Schiaparelli EDM ( итальянский: [skjapaˈrɛlli] ) — неудачный демонстрационный модуль входа, спуска и посадки (EDM) программы ExoMars — совместной миссии Европейского космического агентства (ЕКА) и Российского космического агентства Роскосмос . [4] Он был построен в Италии и предназначался для проверки технологии будущей мягкой посадки на поверхность Марса . [5] У него также была ограниченная, но целенаправленная научная полезная нагрузка, которая могла бы измерять атмосферное электричество на Марсе и местные метеорологические условия. [2] [6] [7]
Запущенный вместе с орбитальным аппаратом ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) 14 марта 2016 года, Скиапарелли предпринял попытку приземления 19 октября 2016 года. Телеметрические сигналы со Скиапарелли отслеживаются в реальном времени гигантским радиотелескопом Metrewave в Индии (и подтверждены Mars Express ), были потеряны около одной минуты от поверхности на заключительном этапе приземления. [8] 21 октября 2016 года НАСА опубликовало изображение, сделанное марсианским разведывательным орбитальным аппаратом, на котором видно место крушения посадочного модуля. [9] Телеметрические данные, собранные и переданные орбитальным аппаратом ExoMars Trace Gas Orbiter и Mars Express, были использованы для исследования режимов отказов используемой технологии посадки.
Демонстрационный модуль входа, спуска и посадки Скиапарелли назван в честь Джованни Скиапарелли (1835–1910), астронома, работавшего в XIX веке и проводившего наблюдения за Марсом. [10] В частности, он записал особенности, которые он назвал canali на своем родном итальянском языке. [10] Его наблюдения за тем, что на английском языке переводится как «каналы», вдохновили многих. [10] Темные полосы на Марсе — это особенность альбедо , связанная с распределением пыли; эти характеристики альбедо на Марсе медленно меняются со временем, и в последние несколько десятилетий за ними следят марсианские орбитальные аппараты. [11] Скиапарелли известен созданием нарисованных от руки карт Марса во время его противостояния с Землей в 1877 году с помощью оптического телескопа-рефрактора. [4] Он также был первым астрономом, определившим связь между обломками комет и ежегодными метеорными дождями. [4]
Другие объекты, названные в честь Скиапарелли, включают астероид главного пояса 4062 Скиапарелли , [12] названный 15 сентября 1989 года ( MPC 15090 ), [13] лунный кратер Скиапарелли , [12] марсианский кратер Скиапарелли , [12] Скиапарелли Дорсум на Меркурии . , [14] и посадочный модуль ExoMars EDM 2016 года. [4]
Миссия была названа в ноябре 2013 года; ранее он был известен как Демонстрационный модуль входа, спуска и посадки Exomar, или сокращенно ExoMars EDM. [4] Другое название — статический посадочный модуль «ЭкзоМарс» , однако некоторые конструкции статического посадочного модуля сильно отличаются из-за различных этапов проектирования и реструктуризации программы. [15] Другое название, особенно для орбитального аппарата и спускаемого аппарата, — «ЭкзоМарс 2016» . [16]
.jpg/1280px-ExoMars_(14042710527).jpg)
EDM восходит к программе ЕКА «Аврора» , целью которой является исследование космоса человеком и, таким образом, создание миссий, которые являются строительными блоками для поддержки этой цели. [19] ExoMars возник из этого и обеспечивает контекст для понимания EDM. [19] Скиапарелли образует важный «блок» обучения тому, как приземлять тяжелые полезные грузы на Марс, что жизненно важно для будущих миссий с экипажем. [19] Еще одним «блоком» является марсоход ExoMars, который призван продемонстрировать, среди прочего, возможность преодолевать несколько километров/миль по поверхности Марса. [19] Программа «Аврора» сосредоточена на двух типах миссий: один — это более крупный флагманский космический корабль, а другой — миссии меньшего размера, специально предназначенные для разгрузки рисков от более крупных миссий. [17]
