Феникс был беспилотным космическим зондом, который приземлился на поверхность Марса 25 мая 2008 года и проработал до 2 ноября 2008 года. [2] Феникс пробыл на Марсе 157 солов (161 день ). Его инструменты использовались для оценки местной обитаемости и исследования истории воды на Марсе . Миссия была частью программы Mars Scout ; его общая стоимость составила 420 миллионов долларов, включая стоимость запуска. [3]
Межведомственную программу возглавляла Лунная и планетарная лаборатория Университета Аризоны , а руководство проектом осуществляла Лаборатория реактивного движения НАСА . В число академических и промышленных партнеров вошли университеты США, Канады, Швейцарии, Дании, Германии, Великобритании, НАСА, Канадское космическое агентство , Финский метеорологический институт , Lockheed Martin Space Systems , MacDonald Dettwiler & Associates (MDA) в партнерстве с Optech Incorporated ( Оптек ) и другие аэрокосмические компании. [4] Это была первая миссия НАСА на Марс под руководством государственного университета. [5]
Феникс стал шестой успешной посадкой НАСА на Марс из семи попыток и первой в полярном регионе Марса. Посадочный модуль завершил свою миссию в августе 2008 года и совершил последний краткий контакт с Землей 2 ноября, когда доступная солнечная энергия упала с марсианской зимой. Миссия была объявлена завершенной 10 ноября 2008 года, после того как инженерам не удалось повторно связаться с кораблем. [6] После безуспешных попыток связаться с посадочным модулем орбитального аппарата «Марсианская Одиссея» до и после марсианского летнего солнцестояния 12 мая 2010 года, Лаборатория реактивного движения объявила посадочный модуль мертвым. Программа была признана успешной, поскольку она завершила все запланированные научные эксперименты и наблюдения. [7]
Миссия преследовала две цели. Одним из них было изучение геологической истории воды, что является ключом к раскрытию истории изменения климата в прошлом . Вторая заключалась в оценке прошлой или потенциальной обитаемости планет на границе лед-почва. Инструменты Феникса были пригодны для получения информации о геологической и, возможно, биологической истории марсианской Арктики. «Феникс» был первой миссией, которая вернула данные с любого из полюсов и внесла свой вклад в основную стратегию НАСА по исследованию Марса « Следуй за водой » .
Ожидалось, что основная миссия продлится 90 солов (марсианских дней) — чуть более 92 земных дней. Однако срок службы корабля превысил ожидаемый срок эксплуатации [8] чуть более чем на два месяца, прежде чем он стал жертвой нарастающего холода и темноты наступающей марсианской зимы. [6] Исследователи надеялись, что посадочный модуль переживет марсианскую зиму и станет свидетелем развития вокруг него полярного льда – возможно, могло появиться до 1 метра (3 фута) твердого льда из углекислого газа. Даже если бы он пережил часть зимы, сильный холод не позволил бы ему продержаться всю зиму. [9] В качестве миссии был выбран стационарный посадочный модуль, а не марсоход, потому что: [10]
Наблюдения метана на Марсе в 2003–2004 годах проводились удаленно тремя группами, работавшими с отдельными данными. Если метан действительно присутствует в атмосфере Марса , то что-то должно производить его на планете сейчас, потому что на Марсе газ разрушается радиацией в течение 300 лет; [12] [13] [14] [15] [16] поэтому считалось важным определить биологический потенциал или обитаемость почв марсианской Арктики. [17] Метан также может быть продуктом геохимического процесса или результатом вулканической или гидротермальной активности . [18]
Пока писалось предложение по «Фениксу» , орбитальный аппарат «Марс Одиссей» использовал свой гамма-спектрометр и обнаружил отличительные признаки водорода на некоторых участках марсианской поверхности , а единственным вероятным источником водорода на Марсе могла бы стать вода в форме лед, замерзший под поверхностью. Поэтому миссия финансировалась исходя из ожидания, что Феникс обнаружит водяной лед на арктических равнинах Марса. [19] В августе 2003 года НАСА выбрало миссию « Феникс » Университета Аризоны для запуска в 2007 году. Была надежда, что это будет первая в новой линейке небольших и недорогих разведывательных миссий в программе агентства по исследованию Марса . [20] Выбор стал результатом интенсивного двухлетнего конкурса с предложениями от других учреждений. Премия НАСА в размере 325 миллионов долларов более чем в шесть раз превышает любой другой исследовательский грант в истории Университета Аризоны.
Питер Х. Смит из Лунно-планетарной лаборатории Университета Аризоны в качестве главного исследователя вместе с 24 соисследователями были выбраны для руководства миссией. Миссия была названа в честь Феникса — мифологической птицы, неоднократно возрождающейся из собственного пепла. Космический корабль «Феникс» содержит несколько ранее построенных компонентов. В качестве посадочного модуля использовался модифицированный посадочный модуль Mars Surveyor 2001 (отмененный в 2000 году), а также несколько инструментов как из этой, так и из предыдущей неудачной миссии Mars Polar Lander . Компания Lockheed Martin , построившая посадочный модуль, хранила почти полный посадочный модуль в чистой комнате с контролируемой средой с 2001 года, пока миссия не была профинансирована Скаутской программой НАСА . [21]
Феникс был партнерством университетов, центров НАСА и аэрокосмической промышленности. Научные инструменты и операции находились в ведении Университета Аризоны . Лаборатория реактивного движения НАСА в Пасадене , Калифорния , руководила проектом, а также обеспечивала проектирование и контроль миссии. Компания Lockheed Martin Space Systems построила и испытала космический корабль. Канадское космическое агентство предоставило метеорологическую станцию , в том числе инновационный лазерный датчик атмосферы. [22] В число со-исследовательских организаций входили Malin Space Science Systems (Калифорния), Институт Макса Планка по исследованию Солнечной системы (Германия), Исследовательский центр Эймса НАСА (Калифорния), Космический центр НАСА имени Джонсона (Техас), MacDonald, Dettwiler and Associates ( Канада), Optech Incorporated (Канада) , Институт SETI , Техасский университет A&M , Университет Тафтса , Университет Колорадо , Университет Копенгагена (Дания), Мичиганский университет , Невшательский университет (Швейцария), Техасский университет в Далласе , Вашингтонский университет , Вашингтонский университет в Сент-Луисе и Йоркский университет (Канада). Ученые из Имперского колледжа Лондона и Бристольского университета предоставили оборудование для миссии и были частью команды, управляющей станцией микроскопа. [23]
2 июня 2005 года, после критического анализа хода планирования и предварительного проектирования проекта, НАСА одобрило продолжение миссии по плану. [24] Целью обзора было подтверждение уверенности НАСА в миссии.
