Schiaparelli EDM ( итал. [skjapaˈrɛlli] ) был неудачным демонстрационным модулем входа, спуска и посадки (EDM) программы ExoMars — совместной миссии Европейского космического агентства (ESA) и Российского космического агентства «Роскосмос» . [4] Он был построен в Италии и предназначался для тестирования технологий будущих мягких посадок на поверхность Марса . [5] Он также имел ограниченную, но целенаправленную научную нагрузку, которая должна была измерять атмосферное электричество на Марсе и местные метеорологические условия. [2] [6] [7]
Запущенный вместе с ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) 14 марта 2016 года, Schiaparelli предпринял попытку посадки 19 октября 2016 года. Телеметрические сигналы от Schiaparelli , отслеживаемые в реальном времени гигантским радиотелескопом Metrewave в Индии (и подтвержденные Mars Express ), были потеряны примерно на одну минуту от поверхности во время последних этапов посадки. [8] 21 октября 2016 года НАСА опубликовало изображение с Mars Reconnaissance Orbiter, на котором, по-видимому, показано место крушения посадочного модуля. [9] Телеметрические данные, собранные и переданные ExoMars Trace Gas Orbiter и Mars Express ЕКА, использовались для исследования режимов отказов используемой технологии посадки.
Модуль Schiaparelli Entry, Descent, and Landing Demonstrator назван в честь Джованни Скиапарелли (1835–1910), астронома, работавшего в 19 веке и проводившего наблюдения за Марсом. [10] В частности, он записал особенности, которые он назвал canali на своем родном итальянском языке. [10] Его наблюдения того, что переводится как каналы на английском языке, вдохновили многих. [10] Темные полосы на Марсе являются особенностью альбедо , которая связана с распределением пыли; эти особенности альбедо на Марсе медленно меняются со временем, и в последние несколько десятилетий за ними наблюдали марсианские орбитальные аппараты. [11] Скиапарелли известен тем, что составлял вручную карты Марса во время его противостояний с Землей в 1877 году с помощью оптического рефракторного телескопа. [4] Он также был первым астрономом, который определил связь между кометным мусором и ежегодными метеорными потоками. [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 получила название в ноябре 2013 года; ранее она была известна как Exomars Entry, descent and landing Demonstrator Module, или сокращенно ExoMars EDM. [4] Другое название — статический посадочный модуль ExoMars , однако некоторые проекты того, что было статическим посадочным модулем, сильно отличаются из-за различных стадий проектирования и реструктуризации программы. [15] Другое название, особенно для обоих — орбитального модуля и посадочного модуля — ExoMars 2016. [ 16]
EDM восходит к программе ESA Aurora , 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] Schiaparelli формирует важный «блок» обучения тому, как приземлять тяжелые полезные грузы на Марс, что жизненно важно для будущих пилотируемых миссий. [19] Другим «блоком» является марсоход ExoMars, который призван продемонстрировать, среди прочего, способность преодолевать несколько километров/миль по поверхности Марса. [19] Программа Aurora ориентирована на два типа миссий: одни — это более крупные флагманские космические аппараты, а другие — более мелкие миссии, специально предназначенные для снижения риска от более крупных миссий. [17]
В 2005 году совет ЕКА одобрил 650 миллионов евро на марсоход и статический посадочный модуль. [20] В то время идея заключалась в едином запуске, доставляющем на Марс как марсоход класса Mars Exploration Rover , так и оснащенный приборами статический посадочный модуль с более простой ступенью перелета; в этом случае статический посадочный модуль и посадил марсоход, и провел свои собственные исследования. [19] [20] Однако для достижения целей своей миссии в рамках ограничений использования ракеты «Союз» для запуска, марсоход был заложен в бюджет всего на 6 кг. [20] Чтобы обеспечить более крупный марсоход, были оценены Ariane V , Atlas V и Proton. [20] Рассматривались марсоходы весом от 180 кг до 600 кг, и в конечном итоге возникла идея испытательного посадочного модуля для снятия риска с марсохода, что хорошо соответствовало стратегии двух запусков, допускающей более тяжелый орбитальный аппарат и более тяжелый марсоход при втором запуске. [20]
