Инженеры измерили запас топлива на старейшем марсианском орбитальном аппарате НАСА

НАСА запустило орбитальный аппарат «Одиссей» к Красной планете почти 22 года назад. Космический аппарат совершил облет Марса более 94 000 раз. Это примерно эквивалентно 2,21 миллиарда километров. Такое расстояние требует очень тщательного управления запасом топлива космического корабля. Особенно учитывая то, что в «Одиссее» нет датчика расхода топлива – инженерам приходится полагаться на математику. За время своей службы «Одиссей» нанес на карту минералы на поверхности Марса, что позволило ученым лучше понять историю планеты. «Одиссей» обнаружил залежи льда, которые могли бы быть использованы будущими астронавтами, и разведал потенциальные места посадки для будущих миссий. «Одиссей» также входит в небольшое созвездие орбитальных аппаратов, которые передают данные обратно на Землю с марсоходов и спускаемых аппаратов НАСА. «Одиссей» стартовал в 2001 году с 225,3 кг гидразинового топлива. Инженеры использовали множество методов для определения того, сколько гидразина израсходовал космический корабль с течением времени. Один из способов измерить запас топлива «Одиссея» – нагреть два топливных бака космического корабля и посмотреть, сколько времени им требуется, чтобы достичь определенной температуры. Как и в случае с чайником, почти пустой топливный бак будет нагреваться быстрее, чем полный.

Летом 2021 года расчеты показывали, что в наличии оставалось около 5 кг топлива – меньше, чем предсказывало моделирование миссии. Другая оценка, проведенная в январе 2022 года, указывала на то, что осталось всего 2,8 кг гидразина.

Если цифры точные, то «Одиссей» проработал вхолостую менее чем год. Либо космический корабль испытал какой-то сбой, например утечку, либо что-то было не так в измерениях команды.

«Одиссею» не нужно много гидразина, чтобы выжить. Солнечные панели питают его системы, а три реактивных колеса помогают орбитальному аппарату направлять свои научные приборы на поверхность Марса. Когда реактивные колеса вращаются, они создают крутящий момент, который заставляет корабль двигаться в противоположном направлении.

«Эти реактивные колеса должны работать вместе, чтобы поддерживать направление космического корабля», – сказал руководитель миссии Джаред Колл. – «Но поскольку «Одиссей» завершает полный цикл на каждой орбите, вам нужен способ разгрузить растущий импульс».

Вот тут-то и нужен гидразин. Двигатели космического корабля высвобождают топливо небольшими порциями, чтобы противодействовать нарастающему импульсу реактивных колес.

Как и все космические корабли, «Одиссей» использует обогреватели для поддержания различных частей, включая топливные баки, в рабочем состоянии в условиях космического холода. После долгих экспериментов команда выяснила, что нагреватели, расположенные вдоль топливопровода, прогревали баки быстрее, чем ожидалось. Из-за этого казалось, что баки почти пусты.

Выяснив, сколько тепла не учитывалось в расчетах, команда пришла к выводу, что у «Одиссея» осталось около 4 кг гидразина. Этого достаточно, чтобы миссия продлилась еще несколько лет.

Кора Марса сложнее, чем считалось ранее

Ранняя кора Марса может быть устроена сложнее, чем считалось ранее. Ученые предполагают, что она может быть похожа на первоначальную кору Земли. Базальтовая поверхность Марса является результатом миллиардов лет вулканической активности. Поскольку Марс не подвергался полномасштабной реконструкции поверхности, подобной смещению континентов на Земле, ученые думали, что история коры Марса была относительно простой. В новом исследовании ученые обнаружили места в южном полушарии Красной планеты с большей концентрацией кремния, чем можно было бы ожидать в чисто базальтовой среде. Концентрация кремнезема была выявлена благодаря метеоритам, которые врезались в Марс и обнажили слои, залегавшие глубоко под поверхностью. Исследование было опубликовано 4 ноября в журнале Geophysical Research Letters. Ученые полагают, что Марс сформировался около 4,5 миллиарда лет назад. Как именно возникла Красная планета, остается загадкой, но существуют некоторые теории. Одна из идей заключается в том, что Марс образовался в результате титанического столкновения каменных глыб в космосе, которое породило океан из магмы. Магматический океан постепенно остывал, образуя кору, которая должна была быть исключительно базальтовой. Другая теория заключается в том, что океан магмы не был всеобъемлющим, и что части первой коры на Марсе имели другое происхождение, в котором концентрация кремнезема отличалась от базальтовой.

Валери Пайре, автор исследования, и ее коллеги проанализировали данные, собранные орбитальным аппаратом Mars Reconnaissance Orbiter, о южном полушарии планеты, которое, как показали предыдущие исследования, было самым старым регионом Марса. Исследователи обнаружили девять мест, таких как кратеры и разломы, которые были богаты полевым шпатом.

Полевой шпат ранее был обнаружен в других регионах Марса, но дальнейший анализ показал, что химический состав в этих областях был более базальтовым. Воспользовавшись прибором THEMIS, команда смогла определить, что грунт в выбранных ими местах был скорее кремнистым, чем базальтовым.

Исследователи также оценили возраст коры примерно в 4,2 миллиарда лет.

Пайре говорит, что была слегка удивлена этим открытием: "На поверхности были марсоходы, которые наблюдали породы, в которых было больше кремния, чем базальта. Итак, были идеи, что кора могла бы быть более кремнистой. Но мы до сих пор не знаем, как образовалась ранняя кора и сколько ей лет, так что это все еще своего рода загадка".

Ровер Curiosity запечатлел странный объект на поверхности Марса

Марсоход Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США Curiosity, исследующий поверхность Красной планеты с 2012 года, наткнулся на необычный объект. Некоторые из недавних фотографий марсохода, который почти десять лет передаёт на Землю изображения кратера Гейла, привлекли внимание писателя Пола Скотта Андерсона. Он заметил на них необычный предмет, чем и поспешил поделиться с пользователями сети Twitter. «Посмотрите на этот великолепный камень, который вчера марсоход Curiosity нашёл на Марсе», — добавил Андерсон к опубликованным снимкам. Его пост стал началом оживлённой дискуссии, в ходе которой пользователи предлагали разные варианты происхождения столь необычного камня. Поскольку в древние времена на Марсе было в достатке жидкой воды, можно предположить, что плавные линии камню придала жидкость миллиарды лет назад. Любопытно и то, что NASA публикует снимки Марса в открытом доступе, но Андерсон заявил, что в его адрес поступило уведомление о необходимости прекратить противоправные действия от компании, которая утверждает, что владеет NFT-токеном, подтверждающим право на владение снимком необычного камня.

Учёные, которые занимаются исследованием Марса, пришли к выводу, что миллиарды лет назад кратерные озёра были обычным явлением на Красной планете. Когда воды в кратере становилось слишком много, она переваливалась через край, в результате чего происходили масштабные наводнения, прорезавшие речные русла. В наши дни на иссушенной ветрами поверхности Марса всё ещё можно увидеть отчётливые следы древних рек. Вполне может оказаться, что найденный марсоходом камень был отшлифован одним из таких течений миллиарды лет назад.

Ученые впервые "заглянули" в глубокие недра Марса

 В рамках миссии InSight удалось подробно описать глубину и состав коры, мантии и ядра Красной планеты, включая подтверждение того, что оно расплавлено. Данные сейсмометра SEIS посадочного модуля InSight, который работает на поверхности Марса, позволили получить первое представление о строении недр и толщине коры планеты. Три статьи с исследованиями были опубликованы в журнале Science, сообщает NASA. Напомним, модуль InSight приземлился на поверхность Красной планеты в ноябре 2018 года, и почти через месяц при помощи роботизированной руки установил сейсмометр. В течение двух лет SEIS регистрировал подземные толчки в недрах планеты, по отраженным волнам которых исследователи восстановили внутреннее строение Марса. Подчеркивается, что впервые с помощью прямых наблюдений ученые измерили в абсолютных единицах толщину внутренних оболочек другой планеты. Так, было установлено, что кора Марса тоньше, чем ожидалось, и может иметь два или три подслоя. В первом случае, она уходит в глубину на 20 километров, а во втором – на 37 километров. Под корой находится мантия, которая простирается на 1560 километров под поверхностью. В основе Марса находится расплавленное ядро, имеющее радиус 1830 километров. Подтверждение его размера было особенно значимым для команды исследователей.

"Это исследование – шанс, который выпадает раз в жизни. Ученым потребовались сотни лет, чтобы измерить ядро ​​Земли. После миссий Аполлона им потребовалось 40 лет, чтобы измерить ядро ​​Луны. InSight потребовалось всего два года, чтобы измерить ядро ​​Марса", – заявил Саймон Штелер из швейцарского исследовательского университета ETH Zurich.

Данные наблюдений также позволили оценить плотность различных слоев коры Марса. Предполагается, что самый верхний слой состоит из неожиданно пористой породы, а на глубине могут существовать другие типы пород, отличающиеся от базальтов, видимых на поверхности.
Толщина верхней оболочки Марса является очень важным параметром для понимания его истории: данные о структуре коры помогут проследить эволюционный путь планеты.

Запуск совместной европейско-российской миссии «ЭкзоМарс» переносится на 2022 г.

Совместная российско-европейская экспедиция, целью которой является обнаружение жизни на Марсе, была отложена на два года, сообщили европейское и российское космические агентства сегодня, в четверг 12 марта, по причине вновь возникших технических проблем и осложнений, связанных с коронавирусом. Беспилотную миссию «ЭкзоМарс», в рамках которой предполагается высадка на поверхность Красной планеты вездехода, предназначенного для поиска следов жизни, предполагалось запустить в космос ближе к концу этого года, после серии задержек реализации проекта. Однако успеть подготовить миссию даже до этого срока оказалось невыполнимой задачей. «Мы приняли непростое, но хорошо взвешенное решение отложить запуск до 2022 г.», - сказал глава Роскосмоса Дмитрий Рогозин. Представители европейского и российского космических агентств сказали, что они согласны отложить миссию до августа или сентября 2022 г., чтобы дать дополнительное время на проведение испытаний аппарата. Глава Европейского космического агентства Йохан-Дитрих Вёрнер сказал, что обе стороны хотят быть «уверены в успехе миссии на 100 процентов».

Рогозин особо подчеркнул негативное влияние вспышки эпидемии коронавируса в Европе, отмечая, что «ухудшение эпидемиологической ситуации» снизило производительность научных и инженерных команд в рамках проекта, поскольку из-за проблем с международными путешествиями ученые и инженеры из разных стран потеряли возможность сотрудничать настолько тесно, как раньше.

NASA InSight - этапы посадки на Марс

26 ноября космический аппарат NASA InSight ворвется в атмосферу Марса и попытается совершить мягкую посадку на поверхности Красной планеты. Команда InSight по спуску и посадке (EDL), базирующаяся в Лаборатории реактивного движения NASA в Пасадене, Калифорния, вместе с другой частью команды в Lockheed Martin Space в Денвере запрограммировала космический корабль для выполнения определенной последовательности действий, для удачной посадки. Напомним, что время для получения сигнала с Земли до Марса составляет восемь минут и семь секунд (на 26 ноября 2018 года). Далее приведено Московское время:

26 ноября 2018 года

• 22:40 - Расстыковка с кораблем, который доставлял корабль на Марс

• 22:41 - Разворот, для правильной ориентации космического корабля перед входом в атмосферу

• 22:47 - Вход в атмосферу со скоростью около 19 800 км/ч, начало этапа входа, спуска и посадки

• 22:49 - Пиковый нагрев защитного теплового экрана до температуры около 1500° C

• 15 секунд спустя - Пиковое замедление с интенсивным нагревом, вызывающим возможные временные отключения радиосвязи

• 22:51 - Открытие парашюта

• 15 секунд спустя - Отделение от теплового экрана

• 10 секунд спустя - Открытие трех ножек посадочного устройства

• 22:52 - Активация радара, который будет определять расстояние до поверхности

• 22:53 - Первое получение радиолокационного сигнала

• 20 секунд спустя - Отстрел задней оболочки и парашюта

• Спустя 0,5 секунды - Запуск реверсивных или посадочных двигателей

• 2,5 секунды спустя - Начало подруливания для правильной ориентации посадочного модуля перед посадкой

• 22 секунды спустя - InSight начинает замедляться до постоянной скорости с 27 км/ч до 8 км/ч для мягкой посадки

• 22:54 - Ожидаемое приземление на поверхности Марса

27 ноября 2018 года

• 11:01 - Передача данных от InSight прямо на Землю, что укажет на то, что InSight жив и функционирует на поверхности Марса

• Не ранее 11:04, но, возможно, на следующий день - Первое изображение от InSight с поверхности Марса

• 16:35 - Подтверждение от InSight через орбитальный аппарат NASA «Марс Одиссей», о том, что солнечные батареи успешно развернуты

Марсотрясение: космический зонд измерит пульс Красной планеты

Через месяц NASA запустит к Марсу автоматический аппарат InSight с сейсмометром на борту. Главная задача миссии — зафиксировать подземные толчки, марсотрясения. Ученые рассчитывают узнать, что внутри у Красной планеты, и почему их особенно интересует состояние ее ядра. Космические станции запускают к Марсу с 1970-х годов. Десятки аппаратов наблюдали за планетой с орбиты и исследовали ее непосредственно на поверхности. Пять успешно завершили свои миссии, два марсохода работают до сих пор. Зачем понадобился еще один посадочный модуль? В NASA задумали миссию InSight в 2010 году, взяв за основу платформу аппарата "Феникс", совершившего успешную посадку на Марс в 2008 году. "Феникс" искал воду и микроорганизмы, InSight, оборудованный свайной установкой и геофизическими инструментами, предназначен для изучения недр планеты. Сейсмометр SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure, то есть "сейсмический эксперимент для исследования внутреннего строения") зарегистрирует любое марсотрясение, вызванное внутренним напряжением недр или падением крупного метеорита, установит его силу и эпицентр. Датчики давления, ветра, температуры изучат пылевые бури, которые, как предполагается, тоже генерируют сейсмические волны в марсианской коре — внешней твердой оболочке планеты. Прибор зафиксирует также колебания коры из-за приливных сил спутника планеты — Фобоса.

На поверхности Марса не наблюдали тектонической активности. Предыдущие миссии не были оборудованы сейсмографами — кроме "Викингов", но их данные сомнительны. Прибор SEIS настолько чувствительный, что уловит малейшие колебания. Анализируя эти данные, ученые надеются узнать, из чего состоит Марс, есть ли у него внутри резервуары расплавленного вещества и жидкой воды.

Прибору HP3 (Heat Flow and Physical Properties Probe — зондирование теплового потока и физических свойств) предстоит заняться внутренней активностью Марса. Тепловой поток покажет, остыла планета полностью или внутри еще что-то теплится. Это словно измерить скорость остывания автомобильного мотора. Щуп прибора внедрится на небывалую до сих пор глубину — пять метров. Благодаря HP3 исследователи рассчитывают понять, сформировался ли Марс так же, как Земля, Луна и другие планеты Солнечной системы.

Кроме того, InSight проведет интересный эксперимент, записывая с помощью радиоантенн свои точные координаты, чтобы оценить колебания Марса на солнечной орбите. Их сила зависит от внутреннего строения и состава планеты — не в последнюю очередь от состояния ядра. Это похоже на разницу между сырым и сваренным вкрутую куриным яйцом — если крутануть его на столе, сразу видно, сырое оно или вареное. Ученые предполагают, что ядро Марса богато железом, возможно, никелем. Но неясно, жидкое оно или твердое и какие еще элементы в нем содержатся.

Что известно о строении Марса

Считается, что Марс, как и большинство планет Солнечной системы, состоит из слоев твердого вещества. По аналогии с Землей у Марса их как минимум три: кора, мантия и ядро. Поскольку у Красной планеты есть слабое магнитное поле, то, вероятно, в центре расположено металлическое ядро, скорее всего, железное. На это указывают и данные о средней плотности вещества планеты, поступившие от орбитальных аппаратов.

