-часов. В ноябре 2008 года Spirit побил этот рекорд низкой энергии с выработкой 89 ватт-часов из-за пылевых бурь в районе кратера Гусева. [47]
Роверы работают под управлением встроенной операционной системы VxWorks на радиационно-стойком процессоре RAD6000 с тактовой частотой 20 МГц , 128 МБ DRAM с функцией обнаружения и исправления ошибок и 3 МБ EEPROM . [48] Каждый марсоход также имеет 256 МБ флэш-памяти . Чтобы выжить на различных этапах миссии, жизненно важные инструменты марсохода должны оставаться в пределах температуры от -40 °C до +40 °C (от -40 °F до 104 °F). В ночное время марсоходы обогреваются восемью радиоизотопными обогревателями (RHU), каждый из которых непрерывно генерирует 1 Вт тепловой энергии за счет распада радиоизотопов , а также электронагревателями, которые работают только при необходимости. Для изоляции используется напыленная золотая пленка и слой кремнеземного аэрогеля . [49]
Ровер оснащен антенной с низким коэффициентом усиления X-диапазона и антенной с высоким коэффициентом усиления X-диапазона для связи с Землей и с Земли, а также сверхвысокочастотной монопольной антенной для ретрансляционной связи. Антенна с низким коэффициентом усиления является всенаправленной и передает данные с низкой скоростью на антенны Deep Space Network на Земле. Антенна с высоким коэффициентом усиления является направленной и управляемой и может передавать данные на Землю с более высокой скоростью. Марсоходы используют монополь УВЧ и его радиоприемник CE505 для связи с космическими кораблями, вращающимися вокруг Марса, Mars Odyssey и (до его выхода из строя) Mars Global Surveyor (с помощью его антенны Mars Relay и камеры Mars Orbiter уже было передано более 7,6 терабит данных ). буфер памяти объемом 12 МБ). [50] С тех пор, как MRO вышла на орбиту Марса, посадочные аппараты также использовали ее в качестве ретранслятора. Большая часть данных спускаемого аппарата передается на Землю через Odyssey и MRO. Орбитальные аппараты могут принимать сигналы марсоходов с гораздо более высокой скоростью передачи данных, чем сеть Deep Space Network, из-за гораздо более коротких расстояний от марсохода до орбитального аппарата. Затем орбитальные аппараты быстро передают данные ровера на Землю, используя свои большие и мощные антенны.
Каждый марсоход имеет девять камер, [51] которые создают изображения размером 1024х1024 пикселей с разрешением 12 бит на пиксель, [52] но большинство изображений навигационных камер и миниатюр изображений усекаются до 8 бит на пиксель для экономии памяти и времени передачи. Затем все изображения сжимаются с помощью ICER , а затем сохраняются и отправляются на Землю. Навигация, миниатюры и многие другие типы изображений сжимаются примерно до 0,8–1,1 бит/пиксель. Более низкие скорости передачи данных (менее 0,5 бит/пиксель) используются для определенных длин волн многоцветных панорамных изображений. ICER основан на вейвлетах и был разработан специально для приложений в дальнем космосе. Он обеспечивает прогрессивное сжатие, как без потерь, так и с потерями, а также включает схему сдерживания ошибок для ограничения последствий потери данных в канале дальнего космоса. Он превосходит компрессор изображений JPEG с потерями и компрессор Rice без потерь, используемый миссией Mars Pathfinder .
Несколько камер и инструментов были установлены на мачте Pancam (PMA):
Камеры были установлены на высоте 1,5 метра на мачте Pancam, которая позволяет вращаться на 360 градусов. [53] PMA развертывается с помощью привода развертывания мачты (MDD). Азимутальный привод, установленный непосредственно над MDD, поворачивал сборку на целый оборот по горизонтали, а сигналы передавались через конфигурацию катящейся ленты. Привод камеры направляет камеры по высоте почти прямо вверх или вниз. Третий двигатель направляет складные зеркала и защитный кожух Mini-TES на угол до 30° над горизонтом и на 50° ниже.