На раннем этапе разработки предполагалось, что посадочный модуль будет перевозиться специальной ступенью, называемой модулем-носителем . [21] В конечном итоге миссия Trace Gas Orbiter была объединена с ExoMars, став носителем для EDM. [20]
Хотя посадочный модуль потерпел крушение, данные, переданные со Скиапарелли , как ожидается, предоставят ЕКА и Роскосмосу технологию для посадки на поверхность Марса с помощью управляемой мягкой посадки. Эта технология будет использоваться марсоходом Rosalind Franklin , частью программы ExoMars , запуск которой должен был состояться в 2022 году. [3] [22]
577-килограммовый (1272 фунта) спускаемый аппарат «Скиапарелли» и орбитальный аппарат завершили испытания и были интегрированы в ракету «Протон-М» на космодроме Байконур в Байконуре в середине января 2016 года. [23] TGO и EDM прибыли на Байконур в декабре 2015 года. [20] В феврале космический аппарат был установлен на верхнюю ступень «Бриз-М», а в начале марта он был присоединен к ракете «Протон». [20]
Запуск состоялся в 09:31 по Гринвичу (15:31 по местному времени) 14 марта 2016 года. [24] В течение следующих 10 часов произошло четыре срабатывания ракеты, прежде чем спускаемый аппарат и орбитальный аппарат были отделены. [25] Сигнал с орбитального аппарата был получен в 21:29 по Гринвичу того же дня, подтверждая, что запуск прошел успешно и космический аппарат функционирует нормально. [26] Вскоре после отделения от зондов верхняя ступень разгонного блока «Бриз-М» взорвалась в нескольких километрах, не повредив орбитальный аппарат или посадочный модуль. [27]
После запуска орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter (TGO) и EDM вместе двигались по космическому побережью к Марсу. [28] В это время EDM питался от соединительной линии электропередачи к TGO, что позволяло сохранить ограниченные внутренние батареи EDM. [28] 28 июля и 11 августа главный двигатель TGO выполнил маневр в глубоком космосе в два этапа, чтобы определить угол траектории входа в атмосферу и место посадки. [29] 14 октября 2016 года TGO выполнил окончательную корректировку своей траектории перед разделением Schiaparelli. [30] Стартовая масса двух космических аппаратов вместе составляет 4332 кг, включая модуль Schiaparelli весом 600 кг . [31] Это был самый тяжелый космический аппарат, когда-либо отправленный на Марс. [32] Путешествие с Земли на Марс в 2016 году заняло около 7 месяцев. [32]
16 октября 2016 года TGO и EDM разделились, орбитальный аппарат направился на выход на орбиту Марса, а EDM — на вход в атмосферу Марса. [28] [33] Перед разделением EDM был раскручен на 2,5 об/мин (см. также стабилизацию вращения ), а затем выпущен со скоростью около 1 км/ч относительно TGO. [34] EDM был спроектирован так, чтобы переходить в режим гибернации с пониженной мощностью примерно на 3 дня во время своего одиночного путешествия к Марсу. [28] EDM вышел из режима гибернации примерно за полтора часа до достижения марсианской атмосферы. [28] Тем временем, после разделения, TGO скорректировал свою траекторию для выхода на орбиту Марса и к 19 октября 2016 года выполнил 139-минутное включение ракетного двигателя, чтобы выйти на орбиту Марса. [30] В тот же день модуль Schiaparelli прибыл на Марс со скоростью 21 000 км/ч (13 000 миль/ч; 5,8 км/с) и приступил к выполнению своей главной задачи по входу, спуску и посадке. [35] После успешного входа в атмосферу скорость модуля была снижена с входного значения 5,8 км/с до нескольких сотен м/с из-за силы сопротивления, создаваемой атмосферой Марса . На этом этапе полета использовался тепловой экран для защиты полезной нагрузки от серьезной тепловой нагрузки. Парашют был активирован бортовым программным обеспечением, когда акселерометры обнаружили заданное негравитационное