В 2005 году совет ЕКА утвердил выделение 650 миллионов евро на марсоход и статический посадочный модуль. [20] В то время идея заключалась в том, чтобы за один запуск доставить на Марс как марсоход класса Mars Exploration Rover , так и статический посадочный модуль с инструментами с более простой стадией круиза; в этом случае статический посадочный модуль одновременно приземлил марсоход и провел свои собственные исследования. [19] [20] Однако для достижения целей миссии в рамках ограничений, связанных с использованием ракеты «Союз» для запуска, в бюджет марсохода было заложено всего 6 кг. [20] Для создания более крупного вездехода были оценены Ariane V , Atlas V и Proton. [20] Рассматривались марсоходы массой от 180 до 600 кг, и в конечном итоге возникла идея испытательного посадочного модуля для снижения риска, связанного с посадочным модулем ровера, что хорошо сочеталось со стратегией двух запусков, позволяющей использовать более тяжелый орбитальный аппарат и более тяжелый марсоход на втором. запуск. [20]
На ранних этапах разработки посадочный модуль должен был перевозиться на специальной круизной ступени под названием Carrier Module . [21] В конце концов, миссия Trace Gas Orbiter была объединена с ExoMars, став носителем EDM. [20]
Хотя спускаемый аппарат разбился, ожидается, что данные, переданные со Скиапарелли, предоставят ЕКА и Роскосмосу технологию посадки на поверхность Марса с помощью управляемой мягкой посадки. Эту технологию будет использовать марсоход «Розалинда Франклин» , входящий в программу «ЭкзоМарс» , запуск которого должен был состояться в 2022 году. [3] [22]
Спускаемый модуль «Скиапарелли» и орбитальный аппарат массой 577 кг (1272 фунта) завершили испытания и были интегрированы в ракету «Протон-М» на космодроме Байконур в Байконуре в середине января 2016 года. [23] ТГО и ЭДМ прибыли на Байконур в декабре 2015 года. [20] ] В феврале корабль был смонтирован на разгонном блоке "Бриз-М", а в начале марта - на ракете "Протон". [20]
Запуск произошел в 09:31 по Гринвичу (15:31 по местному времени) 14 марта 2016 года. [24] За следующие 10 часов до спуска спускаемого аппарата и орбитального корабля произошло четыре горения ракеты. [25] В тот же день в 21:29 по Гринвичу был получен сигнал с орбитального аппарата, подтверждающий, что запуск прошел успешно и космический корабль функционирует нормально. [26] Вскоре после отделения от зондов разгонный блок «Бриз-М» взорвался в нескольких километрах от него, не повредив ни орбитальный аппарат, ни спускаемый аппарат. [27]
После запуска Trace Gas Orbiter (TGO) и EDM вместе отправились в космос к Марсу. [28] В это время EDM питался от шлангокабеля к TGO, тем самым сохраняя ограниченные внутренние батареи EDM. [28] Маневр в глубоком космосе был выполнен главным двигателем TGO в два этапа 28 июля и 11 августа с целью определения угла траектории входа и места приземления. [29] 14 октября 2016 года TGO внесла окончательную корректировку своей траектории перед отделением Скиапарелли. [30] Стартовая масса двух космических аппаратов вместе составляет 4332 кг, включая модуль Скиапарелли массой 600 кг . [31] Это был самый тяжелый космический корабль, когда-либо отправлявшийся на Марс. [32] Путешествие от Земли до Марса в 2016 году заняло около 7 месяцев. [32]
16 октября 2016 года TGO и EDM разделились: орбитальный аппарат направился к выводу на орбиту Марса, а EDM - к входу в атмосферу Марса. [28] [33] Перед отделением ЭДМ раскручивался на 2,5 об/мин (см. также стабилизация вращения ), а затем выпускался со скоростью около 1 км/ч относительно ТГО. [34] EDM был спроектирован так, чтобы переходить в режим гибернации с низким энергопотреблением примерно на 3 дня во время одиночного путешествия на Марс. [28] EDM вышел из спящего режима примерно за полтора часа до достижения марсианской атмосферы. [28] Тем временем, после отделения, TGO скорректировал свою траекторию для выхода на орбиту Марса и к 19 октября 2016 года выполнил 139-минутный запуск ракетного двигателя для выхода на орбиту Марса. [30] В тот же день модуль Скиапарелли прибыл на Марс, двигаясь со скоростью 21 000 км/ч (13 000 миль в час; 5,8 км/с) и приступил к выполнению своей основной задачи: входа, спуска и посадки. [35] После успешного входа в атмосферу скорость модуля снизилась с входного значения 5,8 км/с до нескольких сотен м/с из-за силы сопротивления, обеспечиваемой атмосферой Марса . На этом этапе полета для защиты полезной нагрузки от сильной тепловой нагрузки использовался тепловой экран . Бортовое программное обеспечение активировало парашют, когда акселерометры зарегистрировали