Spirit , также известный как MER-A ( Mars Exploration Rover-A ) или MER-2 , представляет собой марсианский роботизированный вездеход , работавший с 2004 по 2010 год. [3] Spirit находился на Марсе в течение 2208 солов или 3,3 марсианских года (2269 дней) . ; 6 лет, 77 дней ). Это был один из двух марсоходов миссии НАСА по исследованию Марса, которойуправляет Лаборатория реактивного движения (JPL). Spirit успешно приземлился в ударном кратере Гусева на Марсе в 04:35 по Гринвичу по всемирному координированному времени 4 января 2004 года, за три недели до того, как его близнец Opportunity (MER-B) приземлился на другой стороне планеты. Его название было выбрано в результате конкурса студенческих сочинений, спонсируемого НАСА . В конце 2009 года марсоход застрял в «песчаной ловушке» под углом, что затрудняло подзарядку его батарей; его последнее сообщение с Землей состоялось 22 марта 2010 года.
Марсоход завершил запланированную миссию продолжительностью 90 сол . (чуть меньше 92,5 земных суток). Благодаря мероприятиям по очистке , которые привели к получению большего количества энергии от солнечных батарей, Spirit продолжал эффективно функционировать более чем в двадцать раз дольше, чем ожидали проектировщики НАСА. Spirit также проехал 7,73 км (4,8 мили) вместо запланированных 600 м (0,4 мили), [7] что позволило провести более обширный геологический анализ марсианских пород и особенностей поверхности планеты. Первоначальные научные результаты первой фазы миссии (основная миссия продолжительностью 90 сол) были опубликованы в специальном выпуске журнала Science . [8]
1 мая 2009 года (5 лет, 3 месяца, 27 земных дней после приземления; в 21 раз больше запланированной продолжительности миссии) Spirit застрял в мягком песке. [9] Это было не первое из «событий внедрения» миссии, и в течение следующих восьми месяцев НАСА тщательно анализировало ситуацию, проводя наземное теоретическое и практическое моделирование и, наконец, программируя марсоход на выполнение действий по извлечению в попытке освободить сам. Эти усилия продолжались до 26 января 2010 года, когда представители НАСА объявили, что марсоход, вероятно, был необратимо заблокирован из-за своего местоположения в мягком песке, [10] хотя он продолжал проводить научные исследования со своего текущего местоположения. [11]
Ровер продолжал выполнять роль стационарной научной платформы до тех пор, пока связь со Spirit не прекратилась 22 марта 2010 года (2208 сол). [12] [13] Лаборатория реактивного движения продолжала попытки восстановить контакт до 24 мая 2011 года, когда НАСА объявило, что попытки связаться с не отвечающим марсоходом закончились, назвав миссию завершенной. [14] [15] [16] [17] Вскоре после этого в штаб-квартире НАСА состоялось официальное прощание.
Научными целями миссии Mars Exploration Rover были: [18]
Марсоходы Opportunity и Spirit входили в состав программы Mars Exploration Rover в рамках долгосрочной программы исследования Марса . Четыре основные цели Программы исследования Марса заключались в том, чтобы определить, существует ли потенциал для жизни на Марсе (в частности, можно ли найти на Марсе восстанавливаемую воду), охарактеризовать марсианский климат и его геологию, а затем подготовиться к потенциальной миссии человека. на Марс. Марсоходы должны были путешествовать по поверхности Марса и проводить периодические геологические анализы, чтобы определить, существовала ли когда-либо вода на Марсе, а также типы доступных минералов, а также подтверждать данные, полученные марсианским разведывательным орбитальным аппаратом (MRO). [19] Оба марсохода были рассчитаны на срок службы 90 солов (92 земных дня), но каждый из них прослужил намного дольше, чем ожидалось. Миссия Spirit продлилась в 20 раз дольше, чем предполагалось, и его миссия была объявлена завершенной 25 мая 2011 года, после того как он застрял в мягком песке и израсходовал свои запасы энергии, пытаясь освободиться. «Оппортьюнити» просуществовал в 55 раз дольше запланированного срока службы в 90 солов, проработав 5498 дней от приземления до завершения миссии. Архив еженедельных обновлений о состоянии марсохода можно найти в Архиве обновлений возможностей . [20]
MER-A (« Дух ») и MER-B (« Оппортьюнити ») были запущены 10 июня 2003 г. и 7 июля 2003 г. соответственно. Хотя оба зонда были запущены на ракетах Boeing Delta II 7925-9.5 с космодрома 17 на мысе Канаверал (CCAFS SLC-17), MER-B находился на тяжелой версии этой ракеты-носителя, нуждавшейся в дополнительной энергии для трансмарсианской инъекции . Ракеты-носители были установлены на площадках рядом друг с другом: MER-A на CCAFS SLC-17A и MER-B на CCAFS SLC-17B. Двойные панели позволяли работать с 15- и 21-дневными периодами запуска планет близко друг к другу; последний возможный день запуска MER-A был 19 июня 2003 г., а первый день MER-B - 25 июня 2003 г. Программа НАСА по услугам запуска управляла запуском обоих космических кораблей.