значение ускорения 9 м/с2 , как и ожидалось. После достижения дозвукового режима с помощью номинально надутого парашюта модуль Schiaparelli испытал аномалию, из-за которой оболочка и выпуск парашюта произошли раньше, чем ожидалось, и не позволили тормозным двигателям замедлить спуск. [29] Место жесткой посадки, реконструированное с использованием данных с Mars Reconnaissance Orbiter , было идентифицировано довольно близко к ожидаемому месту посадки, примерно в 6,4 км от него. [29] TGO вышел на орбиту Марса и прошел несколько месяцев аэродинамического торможения, чтобы скорректировать свою скорость и орбиту, а научная деятельность началась в конце 2017 года. [35] TGO продолжит служить спутником-ретранслятором для будущих миссий по посадке на Марс до 2022 года. [36]
Местом посадки была выбрана равнина Меридиана, марсианская равнина, которую марсоходы ценят за ее ровный рельеф и низкую высоту, что дает космическому кораблю время и расстояние для замедления перед достижением земли. [38] EDM не может избегать препятствий во время спуска, поэтому было важно выбрать большую ровную область с минимальным количеством препятствий. [37] Эллипс посадки составляет около 100 км в длину и 15 км в ширину, с центром в 6° западной долготы и 2° южной широты, простираясь с востока на запад, с восточным краем, включающим место посадки марсохода Opportunity , и около кратера Endeavour, где он все еще работал, когда EDM был запущен и когда он пытался приземлиться. [39] Место посадки марсохода Opportunity ( MER-B) называется мемориальной станцией Challenger . [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] Известно, что это место также представляет научный интерес: марсоход Opportunity обнаружил тип железного минерала, который образуется в присутствии воды, поэтому предполагается, что в прошлом там было значительное количество воды. [37]
Посадка планировалась на плато Меридиана [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 при контакте между частицами, и провести поверхностные измерения, связанные с богатой пылью средой. [41]
Глобальные пылевые бури происходили по меньшей мере девять раз с 1924 года, 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 в 1971 году туда прибыл орбитальный аппарат Mariner 9 , и потребовалось несколько недель, чтобы пыль осела и позволила получить четкие изображения поверхности Марса. [43] Было предсказано, что глобальные пылевые бури на Марсе, вероятно, произойдут осенью 2016 года, но они не начались, когда EDM попытался совершить посадку. [42] Глобальные пылевые бури разразились летом 2018 года, отрезав свет для работающего на солнечной энергии марсохода Opportunity , который все еще работал неподалеку от места посадки Schiaparelli. [44]
Посадочный модуль Schiaparelli отделился от орбитального модуля 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/ч) 19 октября 2016 года [35] (см. также Вход в атмосферу Марса ). Когда посадочный модуль отсоединился от орбитального модуля, он переключился на питание от внутренних батарей и использовал режим гибернации с низким энергопотреблением, пока он двигался по инерции в течение трех дней непосредственно перед входом в атмосферу Марса. [2] Schiaparelli вышел из гибернации за несколько часов до своего входа на скорости 21 000 км/ч (13 000 миль/ч) и высоте 122,5 км (76,1 мили) над поверхностью Марса. [2] Тепловой экран использовался во время погружения в атмосферу для замедления посадочного модуля до 1650 км/ч (1030 миль/ч) к моменту достижения им высоты 11 км (6,8 миль). [46] Во время входа в атмосферу приборы COMARS+ EDM работали для сбора данных о том, как тепло и воздух текут вокруг посадочной капсулы. [47]
После замедления первоначального входа в атмосферу модуль раскрыл парашют и должен был завершить посадку на ретроракетных двигателях , используя замкнутую систему наведения, навигации и управления на основе датчика доплеровского радиолокационного высотомера и бортовых инерциальных измерительных блоков . На протяжении всего спуска различные датчики регистрировали ряд атмосферных параметров и производительность посадочного модуля. [48] План состоял в том, что на высоте 7 км (4,3 мили) передний тепловой экран будет сброшен и включен радиолокационный высотомер, затем на высоте 1,3 км (0,81 мили) над Марсом будут сброшены задний тепловой экран и парашют. [46]
