ExoMars (экзобиология на Марсе) — астробиологическая программа Европейского космического агентства (ЕКА).
Цели ExoMars — поиск признаков прошлой жизни на Марсе , [1] [2] исследование того, как меняется марсианская вода и геохимическая среда, исследование атмосферных следов газов и их источников и, таким образом, демонстрация технологий для будущей миссии по возвращению образцов с Марса . [3]
Первая часть программы — это миссия, запущенная в 2016 году, которая вывела Trace Gas Orbiter на орбиту Марса и выпустила посадочный модуль Schiaparelli EDM . Орбитальный модуль находится в рабочем состоянии, но посадочный модуль потерпел крушение на поверхности планеты. Вторую часть программы планировалось запустить в июле 2020 года, когда посадочный модуль Kazachok должен был доставить марсоход Rosalind Franklin на поверхность, поддерживая научную миссию, которая, как ожидалось, продлится до 2022 года или дольше. [4] [5] [6] 12 марта 2020 года было объявлено, что вторая миссия откладывается до 2022 года из-за проблем с парашютами, которые не удалось решить вовремя к стартовому окну.
Орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter (TGO) и испытательный стационарный посадочный модуль Schiaparelli были запущены 14 марта 2016 года. [7] TGO вышел на орбиту Марса 19 октября 2016 года и приступил к картированию источников метана ( CH 4 ) и других газовых примесей, присутствующих в марсианской атмосфере, которые могут быть доказательством возможной биологической или геологической активности. TGO оснащен четырьмя приборами и также будет выступать в качестве спутника-ретранслятора связи. Экспериментальный посадочный модуль Schiaparelli отделился от TGO 16 октября и был маневрирован для посадки в плато Меридиана , но он разбился о поверхность Марса. [8] Посадка была разработана для проверки новых ключевых технологий для безопасной доставки последующей миссии марсохода. [9]
В июне 2023 года посадочный модуль Роскосмоса под названием «Казачок» («казачок», отсылка к народному танцу) [10] должен был доставить марсоход ESA Rosalind Franklin на поверхность Марса. [5] [11] [12] [13] На марсоходе также будут установлены некоторые приборы, созданные Роскосмосом. Операции и связь второй миссии будут осуществляться Центром управления марсоходами ALTEC в Италии. [14]
17 марта 2022 года ЕКА приостановило миссию из-за продолжающегося вторжения России в Украину . [15] ЕКА ожидает, что возобновление миссии с использованием новой нероссийской посадочной платформы вряд ли произойдет до 2028 года. [16] По состоянию на апрель 2024 года миссия получила новое финансирование для возобновления строительства и доставки марсохода Rosalind Franklin, а НАСА согласилось обеспечить запуск, который в настоящее время запланирован на конец 2028 года. [17]
С момента своего создания ExoMars прошёл несколько этапов планирования с различными предложениями по посадочным модулям, орбитальным аппаратам, ракетам-носителям и международным планированием сотрудничества, [18] например, несуществующая Совместная инициатива по исследованию Марса (MEJI) 2009 года с Соединёнными Штатами. [19] [20] Первоначально концепция ExoMars состояла из большого роботизированного марсохода, являющегося частью программы Aurora Европейского космического агентства в качестве флагманской миссии , и была одобрена министрами Европейского космического агентства в декабре 2005 года. Первоначально задуманный как марсоход со стационарной наземной станцией, ExoMars планировалось запустить в 2011 году на борту российской ракеты «Союз- Фрегат» . [21]
ExoMars начался в 2001 году как часть программы ESA Aurora по исследованию Марса человеком. [22] Первоначальное видение предусматривало запуск марсохода в 2009 году, а затем миссию по возвращению образцов с Марса . [22] Другая миссия, предназначенная для поддержки программы Aurora, — это миссия по возвращению образцов Фобоса. [22] В декабре 2005 года различные страны, входящие в ESA, одобрили программу Aurora и ExoMars. [23] Aurora — это необязательная программа, и каждое государство может решить, в какой части программы оно хочет участвовать и в какой степени (например, сколько средств оно хочет вложить в программу). [23] Программа Aurora была начата в 2002 году при поддержке двенадцати стран: Австрии, Бельгии, Франции, Германии, Италии, Нидерландов, Португалии, Испании, Швеции, Швейцарии, Великобритании и Канады. [23]