Системы спускаемого аппарата включают в себя компьютерную систему на базе RAD6000 для управления космическим кораблем и обработки данных. [27] Другие части посадочного модуля представляют собой электрическую систему, содержащую солнечные батареи и батареи, систему наведения для посадки космического корабля, восемь монотопливных гидразиновых двигателей мощностью 4,4 Н (1,0 фунт-сила) и 22 Н (5,0 фунт-сила) , построенных Aerojet -Redmond Operations для фаза крейсерского полета, двенадцать монотопливных гидразиновых двигателей Aerojet мощностью 302 Н (68,0 фунтов силы) для посадки « Феникса» , механические и конструктивные элементы, а также система обогрева, чтобы космический корабль не переохлаждался.
В «Фениксе» были улучшенные версии панорамных камер Университета Аризоны и прибора для анализа летучих веществ со злополучного полярного посадочного модуля Марса , а также эксперименты, которые были построены для отмененного посадочного модуля Mars Surveyor 2001 , включая роботизированную руку Лаборатории реактивного движения для рытья траншей, набор лабораторий влажной химии, а также оптические и атомно-силовые микроскопы . Научная полезная нагрузка также включала в себя спускаемый аппарат и набор метеорологических инструментов. [28]
Во время EDL был проведен эксперимент по структуре атмосферы. При этом использовались данные акселерометра и гироскопа, записанные во время спуска спускаемого аппарата через атмосферу, для создания вертикального профиля температуры, давления и плотности атмосферы над местом приземления в тот момент времени. [29]
Роботизированная рука была спроектирована так, чтобы выдвигаться на 2,35 м (7,7 фута) от своего основания на посадочном модуле и иметь возможность копать на глубину до 0,5 м (1,6 фута) под песчаной поверхностью. Он взял образцы грязи и льда, которые были проанализированы другими приборами на посадочном модуле. Рука была спроектирована и изготовлена для Лаборатории реактивного движения компанией Alliance Spacesystems, LLC [30] (ныне MDA US Systems, LLC) в Пасадене, Калифорния. Вращающийся рашпиль, расположенный в пятке ковша, использовался для разрезания прочной вечной мерзлоты. Черенки рашпиля выбрасывались в пятку совка и переносились вперед для доставки к инструментам. Рашпильный инструмент был задуман в Лаборатории реактивного движения. Летная версия рашпиля была спроектирована и изготовлена компанией HoneyBee Robotics. Были отправлены команды для развертывания руки, которая должна была быть развернута 28 мая 2008 года, начиная с снятия защитного покрытия, призванного служить излишней мерой предосторожности против потенциального загрязнения марсианской почвы земными формами жизни. Камера роботизированной руки (RAC), прикрепленная к роботизированной руке прямо над совком, смогла делать полноцветные снимки местности, а также проверять образцы, возвращенные совком, и исследовать зерна области, где роботизированная рука только что выкопал. Камера изготовлена Университетом Аризоны и Институтом исследований Солнечной системы Макса Планка , [31] Германия. [32]
Surface Stereo Imager (SSI) был основной камерой на посадочном модуле. Это стереокамера , которая описывается как «модернизация формирователя изображений с более высоким разрешением, используемого в Mars Pathfinder и Mars Polar Lander ». [33] Было получено несколько стереоизображений марсианской Арктики, а также использовалось Солнце в качестве эталона для измерения атмосферных искажений марсианской атмосферы из-за пыли, воздуха и других особенностей. Камера была предоставлена Университетом Аризоны в сотрудничестве с Институтом исследований Солнечной системы Макса Планка . [34] [35]
Термический анализатор выделяющихся газов (TEGA) представляет собой комбинацию высокотемпературной печи и масс-спектрометра . Его использовали для обжига образцов марсианской пыли и определения состава образующихся паров. Он имеет восемь печей, каждая размером с большую шариковую ручку, каждая из которых способна анализировать по одному образцу, всего получается восемь отдельных образцов. Члены команды измерили, сколько водяного пара и углекислого газа выделилось, сколько водяного льда содержалось в образцах и какие минералы присутствовали, которые могли образоваться во время более влажного и теплого климата прошлого. Прибор также измерял содержание органических летучих веществ , таких как метан , до 10 частей на миллиард . TEGA была построена Университетом Аризоны и Техасским университетом в Далласе . [36]
29 мая 2008 г. (четвертый сол) электрические испытания показали периодическое короткое замыкание в TEGA [37] , возникшее в результате сбоя в одной из двух нитей, ответственных за ионизацию летучих веществ. [38] НАСА решило эту проблему, настроив резервную нить накала в качестве основной и наоборот. [39]
В начале июня первые попытки засыпать землю в TEGA оказались безуспешными, поскольку для экранов она показалась слишком «комковатой». [40] [41] 11 июня первая из восьми печей была заполнена образцом почвы после нескольких попыток провести образец почвы через сито TEGA. [ нужна цитата ] 17 июня было объявлено, что в этом образце не обнаружено воды; однако, поскольку перед помещением в печь он подвергался воздействию атмосферы в течение нескольких дней, любой первоначальный водяной лед, который мог содержаться в нем, мог быть потерян в результате сублимации . [ нужна цитата ]
Mars Descent Imager (MARDI) предназначался для фотографирования места посадки в течение последних трех минут спуска. Как первоначально планировалось, он должен был начать фотографировать после того, как аэрооболочка улетела на высоте около 8 км (5,0 миль) над марсианской почвой. [ нужна цитата ]
Перед запуском тестирование собранного космического корабля выявило потенциальную проблему повреждения данных на интерфейсной карте, которая была разработана для маршрутизации данных изображения MARDI, а также данных из различных других частей космического корабля. Потенциальная проблема могла возникнуть, если интерфейсная карта получила изображение MARDI во время критической фазы финального спуска космического корабля, когда данные из блока инерциальных измерений космического корабля могли быть потеряны; эти данные имели решающее значение для управления снижением и посадкой. Это было сочтено неприемлемым риском, и было решено не использовать MARDI во время миссии. [42] Поскольку дефект был обнаружен слишком поздно для ремонта, камера осталась установленной на «Фениксе» , но не использовалась для съемки, а ее встроенный микрофон не использовался. [43]
Изображения MARDI должны были помочь точно определить, где приземлился спускаемый аппарат, и, возможно, помочь найти потенциальные научные цели. Его также нужно было использовать для того, чтобы узнать, типична ли местность, где приземляется посадочный модуль, для окружающей местности. MARDI был построен компанией Malin Space Science Systems . [44] Во время процесса съемки он потреблял всего 3 Вт энергии, что меньше, чем у большинства других космических камер. Первоначально он был спроектирован и построен для выполнения той же функции в миссии Mars Surveyor 2001 Lander ; после того, как эта миссия была отменена, MARDI провел несколько лет на хранении, пока не был развернут на посадочном модуле «Феникс» .
