Соджорнер - это роботизированный марсоход , который приземлился вканале Долины Ареса в районе Планиции Хрис в четырехугольнике Оксиа Палус 4 июля 1997 года. Соджорнер пробыл на Марсе 92 сола (95 земных дней). Это было первое колесное транспортное средство, которое путешествовало по планете, отличной от Земли, и входило в состав миссии Mars Pathfinder . [1]
Ровер был оснащен передней и задней камерами, а также оборудованием, которое использовалось для проведения нескольких научных экспериментов. Он был рассчитан на миссию продолжительностью 7 солов с возможным продлением до 30 солов [2] и был активен в течение 83 солов (85 земных дней). Ровер связывался с Землей через базовую станцию «Патфайндер» , последний успешный сеанс связи с Землей состоялся в 3:23 утра по тихоокеанскому времени 27 сентября 1997 года. [3] Последний сигнал от марсохода был получен утром 7 октября. 1997. [4]
К моменту потери связи Соджорнер проехал чуть более 100 метров (330 футов). [5] Его последняя подтвержденная команда заключалась в том, чтобы оставаться на месте до 5 октября 1997 года (91 сол), а затем объехать посадочный модуль; [6] нет никаких признаков того, что он был в состоянии это сделать. Миссия Соджорнера формально завершилась 10 марта 1998 года, после того как все дальнейшие варианты были исчерпаны.
«Соджорнер» представлял собой экспериментальный аппарат, основной задачей которого была проверка в марсианской среде технических решений, разработанных инженерами исследовательских лабораторий НАСА. [7] Необходимо было проверить, привела ли выбранная стратегия проектирования к созданию транспортного средства, подходящего для окружающей среды, с которой оно столкнется, несмотря на ограниченные знания о нем. Тщательный анализ операций на Марсе позволит разработать решения выявленных критических проблем и внести улучшения для последующих миссий по исследованию планет. Одной из основных целей миссии было доказать возможность разработки «более быстрых, лучших и дешевых» космических кораблей. Разработка заняла три года и обошлась менее чем в 150 миллионов долларов для посадочного модуля и 25 миллионов долларов для марсохода; разработка была быстрее и дешевле, чем все предыдущие миссии. [8]
Эти цели требовали тщательного выбора места посадки, чтобы сбалансировать технические требования с научными. [9] Для приземления зонда требовалась большая равнина, а для проверки систем марсохода — каменистая местность. Выбор пал на долину Арес в Хрис-Планитии , которая характеризуется аллювиальными скальными образованиями. Ученые полагали, что анализ камней, лежащих в том месте, которое, по-видимому, является выходом огромного дренажного канала, мог бы подтвердить присутствие жидкой воды на поверхности Марса в прошлом и предоставить подробную информацию об окружающих областях, из которых эти камни были извлечены. размытый. [9] [10]
Sojourner был разработан Лабораторией реактивного движения НАСА (JPL). Это шестиколесный автомобиль длиной 65 см (26 дюймов), шириной 48 см (19 дюймов) и высотой 30 см (12 дюймов). На этапе полета миссии он занимал пространство высотой 18 см (7,1 дюйма) и имел массу 11,5 кг (25 фунтов). [11] [12] Он поддерживался посадочным модулем, конструкцией в форме тетраэдра массой 250 кг (550 фунтов), и имел камеру, научные приборы, три лепестка солнечных панелей, метеорологическую мачту, [13] и 6 кг (13 фунтов) оборудования, необходимого для поддержания связи между марсоходом и посадочным модулем. [12] Аппаратное обеспечение включало управляемую антенну X-диапазона с высоким коэффициентом усиления , которая могла передавать примерно 5,5 килобит в секунду на антенну Deep Space Network длиной 70 м (230 футов) , солнечные батареи из арсенида галлия площадью 3,3 м 2 (36 кв. футов), которые генерировали 1,1 кВт⋅ч в день и были способны обеспечить достаточную мощность для передачи в течение 2–4 часов за сол и поддержания 128 мегабайт динамической памяти в течение ночи. [14]
