что будут роботы делать на марсе
Марс окружен роботами: почему ОАЭ, Китай и США почти одновременно решили послать свои аппараты к Марсу и куда смотрит Россия?
Герберт Уэллс был бы доволен. События развиваются практически зеркально его произведению «Война миров». Не с Марса на Землю, а в обратном направлении в июле 2020 года было произведено три «выстрела». С разницей в несколько дней к Красной планете ушли арабская, китайская и американская космические станции. Сейчас первые две уже на орбите, а 19 февраля на поверхность сел марсоход NASA. Цели у них примерно одинаковые — нефть. Ну почти.
Данные — это новая нефть, сказал основатель Alibaba Джек Ма. А нераскрытых загадок на Марсе столько, что, получается, на Красную планету все отправились действительно за нефтью. А ОАЭ и Китай еще и войдут в историю как 5-я и 6-я страна, прибывшие на орбиту Марса (ЕС мы посчитали за одну). Но давайте сначала о тайнах Марса, а потом о проектах.
Есть ли жизнь на Марсе?
Геология — как известно по сериалу «Теория большого взрыва» — самая скучная из точных наук. Но если мы хотим узнать, почему на Земле комфортные условия для жизни, а на Марсе и Венере нет — надо разобраться. А вдруг и нам грозит такая же катастрофа (спойлер: нет), а может, Марс можно приспособить для колонизации (без комментариев) или хотя бы облегчить высадку людей на Красную планету (может быть)?
В прошлом веке первые советские и американские зонды с сожалением убедились, что высокоразвитую цивилизацию мы на Марсе не найдем. Но XXI век вернул интерес к нему. Новые исследования показали, что вода на планете есть — пусть и в виде льда. Более того, ландшафт показывает, что когда-то большая часть планеты была покрыта океаном. Куда же делись реки-моря-океаны, почти вся атмосфера Марса, наконец? И успела ли зародиться жизнь, какой она была? А может, ее до сих пор можно найти под поверхностью?
Здесь и далее следует добавлять «с большой вероятностью» после каждого утверждения. Потому что там, где на земле сотня геологов взяла бы по тысяче образцов и всесторонне исследовала бы их в лабораториях всего мира, нам приходится обходиться фотографиями с орбиты и редкими образцами почвы, которые анализируют самые высокотехнологичные, но, увы, мобильные и крайне ограниченные по функциональности лаборатории на марсоходах и орбитальных зондах. Но человечество не сдается и каждый раз пытается хотя бы в замочную скважину подсмотреть (а также понюхать и послушать), что происходит на соседней планете.
Ради науки. И немного — для гордости
ОАЭ запустили космическую программу и одной из первых миссий решили отправить зонд к Марсу. Амбициозно, но условия позволяют — страна пошла на внушительные расходы и создала зонд совместно с американскими университетами, а запустила его на японской ракете. Читерство? Не думаю. Можно было самим много лет проектировать ракету и зонд, а теперь сразу вырастет привлекательность профессии космического инженера — у них будет возможность управлять зондом у Марса. Да и свои устройства будет делать проще, используя опыт создания межпланетной станции Al Amal («Надежда»), пусть основную работу и выполнили американские университеты.
Интересно, что зонд вышел к Марсу 9 февраля и всего на один день опередил китайский аппарат. Так ОАЭ неожиданно опередили Китай и стали 5-й страной, которой удалось послать аппарат на орбиту Красной планеты (после СССР/России, США, ЕС и Индии). Представляете, у страны еще нет лунной миссии (запланирована на 2024 год), а уже могут похвастаться данными с Марса.
Хотя ОАЭ создавали зонд на свои средства, страна стремится влиться в общемировое сообщество исследователей космоса. Данные обещают предоставить в общий доступ, а цели выбирались совместно с ведущими специалистами мира, чтобы они могли дать новую информацию. В результате создан зонд массой 1350 кг — относительно скромно по нынешним меркам, поэтому у него всего три научных прибора: мультиспектральная камера (то есть сможет снимать не только в видимом диапазоне волн, но и подглядывать в соседние), а также ультрафиолетовый и инфракрасный спектрометры.