Анализатор микроскопии, электрохимии и проводимости (MECA) — это набор инструментов, первоначально разработанный для отмененной миссии Mars Surveyor 2001 Lander . Он состоит из лаборатории влажной химии (WCL), оптического и атомно-силового микроскопов , а также датчика теплопроводности и электропроводности . [45] Лаборатория реактивного движения построила МЕКА. Швейцарский консорциум во главе с Университетом Невшателя предоставил атомно-силовой микроскоп. [46]
Используя MECA, исследователи исследовали частицы почвы диаметром всего 16 мкм ; кроме того, они попытались определить химический состав водорастворимых ионов в почве. Они также измерили электрическую и теплопроводность частиц почвы с помощью зонда на роботизированном манипуляторе. [47]
Этот инструмент подносит 6 из 69 держателей образцов к отверстию в инструменте MECA, куда роботизированная рука доставляет образцы, а затем переносит образцы в оптический микроскоп и атомно-силовой микроскоп. [48] Имперский колледж Лондона предоставил подложки для образцов для микроскопа. [49]
Оптический микроскоп , разработанный Университетом Аризоны , способен делать изображения марсианского реголита с разрешением 256 пикселей/мм или 16 микрометров/пиксель. Поле зрения микроскопа представляет собой держатель образца размером 2 × 2 мм (0,079 × 0,079 дюйма), в который роботизированная рука доставляет образец. Образец освещается либо 9 красными, зелеными и синими светодиодами , либо 3 светодиодами, излучающими ультрафиолетовый свет . Электроника для считывания ПЗС-чипа используется совместно с камерой-манипулятором, которая имеет идентичный ПЗС-чип .
Атомно -силовой микроскоп имеет доступ к небольшой площади образца, подаваемого в оптический микроскоп. Прибор сканирует образец с помощью одной из 8 насадок из кристаллов кремния и измеряет отталкивание иглы от образца. Максимальное разрешение составляет 0,1 микрометра . Швейцарский консорциум во главе с Университетом Невшателя предоставил атомно-силовой микроскоп. [46]
Узел датчика лаборатории влажной химии (WCL) и раствор для выщелачивания были спроектированы и изготовлены компанией Thermo Fisher Scientific . [50] Привод WCL был спроектирован и изготовлен компанией Starsys Research в Боулдере, штат Колорадо. Университет Тафтса разработал таблетки реагентов, бариевые ИСЭ и электроды ASV, а также выполнил предполетную характеристику сенсорной матрицы. [51]
Роботизированная рука зачерпнула немного почвы и поместила ее в одну из четырех ячеек лаборатории влажной химии, куда добавили воду, и при перемешивании массив электрохимических датчиков измерил дюжину растворенных ионов, таких как натрий , магний , кальций и сульфат , которые вымывается из почвы в воду. Это предоставило информацию о биологической совместимости почвы как для возможных местных микробов, так и для возможных будущих посетителей Земли. [52]
Все четыре лаборатории влажной химии были идентичными, каждая из которых содержала 26 химических датчиков и датчик температуры. Полимерные ионоселективные электроды (ISE) смогли определить концентрацию ионов путем измерения изменения электрического потенциала на их ионоселективных мембранах в зависимости от концентрации. [53] Два газочувствительных электрода для кислорода и углекислого газа работали по тому же принципу, но с газопроницаемыми мембранами. Для циклической вольтамперометрии и анодной инверсионной вольтамперометрии использовали золотую микроэлектродную решетку . Циклическая вольтамперометрия — это метод исследования ионов путем применения сигнала переменного потенциала и измерения кривой ток-напряжение. Анодная инверсионная вольтамперометрия сначала осаждает ионы металла на золотой электрод с приложенным потенциалом. После изменения направления потенциала ток измеряется, пока металлы удаляются с электрода. [ нужна цитата ]
MECA содержит датчик тепловой и электрической проводимости (TECP). [47] TECP, разработанный Decagon Devices , [47] имеет четыре зонда, которые произвели следующие измерения: температуру марсианского грунта , относительную влажность, теплопроводность , электропроводность , диэлектрическую проницаемость , скорость ветра и температуру атмосферы.