На корпусе марсохода были установлены четыре монохроматические камеры предотвращения опасностей ( Hazcams ), две спереди и две сзади. Ровер использовал пары изображений Hazcam, чтобы наметить форму местности на расстоянии до 3 метров (10 футов) перед ним в форме «клина», ширина которого на самом дальнем расстоянии превышает 4 метра. [51]
Устройство развертывания инструментов (IDD), также называемое манипулятором ровера. Рука имеет башенку в форме креста, в которой находится несколько инструментов. Рука может вращаться на 350 градусов и вращаться вертикально на 340 градусов. Рука имеет три сустава и максимальный вылет 90 сантиметров. [55]
Роботизированная рука могла размещать инструменты прямо напротив интересующих объектов из камня и почвы.
Роверы Spirit и Opportunity были названы в ходе студенческого конкурса сочинений. Победившей работой стала Софи Коллис, [65] русско-американская ученица третьего класса из Аризоны.
Раньше я жил в детском доме. Было темно, холодно и одиноко. Ночью я посмотрел на сверкающее небо и почувствовал себя лучше. Я мечтал, что смогу полететь туда. В Америке я могу воплотить в жизнь все свои мечты. Спасибо за «Дух» и «Возможность».
— Софи Коллис, 9 лет.
До этого, во время разработки и строительства марсоходов, они были известны как MER-1 Rover 1 (« Оппортьюнити ») и MER-2 Rover 2 (« Спирит »). Внутри НАСА также использует обозначения миссий MER-A (« Дух ») и MER-B (« Оппортьюнити ») в зависимости от порядка приземления на Марс.
Лаборатория реактивного движения имеет пару марсоходов — испытательные стенды для наземных систем (SSTB) — на своем объекте в Пасадене для тестирования и моделирования ситуаций на Марсе. Один испытательный вездеход, SSTB1, весом около 180 кг (400 фунтов), полностью оснащен приборами и почти идентичен Spirit и Opportunity . Другая тестовая версия, SSTB-Lite , идентична по размеру и характеристикам привода, но включает не все инструменты. Он весит 80 кг (180 фунтов), что намного ближе к весу Spirit и Opportunity в условиях пониженной гравитации Марса . Эти марсоходы использовались в 2009 году для моделирования инцидента, в результате которого Spirit застрял в мягкой почве. [66] [67] [68]
Хотя на орбитальных изображениях кратер Гусева выглядит как высохшее дно озера, наблюдения с поверхности показывают, что внутренние равнины в основном заполнены обломками. Скалы на Гусевской равнине представляют собой разновидность базальта . Они содержат минералы оливин , пироксен , плагиоклаз и магнетит и похожи на вулканический базальт, поскольку они мелкозернистые с отверстиями неправильной формы (геологи сказали бы, что у них есть пузырьки и каверны). [69] [70] Большая часть почвы на равнинах образовалась в результате разрушения местных пород. В некоторых почвах обнаружены довольно высокие уровни никеля ; вероятно, от метеоритов . [71] Анализ показывает, что породы были слегка изменены небольшим количеством воды. Наружные покрытия и трещины внутри камней предполагают наличие в воде минералов, возможно, соединений брома . Все камни содержат тонкий слой пыли и одну или несколько более твердых корок материала. Один тип можно счистить щеткой, а другой необходимо сошлифовать с помощью инструмента для абразивного истирания камней (RAT). [72]
Пыль в кратере Гусева такая же, как пыль на всей планете. Вся пыль оказалась магнитной. Более того, Спирит обнаружил , что магнетизм вызван минералом магнетитом , особенно магнетитом, который содержит элемент титан . Один магнит был способен полностью отклонить всю пыль, поэтому вся марсианская пыль считается магнитной. [73] Спектры пыли были похожи на спектры ярких областей с низкой тепловой инерцией, таких как Фарсис и Аравия, которые были обнаружены орбитальными спутниками. Тонкий слой пыли толщиной менее одного миллиметра покрывает все поверхности. Что-то в нем содержит небольшое количество химически связанной воды. [74] [75]
Когда марсоход поднялся над равниной на холмы Колумбия, видимая минералогия изменилась. [76] [77] Ученые обнаружили множество типов горных пород на холмах Колумбия и распределили их по шести различным категориям. Их шесть: Хлодвиг, Вишбоун, Мир, Сторожевая башня, Бакстей и Независимость. Они названы в честь известного камня в каждой группе. Их химический состав, измеренный с помощью APXS, существенно отличается друг от друга. [78] Самое главное, все породы в Колумбийских холмах демонстрируют различную степень изменений из-за водных жидкостей. [79] Они обогащены элементами фосфором, серой, хлором и бромом, которые переносятся в водных растворах. Породы холмов Колумбия содержат базальтовое стекло, а также различное количество оливина и сульфатов . [80] [81] Содержание оливина обратно пропорционально количеству сульфатов. Это именно то, что и ожидалось, поскольку вода разрушает оливин, но способствует образованию сульфатов.