В 2007 году канадская технологическая фирма MacDonald Dettwiler and Associates Ltd. (MDA) была выбрана для контракта на один миллион евро с британской EADS Astrium на проектирование и создание прототипа шасси марсохода для Европейского космического агентства. Astrium также был заключен контракт на проектирование окончательного марсохода. [24]
В июле 2009 года NASA и ESA подписали совместную инициативу по исследованию Марса , в которой предлагалось использовать ракету-носитель Atlas вместо Soyuz, что существенно изменило технические и финансовые условия миссии ExoMars. 19 июня, когда марсоход все еще планировалось использовать в качестве спутника Mars Trace Gas Orbiter , сообщалось, что перспективное соглашение потребует, чтобы ExoMars достаточно похудел, чтобы поместиться на борту ракеты-носителя Atlas с орбитальным аппаратом NASA. [25]
Затем миссия была объединена с другими проектами в многоцелевую миссию, разделенную на два запуска Atlas V : [26] [27] орбитальный аппарат ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) был объединен с проектом, совмещенным со стационарным метеорологическим посадочным модулем, запуск которого был запланирован на январь 2016 года. Было также предложено включить второй марсоход, MAX-C .
В августе 2009 года было объявлено, что Федеральное космическое агентство России (ныне Роскосмос) и ЕКА подписали контракт, который включал сотрудничество по двум проектам по исследованию Марса: российскому проекту «Фобос-Грунт» и проекту ЕКА «ЭкзоМарс». В частности, ЕКА обеспечило себе российскую ракету «Протон» в качестве «резервной пусковой установки» для марсохода «ЭкзоМарс», которая будет включать детали российского производства. [28] [29]
17 декабря 2009 года правительства стран ЕКА дали окончательное одобрение двухэтапной миссии по исследованию Марса, которая будет проводиться совместно с НАСА, подтвердив свое обязательство потратить 850 миллионов евро (1,23 миллиарда долларов США) на миссии в 2016 и 2018 годах. [30]
В апреле 2011 года из-за бюджетного кризиса было объявлено предложение отменить сопутствующий марсоход MAX-C и запустить в 2018 году только один марсоход, который был бы больше, чем любой из транспортных средств в парной концепции. [31] Одно из предложений состояло в том, что новый транспорт будет построен в Европе и будет нести смесь европейских и американских приборов. NASA предоставит ракету для его доставки на Марс и предоставит систему посадки Sky Crane . Несмотря на предложенную реорганизацию, цели миссии 2018 года остались бы в целом теми же. [31]
В соответствии с бюджетом на 2013 финансовый год, обнародованным президентом Обамой 13 февраля 2012 года, НАСА прекратило свое участие в ExoMars из-за бюджетных сокращений, необходимых для покрытия перерасходов на космический телескоп Джеймса Уэбба . [32] [33] Поскольку финансирование этого проекта со стороны НАСА было полностью прекращено, большинство этих планов пришлось реструктурировать. [20] [34]
14 марта 2013 года представители ЕКА и Российского космического агентства (Роскосмос) подписали соглашение, в котором Россия стала полноправным партнером. Роскосмос поставит обеим миссиям ракеты-носители «Протон» с разгонными блоками «Бриз-М» и пусковые услуги, [35] а также дополнительный модуль входа, спуска и посадки для миссии марсохода в 2018 году. [5] В соответствии с соглашением Роскосмосу были предоставлены три обязательных условия: [36]