Внутри трех из четырех зондов есть крошечные нагревательные элементы и датчики температуры. Один зонд использует внутренние нагревательные элементы для отправки импульса тепла, записывая время отправки импульса и отслеживая скорость, с которой тепло рассеивается от зонда. Соседние иглы чувствуют, когда приходит тепловой импульс. Скорость, с которой тепло уходит от зонда, а также скорость, с которой оно перемещается между зондами, позволяет ученым измерять теплопроводность, удельную теплоемкость (способность реголита проводить тепло по сравнению с его способностью сохранять тепло) и температуропроводность ( скорость распространения теплового возмущения в почве). [54]
Зонды также измерили диэлектрическую проницаемость и электропроводность , которые можно использовать для расчета влажности и солености реголита . Иглы 1 и 2 работают совместно для измерения солей в реголите, нагревания почвы для измерения тепловых свойств (теплопроводности, удельной теплоемкости и температуропроводности) реголита и измерения температуры почвы. Иглы 3 и 4 измеряют жидкую воду в реголите. Игла 4 является эталонным термометром для игл 1 и 2. [54]
Датчик влажности TECP представляет собой датчик относительной влажности, поэтому для измерения абсолютной влажности его необходимо соединить с датчиком температуры. И датчик относительной влажности, и датчик температуры прикреплены непосредственно к печатной плате TECP и, следовательно, предполагается, что они имеют одинаковую температуру. [54]
Метеорологическая станция (MET) записывала ежедневную погоду на Марсе во время миссии «Феникс» . Он оснащен индикатором ветра и датчиками давления и температуры. MET также содержит лидарное устройство (световое обнаружение и определение дальности) для измерения количества частиц пыли в воздухе. Он был разработан в Канаде компаниями Optech и MDA при поддержке Канадского космического агентства. Команда, первоначально возглавлявшаяся профессором Йоркского университета Дианой Микеланджели [55] [56] до ее смерти в 2007 году, когда профессор Джеймс Уайтвей занял пост, [57] курировала научную деятельность станции. В команду Йоркского университета входят представители Университета Альберты , Орхусского университета (Дания), [58] Университета Далхаузи , [59] Финского метеорологического института , [60] Optech и Геологической службы Канады . Производитель канадского оружия MacDonald Dettwiler and Associates (MDA) из Ричмонда, Британская Колумбия, построил MET. [61]
Скорость приземного ветра, давление и температура также отслеживались в ходе миссии (с помощью контрольных датчиков давления и температуры) и показывают эволюцию атмосферы с течением времени. Для измерения вклада пыли и льда в атмосферу был использован лидар. Лидар собрал информацию о временной структуре планетарного пограничного слоя , исследуя вертикальное распределение пыли, льда, тумана и облаков в местной атмосфере. [ нужна цитата ]
На вертикальной мачте высотой 1 м (3,3 фута) (показана в походном положении) на высоте примерно 250, 500 и 1000 мм (9,8, 19,7 и 39,4 дюйма) над посадочной палубой установлены три датчика температуры (термопары) . Датчики были привязаны к измерению абсолютной температуры у основания мачты. Датчик давления, созданный Финским метеорологическим институтом, расположен в блоке электроники полезной нагрузки, который расположен на поверхности палубы и содержит электронику сбора данных для полезной нагрузки MET. Датчики давления и температуры начали работу на 0-е сол (26 мая 2008 г.) и работали непрерывно, снимая пробы каждые 2 секунды. [ нужна цитата ]
Telltale — это совместный канадско-датский прибор (справа), который обеспечивает приблизительную оценку скорости и направления ветра. Скорость зависит от наблюдаемой величины отклонения от вертикали, а направление ветра определяется тем, каким образом происходит это отклонение. Зеркало, расположенное под контрольным устройством, и калибровочный «крест» вверху (если смотреть через зеркало) используются для повышения точности измерения. Любая камера, SSI или RAC, могла выполнить это измерение, хотя обычно использовалась первая. Периодические наблюдения как днем, так и ночью помогают понять суточную изменчивость ветра в районе приземления Феникса . [ нужна цитата ]
Скорость ветра варьировалась от 11 до 58 км/ч (от 6,8 до 36,0 миль в час). Обычная средняя скорость составляла 36 км/ч (22 мили в час). [62]
Лидар с вертикальным наведением был способен обнаруживать несколько типов обратного рассеяния (например, рэлеевское рассеяние и рассеяние Ми ), при этом задержка между генерацией лазерного импульса и возвращением света, рассеянного атмосферными частицами, определяла высоту, на которой происходит рассеяние. Дополнительная информация была получена из обратно рассеянного света на разных длинах волн (цветов), а система Phoenix передавала как 532 нм, так и 1064 нм. Такая зависимость от длины волны может позволить различать лед и пыль и служить индикатором эффективного размера частиц. [ нужна цитата ]
Лазер лидара Phoenix представлял собой пассивный Nd:YAG -лазер с модуляцией добротности и двумя длинами волн: 1064 нм и 532 нм. Он работал на частоте 100 Гц и длительности импульса 10 нс. Рассеянный свет принимался двумя детекторами (зеленым и ИК), а зеленый сигнал собирался как в аналоговом режиме, так и в режиме счета фотонов. [63] [64]