Заключительные этапы посадки должны были быть выполнены с использованием импульсных жидкостных двигателей или тормозных ракет . Примерно в двух метрах над землей двигатели были спроектированы так, чтобы выключаться и позволять платформе приземляться на разрушаемую структуру, предназначенную для деформации и поглощения окончательного удара при приземлении. [3] [48] На окончательной посадке он был спроектирован так, чтобы выдерживать камни высотой около 31 см (12 дюймов), и надеялись, но не гарантировали, что не встретятся большие валуны или кратеры. [49] На последнем контакте посадочный модуль был спроектирован так, чтобы справляться с уклонами до 19 градусов и камнями высотой до 38 см (15 дюймов). [50]
Марсоход Opportunity работал в этом регионе, и две команды работали вместе, чтобы попытаться получить изображение EDM во время его спуска, что, в зависимости от условий, могло быть возможным, особенно если EDM «зайдет далеко» в своем посадочном эллипсе. Однако камеры марсохода не имели изображения посадочного модуля во время его спуска. [ 51] [52] Это был первый раз, когда поверхностный зонд пытался получить изображение посадки другого аппарата с поверхности Марса. [52] (Другие космические аппараты делали изображения друг друга, особенно орбитальные аппараты, наблюдавшие за аппаратами на Земле, а в 2005 году Mars Global Surveyor сделал изображение Mars Express на орбите вокруг Марса. [53] )
Резюме EDL (как и планировалось): [54]
Связь с модулем была потеряна за 50 секунд до запланированного приземления. 21 октября 2016 года, после изучения данных, ЕКА заявило, что, вероятно, что-то пошло не так, когда парашют раскрылся преждевременно, двигатели затем включились, но затем выключились через слишком короткое время. [55]
Посадочный модуль Schiaparelli предпринял попытку автоматической посадки 19 октября 2016 года, но сигнал неожиданно был потерян незадолго до запланированного времени посадки. [8] [56] Mars Express ЕКА и Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) НАСА и MAVEN продолжали прослушивать сигнал посадочного модуля, но безрезультатно. [8]
Schiaparelli передал около 600 мегабайт телеметрии во время попытки приземления [57] , и подробный анализ показал, что его вход в атмосферу произошел нормально, парашют раскрылся на высоте 12 км (7,5 миль) и скорости 1730 км/ч (1070 миль/ч), а его тепловой экран сработал на высоте 7,8 км (4,8 мили). Однако инерциальный измерительный блок посадочного модуля, который измеряет вращение, стал насыщенным (неспособным принимать более высокие показания) примерно на одну секунду. Это насыщение в сочетании с данными навигационного компьютера дало показания высоты, которые были отрицательными или ниже уровня земли. Это вызвало преждевременное раскрытие парашюта и задней оболочки. Затем тормозные двигатели работали около трех секунд вместо ожидаемых 30 секунд, после чего последовала активация наземных систем, как будто аппарат уже приземлился. На самом деле он все еще находился на высоте 3,7 км (2,3 мили). [58] [59] Посадочный модуль продолжал передавать данные в течение 19 секунд после отключения двигателей; потеря сигнала произошла за 50 секунд до предполагаемой посадки. [60] Скиапарелли врезался в поверхность Марса на скорости 300 км/ч (190 миль/ч), близкой к предельной скорости. [61]