Одной из основных задач посадочного модуля было обеспечение марсохода путем визуализации его операций и отправки данных с марсохода на Землю. Посадочный модуль имел аккумуляторные батареи и солнечные элементы длиной более 2,5 м (8,2 фута) на лепестках. [15] Посадочный модуль содержал стереоскопическую камеру с пространственными фильтрами на выдвижной опоре под названием Imager for Mars Pathfinder (IMP), [16] [17] и пакет инструментов/метеорологии структуры атмосферы (ASI/MET) [18] , который действовал как Марсианская метеорологическая станция, собирающая данные о давлении, температуре и ветре. Конструкция MET включала в себя три ветроуказателя , установленных на трех высотах на столбе, самый верхний - на высоте около одного метра (3,3 фута), и обычно регистрировал ветер с запада. [19] Чтобы обеспечить непрерывные данные, IMP фотографировал ветроуказатели один раз в дневной час. Эти измерения позволили измерить эоловые процессы в месте приземления, в том числе порог частиц и аэродинамическую шероховатость поверхности. [13]
Квадратные глазки камеры IMP расположены на расстоянии 15 см (5,9 дюйма), чтобы обеспечить стереоскопическое зрение и дальность действия для поддержки операций ровера. Двойные оптические пути сложены двумя наборами зеркал, чтобы направить свет на одно устройство с зарядовой связью (ПЗС). Чтобы свести к минимуму количество движущихся частей, IMP оснащен электронными ставнями; половина ПЗС-матрицы замаскирована и используется как зона считывания электронного затвора . Оптика имела эффективное разрешение пикселей в один миллирадиан на пиксель, что дает 1 мм (0,039 дюйма) на пиксель на расстоянии одного метра (3,3 фута). Цилиндр камеры установлен на подвесах, обеспечивающих свободу вращения на 360° по азимуту и от −67° до +90° по углу места. Эту сборку поддерживает выдвижная мачта, спроектированная и изготовленная компанией AEC Able Engineering. Мачта удерживает камеру на высоте примерно 1,5 м (4,9 фута) над поверхностью Марса и расширяет горизонт Pathfinder до 3,4 км (2,1 мили) на безликой плоскости. [14] [20] [21]
У Соджорнера были солнечные панели и неперезаряжаемая литий-тионилхлоридная (LiSOCl 2 ) батарея, которая могла обеспечивать мощность 150 ватт-часов и позволяла ограниченно работать в ночное время. Когда батареи разрядились, марсоход мог работать только днем. [2] [22] Батареи также позволяли проверять состояние марсохода, находясь на крейсерском этапе по пути к Марсу. [23] Марсоход имел солнечные элементы площадью 0,22 м 2 (2,4 кв. фута), которые могли производить на Марсе максимум около 15 Вт, в зависимости от условий. [22] Ячейки были GaAs/Ge ( арсенид галлия/германий ) с эффективностью примерно 18 процентов. Они могли выдерживать температуры до -140 ° C (-220 ° F). [23] Примерно после 40-го дня пребывания на Марсе батарея посадочного модуля больше не держала заряд, поэтому было решено выключить марсоход до захода солнца и разбудить его на восходе солнца. [24]
Колеса марсохода были изготовлены из алюминия , имели диаметр 13 см (5,1 дюйма) и ширину 7,9 см (3,1 дюйма). У них были зубчатые гусеницы из нержавеющей стали , которые могли создавать давление 1,65 кПа (0,239 фунтов на квадратный дюйм) в оптимальных условиях на мягком грунте. [25] На этапе эксплуатации такой необходимости не возникло. [25] Каждое колесо приводилось в движение собственным независимым двигателем. [7] Первое и третье колеса использовались для рулевого управления. Рассматривалась конфигурация с шестью управляемыми колесами, но она была слишком тяжелой. [25] Когда марсоход вращался сам по себе, он нарисовал круг шириной 74 см (29 дюймов). [7]
Колеса были соединены с рамой посредством специально разработанной подвески, обеспечивающей контакт всех шести с землей даже на пересеченной местности. [25] [26] Дон Биклер из Лаборатории реактивного движения разработал колеса, получившие название « Рокер-тележка », для экспериментальных автомобилей «Рокки», восьмой версией которых является Sojourner . [27] [28] [29] Они состояли из двух элементов; «Тележка» соединяла переднее колесо с центральным, а «Рокер» соединяло заднее колесо с двумя другими. В систему не входили пружины или другие упругие элементы, которые могли бы увеличить давление, оказываемое каждым колесом. [25] Эта система позволяла преодолевать препятствия высотой до 8 см (3,1 дюйма) [11] , но теоретически позволяла марсоходу преодолевать препятствия высотой 20 см (7,9 дюйма), или около 30% длины марсохода. [25] Системе подвески также была предоставлена возможность складываться сама по себе, поэтому марсоход занимал 18 см (7,1 дюйма) в крейсерской конфигурации. [30]