заданное значение негравитационного ускорения 9 м/с 2 , как и ожидалось. После достижения дозвукового режима с помощью номинально надутого парашюта в модуле Скиапарелли возникла аномалия, из-за которой выпуск задней оболочки и парашюта произошел раньше, чем ожидалось, и не позволил тормозным двигателям замедлить спуск. [29] Место жесткой посадки, реконструированное по данным Mars Reconnaissance Orbiter , было обнаружено довольно близко к ожидаемому месту приземления, примерно в 6,4 км на небольшом расстоянии от него. [29] TGO вышел на орбиту Марса и несколько месяцев подвергался аэродинамическому торможению , чтобы скорректировать свою скорость и орбиту, а научная деятельность началась в конце 2017 года. [35] TGO продолжит служить спутником-ретранслятором для будущих миссий по высадке на Марс до 2022 года. . [36]
Местом для посадки была выбрана равнина Меридиани, марсианская равнина, которую марсианские посадочные аппараты ценят за равнинный рельеф и низкую высоту, что дает космическому кораблю время и расстояние, чтобы замедлиться, прежде чем достичь земли. [38] EDM не может избежать препятствий во время спуска, поэтому было важно выбрать большую ровную площадку с минимумом препятствий. [37] Эллипс приземления имеет длину около 100 км и ширину 15 км, с центром на 6° запада и 2° юга и проходит с востока на запад, с восточным краем, включая место посадки марсохода «Оппортьюнити» , и вблизи кратера «Индевор», где он все еще работал. когда EDM был запущен и когда он попытался приземлиться. [39] Место посадки марсохода «Оппортьюнити» ( MER-B) называется « Мемориальная станция Челленджер» . [40] Также считалось, что у EDM будет шанс прибыть, когда Марс испытает глобальные пылевые бури, и таким образом получить знания об атмосфере в этих менее распространенных условиях. [39] Это место также известно как интересное с научной точки зрения; Марсоход Opportunity обнаружил тип железного минерала, который образуется в присутствии воды, поэтому предполагается, что в прошлом там было значительное количество воды. [37]
Посадку планировалось совершить на Плануме Меридиани [3] во время сезона пыльных бурь, что дало бы возможность охарактеризовать запыленную атмосферу во время входа и спуска, измерить заряд статического электричества пыли , обычно создаваемый переносом заряда на контакт между частицами, а также проводить поверхностные измерения в условиях богатой пылью среды. [41]
С 1924 года глобальные пыльные бури происходили как минимум девять раз, включая 1977, 1982, 1994, 2001 и 2007 годы; Пылевые бури 2007 года едва не прекратили работу американских марсоходов Spirit и Opportunity , работающих на солнечной энергии . [42] Глобальные пылевые бури закрыли Марс, когда туда прибыл орбитальный аппарат «Маринер-9» в 1971 году, и потребовалось несколько недель, чтобы пыль осяла и позволила получить четкое изображение поверхности Марса. [43] Было предсказано, что глобальные пыльные бури на Марсе, вероятно, произойдут осенью 2016 года, но они не начались, когда EDM попытался приземлиться. [42] Летом 2018 года разразились глобальные пылевые бури, которые лишили свет марсохода Opportunity, работающего на солнечной энергии , который все еще работал недалеко от посадочной площадки Скиапарелли. [44]
Посадочный модуль Schiaparelli отделился от орбитального аппарата TGO 16 октября 2016 года, за три дня до прибытия на Марс, и вошел в атмосферу на скорости 21 000 км/ч (13 000 миль в час) 19 октября 2016 года [35] (см. также вход в атмосферу Марса ). Когда посадочный модуль отключился от орбитального аппарата, он переключился на питание от внутренней батареи и перешел в режим гибернации с низким энергопотреблением, пока находился в движении в течение трех дней непосредственно перед входом в марсианскую атмосферу. [2] Скиапарелли вышел из спячки за несколько часов до входа в атмосферу на скорости 21 000 км/ч (13 000 миль в час) и на высоте 122,5 км (76,1 мили) над поверхностью Марса. [2] Тепловой экран использовался во время погружения в атмосферу, чтобы замедлить спускаемый аппарат до скорости 1650 км/ч (1030 миль в час) к тому времени, когда он достиг высоты 11 км (6,8 миль). [46] Во время входа приборы COMARS+ EDM собирали данные о том, как тепло и воздух обтекают входную капсулу. [47]