Лидар был впервые запущен в полдень третьего сол (29 мая 2008 г.), зафиксировав первый профиль внеземной атмосферы на поверхности. Этот первый профиль указывал на хорошо перемешанную пыль в первых нескольких километрах атмосферы Марса , где в пограничном слое планеты наблюдалось заметное уменьшение сигнала рассеяния. Контурный график (справа) показывает количество пыли в зависимости от времени и высоты: более теплые цвета (красный, оранжевый) указывают на большее количество пыли, а более холодные цвета (синий, зеленый) указывают на меньшее количество пыли. Существует также инструментальный эффект лазерного разогрева, вызывающий увеличивающееся со временем появление пыли. На графике можно наблюдать слой на высоте 3,5 км (2,2 мили), который может представлять собой дополнительную пыль или, что менее вероятно, учитывая время солнечного дня, которое было получено, ледяное облако на небольшой высоте. [ нужна цитата ]
На изображении слева показан лазерный лидар, работающий на поверхности Марса, наблюдаемый SSI, смотрящим прямо вверх; лазерный луч представляет собой почти вертикальную линию справа от центра. Над головой можно увидеть пыль, как движущуюся на заднем плане, так и проходящую сквозь луч лазера в виде ярких искорок. [65] Тот факт, что кажется, что луч прекращается, является результатом чрезвычайно малого угла, под которым SSI наблюдает за лазером — он видит дальше на пути луча, чем есть пыль, отражающая свет обратно к нему. [ нужна цитата ]
Лазерное устройство обнаружило снег, падающий из облаков; До миссии об этом не было известно. [66] Было также установлено, что в этом районе образовались перистые облака. [67]
«Феникс» был запущен 4 августа 2007 года в 5:26:34 по восточному поясному времени (09:26:34 UTC ) на ракете-носителе Delta II 7925 с площадки 17-А базы ВВС на мысе Канаверал . Запуск прошел штатно, без существенных аномалий. Посадочный модуль «Феникс» был размещен на траектории с такой точностью, что его первая корректировка курса траектории, выполненная 10 августа 2007 года в 7:30 утра по восточному времени (11:30 UTC), составила всего 18 м/с. Запуск состоялся во время стартового окна , продолжавшегося с 3 августа 2007 г. по 24 августа 2007 г. Из-за небольшого стартового окна перенесенный запуск миссии Dawn ( первоначально запланированный на 7 июля) пришлось запустить после Феникса в сентябре. . Ракета Delta II была выбрана из-за ее успешной истории запусков, которая включает в себя запуски марсоходов Spirit и Opportunity в 2003 году и Mars Pathfinder в 1996 году. [68]
Серебристое облако было создано выхлопными газами ракеты Delta II 7925, использовавшейся для запуска Феникса . [69] Цвета облака образовались из-за призматического эффекта частиц льда, присутствующих в выхлопном следе.
Лаборатория реактивного движения внесла коррективы в орбиты своих двух активных спутников вокруг Марса, Mars Reconnaissance Orbiter и Mars Odyssey, а Европейское космическое агентство аналогичным образом скорректировало орбиту своего космического корабля Mars Express , чтобы он находился в нужном месте 25 мая 2008 года. наблюдать за Фениксом , когда он вошел в атмосферу, а затем приземлился на поверхность. Эта информация помогает дизайнерам улучшить будущие лендинги. [70] Проектируемая зона приземления представляла собой эллипс размером 100 на 20 км (62 на 12 миль), охватывающий местность, неофициально названную « Зеленая долина » [71] и содержащую наибольшую концентрацию водяного льда за пределами полюсов.
Феникс вошел в марсианскую атмосферу на скорости почти 21 000 км/ч (13 000 миль в час) и за 7 минут снизил скорость до 8 км/ч (5,0 миль в час), прежде чем приземлиться на поверхность. Подтверждение входа в атмосферу было получено в 16:46 по тихоокеанскому времени (23:46 по всемирному координированному времени ). Радиосигналы, полученные в 16:53:44 по тихоокеанскому времени [72], подтвердили, что «Феникс» пережил трудный спуск и приземлился на 15 минут раньше, завершив таким образом полет на 680 миллионов километров (422 миллиона миль) от Земли. [73]
По неизвестным причинам парашют был раскрыт примерно на 7 секунд позже, чем ожидалось, что привело к приземлению примерно в 25–28 км (16–17 миль) к востоку, недалеко от края прогнозируемого 99% посадочного эллипса . Камера научного эксперимента по визуализации высокого разрешения (HiRISE) Mars Reconnaissance Orbiter сфотографировала Феникса , подвешенного на парашюте, во время его спуска через марсианскую атмосферу. Это был первый случай, когда один космический корабль сфотографировал другой во время приземления на планету [74] [75] (Луна не планета, а спутник ). Эта же камера также запечатлела Феникс на поверхности с достаточным разрешением, чтобы различить спускаемый аппарат и две его солнечные батареи. Наземные диспетчеры использовали данные доплеровского слежения с Odyssey и Mars Reconnaissance Orbiter , чтобы определить точное местоположение посадочного модуля: 68 ° 13'08 "N 234 ° 15'03" E / 68,218830 ° N 234,250778 ° E / 68,218830; 234.250778 . [76] [77]
Феникс приземлился в Зеленой долине Vastitas Borealis 25 мая 2008 года [78] в конце марсианской весны в северном полушарии ( L s =76,73), где Солнце светило на свои солнечные панели весь марсианский день. [79] К моменту летнего солнцестояния в северной части Марса (25 июня 2008 г.) Солнце появилось на максимальной высоте 47,0 градусов. В начале сентября 2008 года в Фениксе произошел первый закат . [79]
Посадка произошла на ровную поверхность, наклон посадочного модуля составил всего 0,3 градуса. Непосредственно перед приземлением корабль использовал двигатели, чтобы сориентировать солнечные панели по оси восток-запад, чтобы максимизировать выработку электроэнергии. Посадочный модуль подождал 15 минут, прежде чем открыть солнечные панели, чтобы пыль осела. Первые изображения с посадочного модуля стали доступны около 19:00 по тихоокеанскому времени (26 мая 2008 г., 02:00 UTC). [80] На изображениях показана поверхность, усыпанная галькой и изрезанная небольшими впадинами в виде многоугольников примерно 5 м (16 футов) в поперечнике и 10 см (3,9 дюйма) в высоту, при ожидаемом отсутствии крупных камней и холмов.