Spirit успешно приземлился на поверхность Марса в 04:35 по времени событий космического корабля (SCET) 4 января 2004 года. Это было начало его миссии продолжительностью в 90 солов, но мероприятия по очистке солнечных батарей означали бы, что это было начало гораздо более долгой миссия, продлившаяся до 2010 года. Spirit был нацелен на место, которое, по-видимому, в прошлом подверглось воздействию жидкой воды, кратер Гусева , возможно, бывшее озеро в гигантском ударном кратере примерно в 10 км (6,2 мили) от центра целевой эллипс [21] на 14 ° 34'18 "ю.ш., 175 ° 28'43" в.д. / 14,5718 ° ю.ш., 175,4785 ° в.д. / -14,5718; 175.4785 . [22] После того, как десантный корабль, защищенный подушкой безопасности, опустился на поверхность, марсоход выкатился, чтобы сделать панорамные снимки. Они дают ученым информацию, необходимую им для выбора перспективных геологических объектов и поездки в эти места для проведения научных исследований на месте. [23] Команда MER назвала место посадки « Мемориальной станцией Колумбия » в честь семи астронавтов , погибших в результате катастрофы космического корабля «Колумбия» .
1 мая 2009 года (1892 сол) марсоход застрял в мягком песке, а машина опиралась на тайник с сульфатом железа(III) ( ярозит ), спрятанный под слоем нормальной на вид почвы. Сульфат железа обладает очень слабым сцеплением, что затрудняет сцепление колес марсохода с дорогой. [24] [25]
26 января 2010 года (2155 сол), после нескольких месяцев попыток освободить марсоход, НАСА решило по-новому определить миссию мобильного робота, назвав его стационарной исследовательской платформой. Усилия были направлены на подготовку более подходящей ориентации платформы по отношению к Солнцу, чтобы обеспечить более эффективную перезарядку батарей платформы. Это было необходимо для поддержания работоспособности некоторых систем во время марсианской зимы. [26] 30 марта 2010 года Spirit пропустил запланированный сеанс связи и, как и предполагалось из недавних прогнозов по электропитанию, вероятно, перешел в режим гибернации с низким энергопотреблением. [27]
Последняя связь с марсоходом состоялась 22 марта 2010 года (2208 сол) [28] и существует большая вероятность того, что батареи марсохода в какой-то момент потеряли настолько много энергии, что часы миссии остановились. В предыдущие зимы марсоход мог припарковаться на склоне, обращенном к Солнцу, и поддерживать внутреннюю температуру выше -40 °C (-40 °F), но, поскольку марсоход застрял на ровной поверхности, предполагается, что его внутренняя температура упала до −55 ° C (−67 ° F). Если бы «Спирит» выжил в этих условиях и произошла очистка, существовала вероятность того, что во время южного летнего солнцестояния в марте 2011 года солнечная энергия увеличится до уровня, который разбудит марсоход. [29]
Дух хранит молчание в своем месте, называемом «Троя», на западной стороне Домашней Плиты. После 22 марта 2010 г. (2208 сол) связи с марсоходом не было. [30]
Вполне вероятно, что у Spirit произошел сбой из-за низкого энергопотребления, он отключил все подсистемы, включая связь, и погрузился в глубокий сон, пытаясь перезарядить свои батареи. Также возможно, что у марсохода произошел сбой часов миссии. Если бы это произошло, марсоход потерял бы счет времени и попытался бы заснуть до тех пор, пока на солнечные батареи не попадет достаточно солнечного света, чтобы разбудить его. Это состояние называется «Solar Groovy». Если бы марсоход проснулся из-за неисправности часов миссии, он бы только слушал. Начиная с 26 июля 2010 г. (2331 сол) была реализована новая процедура устранения возможной неисправности часов миссии.