После замедления первоначального входа в атмосферу модуль раскрыл парашют и должен был завершить посадку на тормозных ракетах с использованием замкнутой системы наведения, навигации и управления на основе доплеровского радиолокационного высотомера и бортовых инерциальных измерительных блоков . На протяжении всего спуска различные датчики фиксировали ряд параметров атмосферы и работы посадочного модуля. [48] План состоял в том, что на высоте 7 км (4,3 мили) над Марсом будет сброшен передний тепловой экран и включен радиовысотомер, а затем на высоте 1,3 км (0,81 мили) над Марсом будет сброшен задний тепловой кожух и парашют. . [46]
Заключительные этапы приземления должны были выполняться с использованием импульсных жидкотопливных двигателей или тормозных ракет . На высоте двух метров над землей двигатели были спроектированы таким образом, чтобы выключиться и позволить платформе приземлиться на разрушаемую конструкцию, предназначенную для деформации и поглощения окончательного удара при приземлении. [3] [48] При окончательном приземлении он был спроектирован так, чтобы выдерживать камни высотой около 31 см (12 дюймов), и предполагалось, но не гарантировалось, что не встретится никаких огромных валунов или кратеров. [49] При окончательном контакте посадочный модуль был спроектирован так, чтобы преодолевать уклоны до 19 градусов и камни высотой до 38 см (15 дюймов). [50]
В этом регионе работал марсоход «Оппортьюнити» , и две команды работали вместе, чтобы попытаться сфотографировать EDM во время его спуска, что, в зависимости от условий, могло быть возможным, особенно если бы EDM «прошел долго» по эллипсу приземления. Однако камеры марсохода не видели спускаемый аппарат во время его спуска. [51] [52] Это была первая попытка поверхностного зонда сфотографировать приземление другого аппарата с поверхности Марса. [52] (Другие космические аппараты фотографировали друг друга, особенно орбитальные аппараты, наблюдающие за наземными кораблями, а в 2005 году Mars Global Surveyor сделал снимки Mars Express на орбите вокруг Марса. [53] )
Краткое описание EDL (как запланировано): [54]
Контакт с модулем был потерян за 50 секунд до запланированного приземления. К 21 октября 2016 года, изучив данные, ЕКА заявило, что, скорее всего, что-то пошло не так, когда парашют был выпущен раньше времени, затем двигатели включились, но через слишком короткое время выключились. [55]
Посадочный модуль Скиапарелли предпринял попытку автоматической посадки 19 октября 2016 года, но сигнал был неожиданно потерян незадолго до запланированного времени посадки. [8] [56] Mars Express ЕКА , Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) НАСА и MAVEN продолжали прослушивать сигнал спускаемого аппарата, но безрезультатно. [8]
Скиапарелли передал около 600 мегабайт телеметрии во время попытки приземления [57] , и подробный анализ показал, что его вход в атмосферу произошел нормально: парашют раскрылся на скорости 12 км (7,5 миль) и скорости 1730 км/ч (1070 миль в час), а его тепло щит сбрасывается на расстоянии 7,8 км (4,8 мили). Однако инерциальный измерительный блок посадочного модуля , измеряющий вращение, перегрузился (не смог принимать более высокие показания) примерно на одну секунду. Это насыщение в сочетании с данными навигационного компьютера привело к тому, что показания высоты были отрицательными или ниже уровня земли. Это вызвало преждевременный выпуск парашюта и задней оболочки. Затем тормозные двигатели сработали примерно на три секунды вместо ожидаемых 30 секунд, после чего последовала активация наземных систем, как если бы машина уже приземлилась. На самом деле он все еще находился на высоте 3,7 км (2,3 мили). [58] [59] Посадочный модуль продолжал передачу в течение 19 секунд после отключения двигателей; потеря сигнала произошла за 50 секунд до того, как он должен был приземлиться. [60] Скиапарелли врезался в поверхность Марса на скорости 300 км/ч (190 миль в час), что близко к предельной скорости. [61]
