Этим летом три страны отправляются на Марс

Примерно раз в 26 месяцев, когда планеты выстраиваются правильно, можно сэкономить при отправке космических кораблей на Марс. Сэкономить на ракетном топливе. НАСА, у которой в этом деле накоплен немалый опыт, редко упускает такую возможность. Американские космические корабли улетали на Марс в последние шесть из восьми таких стартовых окон.

Этим летом на подножку марсианского поезда готовы вскочить два новичка: Китай и Объединенные Арабские Эмираты. ОАЭ станут первой арабской страной, замахнувшейся на межпланетный полет. Между тем, НАСА повышает ставки в этой игре, начиная первую часть своей кампании по сбору марсианских образцов и доставке их на Землю.

Запланирован еще один запуск, но из-за технических задержек, а потом и из-за коронавируса совместную миссию Европейского космического агентства и Роскосмоса «Экзомарс» пришлось отложить, и в нынешнее окно она уже не попадет. Глобальная пандемия до сих пор как туча висит над любыми планами, затрудняя проведение последних испытаний и транспортировку техники на стартовую площадку. Но по состоянию на конец апреля, космические корабли из трех разных стран готовились согласно графику отправиться на Марс в июле, чтобы вернуться на Землю в феврале.

Чего они хотят добиться?

Надежда на новое поколение

Правители Объединенных Арабских Эмиратов очень любят свои технологии. Будь это такси-беспилотники или протыкающие облака небоскребы, этот режим всегда поддерживает рискованные изобретения и гордится тем, какой он технически прогрессивный. В 2020 году его космическая программа пошла дальше, не ограничиваясь запуском спутников на околоземную орбиту.

В сентябре прошлого года ОАЭ отправили своего первого астронавта в восьмидневный полет на МКС. Теперь эта молодая, богатая нефтью страна хочет сделать то, на что редко решаются другие космические агентства: она намерена отправить космический корабль на марсианскую орбиту.

Свою программу ОАЭ назвали «Надежда». Второе название — ММЭ (Марсианская миссия Эмиратов). Цели у этой миссии весьма скромные. На борту космического корабля установят три камеры для изучения атмосферы Марса в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазоне. Корабль «Надежда» пойдет по высокой орбите, рассчитанной специально для того, чтобы наблюдать за разными местами на Марсе в разное время суток в течение марсианского года. Корабль будет проводить первые за все время измерения в нижних слоях атмосферы, где формируется марсианская погода, в том числе, пылевые бури. Это небольшая научная ниша, но очень важная.

В самом начале проекта ученые и инженеры ОАЭ получили приказ от премьер-министра шейха Мохаммеда ибн Рашида Аль-Мактума (Mohammed bin Rashid Al Maktoum) (чье имя носит космический центр ОАЭ): «Надежда» должна прибыть на Марс до 50-й годовщины со дня основания Объединенных Арабских Эмиратов, которую будут отмечать в декабре 2021 года. Как отметил в 2018 году на конференции фонда TED руководитель проекта Омран Шараф (Omran Sharaf), команда также получила инструкции о том, что «Надежда» должна внести значительный вклад в науку, а не повторять то, что уже сделали другие. А еще часть работ по проектированию и инженерному обеспечению надо было осуществить в ОАЭ. «Мы не будем покупать, мы будем строить», — привел Шараф слова премьер-министра.

Космическое агентство ОАЭ объединило усилия с тремя американскими университетами, которые уже давно участвуют в подготовке межпланетных полетов НАСА. Для запуска космического аппарата «Надежда» будет использована японская ракета. Майк Макграт (Mike McGrath) из Лаборатории атмосферной и космической физики Колорадского университета, ранее работавший руководителем программ, а теперь ставший старшим советником по этому проекту, три года назад переехал в Дубаи и сейчас всячески хвалит своих коллег из ОАЭ. «Всем, с кем я работаю, чуть больше 30 лет», — говорит он. Макграт особо выделяет Шарафа и научного руководителя проекта Сару Амири (Sarah Amiri). «Я никогда не встречал людей их возраста и положения с такими же как у них способностями. Это поразительно», — отмечает он.