Как и космический корабль «Викинг» 1970-х годов , «Феникс» для своего окончательного спуска использовал ретро-ракеты . [81] Эксперименты, проведенные Нилтоном Ренно, соавтором миссии из Мичиганского университета, и его студентами исследовали, сколько поверхностной пыли будет поднято при приземлении. [82] Исследователи из Университета Тафтса под руководством соисследователя Сэма Кунавеса провели дополнительные углубленные эксперименты, чтобы определить степень загрязнения аммиаком гидразиновым пропеллентом и его возможное влияние на химические эксперименты. В 2007 году в докладе Американского астрономического общества профессора Университета штата Вашингтон Дирка Шульце-Макуха предполагалось, что на Марсе могут обитать формы жизни , основанные на перекиси , которые посадочные аппараты «Викинг» не смогли обнаружить из-за неожиданного химического состава. [83] Гипотеза была предложена спустя много времени после того, как в Феникс могли быть внесены какие-либо модификации. Один из исследователей миссии «Феникс» , астробиолог НАСА Крис Маккей , заявил, что отчет «вызвал у него интерес» и что будут искаться способы проверить гипотезу с помощью инструментов « Феникса» .
Первое движение роботизированной руки было задержано на один день, когда 27 мая 2008 года команды с Земли не были переданы на посадочный модуль «Феникс» на Марсе. Как и планировалось, команды поступили на марсианский разведывательный орбитальный аппарат НАСА, но радиосистема Electra UHF орбитального аппарата для передачи команд на Феникс временно отключилась. Без новых команд посадочный модуль вместо этого выполнил ряд резервных действий. 27 мая Марсианский разведывательный орбитальный аппарат передал на Землю изображения и другую информацию об этой деятельности.
Роботизированная рука была важной частью миссии Phoenix Mars. 28 мая ученые, возглавляющие миссию, послали команду вытащить роботизированную руку и сделать дополнительные снимки места приземления. Изображения показали, что космический корабль приземлился там, где у него была возможность выкопать многоугольник поперек желоба и раскопать его центр. [84]
Роботизированная рука посадочного модуля впервые коснулась почвы на Марсе 31 мая 2008 года (6 сол). После нескольких дней испытаний своих систем он зачерпнул грязь и начал брать образцы марсианской почвы на наличие льда. [85]
Многоугольное растрескивание в зоне приземления ранее наблюдалось с орбиты и похоже на модели, наблюдаемые в районах вечной мерзлоты в полярных и высокогорных регионах Земли . [86] Камера с роботизированной рукой «Феникса» сделала снимок под посадочным модулем на 5-й сол, на котором видны участки гладкой яркой поверхности, обнаженной, когда выхлопные газы двигателя сдули вышележащую рыхлую почву. [87] Позже было показано, что это водяной лед. [88] [89]
19 июня 2008 г. (24 сол) НАСА объявило, что куски яркого материала размером с игральную кость в траншеи «Додо-Златовласка», вырытой роботизированной рукой, испарились в течение четырех дней, что явно указывает на то, что они состоят из воды. лед, который сублимировался после воздействия. Хотя сухой лед также сублимируется, в нынешних условиях это будет происходить гораздо быстрее, чем наблюдается. [90] [91] [92]
31 июля 2008 г. (65 сол) НАСА объявило, что Феникс подтвердил наличие водяного льда на Марсе, как и предсказывал в 2002 году орбитальный аппарат «Марсианская Одиссея» . Во время начального цикла нагрева нового образца масс-спектрометр TEGA обнаружил водяной пар, когда температура образца достигла 0 °C. [93] Жидкая вода не может существовать на поверхности Марса с его нынешним низким атмосферным давлением, за исключением самых низких высот в течение коротких периодов времени. [94] [95]
Поскольку Феникс находится в хорошем рабочем состоянии, НАСА объявило об оперативном финансировании до 30 сентября 2008 г. (125 сол). Научная группа работала над тем, чтобы определить, тает ли когда-нибудь водяной лед настолько, чтобы его можно было использовать в жизненных процессах, и присутствуют ли в нем углеродосодержащие химические вещества и другое сырье для жизни.
Кроме того, в 2008 и начале 2009 года в НАСА возникли дебаты по поводу присутствия на фотографиях посадочных стоек корабля «капель», которые по-разному описывались как капли воды или как «комки инея». [96] Из-за отсутствия консенсуса в рамках научного проекта в Фениксе этот вопрос не поднимался ни на одной пресс-конференции НАСА. [96]
Один учёный предположил, что двигатели посадочного модуля выплеснули рассол из -под поверхности Марса на посадочную стойку во время приземления корабля. Затем соли поглотили бы водяной пар из воздуха, что объяснило бы, как они увеличивались в размерах в течение первых 44 солов (марсианских дней), а затем медленно испарялись по мере падения температуры Марса. [96]
24 июня 2008 г. (29 сол) ученые НАСА запустили серию научных испытаний. Роботизированная рука зачерпнула больше почвы и доставила ее в 3 различных бортовых анализатора: печь, которая обжигала почву и проверяла выделяемые газы, микроскопический имидж-сканер и лабораторию влажной химии (WCL). [97] Роботизированный манипулятор посадочного модуля был установлен над доставочной воронкой Лаборатории влажной химии на 29-й сол (29-й марсианский день после приземления, т.е. 24 июня 2008 г.). Почва была перенесена в прибор на 30-й сол (25 июня 2008 г.), и Феникс провел первые влажные химические тесты. 31 сол (26 июня 2008 г.) Феникс прислал результаты влажного химического анализа с информацией о солях в почве и ее кислотности. Лаборатория влажной химии (WCL) [98] была частью набора инструментов, называемого анализатором микроскопии, электрохимии и проводимости (MECA). [99]
360-градусная панорама, составленная из изображений, сделанных в первый и третий сол после приземления. Верхняя часть растянута по вертикали в 8 раз, чтобы выделить детали. Рядом с горизонтом в полном разрешении видны задняя часть корпуса и парашют (яркое пятно над правым краем левой солнечной батареи , на расстоянии около 300 м (980 футов)), а также теплозащитный экран и его отметка отскока (два сквозных темные полосы над центром левой солнечной батареи на расстоянии около 150 м (490 футов); на горизонте, слева от метеомачты, кратер.