Через день после попытки приземления контекстная камера MRO НАСА обнаружила новые отметки на земле, возникшие в результате удара посадочного модуля и парашюта. [63] Место крушения находится примерно в 54 км (~33,5 милях) от того места, где во время приземления находился действующий марсоход НАСА « Оппортьюнити» . [64] 27 октября 2016 года ЕКА опубликовало изображения места крушения в высоком разрешении, сделанные камерой MRO HiRISE 25 октября 2016 года. [65] [66] Передний теплозащитный экран, место удара модуля, а также задний теплозащитный экран и парашют. идентифицированы. [65] Считается, что кратер имеет глубину около полуметра (ярда), и возможно, что его дальнейшее изучение станет возможным позднее. [65] Кстати, искусственно созданный кратер на самом деле был целью миссии THOR , предложенной в рамках программы Mars Scout, в рамках которой были созданы Phoenix и MAVEN. Целью были подземные раскопки. [67] Эта миссия была пропущена, но другой орбитальный аппарат смог обнаружить естественные свежие ударные кратеры, а в них был обнаружен лед. [68]
Несмотря на то, что посадочный модуль разбился, представители ЕКА заявили, что Скиапарелли добился успеха, поскольку он выполнил свою основную функцию по тестированию системы приземления посадочного модуля «Казачок 2020 года» и возврату данных телеметрии во время его спуска. [56] [70] К 20 октября большая часть данных о спуске была возвращена на Землю и подвергалась анализу. [71] В отличие от спускаемого аппарата «Бигль-2» , о котором больше не было слышно после того, как его выпустили из «Марс-Экспресс» в 2003 году, модуль «Экзомарс» передавал данные во время спуска, поэтому данные, собранные и переданные по пути вниз, не были потеряны, если космический корабль был разрушен при ударе. [72]
Расследование, завершившееся в мае 2017 года, выявило четыре «коренные причины несчастного случая [...]: недостаточная неопределенность и управление конфигурацией при моделировании динамики парашюта, что привело к ожиданию гораздо более низкой динамики, чем наблюдалось в полете; недостаточное время устойчивости парашюта. Флаг насыщения IMU [инерционного измерительного устройства] и неадекватная обработка насыщения IMU со стороны GNC [Навигация и контроль] Недостаточный подход к обнаружению, изоляции и восстановлению отказов, а также отказоустойчивость конструкции в управлении субподрядчиками и приемке оборудования». [73]
Расследование следственной комиссии показало, что в тот момент, когда спускаемый аппарат раскрыл парашют, он начал неожиданно быстро вращаться. Это сверхбыстрое вращение на короткое время привело к насыщению прибора Скиапарелли для измерения вращения, что привело к большой ошибке оценки ориентации в программном обеспечении системы наведения, навигации и управления. В результате компьютер рассчитал, что он находится ниже уровня земли, что привело к раннему выпуску парашюта и задней оболочки, кратковременному включению двигателей всего на 3 секунды вместо 30 секунд и активации наземной системы, как если бы Скиапарелли приземлился. [74] Расследование также установило, что «[т] миссия не подверглась бы опасности из-за ошибки определения ориентации, вызванной насыщением IMU [инерциального измерительного блока], если бы время устойчивости было установлено на более низкое значение». [73] : 19
Изображения места крушения модуля позволяют предположить, что при ударе мог взорваться топливный бак. [65] Предполагается, что спускаемый аппарат врезался в поверхность на скорости около 300 км/ч (83 м/с; 190 миль в час). [75] Дополнительные снимки места, сделанные в ноябре, еще раз подтвердили идентичность частей космического корабля. [76] Дополнительные изображения были цветными, и было отмечено, что парашют слегка сместился. [76]
Делая больше изображений с использованием метода, называемого реконструкцией сверхвысокого разрешения (SRR), разрешение можно улучшить, и это было сделано для ранее потерянного зонда Beagle 2 . [77] Два других преимущества увеличения количества изображений заключаются в том, что легче отличить шум изображения, такой как попадание космических лучей, и реальные объекты, а также среди ярких пятен объекты с высоким альбедо по сравнению с мгновенными зеркальными отражениями. [61] Наконец, с помощью нескольких изображений с течением времени можно наблюдать движение и изменения, например, ветер, дующий с парашютом. [61]
.png/1280px-LaRRI_retroreflector_on_InSight_(PIA22206).png)