Группа Хлодвига особенно интересна тем, что мессбауэровский спектрометр (МБ) обнаружил в ней гетит . [82] Гетит образуется только в присутствии воды, поэтому его открытие является первым прямым свидетельством наличия воды в скалах холмов Колумбия. Кроме того, спектры МБ пород и обнажений показали сильное снижение присутствия оливина [80] , хотя когда-то породы, вероятно, содержали много оливина. [83] Оливин является маркером недостатка воды, поскольку он легко разлагается в присутствии воды. Обнаружен сульфат, и для его образования нужна вода. Вишстоун содержал много плагиоклаза, немного оливина и ангидрата (сульфата). В породах Мира обнаружена сера и убедительные доказательства наличия связанной воды, поэтому можно предположить наличие гидратированных сульфатов. В породах класса Сторожевая башня отсутствует оливин, следовательно, они могли быть изменены водой. В классе Индепенденс обнаружены некоторые признаки глины (возможно, монтмориллонит, принадлежащий к группе смектита). Для формирования глины требуется довольно длительное воздействие воды. Один тип почвы, называемый Пасо Роблес, с холмов Колумбия, может быть испарительным отложением, поскольку он содержит большое количество серы, фосфора , кальция и железа. [84] Кроме того, М.Б. обнаружил, что большая часть железа в почве Пасо-Роблес имела окисленную форму Fe 3+ . К середине шестилетней миссии (миссия, которая должна была продлиться всего 90 дней) в почве было обнаружено большое количество чистого кремнезема . Кремнезем мог образоваться в результате взаимодействия почвы с кислотными парами, образующимися в результате вулканической активности в присутствии воды или из воды в среде горячих источников. [85]
После того, как Spirit прекратил работу, ученые изучили старые данные миниатюрного термоэмиссионного спектрометра или Mini-TES и подтвердили наличие большого количества богатых карбонатами пород, а это означает, что регионы планеты когда-то могли содержать воду. Карбонаты были обнаружены в обнажении горных пород под названием «Команч». [86] [87]
Спирит обнаружил следы незначительного выветривания на равнинах Гусева, но не обнаружил никаких свидетельств того, что там было озеро. Однако на холмах Колумбия были явные свидетельства умеренного водного выветривания. Доказательства включали сульфаты, а также минералы гетит и карбонаты, которые образуются только в присутствии воды. Считается, что в кратере Гусева когда-то давно было озеро, но с тех пор оно было покрыто магматическими материалами. Вся пыль содержит магнитный компонент, который был идентифицирован как магнетит с примесью титана. Более того, тонкий слой пыли, покрывающий все на Марсе, одинаков во всех частях Марса.
Марсоход «Оппортьюнити» приземлился в небольшом кратере, получившем название «Орёл», на плоских равнинах Меридиани. Равнины места приземления характеризовались наличием большого количества мелких сферул , сферических конкреций , которые научная группа назвала «черникой», которые были обнаружены как свободно лежащими на поверхности, так и внедренными в скалу. Оказалось, что они имеют высокую концентрацию минерала гематита и имеют признаки формирования в водной среде. Слоистая коренная порода, обнаруженная в стенах кратера, имела признаки осадочной природы, а анализ состава и микроскопических изображений показал, что это в основном состоит из ярозита , минерала сульфата железа, который характерно является эвапоритом , который является остатком испарения соленый пруд или море. [88] [89]
Миссия предоставила существенные доказательства прошлой активности воды на Марсе. Помимо исследования «водной гипотезы», «Оппортьюнити» также получил астрономические наблюдения и атмосферные данные. Расширенная миссия провела марсоход через равнины к ряду более крупных кратеров на юге, а через восемь лет после приземления он прибыл на край кратера Индевор диаметром 25 км. Орбитальная спектроскопия края этого кратера показывает признаки слоистых силикатных пород, указывающих на более древние осадочные отложения.
Кликабельное изображение: при нажатии на метки откроется новая статья.
В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