Посадочный модуль на солнечной энергии проработал на два месяца дольше, чем его трехмесячная основная миссия. Посадочный модуль был рассчитан на 90 дней и работал в дополнительное время с момента успешного завершения своей основной миссии в августе 2008 года. [8] [101] 28 октября 2008 года (152-й сол) посадочный модуль перешел в безопасный режим . из-за ограничений по мощности, вызванных недостаточным количеством солнечного света, достигающего посадочного модуля, [102] , как и ожидалось в это время года. Тогда было решено отключить четыре обогревателя, которые поддерживают тепло оборудования, и после вывода посадочного модуля из безопасного режима были отправлены команды на выключение двух обогревателей, а не только одного, как изначально планировалось для первого этапа. Используемые нагреватели обеспечивают обогрев роботизированной руки, прибора TEGA и пиротехнического устройства на посадочном модуле, которые не использовались с момента приземления, поэтому эти три прибора также были отключены.
10 ноября Центр управления полетами «Феникс» сообщил о потере контакта с посадочным модулем «Феникс» ; последний сигнал был получен 2 ноября. [103] Гибель корабля произошла в результате пылевой бури, которая еще больше снизила выработку электроэнергии. [104] Хотя работа космического корабля закончилась, анализ данных приборов находился на самой ранней стадии.
Хотя он не был предназначен для того, чтобы пережить холодную марсианскую зиму, безопасный режим космического корабля сохранял возможность восстановить связь, если посадочный модуль сможет перезарядить свои батареи во время следующей марсианской весны. [105] Однако место его приземления находится в районе, который обычно является частью северной полярной ледяной шапки во время марсианской зимы, и с орбиты было замечено, что посадочный модуль был заключен в сухой лед . [106] Подсчитано, что на пике толщина слоя CO 2 льда в районе посадочного модуля составит около 30 грамм/см 2 , что достаточно для образования плотной плиты сухого льда толщиной не менее 19 см (7,5 дюйма). толстый. [107] Считалось маловероятным, что космический корабль сможет выдержать такие условия, поскольку его хрупкие солнечные панели, скорее всего, сломались бы под таким большим весом. [107] [108]
Ученые попытались установить контакт с Фениксом начиная с 18 января 2010 года (-835 сол.), но безуспешно. Дальнейшие попытки в феврале и апреле также не увенчались успехом. [105] [106] [109] [110] Менеджер проекта Барри Гольдштейн объявил 24 мая 2010 года, что проект официально завершается. Снимки с Марсианского разведывательного орбитального аппарата показали, что его солнечные панели, очевидно, были безвозвратно повреждены в результате замерзания во время марсианской зимы. [111] [112]
В отличие от некоторых других мест на Марсе, которые можно посетить с помощью посадочных аппаратов ( «Викинг» и «Патфайндер» ), почти все камни возле Феникса маленькие. Насколько может видеть камера, земля плоская, но имеет форму многоугольников диаметром 2–3 м (6,6–9,8 футов) и ограничена впадинами глубиной от 20 до 50 см (от 7,9 до 19,7 дюйма). . Эти формы возникают из-за того, что лед в почве расширяется и сжимается из-за серьезных изменений температуры. Микроскоп показал, что почва на вершине полигонов состоит из плоских частиц (вероятно, разновидности глины) и округлых частиц. Кроме того, в отличие от других посещаемых мест на Марсе, здесь нет ряби и дюн. [88] Лед присутствует на несколько дюймов ниже поверхности в середине многоугольников, а по краям лед имеет глубину не менее 20 см (8 дюймов). Когда лед подвергается воздействию марсианской атмосферы, он медленно сублимирует . [113] Наблюдались пылевые вихри .
Наблюдался снег, выпавший из перистых облаков. Облака образовались на уровне атмосферы около -65 °C (-85 °F), поэтому облака должны были состоять из водяного льда, а не из углекислого газа (сухого льда), потому что в низкое давление марсианской атмосферы, температура образования льда из углекислого газа намного ниже - менее -120 ° C (-184 ° F). Сейчас считается, что водяной лед (снег) скопился в этом месте позже в этом году. [114] Это представляет собой важную веху в понимании марсианской погоды. Скорость ветра варьировалась от 11 до 58 км/ч (от 6,8 до 36,0 миль в час). Обычная средняя скорость составляла 36 км/ч (22 мили в час). Эти скорости кажутся высокими, но атмосфера Марса очень тонкая — менее 1% от земной — и поэтому не оказала большого воздействия на космический корабль. Самая высокая температура, измеренная во время миссии, составила -19,6 ° C (-3,3 ° F), а самая низкая - -97,7 ° C (-143,9 ° F). [62]
Интерпретация переданных с корабля данных была опубликована в журнале Science . Согласно данным экспертной оценки, было подтверждено наличие водяного льда и то, что в недавнем прошлом на этом участке был более влажный и теплый климат. Обнаружение карбоната кальция в марсианской почве заставляет ученых думать, что в геологическом прошлом это место было влажным или влажным. Во время сезонных или более длительных суточных циклов вода могла присутствовать в виде тонких пленок. Наклон Марса меняется гораздо сильнее, чем Земля; следовательно, вероятны периоды более высокой влажности. [115]
Результаты химического анализа показали, что поверхность почвы умеренно щелочная , с pH 7,7 ± 0,5. [53] [116] Общий уровень солености скромный. TEGA-анализ первого образца почвы показал наличие связанной воды и CO 2 , которые были выпущены во время заключительного (самая высокая температура, 1000 °C) цикла нагрева. [117]
В образцах обнаружены и измерены следующие элементы: хлорид, бикарбонат , магний , натрий , калий , кальций и сульфат . [116] Дальнейший анализ данных показал, что почва содержит растворимый сульфат (SO 4 2- ) как минимум 1,1%, и позволил уточнить рецептуру почвы. [116]
Анализ Phoenix WCL также показал, что Ca(ClO 4 ) 2 в почве не взаимодействовал с жидкой водой в любой форме, возможно, в течение 600 миллионов лет. Если бы это было так, то хорошо растворимый Ca(ClO 4 ) 2 при контакте с жидкой водой образовал бы только CaSO 4 . Это предполагает крайне засушливую среду с минимальным взаимодействием жидкости с водой или вообще без него. [118] Уровень pH и солености считался благоприятным с точки зрения биологии.