Основная цель миссии заключалась в проверке систем приземления, включая парашют, доплеровский радиовысотомер, гидразиновые двигатели и т. д. [79] Второстепенная цель миссии была научной. Посадочный модуль должен был измерять скорость и направление ветра, влажность, давление и температуру поверхности, а также определять прозрачность атмосферы. [41] Полезная нагрузка для исследования поверхности называлась DREAMS и была предназначена для получения метеорологических данных в течение нескольких дней после приземления, [80] а также для проведения первых измерений атмосферного электричества на Марсе. [6] [46]
В состав полезной нагрузки входила камера спуска (DECA). [46] Его захваченные изображения должны были быть переданы после приземления. [2] AMELIA, COMARS+ и DECA собирали данные во время входа, спуска и приземления в течение примерно шести минут. [3] Большая часть этих данных была передана во время спуска. [81] Хотя часть EDL была рассчитана буквально на несколько минут, а наземные наблюдения - максимум на несколько дней, один прибор, INRRI, представлял собой пассивный лазерный ретрорефлектор, который можно было использовать как можно дольше, даже десятилетия спустя, для лазерной дальнометрии спускаемого аппарата. [82]
INRRI был установлен на верхней (зенитной) стороне посадочного модуля, чтобы позволить космическому кораблю наводиться на него. Его масса составляла около 25 граммов, и он был предоставлен Итальянским космическим агентством (ASI). В конструкции использовался угловой кубический отражатель для отражения падающего лазерного света. Кубы изготовлены из плавленого кварца и закреплены на алюминиевой опорной конструкции. [83] INRRI также был установлен на марсианском посадочном модуле InSight . [84]
Научной полезной нагрузкой посадочного модуля на поверхности был метеорологический пакет DREAMS (Dust Характеристика, Оценка риска и Анализатор окружающей среды на поверхности Марса), состоящий из набора датчиков для измерения скорости и направления ветра (MetWind), влажности (MetHumi), давление (MetBaro), температура поверхности (MarsTem), прозрачность атмосферы (Датчик солнечного излучения – SIS) и электрификация атмосферы (Датчик атмосферной релаксации и электрического поля – Micro-ARES). [80] [87] В число учреждений, внесших вклад в научную нагрузку DREAMS, входят INAF и CISAS из Италии, LATMOS из Франции, ESTEC из Нидерландов, FMI из Финляндии и INTA из Испании. [88]
Полезная нагрузка DREAMS предназначалась для работы от 2 до 8 марсианских дней в качестве экологической станции на время наземной миссии после приземления. [3] [48] Запланированное прибытие спускаемого аппарата было приурочено к сезону глобальных пылевых бурь на Марсе и сбору данных о запыленной атмосфере Марса. [41] Предполагалось, что DREAMS позволит по-новому взглянуть на роль электрических сил в подъеме пыли — механизме, вызывающем пылевые бури. Кроме того, датчик MetHumi был призван дополнить измерения MicroARES важными данными о влажности, чтобы позволить ученым лучше понять процесс электрификации пыли. [87]
Атмосферное электричество на Марсе до сих пор не измерено, и его возможная роль в пылевых бурях и химии атмосферы остается неизвестной. [89] Было высказано предположение, что атмосферное электричество могло сыграть роль в неубедительных результатах экспериментов по жизни на посадочном модуле «Викинг» , которые были положительными в отношении метаболизма микробной жизни, но масс-спектрометром не были обнаружены органические соединения. [86] Два наиболее вероятных объяснения — это реакции с перекисью водорода или озоном , создаваемые ультрафиолетовым светом, или атмосферные электрические процессы во время пылевых бурь. [86]
DREAMS-P — датчик давления, а DREAMS-H — датчик влажности; датчики питают одну плату обработки данных. [90]
Помимо наземной полезной нагрузки, во время спуска работала камера DECA (Descent Camera) на посадочном модуле. Он был предназначен для доставки дополнительной контекстной информации и точных данных о местоположении в виде изображений. [91] DECA — это повторный полет камеры визуального наблюдения (VMC) миссии «Планк и Гершель» . [92]
Еще одним наземным экспериментом, посвященным пыли, был эксперимент по сцеплению материалов на посадочном модуле Mars Pathfinder , проведенный примерно за двадцать лет до экзомарса.