Главные задачи — изучить погоду и динамику атмосферы Марса в нижних слоях атмосферы, понять, как он лишился почти всей атмосферы (сейчас ее давление 1/150 от земной), наблюдать за динамикой концентрации водорода и кислорода. Кроме новых знаний о геологии планеты эти данные помогут определить, была ли когда-то на Марсе жизнь и может ли она существовать сейчас, а также помогут подготовить будущую экспедицию людей на планету. Работа орбитальной станции рассчитана на два года.
Красный десант
Китайская миссия к Марсу «Тяньвэнь-1» («Вопросы к небу»). Китай уже достаточно опытен в космических исследованиях — он запускает спутники и целые орбитальные станции вокруг Земли, а в 2019 году впервые посадил луноход на обратную сторону Луны. Поэтому Марс был естественной ступенькой в изучении космоса. Но какова наглость, хорошая исследовательская наглость, — Китай надеется не только вывести орбитальную станцию вокруг Марса, но и посадить марсоход. С первого раза мягкая посадка зонда на поверхность не удавалась ни России, ни США, ни ЕС.
Сейчас 5-тонный модуль «Тяньвэнь-1» переходит на постоянную рабочую орбиту — он сможет вести и самостоятельную работу по съемке и исследованию Марса. Когда он уточнит ландшафт Красной планеты, то выберет место, куда в апреле высадится марсоход. Это будет относительно небольшой аппарат массой 240 кг, на котором стоят мультиспектральная камера, георадар (который сможет рассматривать планету вглубь до 100 метров), магнитометр, метеостанция и анализатор грунта.
Орбитальная станция рассчитана на 2 года работы, ровер — на 3 месяца. В итоге Китай надеется создать геологическую карту Марса, исследовать состав и свойства поверхности Марса, найти месторождения водяного льда, а также изучить атмосферу и электромагнитные поля планеты.
Скучные цели? Да это же настоящая разведка перед высадкой людей на Марс! Изучат свойства поверхности, чтобы обеспечить мягкую посадку, водяной лед и минералы позволят получать кислород, топливо и вещества для строительства базы. Кажется, Китай надеется нагнать все годы своей космической спячки.
Упаковщик посылки на Землю
Хотя марсоход NASA прибыл последним к Марсу, зато задерживаться на орбите не стал — сразу пошел на посадку. Такая решительность объясняется большим опытом NASA в марсианских миссиях — Perseverance чуть тяжелее и практически такой же по размерам, как Curiosity, который уже 9 лет работает на поверхности Марса.
С одной стороны, посадка уже отработана, с другой — она очень сложна. Атмосфера слишком разрежена, чтобы спустить его на парашютах. Но все-таки ее достаточно, чтобы сжечь аппарат при неаккуратной посадке. В результате приходится комбинировать торможение об атмосферу, защищая аппарат тепловым щитом, потом тормозить парашютом, а затем уже останавливать его реактивными двигателями: «небесный кран», больше похожий на реактивный ранец, зависает над поверхностью и опускает марсоход на тросах (кран затем отлетает, чтобы не повредить устройство). NASA называет это «7 минутами ужаса», потому что любое отклонение от программы приведет к катастрофе, а управлять процессом невозможно: сигнал до Земли в данном случае шел в полтора раза дольше — 11 минут.
Here goes! Lighting the engines on my «jetpack» for final descent. Wheels down in less than a minute. #CountdownToMars pic.twitter.com/AQKPEBGr0o
— NASA’s Perseverance Mars Rover (@NASAPersevere) February 18, 2021
Впервые вне земли планируется запустить вертолет. Сейчас дрон под названием Ingenuity («Изобретательность») закреплен на марсоходе, но после подготовки совершит несколько 30-секундных полетов, чтобы узнать, можно ли передвигаться в марсианской атмосфере. Сигнал с Марса до Земли идет от 3 до 22 минут, и за это время марсоход может продвинуться только на расстояние, которое успел осмотреть с камер. Дальше его боятся отпускать инженеры, чтобы он не упал с камня или не застрял в малозаметной расселине. Потенциально вертолет сможет видеть дальше, что позволит марсоходу преодолевать большее расстояние. Также он может достигать труднодоступных мест на Марсе и других небесных телах.
Сделать вертолет было непросто. Как мы упоминали, атмосфера Земли примерно в 150 раз плотнее. Для сравнения: того же порядка разница в плотности у воды и воздуха — представьте, каково подводной лодке на берегу! Чтобы летать в такой атмосфере, 1,8-килограммовому аппарату придется вращать лопастями со скоростью 2600 оборотов в минуту.
Новый марсоход также будет изучать атмосферу и поверхность Марса. Но главное, что он соберет образцы, которые потом планируется доставить следующей миссией на Землю! Это первый проект такого рода. Посадка марсохода Perseverance проведена в кратере Джезеро (Jezero), в котором раньше было озеро. Значит, в нем была вода, могла быть жизнь, и найти ее в образцах почвы в земных лабораториях будет гораздо проще.
Еще одно интересное устройство на марсоходе — синтезатор кислорода. Он должен производить газ для дыхания из атмосферы, состоящей в основном из углекислого газа. Если прибор удачно сработает, не придется везти с Земли воздух для космонавтов — это позволит существенно сократить массу груза. В остальном задачи привычны — понимание особенностей поверхности и атмосферы Красной планеты, имеющихся запасов водяного льда и минералов. Они помогут изучить планету и спланировать высадку астронавтов, которую мы ждем в 2030—2040-х годах.
А как же Россия? Расстрою «всепропалистов». Российско-европейская миссия «ЭкзоМарс» стартовала еще в 2016 году. Посадка модуля Schiaparelli не удалась, но орбитальная станция TGO исследует газовый состав атмосферы и распределение водяных льдов на поверхности еще с 2017 года. И в доказательство, что она не прохлаждается на орбите — как раз перед прилетом трио с Земли станция выдала новое открытие, — в атмосфере Марса периодически наблюдаются выбросы мизерных количеств хлороводорода. Откуда он, в каких процессах образуется и как это можно использовать — ученым еще предстоит узнать. А на будущий год запланирован старт следующей части миссии, которая включает высадку марсохода.
Марс вчера и сегодня. Краткая хроника роботов-геологов
Со времен пролета советской станции Марс 1 в 1963г, в окрестностях красной планеты побывало четыре десятка искусственных посланцев Земли, более 10 аппаратов достигли поверхности планеты. В сумме было получено огромное количество информации, изменившее навсегда наши представления о красной планете. Из возможной колыбели высших форм жизни, Марс предстал сухим и холодным миром.
Впрочем, этот мир был таким не всегда. Геологическое прошлое Марса разделяется на три периода:
Нойская эра
Начинается с образованием поверхности Марса более 4 млрд лет назад. Для регионов, формировавшихся в те времена свойственны огромные ударные кратеры на поверхности Марса в сотни и тысячи километров. Эти зоны занимают основную часть южного полушария планеты, где совершали посадки первые аппараты, достигшие поверхности Марса – Марс 2, 3 и 6. Эти же регионы были первыми, которые были сняты во время первого удачного пролета аппарата Mariner 4 в 1964г.
В ту эру Марс обладал очень плотной атмосферой и внушительной гидросферой – глобальными океанами. Причем марсоход Opportunity, работающий на Марсе вот уже 10 лет, примарсившийся недалеко от древних кратеров Эребус и Индевор, обнаружил в них убедительные доказательства существования пресной воды миллиарды лет назад. Тогда же Марс располагал полноценным магнитным полем, остатки которого впервые зафиксированы советскими станциями Марс 2, 3 и 5 (оно в 500 раз слабее земного), а так же тектоникой плит, как на Земле (аппарат Mars Global Surveyor).
Гипотетические океаны Марса к концу нойской эры:
Конец нойской эпохи ознаменовался прекращением Тяжелой Бомбардировки 3,5 — 3,7 млрд лет назад, во время которой и образовалось большинство выше упомянутых кратеризированых регионов. Поверхность нашей Луны так же приняла свой современный вид в ту эпоху. Тогда же образовался и 154 км кратер Гейла, который в следующие эпохи, как и кратер Гусева, будет заполнен водой.
Гесперийская эра
Геология Марса определяется уже не метеоритными ударами, а началом вулканической активности. Эта эра была промежуточной, во время которой начали формироваться крупные вулканы провинции Фарсида – Олимп, горы Арсия, Павлина и Аскрийская, a так же нагорья Элизиума. По наиболее популярной среди ученых гипотезе, данная активность могла быть отголоском столкновения Марса с крупным планетоидом поперечником в 2000км на заре своего существования. Этим бы объяснялось появление гигантского Северного Басейна на Марсе.
Уже в гесперийскую эру Марс располагал постоянной гидросферой – океан, занимавший северные равнины по объему был сравним с нынешним Северным Ледовитым океаном на Земле. В этом приполярном регионе, орбитальный аппарат Odyssey обнаружил огромные залежи льда под поверхностью, что было подтверждено успешной работой примарсившегося здесь аппарата Phoenix. Еще один океан занимал низменность Утопия (Utopia planitia), в северном полушарии, выбранном для места работы Viking 2. В низких и умеренных широтах было множество рек и озер (кратер Гейла, кратер Гусева).Образование провинции Фарсида (Тарсис) вероятно привело к появлению гигантского каньона известного как долины Маринера. Каньон был обнаружен первым искусственным спутником Марса – Mariner 9 в 1971 году.
Вулканы региона Фарсида (Тарсис), слева крупнейший в солнечной системе вулкан Олимп. Справа крупнейший каньон в солнечной системе долины Маринера.
Марс гесперийской эры:
Огромные ледники на высоких плато южнее этого региона, подтапливаясь, текли через долины Маринера в северную равнину Хриса, провоцируя огромные потопы. На этой равнине, еще давно заинтересовавшей ученых (благодаря работе Mariner 9), в 70ых работал аппарат Viking 1.
Амазонийская эра
К началу следующей, Амазонийской эры 2,5 млрд лет назад, Марс располагал плотной атмосферой аналогичной Земной, с высокими температурами (до +30) и давлением до 1 бара (около 100 000 Па). Тогда же образовалась долина Ареса (южнее равнины Хриса), через которую в Северный океан из южных нагорий стекал поток крупнее Амазонки. В этой долине в 97ом году работал Mars Pathfinder.
Долина Ареса (указанна стрелками), «впадающая» на равнину Хриса:
Амазонийская эра характеризуется долгим процессом катастрофического изменения климата Марса. Сформировались крупнейшие вулканические регионы Элизиума и Фарсиды, появлялись и исчезали моря и океаны. Примерно 1 млрд лет назад Марс принял современный вид. Скорее всего, причина в постепенном остывании недр Марса, рассеянии ее атмосферы в виду низкой гравитации и огромными перепадами температур в геологических масштабах времени, вызванные неустойчивостью оси суточного вращения планеты (устойчивость Земной оси поддерживается Луной).
Наиболее интересна возможность существования жизни на планете во влажные и теплые времена, не исключено что она могла существовать на стыке гесперийской и амазонийской эпох (а возможно и сегодня). Уточнение геологического прошлого Марса могло бы пролить свет на этот вопрос. С этой точки зрения осадочные породы покрывающие гору Эолиды (бывш. гора Шарпа) в центре кратера Гейла, представляют исключительный интерес. Предположительно они накапливались в течении 2 млрд лет и могут многое поведать о прошлом планеты и процессах происходивших в озере, в древности заполнявшем кратер.
Кратер Гейла и место посадки Curiosity / Оригинальное видео посадки марсохода в кратер Гейла:
Первоначально в кратер Гейла должен был спуститься марсоход Spirit, но из-за недостаточной совершенности технологий того времени, выбор был сменен на кратер Гусева. Сегодня гора Эолиды главная цель марсохода Curiosity.
По данным орбитальных аппаратов Mars Global Surveyor, Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter и во многом благодаря работе европейского аппарата Mars Express, водные запасы северной и южной полярных шапок Марса оцениваются в 2,4 млн км3 (вчетверо больше запасов Черного моря). А с учетом зафиксированных запасов под поверхностью Марса – 52 млн км3 воды, что почти в три раза больше объема Северного Ледовитого океана.
Южная полярная шапка Марса, спектрометр Mars Express. Светло-розовым цветом отмечен «сухой» лед (СО2), от зеленого до синего преимущественно водяной лед:
Видео орбитального движения Mars Express:
Атмосферное давление на Марсе равно примерно 700 па, сильно завися от высоты. При таких условиях существование жидкой воды на поверхности невозможно. За исключением дна долин Маринера и области Эллада (Hellas Planitia) в южном полушарии планеты. Так как они находятся на 7 км ниже средне марсианского уровня, атмосферное давление там вдвое выше обычного – до 1400 Па, что допускает существование жидкой воды на поверхности при температурах от 0 до 10°C (обычные летние температуры в этих широтах). Предельно низкое давление, которое способен вынести человек, выше в 30 раз – 35 000 Па.
Однако условия на Марсе не отвергают возможность существования примитивной жизни приспособленной к экстремальным условиям (как экстремофилы на Земле). Тем более что климатические изменения на Красной планете происходили достаточно медленно, что бы живые организмы могли к ним приспособиться. Во всяком случае тесты на присутствие живой органики, проведенные аппаратами серии Viking в 70ых, не позволили сделать однозначные выводы на этот счет.
Как будут выглядеть марсоходы будущего?
Аэрокосмическое агентство NASA отправляет роботов на Марс начиная со второй половины XX века. Как правило, марсоходы оснащены несколькими парами колес и способны передвигаться только по равнинам. Но ведь на далекой планете также полно гор, обрывов и даже пещер. Существующие на данный момент аппараты не могут передвигаться по сложным поверхностям, поэтому агентство решило разработать новые марсоходы, которые смогут работать в команде и удерживать равновесие где угодно. Они будут основаны на конструкции роботов-собак Spot от компании Boston Dynamics. На данный момент планируется отправить на Марс три роботизированные собаки, которые будут страховать друг друга и проникать в глубокие пещеры. Возможно, внутри пещер им удастся обнаружить жизнь или хотя бы ее останки. Новый проект NASA называется Mars Dogs и о ней явно нужно поговорить подробно. Ведь речь идет о технологиях, которые помогут нам узнать больше о планете, на которой, может быть, будут жить наши потомки.
Робот Spot от Boston Dynamics в марсианской пещере
Роботы на Марсе
Об использовании роботов Boston Dynamics на Марсе было рассказано в рамках онлайн-конференции Американского геофизического общества (AGU). Представленные в 2016 году четвероногие роботы Spot ориентируются в пространстве при помощи камер с углом обзора 360 градусов. При помощи своих ног они могут развивать скорость до 5 километров в час и легко преодолевать препятствия, как показано в этом видео. Масса конструкции равняется 25 килограммам, поэтому они считаются одними из самых легких роботов в мире. Скорее всего, сотрудники NASA обратили на этих роботов внимание именно из-за их ловкости и легкости. Ведь поверхность Марса полна неровностей, а отправка легких грузов на Марс позволяет сэкономить деньги.