Лаборатория реактивного движения продолжала попытки восстановить контакт с Spirit до 25 мая 2011 года, когда НАСА объявило о прекращении контактов и завершении миссии. [14] [16] [31] По данным НАСА, марсоход, вероятно, испытал чрезмерно низкие «внутренние температуры» из-за «недостатка энергии для работы его спасательных обогревателей», что, в свою очередь, было результатом «напряженной марсианской зимы без особых проблем». Солнечный лучик." Многие критически важные компоненты и соединения были бы «подвержены повреждению от холода». [16] Активы, которые были необходимы для поддержки Spirit, были переведены для поддержки тогда еще активного близнеца Spirit , Opportunity . [14]
Планировалось , что основная наземная миссия Spirit продлится не менее 90 солов . Миссия несколько раз продлевалась и длилась около 2208 солов. 11 августа 2007 года «Спирит» занял второе место по продолжительности пребывания на поверхности Марса среди посадочного модуля или вездехода на высоте 1282 сола, что на один соляр дольше, чем у посадочного модуля «Викинг-2» . «Викинг-2» питался от ядерного элемента, тогда как «Спирит» питался от солнечных батарей. До тех пор, пока «Оппортьюнити» не настиг его 19 мая 2010 года, марсианским зондом с самым продолжительным периодом эксплуатации был «Викинг-1» , который пробыл на поверхности Марса 2245 солов. 22 марта 2010 года «Спирит» отправил свое последнее сообщение, таким образом, чуть более чем на месяц не превысив эксплуатационный рекорд «Викинга-1». Архив еженедельных обновлений о состоянии марсохода можно найти в архиве обновлений Spirit . [32]
Общий одометр Spirit составляет 7730,50 метра (4,80 мили). [33]
Spirit (и его близнец Opportunity ) — это шестиколесные роботы, работающие на солнечной энергии , высотой 1,5 метра (4,9 фута), шириной 2,3 метра (7,5 фута), длиной 1,6 метра (5,2 фута) и весом 180 килограммов (400 фунтов). Шесть колес на качающейся тележке обеспечивали мобильность по пересеченной местности. Каждое колесо имело свой мотор. Машина управлялась спереди и сзади и была рассчитана на безопасную работу при наклоне до 30 градусов. Максимальная скорость составляла 5 сантиметров в секунду (2,0 дюйма в секунду); [34] 0,18 километра в час (0,11 мили в час), хотя средняя скорость составляла около 1 сантиметра в секунду (0,39 дюйма в секунду). И на Spirit , и на Opportunity есть куски металла упавшего Всемирного торгового центра , которые «превратились в щиты для защиты кабелей на буровых механизмах». [35] [36]
Солнечные батареи вырабатывали около 140 Вт в течение четырнадцати часов за сол, а перезаряжаемые литий-ионные батареи сохраняли энергию для использования в ночное время. Бортовой компьютер Spirit использует процессор RAD6000 с тактовой частотой 20 МГц , 128 МБ DRAM и 3 МБ EEPROM. [37] Рабочая температура марсохода колеблется от -40 до +40 °C (от -40 до 104 °F), а радиоизотопные обогреватели обеспечивают базовый уровень нагрева, при необходимости которому помогают электрические нагреватели. [38]
Связь зависела от всенаправленной антенны с низким коэффициентом усиления, передающей данные с низкой скоростью, и управляемой антенны с высоким коэффициентом усиления, которые находились в прямом контакте с Землей. Антенна с низким коэффициентом усиления также использовалась для передачи данных на космический корабль, вращающийся вокруг Марса. [39]
В число научных инструментов входили: [40]
В руке марсохода находились следующие инструменты: [41]