Камера спуска (DECA) предназначалась для съемки около 15 видов вниз по мере приближения к поверхности Марса. [92] Получение изображений должно было начаться после того, как нижний тепловой экран был выброшен. [93] Эта камера имела поле зрения 60 градусов для съемки изображений в оттенках серого , чтобы подтвердить технические знания о спуске. [92] DECA была запасной частью камеры визуального наблюдения космической обсерватории «Гершель» и миссии «Планк», которые были запущены вместе. Размеры камеры составляют 9 см (3,5 дюйма) в квадрате, а масса - 0,6 кг (1,3 фунта). [1] Данные камеры спуска DECA сохранялись во время спуска и не предназначались для передачи на Землю до момента приземления, [2] поэтому эти изображения были потеряны во время крушения. Целью этой задержки передачи была защита космического корабля и данных от электростатических разрядов. [93] DECA был спроектирован и изготовлен в Бельгии компанией Optique et Instruments de Précision (OIP). [2]
Основные цели DECA включали: [2]
Поскольку посадочный модуль-демонстратор Скиарапелли передал передачу во время спуска, большая часть телеметрии была успешно возвращена. [81] Около 600 мегабайт [57] данных, что составляет около 80% телеметрии, было передано на Землю и использовано для исследования режимов отказа используемой технологии посадки. [70] [94] [95]
Обратите внимание на массы: на поверхности Марса сила тяжести меньше, чем на Земле, поэтому вес составляет 37% от веса Земли. [96]
В какой-то момент Роскосмос предложил предоставить источник питания радиоизотопного термоэлектрического генератора (РТГ) мощностью 100 Вт для спускаемого аппарата EDM, чтобы он мог контролировать местную приземную среду в течение всего марсианского года, [100] [101] , но из-за сложного российского экспорта процедур контроля, позже он решил использовать неперезаряжаемую электрическую батарею с мощностью, достаточной для 2–8 солов . [1] [102] Солнечные панели также рассматривались при рассмотрении более длительной миссии (1–2 месяца) с поддержкой более тяжелого и сложного посадочного модуля. [103] К 2010-м годам основное внимание уделялось проведению краткосрочной (несколько дней на поверхности) демонстрации технологий с упором на системы посадки. [104]
Скиапарелли необычен тем, что оснащен только неперезаряжаемыми батареями, поэтому его активный срок службы будет ограничен всего несколькими марсианскими днями. Это связано с тем, что его основная цель — продемонстрировать технологии входа, спуска и приземления.
ЕКА, 2016 г. [45]
У Скиапарелли была УВЧ- радиостанция для связи с орбитальными аппаратами Марса. [99] Посадочный модуль имел две антенны: одну на задней части корпуса и одну на посадочном модуле. [99] Когда задняя оболочка выбрасывается, передача данных осуществляется через спиральную антенну на корпусе посадочного модуля. [99] Когда орбитальный аппарат может связаться с посадочным модулем, зависит от того, где он находится на своей орбите, и не все орбитальные аппараты могут записывать или разговаривать с посадочным модулем, потому что глобус Марса блокирует линию обзора посадочного модуля. [99] ExoMars TGO также мог бы связываться с ним с помощью системы УВЧ. [99] EDM «выходил» из спящего режима примерно за 90 минут до приземления и непрерывно осуществлял передачу в течение 15 минут до приземления. [99]
Во время приземления сигнал EDM отслеживался на Марсе с помощью орбитального аппарата Mars Express и удаленно с помощью гигантского радиотелескопа Metrewave в Пуне, Индия. [99] Mars Express также связывается с другими посадочными модулями и марсоходами, используя свою систему связи Melacom. [99] Марсианский разведывательный орбитальный аппарат ( MRO) пролетел над местом посадки через два часа после приземления и был доступен для проверки сигналов от Скиапарелли . [99] ExoMars TGO также мог бы связываться с ним с помощью системы УВЧ. [99]
Стандартом системы связи на Марсе является радио Electra , используемое с момента прибытия Mars Reconnaissance Orbiter в 2006 году. До этого несколько орбитальных аппаратов использовали ретрансляционную систему УВЧ первого поколения, включая Mars Global Surveyor , Mars Odyssey и Mars Express . [99] Использование орбитальных аппаратов для передачи данных с марсианских аппаратов и марсоходов отличается своей энергоэффективностью. [105]
19 октября 2016 года радиопередаче потребовалось 9 минут и 47 секунд, чтобы пройти со скоростью света от Марса до Земли. [106] Таким образом, даже несмотря на то, что радиостанция в Пуне прослушивала «реальное время», вся последовательность EDL, которая заняла бы около 6 минут, уже произошла, даже когда она записывалась как начало входа в атмосферу. [106] Существует небольшое изменение, поскольку скорость света замедляется воздухом Марса и Земли (см. Показатель преломления ), а еще одним фактором является замедление времени , поскольку зонд существовал на значительно отличающейся скорости и в другое гравитационное поле радиостанции на Земле (хотя и относительно небольшое). [107] [108] [109]