1 августа 2008 года журнал Aviation Week сообщил, что « Белый дом был предупрежден НАСА о планах вскоре сделать объявление о крупных открытиях нового спускаемого аппарата « Феникс », касающихся «потенциала жизни» на Марсе, сообщают ученые Aviation Week & Space Technology. [ 119] Это привело к сдержанным предположениям в средствах массовой информации о том, были ли обнаружены какие-либо доказательства прошлой или настоящей жизни. [120] [121] [122] Чтобы опровергнуть эти предположения, НАСА опубликовало предварительные результаты, в которых говорится, что марсианская почва содержит перхлорат ( ClO
4) и, следовательно, может оказаться не таким благоприятным для жизни, как считалось ранее. [123] [124] Присутствие почти 0,5% перхлоратов в почве стало неожиданным открытием с широкими последствиями. [98]
Лабораторные исследования, опубликованные в июле 2017 года, показали, что при облучении искусственным марсианским УФ-потоком перхлораты становятся бактерицидными. [125] Два других соединения марсианской поверхности, оксиды железа и перекись водорода , действуют синергически с облученными перхлоратами, вызывая в 10,8 раз увеличение смертности клеток по сравнению с клетками, подвергшимися УФ-излучению после 60 секунд воздействия. [125] Было также обнаружено, что истиранные силикаты (кварц и базальт) приводят к образованию токсичных активных форм кислорода . [126] Результаты оставляют вопрос о присутствии органических соединений открытым, поскольку нагревание образцов, содержащих перхлорат, привело бы к разрушению любой присутствующей органики. [127] Однако в холодных недрах Марса, которые обеспечивают существенную защиту от УФ-излучения, галотолерантные организмы могут выжить при повышенных концентрациях перхлората за счет физиологических адаптаций, аналогичных тем, которые наблюдаются у дрожжей Debaryomyces hansenii , подвергшихся в лабораторных экспериментах воздействию повышенных концентраций NaClO 4 . [128]
Перхлорат (ClO 4 ) является сильным окислителем , поэтому его можно использовать в качестве ракетного топлива и в качестве источника кислорода для будущих миссий. [129] Кроме того, при смешивании с водой перхлорат может значительно снизить температуру замерзания воды, аналогично тому, как соль наносится на дороги, чтобы растопить лед. Таким образом, сегодня перхлорат может способствовать образованию небольшого количества жидкой воды на поверхности Марса. Овраги , которые распространены в некоторых районах Марса, возможно, образовались в результате таяния перхлората льда и вызывания эрозии водой почвы на крутых склонах. [130] Перхлораты также были обнаружены на месте посадки марсохода Curiosity , ближе к экваториальному Марсу, и в марсианском метеорите EETA79001, [131] что позволяет предположить «глобальное распространение этих солей». [132] Только очень тугоплавкие и/или хорошо защищенные органические соединения , вероятно, сохранятся в мерзлых недрах. [131] Таким образом, прибор MOMA , который планируется запустить на марсоходе ExoMars в 2022 году , будет использовать метод, на который не влияет присутствие перхлоратов, для обнаружения и измерения подповерхностной органики. [133]
К палубе посадочного модуля (рядом с флагом США) прикреплен специальный DVD, составленный Планетарным обществом . Диск содержит «Видения Марса» — мультимедийный сборник литературы и искусства о Красной планете. Работы включают в себя текст романа Герберта Уэллса «Война миров» 1897 года (и радиопередачу Орсона Уэллса 1938 года ) , книгу Персиваля Лоуэлла 1908 года «Марс как обитель жизни» с картой предложенных им каналов , книгу Рэя Брэдбери 1950 года. роман «Марсианские хроники» и роман Кима Стэнли Робинсона «Зеленый Марс» 1993 года . Есть также послания, адресованные будущим марсианским посетителям или поселенцам, в частности, от Карла Сагана и Артура Кларка . В 2006 году Планетарное общество собрало четверть миллиона имен, присланных через Интернет, и поместило их на диск, на лицевой стороне которого заявлено, что это «первая библиотека на Марсе». [134] Этот DVD изготовлен из специального кварцевого стекла, предназначенного для того, чтобы противостоять марсианской среде и сохраняться на поверхности в течение сотен (если не тысяч) лет, пока он ожидает возвращения будущими исследователями. По своей концепции это похоже на « Золотую пластинку «Вояджера» , которая была отправлена в ходе миссий «Вояджер-1» и «Вояджер-2» .
Текст чуть ниже центра диска гласит:
Этот архив, предоставленный миссии НАСА « Феникс» Планетарным обществом, содержит литературу и искусство («Видения Марса»), поздравления от марсианских провидцев наших дней и имена землян 21-го века, которые хотели отправить свои имена на Марс. Этот DVD-ROM предназначен для чтения на персональных компьютерах 2007 года выпуска. Информация хранится на диске в спиральной канавке. Лазерный луч может сканировать канавку при металлизации или можно использовать микроскоп. Очень маленькие выступы и отверстия представляют собой нули и единицы цифровой информации. Ширина канавки составляет около 0,74 микрометра. Дополнительную информацию см. в стандартном документе ECMA-268 (80-мм DVD-диск только для чтения). [135]
Предыдущая версия компакт-диска должна была быть отправлена вместе с российским космическим кораблем « Марс-94» , который должен был приземлиться на Марс осенью 1995 года. [136]
![Вид под посадочным модулем в сторону южной подножки: видны пятна яркой поверхности, возможно, льда.[88]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9b/PIA10741_Possible_Ice_Below_Phoenix.jpg/1280px-PIA10741_Possible_Ice_Below_Phoenix.jpg)
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
Кликабельное изображение: при нажатии на метки откроется новая статья.