На следующий день после попытки посадки контекстная камера MRO НАСА обнаружила новые отметины на земле, вызванные ударом посадочного модуля и парашютом. [63] Место крушения находится примерно в 54 км (~33,5 мили) от того места, где во время посадки находился действующий марсоход NASA Opportunity . [64] 27 октября 2016 года ЕКА опубликовало снимки места крушения в высоком разрешении, сделанные камерой HiRISE MRO 25 октября 2016 года. [65] [66] Идентифицированы передний теплозащитный экран, место удара модуля, задний теплозащитный экран и парашют. [65] Предполагается, что глубина кратера составляет около полуметра (ярд), и позднее его можно будет дополнительно изучить. [65] Попутно следует отметить, что искусственно созданный кратер был на самом деле целью миссии THOR , предложенной в рамках программы Mars Scout, которая создала Phoenix и MAVEN, целью была подповерхностная выемка грунта. [67] Эта миссия была пропущена, но другой орбитальный аппарат смог обнаружить естественные свежие ударные кратеры, и в них был найден лед. [68]
Хотя посадочный модуль потерпел крушение, представители ЕКА объявили «Скиапарелли» успешным, поскольку он выполнил свою основную функцию по испытанию системы посадки для запланированного на тот момент посадочного модуля «Казачок» 2020 года и возврату телеметрических данных во время его спуска. [56] [70] К 20 октября основная часть данных о спуске была возвращена на Землю и анализировалась. [71] В отличие от посадочного модуля «Бигль-2» , о котором больше ничего не было слышно после его отделения от «Марс-Экспресса» 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 «основные причины неудачи [...]: Недостаточная неопределенность и управление конфигурацией при моделировании динамики парашюта, что привело к ожиданию гораздо более низкой динамики, чем наблюдалось в полете; Неадекватное время сохранения флага насыщения IMU [инерциального измерительного блока] и неадекватная обработка насыщения IMU со стороны GNC [навигации и управления]; Недостаточный подход к обнаружению, изоляции и восстановлению отказов и надежности конструкции; Неудача в управлении субподрядчиками и приемке оборудования». [73]
Расследование комиссии по расследованию показало, что в то время, когда посадочный модуль раскрыл свой парашют, он начал вращаться неожиданно быстро. Это сверхбыстрое вращение на короткое время насытило измерительный прибор вращения Скиапарелли , что привело к большой ошибке оценки ориентации программного обеспечения системы наведения, навигации и управления. Это привело к тому, что компьютер рассчитал, что он находится ниже уровня земли, что вызвало раннее освобождение парашюта и оболочки, кратковременное включение двигателей всего на 3 секунды вместо 30 секунд и активацию наземной системы, как если бы Скиапарелли приземлился. [74] Расследование также определило, что «миссия не была бы поставлена под угрозу ошибкой знания ориентации, вызванной насыщением ИМУ [инерциального измерительного блока], если бы время инерционности было установлено на более низком значении». [73] : 19
Изображения места крушения модуля предполагают, что при ударе мог взорваться топливный бак. [65] Предполагается, что посадочный модуль врезался в поверхность на скорости около 300 км/ч (83 м/с; 190 миль/ч). [75] Дополнительные изображения места к ноябрю еще раз подтвердили идентичность частей космического корабля. [76] Дополнительные изображения были цветными, и было отмечено, что парашют был слегка смещен. [76]
Делая больше снимков с использованием техники, называемой реконструкцией со сверхвысоким разрешением (SRR), можно улучшить разрешение, что и было сделано для ранее потерянного зонда Beagle 2. [77] Два других преимущества большего количества снимков заключаются в том, что легче различать шумы на снимках, такие как попадания космических лучей, и реальные объекты, а также объекты с высоким альбедо среди ярких пятен и мгновенные зеркальные отражения. [61] Наконец, с помощью нескольких снимков с течением времени можно наблюдать движение и изменения, такие как ветер, раздувающий парашют. [61]
Основной целью миссии было испытание систем посадки, включая парашют, доплеровский радиолокационный высотомер, гидразиновые двигатели и т. д. [79] Второстепенной целью миссии была научная. Посадочный модуль должен был измерить скорость и направление ветра, влажность, давление и температуру поверхности, а также определить прозрачность атмосферы. [41] Полезная нагрузка для исследований поверхности называлась DREAMS и была разработана для получения метеорологических данных в течение нескольких дней после посадки, [80] а также для проведения первых измерений атмосферного электричества на Марсе. [6] [46]
В состав полезной нагрузки входила камера спуска (DECA). [46] Полученные ею изображения должны были передаваться после приземления. [2] AMELIA, COMARS+ и DECA собирали данные во время входа в атмосферу, спуска и посадки в течение примерно шести минут. [3] Большая часть этих данных передавалась во время спуска. [81] Хотя часть EDL была разработана так, чтобы длиться буквально несколько минут, а поверхностные наблюдения — максимум несколько дней, один инструмент, INRRI, представлял собой пассивный лазерный ретрорефлектор, который можно было использовать как можно дольше, даже десятилетия спустя, для лазерного дальномера посадочного модуля. [82]
INRRI был установлен на верхней (зенитной) стороне посадочного модуля, чтобы космический аппарат сверху мог нацелиться на него. Его масса составляла около 25 граммов, и он был предоставлен Итальянским космическим агентством (ASI). В конструкции использовался кубический уголковый отражатель для возврата входящего лазерного света. Кубы изготовлены из плавленого кварца и установлены на алюминиевой опорной конструкции. [83] INRRI также был установлен на посадочном модуле InSight Mars. [84]
Научная полезная нагрузка посадочного модуля для поверхности представляла собой метеорологический пакет DREAMS (Dust Characterization, Risk Assessment, and Environment Analyser on the Martian Surface), состоящий из набора датчиков для измерения скорости и направления ветра (MetWind), влажности (MetHumi), давления (MetBaro), температуры поверхности (MarsTem), прозрачности атмосферы (Solar Irradiance Sensor – SIS) и электрификации атмосферы (Atmospheric Relaxation and Electric-field Sensor – Micro-ARES). [80] [87] Учреждения, которые внесли свой вклад в научную полезную нагрузку DREAMS, включают INAF и CISAS из Италии, LATMOS из Франции, ESTEC из Нидерландов, FMI из Финляндии и INTA из Испании. [88]
Полезная нагрузка DREAMS должна была функционировать в течение 2–8 марсианских дней в качестве экологической станции на протяжении всей миссии на поверхности после посадки. [3] [48] Планируемое прибытие посадочного модуля было сделано так, чтобы совпасть с глобальным сезоном пылевых бурь на Марсе и собрать данные о запыленной атмосфере Марса. [41] Предполагалось, что DREAMS предоставит новые сведения о роли электрических сил в подъеме пыли, механизме, который инициирует пылевые бури. Кроме того, датчик MetHumi должен был дополнить измерения MicroARES критически важными данными о влажности, чтобы позволить ученым лучше понять процесс электризации пыли. [87]
Атмосферное электричество на Марсе до сих пор не измерено, и его возможная роль в пылевых бурях и атмосферной химии остается неизвестной. [89] Было высказано предположение, что атмосферное электричество могло сыграть роль в неубедительных результатах экспериментов с жизнью на посадочном модуле Viking , которые были положительными для метаболизирующей микробной жизни, но никаких органических соединений не было обнаружено масс-спектрометром. [86] Два предпочтительных возможных объяснения - это реакции с перекисью водорода или озоном, созданные ультрафиолетовым светом , или атмосферные электрические процессы во время пылевых бурь. [86]
DREAMS-P был датчиком давления, а DREAMS-H — влажности; датчики питают одну плату обработки данных. [90]
В дополнение к полезной нагрузке на поверхности, камера под названием DECA (Descent Camera) на посадочном модуле работала во время спуска. Она была предназначена для предоставления дополнительной контекстной информации и точных данных о местоположении в виде изображений. [91] DECA является повторным запуском Visual Monitoring Camera (VMC) миссии Planck и Herschel . [92]
Еще одним экспериментом на поверхности, посвященным пыли, был эксперимент по сцеплению материалов на посадочном модуле Mars Pathfinder , проведенный примерно за двадцать лет до ExoMars.