На протяжении всей миссии Spirit «управляли» несколько операторов. [42]
Ровер использует комбинацию солнечных батарей и перезаряжаемой химической батареи. [43] Роверы этого класса оснащены двумя перезаряжаемыми литиевыми батареями , каждая из которых состоит из 8 ячеек емкостью 8 ампер-часов . [44] В начале миссии солнечные панели могли обеспечивать до 900 ватт-часов (Втч) в день для подзарядки аккумулятора и энергосистемы за один сол, но эта цифра могла варьироваться в зависимости от множества факторов. [43] В кратере Игл клетки производили около 840 Втч в день, но к 319-му солу в декабре 2004 года эта мощность упала до 730 Втч в день. [45]
Как и Земля, Марс имеет сезонные колебания, которые уменьшают количество солнечного света зимой. Однако, поскольку марсианский год длиннее земного, времена года полностью меняются примерно раз в два земных года. [46] К 2016 году MER-B пережил семь марсианских зим, в течение которых уровень мощности падает, что может означать, что марсоход избегает действий, требующих большого количества энергии. [46] Во время первой зимы уровень мощности упал ниже 300 Втч в день в течение двух месяцев, но некоторые более поздние зимы были не такими плохими. [46]
Еще одним фактором, который может снизить получаемую мощность, является пыль в атмосфере, особенно пыльные бури. [47] Пылевые бури возникали довольно часто, когда Марс находился ближе всего к Солнцу. [47] Глобальные пыльные бури в 2007 году настолько снизили уровень мощности Opportunity и Spirit , что они могли работать только несколько минут в день. [47] Из-за пыльных бурь на Марсе в 2018 году «Оппортьюнити» перешёл в режим гибернации 12 июня, [48] [49] , но хранил молчание после того, как буря утихла в начале октября. [50]
Скалы на Гусевской равнине представляют собой разновидность базальта . Они содержат минералы оливин , пироксен , плагиоклаз и магнетит. Они похожи на вулканический базальт, так как мелкозернистые с отверстиями неправильной формы (геологи сказали бы, что в них есть везикулы и каверны). [51] [52]
Большая часть почвы на равнинах образовалась в результате разрушения местных горных пород. В некоторых почвах обнаружены довольно высокие уровни никеля; вероятно, от метеоритов . [53]
Анализ показывает, что породы были слегка изменены небольшим количеством воды. Наружные покрытия и трещины внутри камней предполагают наличие в воде минералов, возможно, соединений брома . Все камни содержат тонкий слой пыли и одну или несколько более твердых корок материала. Один тип можно счистить щеткой, а другой необходимо сошлифовать с помощью инструмента для абразивного истирания камней (RAT). [54]
Пыль в кратере Гусева такая же, как пыль на всей планете. Вся пыль оказалась магнитной. Более того, Спирит обнаружил , что магнетизм вызван минералом магнетитом , особенно магнетитом, который содержит элемент титан . Один магнит был способен полностью отклонить всю пыль, поэтому вся марсианская пыль считается магнитной. [55] Спектры пыли были похожи на спектры ярких областей с низкой тепловой инерцией, таких как Фарсис и Аравия, которые были обнаружены орбитальными спутниками. Тонкий слой пыли толщиной менее одного миллиметра покрывает все поверхности. Что-то в нем содержит небольшое количество химически связанной воды. [56] [57]
Spirit направил свои камеры в небо и наблюдал прохождение Солнца мимо спутника Марса Деймоса (см. Транзит Деймоса с Марса ) . В начале марта 2004 года он также сделал первую фотографию Земли с поверхности другой планеты .