Есть гипотеза, что ядро Марса изначально было жидким. В ее пользу говорит намагниченность горных пород возрастом четыре миллиарда лет, зафиксированная орбитальной станцией Mars Global Surveyor. Ядро затвердело за полмиллиарда лет, то есть, по геологическим меркам, довольно быстро. Магнитное поле ослабело, стало прерывистым. Но есть и другая точка зрения, основанная на модельных расчетах и опытах в лаборатории: ядро Марса — жидкое или частично жидкое, как у Земли.

Размеры ядра неизвестны. Чтобы это выяснить, "необходима серия миссий посадочных модулей на Марс, оборудованных сейсмографами", — писали американские ученые в 2005 году в статье в Science.

По аналогии с Землей предполагают, что в мантии Красной планеты, расположенной между ядром и корой, много кремния. Вероятно, она более богата железом, чем мантия Земли, — об этом свидетельствует состав марсианских метеоритов и базальтов, на которые примарсились роверы Spirit и Opportunity.

Определив момент инерции планеты — величину, характеризующую вращение твердого тела, — вычислили среднюю плотность Марса: 3935 килограммов на кубометр, что на 37% меньше плотности Земли. Это позволило оценить толщину марсианской коры — 30-80 километров.

Точнее пока ничего сказать нельзя, поскольку нет сейсмических данных. Этот пробел и восполнит миссия InSight. И тогда, возможно, ученые получат ответ на самый главный вопрос: почему так похожий на Землю Марс потерял атмосферу, магнитное поле и воду, а вместе с тем — и условия для зарождения жизни.

Послание к марсианам

Станция InSight отправится к Марсу 5 мая 2018 года с военного космодрома Ванденберг в Калифорнии. Кроме научной программы, аппарат выполнит важную общественную функцию: доставит на Красную планету два микрочипа, на которых записаны почти 2,4 миллиона имен землян, в том числе более 60 тысяч россиян.

Ракета-носитель возьмет также на борт два малых спутника (кубсата). Они последуют за станцией до орбиты Красной планеты, чтобы передавать оттуда данные с приборов посадочного модуля на орбитальный аппарат Mars Reconnaissance Orbiter. Это ускорит доставку сигнала на Землю.

Через полгода полета, 26 ноября, InSight совершит посадку на равнине Элизий, чуть севернее экватора восточного полушария Марса. Аппарат рассчитан на два года работы.

Благородные металлы на Марсе указывают на гигантское столкновение

В новом исследовании показано, что гигантское столкновение небесного тела с Марсом, произошедшее свыше четырех миллионов лет назад, может объяснить аномально высокое количество элементов «любящих железо» в веществе Красной планеты. После завершения формирования планеты путем аккреции на нее в течение некоторого времени продолжает падать материал – этот процесс известен как «поздняя аккреция». В новом исследовании группа ученых под руководством Рамона Брассера (Ramon Brasser) из Токийского технологического института, Япония, объясняет при помощи этого процесса аномально высокие содержания благородных металлов, таких как золото, платина и иридий, в мантии Марса. Когда протопланеты аккрецируют достаточное количество материала, металлы, такие как железо и никель, начинают погружаться вглубь, формируя ядро. Это объясняет тот факт, что ядро Земли состоит в основном из железа. Ожидается, что элементы, которые легко связываются с железом, также должны находиться преимущественно в ядре. 

Обнаружение таких элементов, называемых «сидерофилами» («любящими железо»), в мантии планеты может указывать на их более позднее происхождение, то есть доставку их к поверхности планеты в то время, когда ядро планеты уже сформировано, а мантия остывает.

В своей работе Брассер и его команда на основе результатов анализа марсианских метеоритов показывают, что Красная планета получила примерно 0,8 процента от своей массы в результате поздней аккреции. Для увеличения массы планеты на эту величину требуется, чтобы размер небесного тела, участвующего в столкновении с Марсом, составлял не менее 1200 километров, отмечают исследователи