Первоначально ESA ограничило расходы на проекты ExoMars суммой в 1 млрд евро ( 1,3 млрд долларов США ), но выход из проекта космического агентства США ( NASA ) и последующая реорганизация венчурного капитала добавили несколько сотен миллионов евро к сумме, собранной на данный момент. [12] Поэтому в марте 2012 года государства-члены поручили руководству агентства рассмотреть, как можно восполнить этот дефицит. [39] Одной из возможностей было то, что другим научным мероприятиям в рамках ESA, возможно, придется отступить, чтобы сделать ExoMars приоритетом. [12] [40] В сентябре 2012 года было объявлено, что новые члены ESA, Польша и Румыния, внесут до 70 миллионов евро в миссию ExoMars. [41] ESA не исключило возможного частичного возвращения NASA к части ExoMars в 2018 году, хотя и в относительно незначительной роли. [12] [13] [42]
Финансирование Россией «ЭкзоМарса» должно было быть частично покрыто страховыми выплатами в размере 1,2 млрд рублей (40,7 млн долларов США) за потерю « Фобос-Грунт» [ 36] и перераспределением средств для возможной координации между проектами «Марс-НЭТ» и «ЭкзоМарс». [43] [44] 25 января 2013 года «Роскосмос» полностью профинансировал разработку научных приборов, которые должны были быть запущены в первом запуске, Trace Gas Orbiter (TGO). [45]
К марту 2014 года ведущий производитель марсохода ExoMars, британское подразделение Airbus Defence and Space , начало закупку важнейших компонентов, [46] однако миссия марсохода 2018 года все еще была недофинансирована более чем на 100 миллионов евро или 138 миллионов долларов. [46] Колеса и система подвески оплачиваются Канадским космическим агентством и производятся корпорацией MDA в Канаде. [46]
Космический аппарат, содержащий ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) и Schiaparelli, был запущен 14 марта 2016 года в 09:31 UTC ( прямая трансляция началась в 08:30 GMT [03:30 AM EDT]). [7] [47] [48] В течение следующих 10 часов произошло четыре включения ракеты, прежде чем спускаемый модуль и орбитальный аппарат были отделены. Сигналы с орбитального аппарата были успешно получены в 21:29 GMT того же дня, что подтвердило, что запуск прошел полностью успешно и что космический аппарат находится на пути к Марсу. [49] Вскоре после отделения от зондов верхняя ступень ускорителя «Бриз-М», возможно, взорвалась в нескольких километрах, однако, по-видимому, не повредив орбитальный аппарат или посадочный модуль. [50] Космический аппарат, на котором размещались Trace Gas Orbiter и посадочный модуль Schiaparelli , вышел на номинальную орбиту в направлении Марса и, по-видимому, находился в рабочем состоянии. В течение следующих двух недель диспетчеры продолжали проверять и вводить в эксплуатацию его системы, включая электропитание, связь, стартовые трекеры, а также систему наведения и навигации. [51]
В январе 2016 года было объявлено, что финансовое положение миссии 2018 года «может» потребовать двухлетней задержки. [52] [53] Италия является крупнейшим спонсором ExoMars, а Великобритания является вторым по величине финансовым спонсором миссии. [46]
Планировалось, что марсоход будет запущен в 2018 году и приземлится на Марсе в начале 2019 года [54] , но в мае 2016 года ЕКА объявило, что запуск состоится в 2020 году из-за задержек в европейской и российской промышленной деятельности и поставках научной полезной нагрузки. [11]
12 марта 2020 года было объявлено, что запуск второй миссии откладывается на 2022 год из-за того, что корабль не был готов к запуску в 2020 году, а задержки усугублялись ограничениями на поездки во время пандемии COVID-19 . [55]
28 февраля 2022 года было объявлено, что запуск второй миссии в 2022 году «крайне маловероятен» из-за санкций против России в ответ на вторжение России на Украину . [56]
17 марта 2022 года запуск ExoMars в стартовом окне 2022 года был отменен, а партнерство с Роскосмосом было окончательно приостановлено. [57] Однако в ноябре государства-члены Европейского космического агентства пообещали выделить 360 миллионов евро на марсоход Rosalind Franklin, включая покрытие расходов на замену российских компонентов. Планируемый к запуску в 2028 году марсоход будет оснащен масс-спектрометром следующего поколения — Mars Organic Molecule Analyzer , или MOMA. [58]
В июне 2024 года Thales Alenia Space был заключен контракт на сумму 567 миллионов долларов на завершение сборки, интеграции и испытаний посадочной платформы, при этом механические, тепловые и двигательные функции выполняла компания Airbus Defense and Space, а ArianeGroup обеспечивала тепловой экран. [17] 16 апреля 2024 года ЕКА объявило о меморандуме о взаимопонимании с НАСА, предусматривающем предоставление услуг по запуску в конце 2028 года, и о том, что следующим этапом миссии станет предварительный обзор проекта в июне 2024 года. [59]
Научные цели в порядке приоритета следующие: [ 60]
Технологические цели для разработки:
ExoMars — совместная программа Европейского космического агентства (ESA). Согласно текущим планам, проект ExoMars будет включать один орбитальный аппарат (Trace Gas Orbiter) и один марсоход.
Посадочный модуль и марсоход будут очищены и стерилизованы , чтобы предотвратить загрязнение Марса земными формами жизни, а также гарантировать, что любые обнаруженные биомолекулы не были занесены с Земли. Очистка потребует комбинации методов стерилизации, включая ионизирующее излучение , УФ- излучение и химикаты, такие как этиловый и изопропиловый спирт. [61] (см. Планетарная защита ).
Trace Gas Orbiter (TGO) — это марсианский телекоммуникационный орбитальный аппарат и миссия по анализу атмосферных газов, которая была запущена 14 марта 2016 года в 09:31 UTC. [62] Космический аппарат прибыл на марсианскую орбиту в октябре 2016 года. Он доставил посадочный модуль ExoMars Schiaparelli EDM, а затем приступил к картированию источников метана и других газов на Марсе , и тем самым поможет выбрать место посадки для марсохода ExoMars, который будет запущен в 2022 году. Наличие метана в атмосфере Марса интригует, поскольку его вероятным источником является либо современная жизнь, либо геологическая активность. По прибытии марсохода в 2023 году орбитальный аппарат будет переведен на более низкую орбиту, где он сможет выполнять аналитическую научную деятельность, а также обеспечивать марсоход ExoMars телекоммуникационным ретранслятором. НАСА предоставило телекоммуникационный ретранслятор Electra и навигационный инструмент для обеспечения связи между зондами и марсоходами на поверхности Марса и контроллерами на Земле. [5] [63] TGO продолжит служить в качестве телекоммуникационного ретранслятора для будущих миссий до 2022 года. [64]
Демонстрационный модуль входа, спуска и посадки (EDM) под названием Schiaparelli [66] был предназначен для предоставления Европейскому космическому агентству (ESA) и российскому Роскосмосу технологии посадки на поверхность Марса. [67] Он был запущен вместе с орбитальным аппаратом ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) 14 марта 2016 года в 09:31 UTC и должен был совершить мягкую посадку 19 октября 2016 года. Сигнала, указывающего на успешную посадку, получено не было [68] , а 21 октября 2016 года НАСА опубликовало изображение Mars Reconnaissance Orbiter, на котором, по-видимому, показано место крушения посадочного модуля. [8] Посадочный модуль был оснащен неперезаряжаемой электрической батареей с мощностью, достаточной для четырех солов . Мягкая посадка должна была произойти на плато Меридиана [67] во время сезона пыльных бурь, что предоставило бы уникальную возможность охарактеризовать запыленную атмосферу во время входа и спуска, а также провести поверхностные измерения, связанные с богатой пылью средой. [69]
Оказавшись на поверхности, он должен был измерить скорость и направление ветра, влажность, давление и температуру поверхности, а также определить прозрачность атмосферы. [69] Он нес поверхностную полезную нагрузку, основанную на предлагаемом метеорологическом пакете DREAMS (характеристика пыли, оценка риска и анализатор окружающей среды на поверхности Марса), состоящем из набора датчиков для измерения скорости и направления ветра (MetWind), влажности (MetHumi), давления (MetBaro), температуры поверхности (MarsTem), прозрачности атмосферы (оптический датчик глубины; ODS) и электрификации атмосферы (датчик атмосферной радиации и электричества; MicroARES). [70] [71] Полезная нагрузка DREAMS должна была функционировать в течение 2 или 3 дней в качестве экологической станции на протяжении всей миссии EDM на поверхности после посадки. [67] [72]
Миссия ExoMars 2022 была запланирована к запуску в течение двенадцатидневного стартового окна, начинающегося 20 сентября 2022 года, и должна была приземлиться на Марсе 10 июня 2023 года. [73] Она включала бы построенную в Германии марсианскую ступень и российский спускаемый модуль. [74] 28 февраля 2022 года ЕКА объявило, что в результате санкций, связанных с российско-украинским кризисом 2021–2022 годов , запуск в 2022 году «крайне маловероятен». [75] 28 марта 2022 года было подтверждено, что марсоход ExoMars технически готов к запуску, но стартовое окно 2022 года для миссии больше не возможно из-за российского вторжения в Украину . [76] Ожидается, что запуск пересмотренной версии миссии с использованием новой нероссийской посадочной платформы произойдет не ранее 2028 года. [16] В 2022 году США объявили об участии и заявили, что предоставят посадочный модуль, а также 40 радиоизотопных нагревательных установок (RHU), которые также зарезервированы для этой миссии. [77]
Посадочный модуль и марсоход Rosalind Franklin будут отправлены на Марс внутри спускаемого модуля. Спускаемый модуль будет прикреплен к модулю-носителю, который будет обеспечивать питание, движение и навигацию. Модуль-носитель имеет 16 двигателей на гидразиновом топливе, 6 солнечных батарей, которые будут обеспечивать электроэнергией, солнечные датчики и звездные трекеры для навигации. Он был разработан и построен компанией OHB System в Бремене, Германия. Модуль-носитель отделится от спускаемого модуля прямо перед тем, как сложенный космический корабль прибудет на Марс. [78] [79] [80]
До отмены сотрудничества ЕКА и Роскосмоса по ExoMars первоначальный план состоял в том, чтобы использовать построенный в России Kazachok, в котором сотрудничало ЕКА. Первоначально Rosalind Franklin должна была спуститься с посадочного модуля Kazachok по пандусу. Ожидалось, что посадочный модуль будет делать снимки места посадки, следить за климатом, исследовать атмосферу, анализировать радиационную обстановку, изучать распределение подповерхностных вод в месте посадки и проводить геофизические исследования внутренней структуры Марса. [81] После запроса от марта 2015 года на предоставление научных приборов для посадочной системы [82] будет 13 приборов. [83] Примерами приборов на посадочном модуле являются пакет HABIT (HabitAbility: Brine, Irradiation and Temperature) , метеорологический пакет METEO, магнитометр MAIGRET и эксперимент LaRa (Lander Radioscience) . Ожидалось, что стационарный посадочный модуль будет работать не менее одного земного года, а его приборы будут питаться от солнечных батарей. [84]
После отмены в июле 2022 года ЕКА начало работу над собственным посадочным модулем, на постройку и квалификацию которого, как ожидается, уйдет от 3 до 4 лет. Многие компоненты посадочного модуля ЕКА повторно используются из российского спускаемого модуля. В отличие от «Казачка» , европейский посадочный модуль не имеет солнечных батарей или научных приборов и, как ожидается, будет работать всего несколько солов. [85]
Марсоход Rosalind Franklin компании ExoMars должен был приземлиться в июне 2023 года и автономно перемещаться по поверхности Марса. Однако партнерство с российскими учеными было отменено в 2022 году в ответ на российское вторжение в Украину, которое началось в том же году. [86] [87] [88] Теперь запуск Rosalind Franklin запланирован на 2028 год. [58]
Инструментарий будет состоять из набора экзобиологических лабораторий, известных как «аналитическая лаборатория Пастера», для поиска признаков биомолекул и биосигнатур прошлой жизни. [12] [89] [90] [91] Среди других инструментов марсоход также будет нести 2-метровый (6,6 фута) подземный колонкового бура для извлечения образцов для своей бортовой лаборатории. [92] Их масса будет составлять около 207 кг (456 фунтов).
Марсоход Rosalind Franklin включает в себя набор инструментов Pasteur, включая Mars Organic Molecule Analyzer (MOMA), [58] MicrOmega-IR и Raman Laser Spectrometer (RLS). Примеры внешних инструментов на марсоходе включают:
Первоочередной целью при выборе места посадки марсохода является определение конкретной геологической среды или набора сред, которые могли бы поддерживать — сейчас или в прошлом — микробную жизнь. Ученые предпочитают место посадки с морфологическими и минералогическими доказательствами наличия воды в прошлом. Кроме того, предпочтительным является место со спектрами, указывающими на множественные гидратированные минералы, такие как глинистые минералы , но это сведется к балансу между инженерными ограничениями и научными целями. [93]
Инженерные ограничения требуют плоской посадочной площадки в широтном диапазоне, охватывающем экватор, который составляет всего 30° широты сверху вниз, поскольку марсоход работает на солнечной энергии и ему потребуется наилучшее воздействие солнечного света. [93] Посадочный модуль, несущий марсоход, будет иметь посадочный эллипс размером около 105 км на 15 км. [94] Научные требования включают посадку в районе с осадочными породами возрастом 3,6 миллиарда лет , которые являются свидетельством прошлой влажной обитаемой среды. [93] [95] За год до запуска Европейское космическое агентство примет окончательное решение. [93] К марту 2014 года длинный список был следующим: [94]
После дополнительного обзора, проведенного группой, назначенной Европейским космическим агентством, в октябре 2014 года для дальнейшего детального анализа были официально рекомендованы четыре участка, все из которых расположены относительно близко к экватору: [96] [97]
21 октября 2015 года сообщалось, что Oxia Planum является предпочтительным местом посадки для марсохода ExoMars . [98] [99]
Задержка миссии марсохода с 2018 года на 2020 год означала, что Oxia Planum больше не была единственным благоприятным местом посадки из-за изменений в возможном эллипсе посадки . Оба кандидата, Mawrth Vallis и Aram Dorsum, выжившие из предыдущего отбора, могли быть пересмотрены. ESA провело дополнительные семинары для повторной оценки трех оставшихся вариантов и в марте 2017 года выбрало два места для детального изучения. [100]
9 ноября 2018 года ЕКА объявило, что рабочая группа по выбору места посадки отдала предпочтение Oxia Planum . Предпочтительный посадочный эллипс Oxia Planum находится в точке с координатами 18,20° с. ш., 335,45° в. д. [101] В 2019 году ЕКА подтвердило, что Oxia Planum является местом посадки для запланированной миссии 2020 года. [102] Позже в том же году было опубликовано видео пролета над местом посадки, созданное с использованием высокоточных 3D-моделей местности, полученных с помощью HiRISE . [103]
По состоянию на июль 2020 года ЕКА не заявило, повлияет ли на выбор места посадки задержка миссии после 2022 года, как это было в случае переоценки, вызванной первой задержкой в 2018 году.
«Пришлось сделать сложный выбор», — сказал Болден. «Это означает, что мы не сможем продолжить запланированную на 2016 и 2018 годы миссию ExoMars, которую мы изучали совместно с Европейским космическим агентством».
координация между проектами Mars-NET и European ExoMars.