В конце 2005 года «Спирит» воспользовался благоприятной энергетической ситуацией, чтобы провести несколько ночных наблюдений обоих спутников Марса — Фобоса и Деймоса . [58] Эти наблюдения включали « лунное » (или, скорее, фобическое) затмение , когда Спирит наблюдал, как Фобос исчез в тени Марса. Некоторые наблюдения за звездами Spirit были предназначены для поиска предсказанного метеорного потока , вызванного кометой Галлея , и хотя по крайней мере четыре полосы на изображении были подозрительными метеорами, их нельзя было однозначно отличить от тех, которые были вызваны космическими лучами. [58]
Транзит Меркурия от Марса произошел 12 января 2005 г. примерно с 14:45 UTC до 23:05 UTC. Теоретически это могли наблюдать и Дух , и Возможность ; однако разрешение камеры не позволило увидеть угловой диаметр Меркурия 6,1 дюйма . Им удалось наблюдать прохождения Деймоса через Солнце, но при угловом диаметре 2 фута Деймос примерно в 20 раз больше, чем угловой диаметр Меркурия 6,1 дюйма. Данные эфемерид, полученные JPL Horizons, показывают, что Opportunity мог бы наблюдать транзит от начала до местного заката примерно в 19:23 UTC по земному времени, в то время как Spirit мог бы наблюдать его с местного восхода солнца примерно в 19:38 UTC. до конца транзита. [ необходимо разъяснение ] [59]
Оба марсохода многократно прошли исходное время миссии в 90 солов. Длительное время нахождения на поверхности и, следовательно, дополнительная нагрузка на компоненты привели к развитию некоторых проблем. [30]
13 марта 2006 г. (778 сол) правое переднее колесо перестало работать [60] после прохождения 7 км по Марсу. Инженеры начали водить марсоход задним ходом, волоча заглохшее колесо. Хотя это привело к изменениям в технике вождения, эффект перетаскивания стал полезным инструментом, частично очищающим почву на поверхности во время движения марсохода, что позволяет получать изображения областей, которые обычно были бы недоступны. Однако в середине декабря 2009 года, к удивлению инженеров, правое переднее колесо показало небольшое движение во время испытаний на 2113 сол и явно вращалось с нормальным сопротивлением в трех из четырех испытаний колес на 2117 сол, но остановилось на 2117 сол. четвертый. 29 ноября 2009 г. (2098 сол) правое заднее колесо также заглохло и оставалось неработоспособным до конца миссии.
Научные инструменты также подверглись деградации в результате воздействия суровой марсианской среды и использования в течение гораздо более длительного периода, чем ожидалось планировщиками миссии. Со временем алмаз на смоляной шлифовальной поверхности Rock Abrasion Tool изнашивался, после чего устройство можно было использовать только для чистки целей. [61] Все остальные научные инструменты и инженерные камеры продолжали работать до тех пор, пока контакт не был потерян; однако к концу жизни Spirit мессбауэрскому спектрометру MIMOS II потребовалось гораздо больше времени для получения результатов, чем ранее в миссии, из-за распада его источника гамма-лучей кобальта -57, период полураспада которого составляет 271 день.
В ознаменование большого вклада Спирита в исследование Марса в его честь был назван астероид 37452 Spirit . [62] Название было предложено Ингрид ван Хаутен-Грюнвельд , которая вместе с Корнелисом Йоханнесом ван Хаутеном и Томом Герелсом открыла астероид 24 сентября 1960 года.
В честь марсохода команда Лаборатории реактивного движения назвала область возле кратера Индевор, исследованную марсоходом « Оппортьюнити» , «Spirit Point». [63]
Документальный фильм Good Night Oppy о Opportunity , Spirit и их длительных миссиях был снят Райаном Уайтом при поддержке JPL и Industrial Light & Magic . Он был выпущен в 2022 году. [64]
Ровер мог делать снимки разными камерами, но только камера PanCam могла фотографировать сцену с разными цветными фильтрами. Панорамные виды обычно создавались на основе изображений PanCam. За свою жизнь Spirit передал 128 224 изображения. [65]
Космическое агентство США (НАСА) признало поражение в битве за освобождение марсохода Spirit из марсианской песчаной ловушки. Транспортное средство застряло в мягкой почве еще в мае прошлого года, и все попытки его вытащить не увенчались успехом.
Вашингтон – После шести лет беспрецедентных исследований Красной планеты марсоход NASA
Spirit
больше не будет полностью мобильным роботом. НАСА объявило некогда странствующего научного исследователя стационарной научной платформой после того, как в течение последних нескольких месяцев попытки освободить его из песчаной ловушки не увенчались успехом.
{{cite journal}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )