MSL Curiosity

Curiosity (Любопытство) — часть миссии Mars Science Laboratory (MSL), марсоход нового поколения, представляет собой автономную химическую лабораторию в несколько раз больше и тяжелее прежних марсоходов Spirit и Opportunity. Аппарат должен будет за несколько месяцев пройти от 5 до 20 километров и провести полноценный анализ марсианских почв и компонентов атмосферы. Космический корабль доставки будет снабжён вспомогательными ракетными двигателями для контролируемой и более точной посадки, которые до этого при спуске марсоходов не использовались.

Запуск Curiosity к Марсу состоялся 26 ноября 2011 года. Прибудет на Марс в августе 2012. Срок службы на Марсе составит 1 марсианский год (686 земных дней).

В разработке аппарата помимо НАСА участвуют также Caltech и JPL.

Специалисты американского космического агентства НАСА решили отправить марсоход в кратер Гейла. В огромной воронке хорошо просматриваются глубинные слои марсианского грунта, раскрывающие геологическую историю красной планеты.

Название Curiosity было выбрано в 2009 году путем интернет-голосования среди вариантов, предложенных школьниками. Среди других вариантов были Adventure («Приключение»), Amelia, Journey («Путешествие»), Perception («Восприятие»), Pursuit («Стремление»), Sunrise («Восход»), Vision («Видение») и даже Wonder («Чудо»).

Задачи и цели миссии

MSL имеет четыре основных цели:

• Установить, существовала ли когда-либо жизнь на Марсе.
• Получить подробные сведения о климате Марса.
• Получить подробные сведения о геологии Марса.
• Провести подготовку к высадке человека на Марсе.

Для достижения этих целей перед MSL поставлено восемь основных задач:

• Обнаружить и установить природу марсианских органических углеродных соединений.
• Обнаружить вещества, необходимые для существования жизни: углерод, водород, азот, кислород, фосфор, серу.
• Обнаружить следы возможного проистекания биологических процессов.
• Определить химический состав марсианской поверхности.
• Установить процесс формирования марсианских камней и почвы.
• Оценить процесс эволюции марсианской атмосферы в долгосрочном периоде.
• Определить текущее состояние, распределение и круговорот воды и углекислого газа.
• Установить спектр радиоактивного излучения поверхности Марса.

Характеристики

MSL имеет 3 метра в длину, 2,1 метра в высоту с разложенной камерой и 2,7 метра в ширину. Диаметр колёс составляет примерно 51 сантиметр. Вес марсохода — 900 килограммов (включая 80 килограммов исследовательского оборудования).

На поверхности Марса MSL будет способен преодолевать препятствия до 75 сантиметров в высоту. Максимальная предполагаемая скорость на пересечённой местности будет составлять 90 метров в час при автоматической навигации. Средняя же скорость предположительно составит 30 метров в час. Ожидается, что за время двухлетней миссии MSL пройдёт не менее 19 километров.

Конструкция прибора подобна тем, что использовались ранее — платформа с научными приборами на шести колёсах, каждое из которых имеет свой электродвигатель, причём передние и задние два колеса будут участвовать в рулении, что позволит аппарату разворачиваться на 360 градусов, оставаясь при этом на месте. Он будет втрое тяжелее прежних марсоходов и обойдется в 2,3 миллиарда долларов.

Вместо солнечных батарей в качестве источника энергии будет использован РИТЭГ, избавляя от проблемы запыления панелей солнечных батарей и простоев аппарата в ночное время. Выбранный РИТЭГ нового поколения способен снабжать марсоход энергией в течение 14 лет при радиоактивном распаде плутония-238. Мощность генерируемой электроэнергии составит 110 ватт.

Космический аппарат будет состоять из трёх модулей — перелётного, посадочного и ровера-марсохода. Масса космического аппарата — 3,4 т, ровера — 930 кг, масса научной аппаратуры, установленной на ровере — 80 кг.