Было обнаружено, что система передвижения подходит для условий Марса — она очень стабильна и позволяет с одинаковой легкостью двигаться вперед и назад [11] — и была принята с соответствующими мерами предосторожности в последующих миссиях марсохода Spirit и Opportunity . [26]
На десятилетнем этапе разработки, который привел к реализации Sojourner , были рассмотрены альтернативные решения, которые могли бы использовать многолетний опыт, полученный в JPL в разработке аппаратов для Луны и Марса. [27] Использование четырех и более ног было исключено по трем причинам: малое количество ног ограничило бы движения марсохода и свободу действий, а увеличение количества привело бы к значительному увеличению сложности. Продолжение этой конфигурации также потребует знания пространства впереди — земли, соответствующей следующему шагу, — что приведет к дальнейшим трудностям. [26] Выбор колесного транспортного средства решил большинство проблем с устойчивостью, привел к снижению веса, а также повышению эффективности и управляемости по сравнению с предыдущим решением. [26] Простейшей конфигурацией была четырехколесная система, которая, однако, встречала трудности при преодолении препятствий. Лучшим решением было использование шести или восьми колес, причем задние могли толкать, позволяя преодолевать препятствия. Предпочтение отдавалось более легкому и простому шестиколесному варианту. [26]
Ровер мог проехать 500 м (1600 футов) от посадочного модуля — приблизительный предел его дальности связи — [13] и имел максимальную скорость 1 см/с (0,39 дюйма/с). [11]
Центральным процессором (ЦП) Соджорнера был Intel 80C85 с тактовой частотой 2 МГц, адресующий 64 килобайта (Кб) памяти и управляющий циклическим исполнительным механизмом . [31] У него было четыре хранилища памяти; 64 КБ ОЗУ производства IBM для основного процессора, 16 КБ радиационно-стойкого PROM производства Harris, 176 КБ энергонезависимой памяти производства Seeq Technology и 512 КБ временного хранилища данных производства Micron. Электроника размещалась внутри теплого электронного ящика марсохода (WEB). [2] WEB представляет собой коробчатую конструкцию, состоящую из лицевых листов стекловолокна , прикрепленных к алюминиевым лонжеронам. Промежутки между лицевыми панелями были заполнены блоками аэрогеля , выполнявшими функцию теплоизоляции . [32] Аэрогель, использованный на «Соджорнере» , имел плотность примерно 20 мг/см3. [33] Этот изолятор был разработан для улавливания тепла, выделяемого электроникой марсохода; это уловленное тепло, впитываемое ночью через пассивную изоляцию, поддерживает температуру электроники в WEB от -40 до 40 °C (от -40 до 104 °F), в то время как снаружи марсоход находился в диапазоне температур от 0 до -110 °C (32 и -166 ° F). [2]
Компьютер посадочного модуля Pathfinder представлял собой радиационно-стойкий однокристальный процессор IBM Risc 6000 с процессором Rad6000 SC, 128 мегабайтами (МБ) оперативной памяти и 6 МБ памяти EEPROM , [34] [35] , а его операционной системой была VxWorks . [36]
Миссия была поставлена под угрозу из-за параллельной ошибки в программном обеспечении посадочного модуля [37] , которая была обнаружена в ходе предполетных испытаний, но была сочтена сбоем и ей был присвоен низкий приоритет, поскольку она возникала только в определенных непредвиденных условиях большой нагрузки, и основное внимание было сосредоточено на проверке код входа и приземления. Проблема, которая была воспроизведена и исправлена с Земли с помощью лабораторного дубликата, возникла из-за перезагрузки компьютера , вызванной инверсией приоритетов . Никакие научные или инженерные данные не были потеряны после перезагрузки компьютера, но все последующие операции были прерваны до следующего дня. [38] [39] Сбросы произошли 5, 10, 11 и 14 июля во время миссии [40] до того, как 21 июля в программное обеспечение было внесено исправление, включающее наследование приоритетов . [41]
Sojourner связывался со своей базовой станцией с помощью радиомодема со скоростью 9600 бод , хотя протоколы проверки ошибок ограничивали связь функциональной скоростью 2400 бод с теоретическим диапазоном около полукилометра (0,31 мили). При нормальной работе он периодически отправлял на посадочный модуль « пульсовое сообщение». Если ответа не было, марсоход мог автономно вернуться в то место, где был получен последний пульс. При желании ту же стратегию можно использовать для намеренного расширения радиуса действия марсохода за пределы радиуса действия его радиопередатчика, хотя марсоход редко удалялся дальше, чем на 10 метров (33 фута) от Pathfinder во время своей миссии. [2] Радиомодемы сверхвысокой частоты (УВЧ) работали в полудуплексном режиме, то есть они могли либо отправлять, либо получать данные, но не то и другое одновременно. Данные передавались пакетами по 2 КБ. [42]
Ровер был заснят на Марсе системой камер IMP базовой станции, что также помогло определить, куда марсоходу следует двигаться. [43] Ровер имел две монохромные камеры спереди и цветную камеру сзади. Каждая фронтальная камера имела массив высотой 484 пикселя и шириной 768. В камерах использовались ПЗС-матрицы производства Eastman Kodak Company ; они были тактированы процессором и способны к автоматической экспозиции , сжатию данных блочного кодирования (BTC) , обработке плохих пикселей/столбцов и пакетированию данных изображения. [44]
Обе передние камеры были соединены с пятью лазерными проекторами, которые позволяли получать стереоскопические изображения, а также измерения для обнаружения опасностей на пути марсохода. Оптика состояла из окна, линзы и выравнивателя поля . Окно было сделано из сапфира , а объектив и выравниватель линзы — из селенида цинка . [44]
Еще одна цветная камера была расположена в задней части марсохода рядом с APXS и повернута на 90°. Он предоставил изображения целевой области APXS и наземных путей марсохода. [44]
Датчик этой цветной камеры был устроен так, что 12 из 16 пикселей блока размером 4×4 были чувствительны к зеленому свету; в то время как 2 пикселя были чувствительны к красному свету, а остальные 2 были чувствительны к инфракрасному и синему свету. [44]
Поскольку камеры марсохода имели линзы из селенида цинка, которые блокируют свет с длиной волны короче 500 нанометров (нм), синий свет фактически не достигал пикселей, чувствительных к синему и инфракрасному излучению, которые, следовательно, записывали только инфракрасный свет. [44]
Работа Sojourner поддерживалась «программным обеспечением управления вездеходом» (RCS), которое работало на компьютере Silicon Graphics Onyx2 на Земле и позволяло генерировать последовательности команд с использованием графического интерфейса. Водитель марсохода будет носить 3D-очки, снабженные изображениями с базовой станции, и будет перемещать виртуальную модель с помощью специального джойстика. Программное обеспечение управления позволяло просматривать марсоход и окружающую местность под любым углом, поддерживая изучение особенностей местности, размещение путевых точек и виртуальные пролеты. В качестве значков использовались дротики, показывающие, куда марсоходу следует двигаться. Желаемые места были добавлены в последовательность и отправлены на марсоход для выполнения. Обычно составлялась длинная последовательность команд и отправлялась один раз в день. [45] [46] Водителями марсохода были Брайан К. Купер и Джек Моррисон. [5]
Альфа-протонный рентгеновский спектрометр (APXS) был разработан для определения химического состава марсианской почвы , горных пород и пыли путем анализа обратного излучения в его альфа-, протонных и рентгеновских компонентах, возникающего в результате воздействия на образец радиоактивного источника, содержащегося в в инструменте. [47] [48] Прибор имел источник кюрия -244 [49] , который излучает альфа-частицы с энергией 5,8 МэВ и периодом полураспада 18,1 года. Часть падающего излучения, попавшая на поверхность анализируемого образца, отражалась, а остальная часть взаимодействовала с образцом. [14]
Принцип метода APXS основан на взаимодействии альфа-частиц радиоизотопного источника с веществом. Есть три компонента обратного излучения; простое резерфордовское обратное рассеяние , рождение протонов в результате реакций с ядрами легких элементов и генерация рентгеновских лучей при рекомбинации вакансий атомных оболочек, созданных бомбардировкой альфа-частицами при взаимодействии с электронами самых внутренних орбиталей. [14] Прибор был разработан для обнаружения энергии всех трех компонентов отраженного излучения, что позволяет идентифицировать присутствующие атомы и их количество на глубине нескольких десятков микрометров под поверхностью анализируемого образца. [50] Процесс обнаружения был довольно медленным; каждое измерение могло занять до десяти часов. [51]
Чувствительность и избирательность зависят от канала; Обратное альфа-рассеяние имеет высокую чувствительность к легким элементам, таким как углерод и кислород , эмиссия протонов в основном чувствительна к натрию , магнию , алюминию , кремнию , сере , а рентгеновское излучение более чувствительно к более тяжелым элементам, натрию , железу и другим. Сочетание всех трех измерений делает APXS чувствительным ко всем элементам, за исключением водорода , концентрация которого превышает доли процента. [14] Прибор был разработан для неудавшейся российской миссии Марс-96 . [49] Детекторы альфа-частиц и протонов были предоставлены химическим факультетом Института Макса Планка, а детектор рентгеновского излучения был разработан Чикагским университетом . [48]
Во время каждого измерения передняя поверхность прибора должна была контактировать с образцом. [48] Чтобы это было возможно, APXS был установлен на роботизированной руке под названием «Механизм развертывания альфа-протонно-рентгеновского спектрометра» (ADM). ADM представлял собой антропоморфный привод, оснащенный запястьем, способным поворачиваться на ±25°. [51] Двойная мобильность марсохода и ADM увеличила потенциал инструмента — первого в своем роде, достигшего Марса. [49]
Эксперимент по истиранию колес (WAE) был разработан для измерения абразивного воздействия марсианской почвы на тонкие слои алюминия, никеля и платины и, таким образом, для определения размера зерен почвы в месте приземления. Для этой цели 15 слоев — по пять каждого металла — были установлены на одно из двух центральных колес толщиной от 200 до 1000 ангстрем и электрически изолированы от остальной части марсохода. При правильном направлении колеса солнечный свет отражался в сторону ближайшего фотоэлектрического датчика . Собранный сигнал анализировали для определения желаемой информации. [52] Чтобы абразивное воздействие было значительным в графике миссии, марсоход должен был останавливаться через частые промежутки времени и при торможении остальных пяти колес заставлять вращаться колесо WAE, вызывая повышенный износ. [53] После эксперимента WAE на Марсе были предприняты попытки воспроизвести эффекты, наблюдаемые в лаборатории. [53]
Интерпретация результатов, предложенная Ferguson et al . предполагает, что почва на месте посадки состоит из мелкозернистой пыли ограниченной твердости с размером зерен менее 40 мкм. [53] Прибор был разработан, изготовлен и управлялся отделением Льюиса по фотогальванике и космической среде Исследовательского центра Гленна . [53]
Эксперимент по прилипанию материалов (MAE) был разработан инженерами Исследовательского центра Гленна для измерения ежедневного накопления пыли на задней части марсохода и снижения мощности преобразования энергии фотоэлектрических панелей. [54] [55] Он состоял из двух датчиков. [54]
Первый состоял из фотоэлектрического элемента, покрытого прозрачным стеклом, которое можно было снять по команде. Ближе к полудню были проведены измерения энерговыделения ячейки как с установленным, так и со снятым стеклом. Из сравнения можно было сделать вывод о снижении выхода клеток, вызванном пылью. [54] Результаты первой ячейки сравнивались с результатами второй фотоэлектрической ячейки, которая подвергалась воздействию марсианской среды. [54] Второй датчик использовал кварцевые микровесы (QCM) для измерения единицы массы пыли, осажденной на поверхность датчика. [54]
В ходе миссии была зафиксирована суточная норма, равная 0,28% процентного снижения энергоэффективности фотоэлектрических элементов. Это не зависело от того, был ли марсоход неподвижен или находился в движении. [55] Это говорит о том, что пыль, оседавшая на марсоходе, находилась во взвешенном состоянии в атмосфере, а не поднималась в результате движений марсохода. [52]
Поскольку было установлено, что передачи, относящиеся к вождению Sojourner, происходят один раз в сол, марсоход был оснащен компьютеризированной системой управления, позволяющей независимо управлять его движениями. [56]
Был запрограммирован ряд команд, обеспечивающих соответствующую стратегию преодоления препятствий. Одной из основных команд было «Перейти к путевой точке». Была предусмотрена локальная система отсчета, источником которой был посадочный модуль. Координатные направления были зафиксированы на момент приземления, приняв за ориентир направление на север. Во время сеанса связи (один раз в сутки) марсоход получил с Земли командную строку, содержащую координаты точки прибытия, до которой он должен был добраться автономно. [56]
Алгоритм, реализованный на бортовом компьютере, пытался в качестве первого варианта доехать до препятствия по прямой от стартового положения. Используя систему фотообъективов и лазерных излучателей, марсоход мог идентифицировать препятствия на этом пути. Бортовой компьютер был запрограммирован на поиск сигнала лазеров на изображениях камер. В случае ровной поверхности и отсутствия препятствий положение этого сигнала не менялось по отношению к опорному сигналу, хранящемуся в компьютере; любое отклонение от этого положения позволяло определить тип препятствия. [56] Фотографическое сканирование выполнялось после каждого продвижения, равного диаметру колес, 13 см (5,1 дюйма), и перед каждым поворотом. [7]
При подтвержденном наличии препятствия, [а] компьютер приказал выполнить первую стратегию, чтобы избежать его. Ровер, все еще один, вращался до тех пор, пока препятствие не исчезло из виду. Затем, пройдя половину своей длины, он пересчитал новый прямой путь, который должен был привести его к месту прибытия. В конце процедуры компьютер не помнил о существовании препятствия. [56] Угол поворота колес контролировался с помощью потенциометров . [7]
На особо неровной местности описанная выше процедура была бы невозможна из-за наличия большого количества препятствий. Поэтому существовала вторая процедура, известная как «продеть иглу», которая заключалась в перемещении между двумя препятствиями по биссектрисе между ними, при условии, что они были достаточно расположены на расстоянии, позволяющем марсоходу пройти. Если бы марсоход столкнулся с поляной до того, как достиг заданного расстояния, ему пришлось бы вращаться сам по себе, чтобы рассчитать новую прямую траекторию для достижения цели. И наоборот, марсоходу пришлось бы вернуться назад и попробовать другую траекторию. В крайнем случае, на передней и задней поверхности марсохода были установлены контактные датчики. [56]
Чтобы облегчить управление марсоходом, с Земли можно было бы управлять соответствующим вращением на месте. Команда «Поворот» выполнялась с помощью гироскопа . [7] Три акселерометра измеряли ускорение силы тяжести в трех перпендикулярных направлениях, что позволило измерить наклон поверхности. Ровер был запрограммирован на отклонение от маршрутов, требующих наклона более 30°, [56] хотя он был спроектирован так, чтобы не опрокидываться при наклоне под углом 45°. [7] Пройденное расстояние определялось количеством оборотов колес. [56]
Мария Кюри — запасной пилот «Соджорнера » . На этапе эксплуатации на Марсе последовательность наиболее сложных команд, которые должны были быть отправлены на Соджорнер , были проверены на этом идентичном марсоходе в Лаборатории реактивного движения. [57] НАСА планировало отправить Марию Кюри на отмененную миссию Mars Surveyor 2001 ; было предложено отправить его в 2003 году, предлагая использовать Марию Кюри «с использованием роботизированной руки, прикрепленной к посадочному модулю». [58] Вместо этого в 2003 году была запущена программа Mars Exploration Rover . В 2015 году Лаборатория реактивного движения передала Марию Кюри Смитсоновскому национальному музею авиации и космонавтики (NASM). [59]
По словам историка космоса и куратора NASM Мэтта Шинделла:
Марсоход Марии Кюри был полностью работоспособным агрегатом, я не уверен, в какой момент было решено, кто полетит, а кто останется дома, но он был готов в любой момент заменить основной блок. [60]
Для тестирования прототипов и приложений роботов в условиях естественного освещения Лаборатория реактивного движения построила смоделированный марсианский ландшафт под названием «Марсианский двор». Испытательная площадка имела размеры 21 на 22 м (69 на 72 фута) и имела различную планировку местности, позволяющую поддерживать различные условия испытаний. Почва представляла собой смесь пляжного песка, разложившегося гранита, кирпичной пыли и вулканического золы. Породы представляли собой несколько типов базальтов, в том числе мелкозернистые и пористые как красного, так и черного цвета. Распределение размеров камней было выбрано таким образом, чтобы оно соответствовало наблюдаемому на Марсе, а характеристики почвы соответствовали тем, которые наблюдаются в некоторых марсианских регионах. Большие камни не были марсианскими по составу: они были менее плотными и их было легче перемещать для испытаний. Другие препятствия, такие как кирпичи и траншеи, часто использовались для специализированных испытаний. [61] Mars Yard был расширен в 1998 году, а затем в 2007 году для поддержки других миссий марсоходов. [62]
Название «Соджорнер» было выбрано для марсохода на конкурсе, проведенном в марте 1994 года Планетарным обществом в сотрудничестве с Лабораторией реактивного движения; он длился один год и был открыт для студентов в возрасте 18 лет и младше из любой страны. Участникам было предложено выбрать «героиню, которой посвятить марсоход» и написать эссе о ее достижениях и о том, как эти достижения можно применить к марсианской среде. [63] Инициатива была опубликована в Соединенных Штатах через выпуск журнала « Наука и дети» за январь 1995 года , издаваемого Национальной ассоциацией учителей естественных наук . [63]
Около 3500 работ было получено из таких стран, как Канада, Индия, Израиль, Япония, Мексика, Польша, Россия и США, из них 1700 были от студентов в возрасте от 5 до 18 лет. Победители были выбраны на основе качества и креативность работы, соответствие названия марсианскому марсоходу, а также знание конкурентом героини и миссии зонда. [ 63] Победившая статья была написана 12-летней Валери Амбруаз из Бриджпорта, штат Коннектикут, которая предложила посвятить марсоход Соджорнер Трут , [64] афроамериканской аболиционистке времен Гражданской войны и защитнице прав женщин. [63] Второе место занял Депти Рохатги, 18 лет, из Роквилля, штат Мэриленд , который предложил Марию Кюри , франко-польского химика, лауреата Нобелевской премии. Третье место занял 16-летний Адам Шиди из Раунд-Рока, штат Техас, который выбрал Джудит Резник , астронавта США и члена экипажа космического корабля "Шаттл ", погибшую в результате катастрофы "Челленджера" в 1986 году . [63] Ровер также был известен как Microrover Flight Experiment, сокращенно MFEX. [43]
«Соджорнер» был запущен 4 декабря 1996 года на борту ракеты-носителя «Дельта II» и достиг Марса 4 июля 1997 года. Он работал в канале Арес-Валис в Планиции Хрис четырехугольника Оксиа Палус , [65] с 5 июля [66] по 27 сентября 1997 года, когда спускаемый аппарат прервал связь с Землей. [65] За 83 сола активности — в двенадцать раз превышающую ожидаемую продолжительность марсохода — Соджорнер пролетел 104 м (341 фут), всегда оставаясь в пределах 12 м (39 футов) от посадочного модуля. [49] Он собрал 550 изображений, [65] выполнил 16 анализов через APXS — девять камней и остальную часть почвы — [49] и провел 11 экспериментов по абразивному износу колес и 14 экспериментов по механике грунта в сотрудничестве с посадочным модулем. [7] [67]
Место посадки марсохода было выбрано в апреле 1994 года в Институте Луны и планет в Хьюстоне. Местом приземления является древняя пойма под названием Арес-Валис , которая расположена в северном полушарии Марса и является одной из самых скалистых частей Марса. Он был выбран потому, что считалось, что это относительно безопасная поверхность для приземления и содержащая большое количество камней, отложившихся во время наводнения. Этот район был хорошо известен, поскольку его сфотографировала миссия «Викинг» . [68] [69] [70] После успешной посадки посадочный модуль был официально назван « Мемориальной станцией Карла Сагана » в честь астронома. [71]
Mars Pathfinder приземлился 4 июля 1997 года. Лепестки были развернуты через 87 минут с помощью марсохода Sojourner и солнечных панелей, прикрепленных внутри. На следующий день марсоход покинул посадочный модуль. [15]
Камням на месте приземления были присвоены имена героев мультфильмов. Среди них были Поп Тарт, Эндер, мини-Маттерхорн, Ведж, Пекарская скамейка, Скуби Ду, Йоги, Ракушка Билл, Медведь Пух, Пятачок, Ягненок, Акула, Джинджер, Суфле, Каспер, Мо и Стимпи. Дюну назвали Дюной Русалки, а пару холмов назвали Твин Пикс. [72] [73] [74]
Первый анализ был проведен на камне под названием « Барнакл Билл » во время третьего сола. Состав породы был определен спектрометром APXS, полное сканирование которого заняло 10 часов. Камень « Йог » анализировался 10-го сола. [66] [75] Было высказано предположение, что форма земли вблизи скалы, даже визуально на более низком уровне, чем окружающая поверхность, возникла в результате испарения паводковых вод. [76]
Обе породы оказались андезитами ; это открытие удивило некоторых ученых, поскольку андезиты образуются в результате геологических процессов, которые требуют взаимодействия между материалами земной коры и мантии . Отсутствие информации об окружающих горах не позволило понять все последствия открытия. [77]
Затем марсоход был направлен к следующей цели, и на 14-м соле он проанализировал камень под названием «Скуби-Ду» и сфотографировал камень «Каспер». [66] Оба считались консолидированными депозитами. [52] Скала под названием «Мо» показала признаки ветровой эрозии . Большинство проанализированных пород показали высокое содержание кремния . В регионе, получившем название «Сад камней», марсоход столкнулся с дюнами в форме полумесяца, похожими на земные дюны. [74]
Место посадки богато разнообразными камнями, некоторые из которых явно вулканического происхождения, например «Йоги»; другие представляют собой конгломераты , происхождение которых является предметом нескольких предложений. По одной из гипотез, они образовались в присутствии воды в далеком прошлом Марса. [52] В подтверждение этого будет обнаружено высокое содержание кремния. Это также может быть следствием процессов седиментации ; были обнаружены округлые камни разных размеров, а формы долины соответствуют среде русла реки. [10] Меньшие и более округлые камни также могли образоваться во время удара о поверхность. [52]
Когда окончательные результаты миссии были описаны в серии статей в журнале Science (5 декабря 1997 г.), считалось, что каменный Йог покрыт слоем пыли, но похож на каменного ракушка Билла. Расчеты показали, что обе породы в основном содержат ортопироксен (силикат магния и железа), полевые шпаты (алюмосиликаты калия, натрия и кальция) и кварц (диоксид кремния) с меньшими количествами магнетита , ильменита , сульфида железа и фосфата кальция . [78] [79]
Разработкой марсохода и его инструментов, а также руководством им во время операций на Марсе занималась группа инженеров НАСА, под общим названием «Команда марсоходов». Ключевым персоналом были: [13]
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 .Некоторые разделы этой статьи были первоначально переведены из итальянской статьи в Википедии. Оригинал смотрите здесь: Sojourner.
![«Страховая панорама» Соджорнера на второй сол, снятая фильтрами 530, 600 и 750 нм.[b]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8d/PIA01551.jpg/1280px-PIA01551.jpg)