Это намек на другую цель проекта, которая даже важнее, чем полет на Марс. Выступая в 2018 году с речью, Шараф (степень бакалавра он получил в Виргинском университете, а инженерные навыки накапливал в Южной Корее во время работы над спутником наблюдения за Землей для ОАЭ) подчеркнул, что проект «Надежда» призван вдохновить 100 миллионов молодых жителей арабского региона, повысить их интерес к науке и техническому проектированию, и указать им новое будущее, которое не ограничивается одной только нефтью, поскольку она не сможет вечно поддерживать экономику региона. «Неудача на Марсе возможна, — сказал он. — Но отказ от прогресса недопустим».

Китай расширяет горизонты исследований

Более 40 лет, с момента полетов «Викингов» в 1970-х годах, марсианская поверхность является исключительно американской территорией. А вот Луна принадлежит Китаю, по крайней мере, с начала нынешнего века. Два посадочных аппарата, «Чанъэ-3» и «Чанъэ-4», создали маленькие исследовательские станции на лунной поверхности, совершив там посадку в 2013 и 2019 годах, соответственно. Оба аппарата доставили на Луну маленькие луноходы «Юйту» (Нефритовый заяц), которые могут исследовать местность в непосредственной близости от себя, используя камеры, спектрометры и прочие приборы.

Но сейчас Китай устремил свои взоры на Марс. Космическая программа этой страны отличается амбициозностью и методичностью. Она продвигается вперед в строгом соответствии с планом, и Китай порой за один раз добивается нескольких важных побед. И вместо того, чтобы начинать с отправки одного простого орбитального аппарата, как это делают другие космические агентства, Китай с первой попытки посылает на Марс и орбитальный аппарат, и марсоход.

Китайская программа называется «Тяньвэнь-1» (Вопросы к небу) по названию поэмы. Космический комплекс весом пять тонн состоит из орбитальной станции и спускаемого аппарата. В космос он будет выведен ракетой «Чанчжэн-5» (Великий поход). На марсианской орбите произойдет разделение двух частей, и спускаемый аппарат (по сути дела, это просто платформа для марсохода) после высокоскоростного спуска в защитном кожухе раскроет парашют и совершит мягкую посадку, включив тормозную двигательную установку. Во время лунных миссий «Чанъэ» Китай использовал при посадке впечатляющий набор лазерных локаторов и оптических датчиков для навигации и во избежание опасностей, таких как крупные валуны. У «Тяньвэнь» имеются аналогичные приборы, хотя осуществлять посадку в марсианской атмосфере сложнее и опаснее, чем на Луне, и это может стать самым большим препятствием для первопроходцев при исследовании Красной планеты.

После посадки похожий на «Юйту» колесный вездеход (у него пока нет названия) скатится по аппарели с посадочной платформы и начнет изучение окружающей местности. Один из приборов «Тяньвэнь» — радиолокационная станция подповерхностного зондирования — создан на основе похожего устройства, которое использовалось во время полетов на Луну. На Земле такие РЛС применяются во многих областях, начиная с археологии и кончая поиском подземных коммуникаций. На Марс такой прибор еще никто и никогда не доставлял, но у НАСА есть одна РЛС этого типа на спускаемом аппарате, который будет запущен в 2020 году. Есть она и на европейском космическом корабле, запуск которого отложен. Смысл применения РЛС в том, чтобы заглянуть на десятки метров в глубину Марса и понять местное геологическое строение, а также распределение скальных пород, почвы и льда.

Следует пояснить, что программа «Тяньвэнь» не совсем первая попытка Китая попасть на Марс. В 2011 году была предпринята попытка доставки на Марс китайского зонда «Инхо-1» совместно с российским космическим аппаратом. Но из-за нештатной ситуации на старте ракета с аппаратами упала в Тихий океан. Конечно, это была неудача. Но тогда китайская космическая программа была моложе, и у специалистов было меньше уверенности в себе.