Ракета-носитель

MSL запущена с пускового комплекса №41 мыса Канаверал на ракете-носителе Атлас-5 541 предприятия United Launch Alliance. Эта двухступенчатая ракета-носитель включает в себя центральный блок первой ступени диаметром 3.8 м с двигателем РД-180, четыре твёрдотопливных блока и разгонный блок Центавр с головным обтекателем диаметром 5.4 м. Она способна выводить до 7982 кг на геостационарную орбиту. Атлас-5 также использовался для запуска Mars Reconnaissance Orbiter и New Horizons.

Первая и вторая ступени вместе с твёрдотопливными двигателями были собраны 9 октября недалеко от стартового стола. Головной обтекатель с установленной MSL перевезён на стартовый стол 3 ноября. Запуск состоялся 26 ноября в 15:02 UTC.

Посадочная система

Спуск на поверхность Марса большой массы весьма затруднителен. Атмосфера слишком плотная, чтобы позволить ракетным двигателям обеспечить существенное торможение, поскольку общеизвестно, что использование тяги реактивной струи на сверхзвуковых скоростях сопряжено с нестабильностью. При этом атмосфера слишком разреженная, чтобы парашюты и аэродинамическое торможение оказались эффективны. Хотя некоторые предыдущие миссии использовали аэробаллоны для смягчения удара при посадке, MSL слишком большая для использования этого варианта.

Curiosity выполнит спуск на поверхность Марса используя систему высокоточного входа в атмосферу, снижения и посадки (EDL), которая обеспечит попадание в пределах 20-километрового эллипса посадки, в отличие от эллипса 150 км на 20 км систем посадки марсоходов Mars Exploration Rovers (Spirit и Opportunity).

Для этого MSL применит комбинацию нескольких систем в точном порядке, при котором последовательность, состоящая из входа в атмосферу, снижения и посадки, разделится на 4 части.

Управляемый вход в атмосферу

Марсоход сложен внутри аэродинамической капсулы, предохраняющей его во время космического перелёта и входа в атмосферу Марса. Вход в атмосферу выполняется с помощью абляционного теплозащитного покрытия из углеродных волокон, пропитанных фенолформальдегидной смолой (PICA). Это теплозащитное покрытие диаметром 4.5 м — самое большое из когда-либо запущенных в космос — замедлит за счёт абляции движение космического аппарата в марсианской атмосфере со скорости межпланетного перелёта 5.3…6 км/с до двукратной скорости звука (приблизительно), при которой возможно раскрытие парашюта. Большая часть компенсации ошибки при посадке выполняется алгоритмом управляемого входа в атмосферу, похожим на применявшийся астронавтами, возвращавшимися на Землю в ходе программы Apollo. Это управление использует подъёмную силу, создаваемую аэродинамической капсулой, чтобы нивелировать любую обнаруженную ошибку по дальности и тем самым прибыть на выбранное место посадки. Чтобы аэродинамическая капсула обеспечивала подъёмную силу, её центр масс смещён от центральной оси, что вызывает наклон капсулы при атмосферном полёте, опять же аналогично командному модулю Apollo. Это достигается набором сбрасываемых балластов. Вектор подъёмной силы управляется четырьмя блоками двигателей реактивной системы управления, каждая пара которых создаёт тягу около 500 Н. Способность изменять точку приложения подъёмной силы позволяет космическому аппарату реагировать на окружающую среду и маневрировать к зоне посадки. Перед раскрытием парашюта капсула сперва должна сбросить балласты так, чтобы устранить смещение центра тяжести. Затем на высоте около 10 км при скорости 470 м/с раскроется парашют.

Снижение под парашютом

Когда завершится этап входа в атмосферу, и капсула замедлится до двукратной скорости звука, на высоте около 7 км будет сброшено теплозащитное покрытие. Затем MSL раскроет сверхзвуковой парашют, как это выполнялось в предыдущих миссиях, таких как Viking, Mars Pathfinder и Mars Exploration Rovers.

В марте и апреле 2009 парашют MSL был испытан в крупнейшей в мире аэродинамической трубе и прошёл лётные испытания. Парашют имеет 80 строп, длину более 50 м и диаметр около 16 м. Парашют имеет возможность раскрытия при скорости 2.2 М и способен давать тормозное усилие до 289 кН в марсианской атмосфере. На высоте ниже 3.7 км фотокамера, установленная на нижней поверхности марсохода, будет делать 5 кадров в минуту.

Снижение с использованием тяги двигателей

После торможения парашютом, на высоте около 1.8 км, двигаясь со скоростью около 100 м/с, марсоход и спускаемый аппарат отделятся от капсулы. Спускаемый аппарат — это платформа над марсоходом с гидразиновыми монотопливными ракетными двигателями с переменной тягой, установленными на штангах, выступающих в стороны от платформы, для замедления снижения. Каждый из 8 двигателей этого модуля создаёт тягу до 3.1 кН и разработан на основе двигателей, использовавшихся на посадочных модулях Viking. В это время марсоход будет переведён из перелётной конфигурации (сложенное состояние) в посадочную, при этом опускаясь под спускаемым аппаратом с применением системы «летучий кран».

Летучий кран

Система «летучий кран» мягко опустит марсоход колёсами вниз на поверхность Марса. Система состоит из 3 тросов, опускающих марсоход, и электрического кабеля, связывающего спускаемый аппарат и марсоход. Опустив марсоход примерно на 7.5 м ниже спускаемого аппарата, система плавно остановится, и марсоход коснётся поверхности. После того, как марсоход коснётся поверхности, он ждёт 2 секунды для подтверждения того, что он находится на твёрдой поверхности, и приводит в действие пироножи на тросах и электрических кабелях, чтобы отделить себя от спускаемого аппарата. Спускаемый аппарат сразу улетает и совершает жёсткую посадку, и марсоход готовится к передвижению по Марсу. Эта система снижения и посадки с использованием тяги двигателей и «летучего крана» никогда ранее не применялась в реальных миссиях.

Исследовательские приборы

Научные приборы аппарата позволят эффективно обнаруживать органические молекулы и устанавливать их структуру, а также зондировать толстый слой грунта в поисках следов воды при помощи нейтронного детектора, создаваемого Роскосмосом. С помощью инфракрасного лазера можно будет удалять с минералов мешающие наслоения (пыль, продукты коррозии) и тут же производить дистанционный лазерный химический анализ на расстоянии до 10 метров. «Сердце» научной аппаратуры — прибор SAM. Он будет определять химический состав грунта и искать в нем органические молекулы. Этот прибор будет передавать пятую часть всех данных с Марса.

Роботизированная «рука»

В передней части марсохода имеется «рука» длиной примерно 1,8 метра. Она достаточно сильна, чтобы выдержать человека, повисшего на её конце. Она во многом похожа на руку человека: есть подобия плеча, локтя и кисти, благодаря чему она может вытягиваться и сгибаться подобно руке человека.

На конце манипулятора будет установлено несколько научных инструментов: небольшой бур, лопатка для сбора образцов грунта и пыли и другие. Таким образом он сможет собирать образцы пород грунта, камней и пыли и доставлять их во внутреннюю часть марсохода для подробного химического анализа.

Интересные факты

Вскоре после запуска Mars Science Laboratory опередила другую миссию к Марсу — «Фобос-Грунт» (НПО им. Лавочкина, Роскосмос), запуск которой был осуществлён 9 ноября 2011 года (МСК), а прибытие к Марсу планировалось на 1-2 месяца позднее, чем Mars Science Laboratory (АМС «Фобос-Грунт» не покинула низкую околоземную орбиту вследствие нештатной ситуации). При этом масса Mars Science Laboratory с разгонным блоком составляет более 23 тонн, в то время как масса АМС «Фобос-Грунт» с разгонным блоком составляет около 13 тонн.

http://ru.wikipedia.org/wiki/Curiosity