Посадочный модуль Schiaparelli имеет два основных компьютера: один называется «Центральный терминал и блок питания» (CTPU) и расположен в теплом боксе сверху, а другой компьютер называется «Удаленный терминал и блок питания» (RTPU) [110] и включен. нижняя часть посадочного модуля. [111] В целом, CTPU управляет наземными операциями, а RTPU — входом и спуском, и фактически уничтожается при окончательном приземлении на поверхность, поскольку находится на нижней стороне. [111] Когда орбитальный аппарат с трассировочным газом и входной демонстрационный модуль соединены, RTPU управляет интерфейсом и передает питание с орбитального аппарата на модуль. [111] Когда он отключается от орбитального корабля, ему приходится разряжать свои внутренние батареи. [111] CTPU использует центральный процессор LEON на базе процессорной архитектуры SPARC на базе RISC компании Sun Microsystems , а также имеет ОЗУ, PROM и таймер. [111] CTPU также обрабатывает данные, отправляемые в систему радиосвязи УВЧ. [111] Когда посадочный модуль отключается от орбитального аппарата, он большую часть времени проводит в режиме гибернации с низким энергопотреблением, пока движется в космосе перед входом в марсианскую атмосферу. [2] Перед приземлением посадочный модуль должен пролететь в космосе около 3 дней, в то время как орбитальный аппарат должен выйти на орбиту Марса. [2] Данные камеры спуска DECA не загружаются в компьютер для передачи на Землю до момента приземления и не передаются во время спуска. [2]
Дисковый парашют с запрещенной зоной раскрывался пиротехническим минометом. [97] В рамках своей разработки он был испытан в полном масштабе в крупнейшей аэродинамической трубе в мире. [97] Подмасштабный парашют был испытан в атмосфере Земли в 2011 году; он был поднят на воздушном шаре на высоту 24,5 км, а затем отпущен, а после периода свободного падения были испытаны системы пиротехнического развертывания. [112] 19 октября 2016 г. парашют был успешно развернут на Марсе. [65]
Летом 2019 года во время испытаний, несмотря на проверку технологии электроэрозионной обработки, возникли проблемы с парашютом для очередного транша проекта; проблемы с парашютной системой могут задержать этот этап. [113]
Модуль Скиапарелли имеет три комплекта по три двигателя, всего девять, которые работают, начиная с высоты примерно 1 км (полмили) в импульсном режиме, замедляя космический корабль с 70 до 4 м/с (с 252 до 14 км/ч). [114] Каждый из девяти двигателей представляет собой ракетный двигатель CHT-400, который может производить тягу 400 Ньютонов. [114] Эти ракетные двигатели питаются тремя сферическими баками емкостью 17,5 литров, содержащими гидразиновое топливо. [114] [115] В баках содержится около 15–16 кг гидразина (около 34 фунтов, 2,4 камня) топлива на бак или 46 кг в целом (101 фунт или 7,24 камня). [114] [115] Топливо находится под давлением гелия, который хранится в одном баке емкостью 15,6 литров под давлением 170 бар (2465 фунтов на квадратный дюйм). [115] Двигатели отключаются на расстоянии 1–2 метров от поверхности, после чего зона деформации под посадочным модулем выполняет окончательную остановку. [114] Данные таймера, доплеровского радара и блока инерциальных измерений объединяются в компьютерах спускаемого аппарата для управления работой двигателей. [114]
Возможным моментом «остановки» следующей миссии ExoMars стала министерская встреча ЕКА в декабре 2016 года, на которой рассматривались определенные вопросы, включая финансирование ExoMars в размере 300 миллионов евро и уроки, извлеченные из миссий ExoMars 2016. [116] Одной из проблем была авария Скиапарелли , поскольку эта система посадки используется для миссии «ЭкзоМарс 2020», состоящей из марсохода «Розалинда Франклин» , доставленного оснащенным посадочным модулем «Казачок» 2020 года . [116]
Команду ExoMars похвалили за то, что она «смело посмотрела» на то, что произошло, и за то, что они были уверены в весьма заслуживающем доверия возврате EDM к своей основной миссии: предоставлению данных о входе, спуске и приземлении, несмотря на крушение. [117]
Еще одним положительным моментом стала разработка демонстрационного модуля в рамках общего грандиозного плана по ЭкзоМарсу, что означало, что технологии посадки прошли испытания в реальных условиях, прежде чем нести более ценный груз. [118]
Предварительный отчет о неисправности был представлен на министерской встрече ЕКА в декабре 2016 года. [119] К декабрю результат был известен: ExoMars продолжит получать финансовую поддержку от ЕКА. [120] На завершение миссии было выделено 436 миллионов евро (464 миллиона долларов). [120] [121]
После многих сложных, трудных и плодотворных моментов 2016 года это большое облегчение и прекрасный результат для европейского освоения космоса.
— Менеджер проекта ESA ExoMars [120]
Кликабельное изображение: при нажатии на метки откроется новая статья.
{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