Коллекционер марсианского грунта

В 2011 году, когда американским планетологам задали вопрос о том, какие крупные проекты должны получить федеральное финансирование в предстоящем десятилетии, они в первую очередь выделили полет на Марс с целью сбора образцов грунта. На самом деле, для этого нужно два полета. В ходе первого осуществляется сбор образцов скальных пород и почвы, которые складируются на Марсе. А в ходе более позднего второго полета эти образцы доставляются на Землю для подробного изучения, что на Марсе сделать невозможно. В первой части этого плана будет задействован марсоход НАСА «Персевирэнс». Его запуск намечен на 17 июля с мыса Канаверал, и это будет самый высокотехнологичный полет на Марс.

Установив в ходе прежних исследований, что Марс когда-то был пригоден для жизни, ученые сейчас хотят понять, был ли он когда-то обитаемой планетой. Ответить на этот вопрос труднее, поскольку в настоящее время нет точных биологических признаков существования жизни — разве что заметить скачущего по марсианской поверхности кенгуру. Скорее всего, предварительный ответ получить можно, изучив различные данные о химическом составе и физических характеристиках скального грунта, которые покажут наличие биологических следов. Задача марсохода «Персевирэнс» — найти самый многообещающий грунт, в котором могут содержаться органические остатки.

На первый взгляд, миссия 2020 года кажется повтором экспедиции вездехода «Кьюриосити», который уже восьмой год исследует Марс. «Персевирэнс» тоже весит тонну, имеет примерно такие же размеры и конструкцию. У него такая же система типа «летающей лебедки» (она немного страшная и похожа на вертолет), которая будет использована для опускания аппарата на поверхность Марса.

Но есть и множество усовершенствований по сравнению с предыдущей миссией, начиная с места посадки, в качестве которого выбран кратер Езеро. Все научные знания, полученные за 20 лет марсианских исследований роботами, пошли на то, чтобы выбрать данное место. Это высохшая дельта древней реки и дно озера, куда вода в свое время должна была нанести множество разнообразных образцов горных пород из разных геологических мест и периодов.

«Персевирэнс» будет использовать целый ряд способов, чтобы побыстрее добраться к месту назначения. Среди них метод под названием «спуск по множеству значений», при использовании которого может меняться момент раскрытия парашюта при входе в атмосферу в зависимости от близости к цели. Большинство приборов на борту марсохода являются усовершенствованными версиями аппаратуры «Кьюриосити». Навигационные камеры дают более четкую картинку, которая стала цветной, а не черно-белой. Модернизированы даже колеса, чтобы повысить силу сцепления с песком.

Самым большим достижением стала система складирования образцов (Sample Caching System). Прибыв на многообещающее место и найдя образец породы или почвы, в котором может содержаться полезная информация (спектрометр «Шерлок» и еще один прибор могут идентифицировать органические вещества), вездеход с помощью двухметровой роботизированной руки и бура может собрать до 14 граммов материала, который помещается в стерильный металлический контейнер. Как минимум 30 таких контейнеров будет оставлено на поверхности земли на специально обозначенной «складской территории», подобно бутылкам с посланиями. Эти образцы будут ждать, пока их не заберут. Контейнеры могут сохранять герметичность на поверхности Марса как минимум 10 лет.

«Персевирэнс» также будет запускать крошечный вертолет, и это будет первый полет с работающим двигателем на другой планете. А экспериментальная установка «МОКСИ» (MOXIE) попытается извлечь кислород из марсианской атмосферы. Это будет прототип устройства, который когда-то понадобится астронавтам на Марсе для производства ракетного топлива и пригодного для дыхания воздуха.

От этой рискованной миссии стоимостью 2,5 миллиарда долларов многое зависит. При этом нет никакой гарантии, что ученые сумеют доказать существование жизни на Красной планете в прошлом (или опровергнуть эту идею). Вторая часть программы по доставке образцов на Землю запланирована на 2026 год. Она непременно будет намного дороже, а финансирование пока никто не гарантирует. Но у НАСА есть план, и космическое агентство придерживается его. Может, именно поэтому оно назвало свой марсоход «Персевирэнс» (настойчивость)?