Камера спуска (DECA) была предназначена для захвата около 15 видов вниз по мере приближения к поверхности Марса. [92] Она должна была начать получать изображения после того, как нижний тепловой экран был сброшен. [93] Эта камера имела поле зрения 60 градусов для захвата изображений в оттенках серого , чтобы поддерживать технические знания о спуске. [92] DECA была запасной камерой визуального мониторинга космической обсерватории Гершеля и миссии Plank, которые были запущены вместе. Размеры камеры составляют 9 см (3,5 дюйма) в квадрате, с массой 0,6 кг (1,3 фунта). [1] Данные камеры спуска DECA хранились во время спуска и не предназначались для передачи на Землю до посадки, [2] поэтому эти изображения были потеряны в результате крушения. Целью этой задержки передачи была защита космического корабля и данных от электростатических разрядов. [93] DECA была спроектирована и построена в Бельгии компанией Optique et Instruments de Précision (OIP). [2]
Основными целями DECA были: [2]
Поскольку демонстрационный посадочный модуль Schiarapelli передавал данные во время спуска, большая часть телеметрии была успешно возвращена. [81] Около 600 мегабайт [57] данных, что составляет около 80% телеметрии, были переданы на Землю и использовались для исследования режимов отказов используемой технологии посадки. [70] [94] [95]
Примечание о массах: на поверхности Марса гравитация меньше, чем на Земле, поэтому вес составляет 37% от веса Земли. [96]
В какой-то момент Роскосмос предложил предоставить 100-ваттный радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) в качестве источника питания для посадочного модуля EDM, чтобы позволить ему контролировать локальную поверхностную среду в течение полного марсианского года, [100] [101] но из-за сложных российских процедур экспортного контроля позже он выбрал использование неперезаряжаемой электрической батареи с достаточной мощностью для 2–8 солов . [1] [102] Солнечные панели также рассматривались, когда рассматривалась более длительная миссия (1–2 месяца) с поддержкой более тяжелого и сложного посадочного модуля. [103] К 2010-м годам основное внимание уделялось выполнению краткосрочной (несколько дней на поверхности) демонстрации технологий с упором на посадочные системы. [104]
Schiaparelli необычен тем, что оснащен только неперезаряжаемыми батареями, поэтому его активная жизнь будет ограничена всего несколькими марсианскими днями. Это связано с тем, что его главная цель — продемонстрировать технологии входа, спуска и посадки.
ЕКА, 2016 [45]
У Скиапарелли было радио UHF для связи с марсианскими орбитальными аппаратами. [99] У посадочного модуля было две антенны, одна на задней оболочке и одна на посадочном модуле. [99] Когда задняя оболочка отбрасывается, он может передавать данные со спиральной антенны 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 могли записывать или разговаривать с посадочным модулем, поскольку шар Марса блокирует линию прямой видимости посадочного модуля. [99] ExoMars TGO также мог общаться с ним с помощью системы UHF. [99] EDM «проснулся» от гибернации примерно за 90 минут до посадки и непрерывно передавал данные в течение 15 минут до посадки. [99]
Во время посадки сигнал EDM контролировался на Марсе орбитальным аппаратом Mars Express и дистанционно гигантским радиотелескопом Metrewave в Пуне, Индия. [99] Mars Express также общается с другими посадочными модулями и марсоходами с помощью своей системы связи Melacom. [99] Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) пролетел над местом посадки через два часа после посадки и был доступен для проверки сигналов от Schiaparelli . [99] ExoMars TGO также мог общаться с ним с помощью системы UHF. [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 систему ретрансляции UHF первого поколения, включая Mars Global Surveyor , Mars Odyssey и Mars Express . [99] Использование орбитальных аппаратов для передачи данных с марсианских посадочных аппаратов и марсоходов отличается своей энергоэффективностью. [105]
19 октября 2016 года потребовалось 9 минут и 47 секунд, чтобы радиопередача прошла примерно со скоростью света от Марса до Земли. [106] Таким образом, даже несмотря на то, что радиорешетка в Пуне слушала в «реальном времени», вся последовательность EDL, которая заняла бы около 6 минут, уже произошла, даже когда она была зарегистрирована как начало входа в атмосферу. [106] Есть небольшое изменение, потому что скорость света замедляется воздухом Марса и Земли (см. Показатель преломления ), а еще одним фактором является замедление времени , потому что зонд существовал со значительно другой скоростью и в другом гравитационном поле, чем радиостанция на Земле (хотя и относительно небольшом). [107] [108] [109]