Обычная версия робота Spot от Boston Dynamics
Космическое агентство планирует отправить на Марс модифицированных роботов под названием Au-Spot. Какие именно изменения в конструкции они имеют, пока неизвестно. Но на далекую планету планируется отправить 3 робота, которые соединены между собой тросами. Один из роботов будет способен уходить в глубину пещер, а два других робота будут его подстраховывать. Ученые считают, что даже при падении с роботами не произойдет ничего страшного, потому что благодаря своим алгоритмам они способны подняться на ноги из любого положения. А если учесть способность к командной работе, проблем вообще возникать не должно.
Примерно так будет выглядеть совместная работа роботов Spot на Марсе
Преимущества роботов Boston Dynamics
На данный момент на Марс летит аппарат Perseverance, который оснащен сложным оборудованием для поиска следов жизни. Он по-своему хорош, но роботы Au-Spot в 12 раз (!) легче его и передвигается намного быстрее. Информации о скорости марсохода Perseverance нет, но «Кьюриосити» движется со скоростью 0,14 километра в час. Да уж, по сравнению с обычными марсоходами роботизированные собаки от Boston Dynamics — настоящие бегуны. Возможно, благодаря роботам ученым удастся изучать Марс максимально быстро и тщательно. В то время как обычные марсоходы будут работать в строго ограниченных участках, четвероногие роботы смогут бегать по разным территориям.
Как видно, поверхность Марса далеко не ровная
Важно отметить, что каждый робот Au-Spot будет оснащен разным набором инструментов. Главный из них будет оснащен радиоизотопным источником энергии, а не солнечными батареями. Благодаря этому, он сможет работать в любое время суток и при любой погоде. Когда начнется миссия Mars Dogs и как долго просуществует, пока никому неизвестно. Для начала роботов испытают на Земле, в регионе лавовых трубок Северной Калифорнии. Лавовыми трубками принято называть полости в виде коридоров, образованные внутри затвердевшей лавы. Считается, что примерно по таким местностям и придется передвигаться роботам. Особенно много лавовых трубок находится на территории марсианской горы Павонис.
С недавних пор Boston Dynamics принадлежит южнокорейской компании Hyundai. Что произойдет с производителем роботов в будущем, можно узнать в этом материале.
Другие роботы для изучения Марса
Но марсоходами будущего станут не только роботы от Boston Dynamics. Недавно в пустыне Мохаве (США) был испытан прототип аппарата DuAxel, который изначально похож на обычный марсоход с четырьмя колесами. Но при приближении к препятствию, аппарат сможет делиться пополам. Задняя часть останется в роли некого якоря, а передняя сможет двигаться вперед, будучи привязанной к своей половинке при помощи троса. При возникновении проблем, аппарат сможет стянуть трос и собраться воедино.
Испытание аппарата DuAxel
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш Telegram-канал. Там вы найдете анонсы свежих новостей нашего сайта!
Смогут ли ученые когда-нибудь обнаружить жизнь на Марсе, знать наверняка пока невозможно. Но на поверхности ее явно нет, поэтому ученые недавно предположили, что она может существовать в недрах планеты. Причем копать глубоко не придется и вот почему.
Новости, статьи и анонсы публикаций
Свободное общение и обсуждение материалов
Ученые из NASA рассказали подробности о внутреннем строении Марса. 🔭 Им удалось выяснить размеры коры, мантии и ядра планеты — это большое научное открытие. В расчетах использовались данные, собранные аппаратом InSight.
В будущем на Земле не останется кислорода и она станет практически необитаемой планетой. 🌍 Сначала исчезнут растения, а потом вымрут животные и многие другие организмы. А причиной начала таких изменений станет воздействие Солнца. Но чем же оно так опасно?
Большой и потенциально опасный астероид готов пролететь мимо Земли уже в следующем месяце. Несмотря на связанные с ним опасения, космический гость не несет к…