Посадочный модуль Schiaparelli имеет два основных компьютера, один из которых называется центральным терминалом и блоком питания (CTPU) и размещен в теплом боксе сверху, а другой компьютер называется удаленным терминалом и блоком питания (RTPU) [ 110] и находится на нижней стороне посадочного модуля. [111] В целом, CTPU управляет операциями на поверхности, а RTPU управляет входом и спуском и фактически уничтожается при окончательной посадке на поверхность, поскольку он находится на нижней стороне. [111] Когда орбитальный аппарат Trace Gas и демонстрационный модуль входа подключены, RTPU управляет интерфейсом и передает питание с орбитального аппарата на модуль. [ 111] Когда он отключается от орбитального аппарата, он должен работать от своих внутренних батарей. [111] CTPU использует центральный процессор LEON, основанный на архитектуре процессора SPARC на базе RISC компании Sun Microsystems , а также имеет ОЗУ, ПЗУ и таймер. [111] CTPU также обрабатывает данные, отправленные в систему радиосвязи УВЧ. [111] Когда посадочный модуль отключается от орбитального модуля, он проводит большую часть времени в режиме гибернации с низким энергопотреблением, пока он движется по инерции в космосе перед входом в атмосферу Марса. [2] Посадочный модуль должен двигаться по инерции в космосе около 3 дней самостоятельно перед посадкой, в то время как орбитальный модуль должен выйти на орбиту Марса. [2] Данные спускаемой камеры DECA не загружаются в компьютер для ретрансляции на Землю до посадки и не передаются во время спуска. [2]
Парашют с дисковым зазором был раскрыт пиротехническим минометом. [97] Он был испытан в полном масштабе в крупнейшей аэродинамической трубе в мире в рамках его разработки. [97] Парашют меньшего масштаба был испытан в атмосфере Земли в 2011 году; он был поднят на воздушном шаре на высоту 24,5 километра, а затем отпущен, а пиротехнические системы раскрытия были испытаны после периода свободного падения. [112] 19 октября 2016 года парашют был успешно раскрыт на Марсе. [65]
Летом 2019 года во время испытаний возникли проблемы с парашютом для следующего этапа проекта, несмотря на испытание технологии EDM; проблемы с парашютной системой могут задержать этот этап. [113]
Модуль Скиапарелли имеет 3 набора из трех двигателей, всего девять, которые работают, начиная с высоты около 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 400 ньютонов тяги. [114] Эти ракетные двигатели питаются от трех сферических 17,5-литровых баков, содержащих гидразиновое топливо. [114] [115] Баки вмещают около 15–16 килограммов гидразина (около 34 фунтов, 2,4 стоуна) топлива на бак, или 46 кг в целом (101 фунт или 7,24 стоуна). [114] [115] Топливо сжимается гелием, который находится в одном баке, содержащем 15,6 литров под давлением 170 бар (2465 фунтов на квадратный дюйм). [115] Двигатели выключаются на расстоянии 1–2 метров/ярдов от поверхности, после чего зона деформации под посадочным модулем осуществляет окончательную остановку. [114] Данные с таймера, доплеровского радара и инерциального измерительного блока объединяются в компьютерах посадочного модуля для управления работой двигателей. [114]
Возможным моментом «закрытия» следующей миссии ExoMars стала министерская встреча ЕКА в декабре 2016 года, на которой рассматривались некоторые вопросы, включая финансирование ExoMars в размере 300 миллионов евро и уроки, извлеченные из миссий ExoMars 2016 на данный момент. [116] Одной из проблем была авария Schiaparelli , поскольку эта система посадки используется для миссии ExoMars 2020, состоящей из марсохода Rosalind Franklin, доставленного оснащенным приборами посадочным модулем Kazachok 2020. [116]
Команду ExoMars похвалили за то, что она «сделала мужественную мину» после случившегося и с оптимизмом отнеслась к весьма достоверному возвращению EDM к своей главной миссии: данным о входе в атмосферу, спуске и посадке, несмотря на крушение. [117]
Другим положительным моментом стала разработка демонстрационного модуля как части общего грандиозного плана для ExoMars, что означало, что технологии посадки прошли реальные испытания перед тем, как 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: ЕКА продолжит оказывать финансовую поддержку ExoMars. [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 европейской космонавтики.
— Менеджер проекта ESA ExoMars [120]
{{citation}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )