Марсоход “Спирит”. Марсоход «Спирит» совершил посадку на Марс Марсоход спирит

MarsExplorationRover– это знаменитая программа NASA, направленная на всестороннее исследование планеты Марс. В рамках данной программы практически одновременно на поверхность «красной планеты» были доставлены два марсохода – Spirit и Opportunity. В 2012 году, в связи с выходом из строя аппарата Spirit и с постановкой новых научных задач, NASA доставляет на поверхность планеты марсоход нового поколения Curiosity, который ощутимо больше и тяжелее своих предшественников.

Первые шаги по планете Марс: Spirit и Opportunity

Марсоход Spirit опустился на поверхность Марса 3 января 2004 года. Opportunity присоединился к нему уже 25 января того же года. Что касается третьего всемирно известного марсохода Curiosity, то он достиг поверхности Марса 6 августа 2012 года, и сразу же приступил к работе.

Нужно сказать, что Spirit осуществил ряд интересных открытий. В частности, по результатам проб марсианского грунта, сделанных этим аппаратом, учёные смогли выдвинуть гипотезу о том, что в прошлом на Марсе были отличные условия для жизни микроорганизмов. Не смотря на то, что миссия этого марсохода должна была продлиться 90 дней, его использовали свыше шести лет. Связь со Spirit прервалась 23 июля 2010 года.

Opportunity, прибывший на три недели позже, чем Spirit работает до сих пор. Нужно отметить, что именно Opportunity смог найти на Марсе следы целого пересохшего океана. Кроме того, ему принадлежат очень точные измерения различных параметров марсианской атмосферы.

Исследование Марса Curiosity

Марсоход Curiosity – это не просто прекрасный марсианский вездеход нового поколения, но ещё и довольно крупная автономная химическая лаборатория. Основной задачей использования данного аппарата является проведение целого ряда глубоких исследований грунта и атмосферы. Сейчас марсоход занимается изучением геологической истории «красной планеты» в кратере Гейла, где есть возможность работать с глубинными грунтами.

Марсоход, который весит на Земле 900 кг 3 метра длины и 2,7 метра ширины, имеет 3 пары колес диаметром 50 см, способен передвигаться в любом направлении и передавать на Землю данные о проб грунта, снимки с поверхности планеты и другую ценную информацию. Ожидаемое время миссии 1 марсианский год, что равно 687 земных дней.

Первая цель после посадки, которую NASA Curiosity благополучно совершил 6 августа этого года в кратер Гейла диаметром в 150 км, стало путешествие к подножью горы Шарпа. Сама гора имеет высоту 5,5 км. Задача изучить версию воздействия водных потоков, которыми когда-то подвергались склоны горы Шарпа, но на данный момент марсоход на месте посадки обнаружил не так много воды, как того ожидалось по расчетам, всего 1,5%. А ведь предполагали ее наличие от 5,6 до 6,5%.

Основные результаты работы Curiosity состоят в том, что им была определена двухслойность марсианского грунта. Первый, так называемый сухой слой, практически не содержит воды. В то же время, на глубине свыше 40 см. содержание воды составляет порядка 4%.

И вот, получены качественные при помощи наложенных фильтров снимки с марса, который передал марсоход Curiosity. На одном из снимков виднеется подножье горы Шарпа к которой следует Curiosity.

Тем не менее, первые данные настоящей хроники с Марса получены. Температура окружающего воздуха +3 градуса по Цельсию и несколько любопытных снимков, на одном из них хорошо видна гора Шарпа к которой движется марсоход. Правда, достигнет ее он только к новому году на земле, ведь его скорость очень низкая, всего 0,14 км/ч.

(Видео поверхности планеты Марс, переданное марсоходом Curiosity)

Перед тем, как направиться к горе, марсоход NASA Curiosity проверил всю аппаратуру, сделал множество снимков, пошевелил буром и опробовал лазерную пушку, назначение которой не защита от марсиан, а сбор анализа образцов почвы и воздуха на расстоянии.

На данный момент из трёх марсоходов, запущенных в период с 2003 года, на Марсе работают два. За это время сделано множество научных открытий разных масштабов.

Ведущие мировые эксперты полагают, что основой успеха американских марсоходов является умение их создателей учиться на собственных ошибках. Соответственно, каждый новый аппарат становится более совершенным, чем его предшественники.

Любопытный факт. Сотрудники Nasa предусмотрели вариант первого знакомства с "марсианами". Так после приземления, марсоход первым делом обратился с приветствием к пустынной планете голосом директора NASA Чарльза Болдена и переслал на землю песню Will.I.Am.

В конце 2003 года космическим кораблям, прибывавшим один за другим с Земли на Марс, было немного тесно на его орбите. Вокруг Красной планеты к этому времени уже вращались два запущенных ранее спутника — 2001 Mars Odyssey и Mars Global Surveyor. Японская межпланетная станция Nozomi («Надежда») первой из новичков приблизилась к Марсу, но выйти на его орбиту так и не смогла, и, пролетев на расстоянии 1 000 км от планеты, ушла навсегда в глубины космоса.

Вслед за несбывшейся японской надеждой потерпел неудачу и британский спускаемый модуль Beagle-2 , сигнал от него так и не поступил. Космический Beagle не смог повторить успех одноименного корабля, на котором совершил кругосветное плавание Чарлз Дарвин.

Конструкторы марсоходов позаботились не только о высокой проходимости и хорошем обзоре, но и о неопрокидываемости этих умелых лабораторий. Высота расположения телекамер — 1,5 м, размах солнечных батарей — 2,3 м, диаметр колеса — 10 дюймов, масса ровера — 174 кг.

Однако основная станция Mars Express Европейского космического агентства , доставившая посадочный аппарат, успешно вышла на орбиту и стала первым европейским спутником Марса. Следующими к Красной планете приблизились запущенные NASA два аппарата-близнеца с марсоходами Spirit и Opportunity на борту. Обе станции с небольшим разрывом во времени совершили благополучную посадку, которая выглядела довольно эффектно.

Жители Марса, существуй они на самом деле, были бы весьма удивлены зрелищем , развернувшимся над экваториальной областью их планеты 3 января 2004 года по земному календарю. Сначала высоко в небе промелькнул огненный след, напоминающий метеор.

Там, где он погас, появилась светлая точка, плавно перемещавшаяся по небу и постепенно увеличивающаяся в размере. Марсиане могли бы назвать ее парашютом, будь они знакомы с таким средством передвижения по воздуху. Затем под парашютом стал раздуваться белый кокон, напоминающий комок гигантских слипшихся шариков для пингпонга, состоящий из 24 выпуклых полусфер.

В непосредственной близости от поверхности Марса парашют, отброшенный направленным взрывом пиропатронов, отскочил в сторону, вспыхнули и погасли тормозные двигатели и с высоты 10—15 м кокон упал на планету, подпрыгнул на несколько метров, еще раз упал, снова подпрыгнул — и так пять раз.

Каждый прыжок становился все ниже и ниже, пока странный предмет не замер неподвижно, теряя свою форму, и наконец совсем обмяк — как будто из надувной игрушки выпустили воздух. Когда сдувшаяся оболочка опала на грунт, то обнаружилось, что внутри нее находится металлическая платформа, на которой расположена сложной формы конструкция с шестью колесами — по три с каждого бока.

Причем колеса были странно вывернуты вверх и прижаты к бокам. Через некоторое время агрегат «ожил» и, расправив одну за другой колесные опоры, поднялся во весь рост, подобно новорожденному жеребенку. 20 дней спустя вся эта картина повторилась с точностью до мельчайших деталей, но уже совсем в другом районе Марса — на противоположной стороне планеты.

Так началась марсианская одиссея двух роботов-вездеходов, прибывших с Земли, чтобы искать ответ на давний вопрос: «Есть ли жизнь на Марсе?»

Имена для путешественников

Пока марсоходы готовились к перелету 3емля — Марс, их называли, как водится в технических инструкциях, довольно скучно — MER-А и MER-В. Это было сокращением слов Mars Exploration Rover (Марсианский исследовательский вездеход).

Конкурс на собственные имена для каждого из них, объявленный NASA среди школьников, привлек почти 10 000 участников. Выбранные названия, как и имя победителя конкурса, были торжественно объявлены в прямом телевизионном репортаже из Космического центра имени Кеннеди на мысе Канаверал 8 июня 2003 года — за день до запуска первого аппарата. Руководитель NASA и маленькая светловолосая девочка убрали кусок ткани, прикрывавший стенд, и все увидели два слова из разноцветных букв — Spirit и Opportunity-"Дух" и «Возможность».

Девятилетняя ученица третьего класса из аризонского города Скоттсдейл Софи Коллис, ставшая победительницей конкурса, предложила эти слова, вспоминая свою детскую мечту о полете к звездам.

«Звездный дух» зародился у нее, когда она еще жила в детдоме в Сибири. Удочеренная несколько лет назад американской семьей, Софи теперь мечтает стать астронавтом. Руководитель NASA Шон 0’Киф отметил, что Софи «унаследовала в своем воспитании дух двух великих космических держав».

Интересно, что живет она недалеко от Флагстаффа — городка, откуда вел свои наблюдения Марса Персиваль Лоуэлл , посвятивший 20 лет жизни изучению марсианских просторов, и где сейчас расположена обсерватория, носящая его имя. Совершенно неожиданно через полтора года эти названия получили дальнейшее закрепление в просторах космоса.

В январе 2005 года по предложению нидерландского астронома, открывшего два новых астероида, Международный астрономический союз присвоил им названия Spirit и Opportunity , отметив тем самым годовщину успешной работы марсоходов на поверхности Марса.

Это стало первым случаем, когда астероиды назвали в честь космических станций. До сих пор для этого использовали имена мифологических персонажей, фамилии людей и названия городов. Теперь по своим орбитам, пролегающим между Марсом и Юпитером, движутся каменные тезки марсоходов — небольшие астероиды Spirit и Opportunity. Диаметр первого равен 5 км, а второго — 7. Они совершают один оборот вокруг Солнца за 8 лет.

Охотники за водой

Предшественникам марсоходов — двум неподвижным станциям Viking, прилетевшим на Красную планету почти 30 лет назад — в 1976 году, — не удалось найти следов жизни с помощью биологических анализаторов. Поэтому перед марсоходами была поставлена иная задача — поиск следов жидкой воды, оставшихся в геологических формациях.

Сейчас условия на поверхности Марса таковы, что вода в жидком виде там существовать не может — она замерзнет и быстро испарится в холодной и чрезвычайно разреженной атмосфере. Но на поверхности планеты по снимкам с искусственных спутников обнаружены многочисленные речные русла — с притоками, островами, рукавами и заводями. Это означает, что в прошлом климат здесь был иной и жидкая вода текла по поверхности планеты.

Однако, чтобы «прорезать» речное русло, достаточно и кратковременного выброса большой водной массы. А для зарождения жизни требуется весьма продолжительное существование влажного климата. Поэтому перед марсоходами была поставлена задача по поиску геологических образований, для формирования которых требуются долгоживущие водоемы. Обнаружение таких следов может свидетельствовать о том, что когда-то необходимые условия для зарождения жизни на Марсе были.

Марсоходы были направлены в такие районы, где следы воды можно было бы отыскать с наибольшей вероятностью. Так, Spirit совершил посадку в кратере Гусев, расположенном на 15° южной широты и 185° западной долготы. Диаметр этого кратера исчисляется 180 км, его размеры схожи с Аральским морем . В кратер впадает русло древней реки, в котором сейчас нет воды.

Изучение снимков со спутников показало, что в прошлом кратер Гусев был озером. Назван же он в честь русского астрофизика Матвея Матвеевича Гусева (1826—1866), который создал одну из первых в мире фотографических служб Солнца. К красноармейцу Гусеву, совершившему полет на Марс в романе Алексея Толстого «Аэлита», название кратера отношения не имеет, хотя совпадение забавное.

Второй марсоход — Opportunity — опустился на плато Меридиана , расположенное почти на экваторе на противоположной от кратера Гусев стороне Марса. По наблюдениям со спутников в этом районе Марса была обнаружена повышенная концентрация гематита — железосодержащего минерала, который на Земле образуется в водной среде.

На первом же панорамном снимке местности, переданном телекамерами Spirit, видны холмы у горизонта, которые и стали главной целью его путешествия. По дороге к ним он «заглянул» сверху в кратер Бонневилл (в 68-й и 69-й сол пребывания на Красной планете), названный именем древнего озера в Северной Америке, но спускаться внутрь не стал. Размер кратера Бонневилл — около 200 метров. Камни, разбросанные в этом районе, вероятно, представляют собой вещество из-под поверхности, выброшенное в результате удара метеорита, создавшего кратер...

Далее в направлении к холмистой местности он двигался по равнинному дну кратера Гусев, попутно выполняя анализы химического состава множества камней. В результате этого путешествия были обнаружены отложения грунта с косой слоистостью, происхождение которых связано, скорее всего, опять же с некогда текущей здесь водой. Взбираясь по склону холма, к началу марта 2005 года Spirit был уже на высоте 60 м над равниной. По высоте до макушки холма оставалось еще около 30 м, но реально длина трассы передвижения марсохода была намного больше. К этому времени Spirit прошел в общей сложности 4,5 км по поверхности Марса.

«Вехи» путешествия марсохода Spirit

Колумбийские горы:

Марсоход Спирит в своем путешествии по поверхности Марса достиг Колумбийских гор. Этот снимок, на котором видны два холма, получен в начале июня 2004, когда марсоход к ним только приближался. Пейзаж, показанный на изображении в истинных цветах, очень точно передает картину, которую увидели бы люди, если бы они находились на марсоходе. Красный цвет, в который окрашены камни, холмы и даже небо, объясняется тем, что повсюду на Марсе распространен рыжеватый песок.

После высадки на поверхность красной планеты в январе 2004 года Спирит к июню 2004 проехал более 3 км. Исследователь — автомат, контроль и программирование которого осуществляется дистанционно с Земли, изучал скалу под названием Горшок золота . В то время как на другой стороне Марса близнец Спирита, Оппортьюнити , исследовал необычного вида камни внутри углубления под названием кратер Выносливости .

Каково это — взобраться на холм и смотреть на открывающийся оттуда вид Марса? Такая возможность была предоставлена марсоходу Спирит в начале июня 2004, когда он въехал на одну из вершин холмов Колумбия . Оттуда марсоход смог осмотреть внутренние равнины и далекий вал кратера Гусева за выходом пород, названным «Лонгхорн».

Марсоход Спирит продолжает обнаруживать свидетельства того, что формы многих камней были изменены воздействием древней воды. Спирит и его двойник — марсоход Оппотьюнити к тому времени завершили свои трехмесячные миссии, однако их состояние все еще достаточно хорошее и позволяет им продолжать исследования Марса.

Атака марса:

Марсоход Спирит в конце июня 2004 снова атаковал Марс. Однако то, что на этом снимке может показаться военной атакой, было очередной научной атакой — марсоходу была дана команда исследовать с близкого расстояния несколько интересных камней около холмов Колумбия.

Это изображение было получено передней камерой для обнаружения препятствий Спирита. На нем видно устройство для перемещения оборудования, которое направило камеру, соединенную с микроскопом, к камню, названному «Хлебница».

Изображения, полученные этой камерой, показывают поверхность камня, состоящую из базальта, подвергшегося действию грунтовой воды. Образования с похожим происхождением можно обнаружить, например, в Западной пустыне Египта на Земле. Этот снимок был получен 30 июня 2004, на 175-й марсианский день пребывания марсохода Спирит на красной планете. Строение марсоходов и их инструменты Вездеходы Mars Exploration попытаются определить историю геологии и климата мест Марса, которые, как считают ученые, были благоприятными для формирования жизни. Каждый вездеход оснащен блоком инструментов, которые будут использоваться для исследований.

Для миссии Mars Exploration существуют следующие приоритеты в исследованиях:

Поиск разнообразных скал и почв, содержащих информацию о деятельности воды (минералы, осадки, испарение, гидротермальная деятельность)

Определение содержания минералов в пространстве на месте посадки.

Определение геологических процессов, происходивших на Марсе.

Уточнение и подтверждение данных дистанционного зондирования в местах посадки.

Для выполнения научных задач вездеходы обладают следующими приборами:

Инструменты, предназначенные для осмотра:

Панорамная камера с высоким разрешением будет делать стерео изображения. Она дополняет камеры навигации вездехода. Панорамы с Марса будут с очень высоким разрешением. Угловое разрешение камеры в 3 раза выше, чем на камерах Mars Pathfinder. Снимки камер помогут ученым определить, какие скалы подвергать исследованию другими Структура и строение роверов NASA приборами, а также они помогут заметить следы водной эрозии, если такие существуют.

Мини-температурный спектрометр, видит инфракрасное излучение, выдаваемое объектами. Прибор может определить издалека минеральную композицию марсианской поверхности. Он поможет выбрать специфические почву и камни для подробных исследований. Наблюдение в инфракрасном диапазоне позволяет видеть сквозь пыль, которая покрывает скалы. Прибор может определить наличие карбонатов, силикатов, органических молекул и минералов, формировавшихся в присутствии воды. Инфракрасные данные также помогут ученым определить возможность удерживать тепло скалами и почвой. Кроме изучения скал, прибор может изучить инфракрасное излучение атмосферы.

Эти данные дополнят материалы, полученные термическим спектрометром Mars Global orbiter, находящийся сейчас на орбите, около Марса.

Инструменты в рычаге (смотрите рисунок):

Прибор Microscopic — комбинация микроскопа и камеры (предел видимости прибора около ста микрон). Блок формирования изображения поможет определить осадочные скалы, которые формировались в воде, и таким образом поможет ученым смоделировать прошлую водную среду Марса. Этот инструмент также даст информацию о скалах, сформировавшихся под действием вулканического влияния.

Поскольку многие наиболее важные минералы содержат железо, на аппарате установлен спектрометр Mossbauer предназначенный для определения с высокой точностью содержания железа. Идентификация железа в минералах даст информацию о ранних марсианских условиях. Спектрометр также способен изучать магнитные свойства поверхностных материалов и определяющих минералов, формированных в горячих, водянистых средах, которые могли бы сохранить ископаемое подтверждение марсианской жизни. Энергетическая установка прибора — два радиоактивных источника, содержащих cobalt-57, каждый из них размером с обычный карандашный ластик.

Рентгеновский спектрометр альфа частиц точно определяет элементы, из которых состоят скалы и почва. Эта информация поможет дополнить анализ минералов, осуществленный другими приборами.

На рычаге аппарата установлен также прибор для очищения скал. Прибор подвергает расчистки область диаметром 4,5 см в диаметре и 5 мм в глубину. Кроме того, на аппаратах установлены сборщики пыли, находящейся в воздухе. Пыль будет подвергаться исследованиям рентгеновским спектрометром. Устройства эти изготовлены в Дании.

Марсоход «Спирит» совершил посадку на Марс

Новости и события

Марсоход Оппортьюнити совершил посадку на Марс

Ровер «Оппортьюнити» является вторым марсоходом космического агентства НАСА из двух, запущенных США в рамках проекта Mars Exploration Rover. На поверхность Марса «Оппортьюнити» опустился 25 января 2004 года тремя неделями позже первого марсохода «Спирит», успешно доставленного в другой район Марса, смещенный по долготе примерно на 180 градусов. «Оппортьюнити» совершил посадку в кратере Игл, на плато Меридиана.

Спускаемый аппарат с марсоходом «Спирит» совершил мягкую посадку на Марс 4 января 2004 года за три недели до прибытия его близнеца «Оппортьюнити», который был успешно доставлен в другой район Марса, смещенный по долготе примерно на 180 градусов.

Как небесное тело Марс был известен людям тысячи лет назад. Свое современное название эта планета получила еще во времена Древнего Рима в честь кровожадного бога войны. Видимо, ее красный цвет ассоциировался с разрушениями и кровью. В 1887 году американец Асаф Холл открыл у планеты два спутника, которые были названы Фобосом и Деймосом. Спутники удалось рассмотреть только благодаря великому противостоянию планет.

В этом же году итальянским астрономом Джованни Скиапарелли была составлена первая карта поверхности Марса. На светлых участках ученому привиделась сеть темных линий, которые он назвал протоками. Скиапарелли заявил, что протоки окутывают всю поверхность Марса. А дальше вмешалась ошибка перевода. Итальянское слова canali переименовали в каналы, а Скиапарелли против своей воли поместил на четвертую планету искусственные гидросооружения. Именно тогда всерьез стал обсуждаться вопрос «Есть ли жизнь на Марсе».

Не привели ни к каким серьезным открытиям все усовершенствования телескопов. Строились специальные обсерватории для изучения Марса, но ясности они не приносили. Тогда настала эра межпланетных станций: советских «Марсов» и «Фобосов», американских «Маринеров», «Викингов». Ни один космический объект не привлекал столько внимания, ни к одному не отправлялось столько различных станций, и нигде не было столь много неудач, как в космической эпопее Марса.

В третьем тысячелетии история освоения Марса продолжилась. Космический аппарат «Спирит», запущенный США в 2003 году по проекту Mars Exploration Rover, совершил посадку на Марс в районе кратера Гусева и плато Меридиана 4 января 2004 года. Задачей аппарата было изучение поверхности Марса и обнаружение признаков существования жизни на Марсе.

Первые изображения, снятые камерами, были переданы еще во время спуска на парашюте. А уже через несколько часов после посадки в НАСА поступило около 30 Мегабайтов информации. Были переданы первые снимки места посадки, а также снимки поверхности планеты с гористыми участками и кратерами.

Управление аппаратом осуществляла специальная Лаборатория реактивного движения. Эту работу проводил еще один аппарат - «Оппортьюнити», запущенный США в том же году. В 2009 году планировался запуск Марсианской научной лаборатории, ресурс которой в три раза больше чем у работающих на Марсе аппаратов. Ее прибытие по расчетам предполагалось в 2012 году. Однако, запуск из-за финансового кризиса был отложен.

... читать ещё >

Марсоход "Spirit" и "Opportunity"

10 июня 2003 г. в 17:58:46 UTC (13:58:47 EDT) со стартового комплекса SLC-17A станции ВВС США «Мыс Канаверал» был выполнен успешный пуск РН Delta 2 с американской автоматической межпланетной станцией MER-2, получившей собственное имя Spirit. Целью полета являлась доставка марсохода на поверхность Марса в кратер Гусев (15°ю.ш., 175°в.д.). Посадка была запланирована на 4 января 2004 г. в 04:11 UTC. Программа полета, ракета-носитель и сама станция обозначаются MER-A. 8 июля 2003 г. в 03:18:15 UTC (7 июля в 23:18:15 EDT) с соседнего стартового комплекса SLC-17B состоялся запуск РН Delta 2 с идентичной станцией MER-1, названной Opportunity. Второй марсоход прибыл к Марсу 25 января и в 04:56 UTC будет посажен в район 2°ю.ш., 5°в.д. на равнине Меридиана. Эта миссия имеет техническое обозначение MER-B.

Лобовой экран посадочного модуля MER. Все вместе имеет массу 1077 кг, из которых 179 кг приходится на ровер, 369.5 кг - на посадочное устройство, 84 кг - на лобовой экран, 209 кг - на хвостовой обтекатель и парашютную систему.	Справа - так выглядела посадка на Марс первого марсохода Spirit. В таком коконе из надувных шаров марсоходы опускались на поверхность. Cлева - конструкторы марсоходов позаботились не только о высокой проходимости и хорошем обзоре, но и о неопрокидываемости этих умелых лабораторий. Высота расположения телекамер - 1,5 м, размах солнечных батарей - 2,3 м, диаметр колеса - 10 дюймов, масса ровера - 174 кг.
Кратер Гусев (крупный в центре) и долина Маадим - сухое русло, по которому в прошлом текла вода. В этом районе находится марсоход Spirit.	Структура и строение роверов NASA

Решение об отправке на Марс в астрономическое окно 2003 г. двух марсоходов MER было принято летом 2000 г. Каждый из них - это робот-геолог, оснащенный аппаратурой для анализа состава марсианских пород в радиусе нескольких сотен метров. Общая цель миссии - выяснить историю воды на Марсе и ее роль в геологии и климате планеты. Задачи роверов MER были сформулированы следующим образом:
- Найти и описать различные типы пород и грунта, имеющие следы воздействия воды в прошлом; - Изучить районы, выбранные по результатам съемок с орбиты, в которых предсказаны следы физического или химического воздействия воды; - Определить пространственное распределение и состав минералов, пород и грунта, окружающих место посадки; - Определить природу местных поверхностных геологических процессов по морфологии и химии поверхности; - Подтвердить результаты дистанционного зондирования с орбиты, оценить количество и масштаб неоднородностей; - Определить относительное количество разных железосодержащих минералов, которые содержат связанную воду или гидроксилы, а также железосодержащих карбонатов; - Описать минеральные ассоциации и текстуры разных типов пород и грунта в геологическом контексте; - На основе геологического исследования определить условия среды, при которых существовала жидкая вода, и оценить их пригодность для жизни.
Два района работы марсоходов были объявлены 11 апреля 2003г.: 150-километровый кратер Гусев и Земля Меридиана. В первом съемками с КА Mars Global Surveyor и Mars Odyssey 2001 выявлен рельеф, очень напоминающий высохшее озеро, а от кратера тянется речная долина Маадим длиной около 900 км. Во втором районе имеются большие залежи серого гематита - минерала, который обычно (но не всегда) формируется в присутствии жидкой воды. Выбрать две точки, ценные с научной и достижимые с технической точки зрения - такова была задача комиссии, которую возглавляли д-р Мэтт Голомбек (JPL) и д-р Джон Грант (Национальный аэрокосмический музей США) и в которой работали более 100 ученых. На первом этапе отбора на поверхности Марса были выявлены 155 или 185 (по разным сообщениям) мест, удовлетворяющих «техническим» требованиям. Место должно находиться недалеко от экватора, в низине. Уклон должен быть невелик. Камней и пыли должно быть немного. Далее в расчет бралась научная «ценность» каждой точки, и в декабре 2001г отобрали четыре из них. Уже в марте 2002г предполагалось сократить их число до двух и в мае, за год до запуска, - утвердить. Однако прошел еще почти год, пока обе точки были названы официально. Почему? Во-первых, к каждой из четырех точек-кандидатов были замечания, серьезность которых требовалось проверить дополнительной съемкой. Во-вторых, до самой весны 2003г в NASA не были уверены, успеют ли они подготовить к астрономическому окну оба ровера. Достаточно сказать, что лишь 16 января 2003 закончились испытания в аэродинамической трубе парашютной системы MER. Поэтому точки объявили тогда, когда стало совершенно ясно: «Успеваем!».
Космический аппарат MER по своей структуре напоминает русскую матрешку. Внутри - собственно ровер, шестиколесный марсоход. Следующий компонент - посадочное устройство с тремя боковыми треугольными лепестками, раскрытие которых после посадки приводит к принудительному переворачиванию в правильное положение. Чтобы ровер уместился внутри «тетраэдра», его мачта кладется набок, панели солнечных батарей складываются кверху, а передняя пара колес выворачивается причудливым образом. Снаружи на четыре грани «тетраэдра» устанавливаются по шесть надувных амортизаторов, аналогичных использованным на станции Mars Pathfinder. Весь этот «клубок» помещается на лобовой экран и прикрывается сверху хвостовым обтекателем со смонтированной на нем парашютной системой. Спускаемый аппарат собран. Осталось поместить его на перелетную ступень - и вот КА MER готов!
Все это вместе имеет массу 1077 кг, из которых 179 кг приходится на ровер, 369.5 кг - на посадочное устройство, 84 кг - на лобовой экран, 209 кг - на хвостовой обтекатель и парашютную систему и, наконец, 190.5 кг - на перелетную ступень, которая заправляется 45 кг топлива для коррекций. Перелетная ступень имеет диаметр 2.65 м при высоте 1.60 м. Она оснащена солнечными батареями. Система ориентации со звездным и солнечным датчиками обеспечивает заданный режим полета - закрутку со скоростью 2 об/мин. Двигательная установка для коррекции траектории и направления оси вращения включает два титановых бака топлива (гидразин) и два комплекта двигателей по четыре в каждом. Посадочная платформа изготовлена из композиционного материала и, помимо электроприводов боковых лепестков, имеет моторы подтягивания сдутых амортизаторов, трап для схода ровера, радиовысотомер и две антенны.
Ровер с развернутыми панелями солнечных батарей и поднятой штангой имеет длину 1.6 м, ширину 2.3 м и высоту 1.5 м. Он втрое длиннее своего знаменитого предшественника Sojourner’а и в 18 раз тяжелее. Корпус ровера изготовлен из сотового композиционного материала с теплоизоляцией из аэрогеля. Внутри его электронагревателями и восемью радиоизотопными источниками (2.7 г двуокиси плутония-238 в каждом) поддерживается температура не ниже -20°C. Здесь размещены аккумуляторные батареи, 32-битный компьютер Rad-6000 (20 млн операций в секунду, 128 Мбайт оперативной и 3 Мбайт постоянной памяти) и служебная аппаратура. На треугольной верхней плоскости установлены три антенны - остронаправленная HGA, ненаправленная LGA и антенна UHF-диапазона для ретрансляции через спутники Марса - и штанга научной аппаратуры. Остальная ее часть и две откидные створки заняты трехслойными фотоэлементами общей площадью 1.3 м 2 и суммарной мощностью 140 Вт. Пять литий-ионных аккумуляторных батарей используются во время спуска, а две из них питают ровер марсианской ночью.
Ходовая часть ровера включает шестиколесное шасси со специальной подвеской, позволяющей ему преодолевать высокие препятствия. Колеса ровера алюминиевые, диаметром 26 см. Центр масс аппарата находится очень низко, что позволяет ему не опрокидываться при наклоне до 45° в любую сторону. В бортовом компьютере, однако, запрограммировано ограничение по уклону в 30°. Независимый привод передних и задних колес позволяет роверу развернуться на месте. Бортовое навигационное ПО обеспечивает движение к заданной с Земли цели с обходом препятствий, которые «видят» две пары навигационных камер - передняя и задняя. Ожидаемая протяженность маршрута запланированная для каждого ровера - 600 м, максимальный суточный переход - до 40 м, максимальная скорость - 5 см/с, средняя - 1 см/с.
Через антенну HGA ровер может вести передачу со скоростью более 11 кбит/с. Примерно половина информации будет, однако, передана не напрямую, а через орбитальные ретрансляторы MGS, Mars Odyssey и - в порядке демонстрации совместимости - через Mars Express.

Научная аппаратура (Athena)
Панорамная камера PanCam (Panoramic Camera). Эта цветная стереокамера служит для получения панорам с разрешением 1’ на пиксел, определения характера поверхности и препятствий движению, выбора образцов для изучения, а также поиска следов, оставленных водой. Она размещается на штанге на высоте около 1.3 м над грунтом. Два объектива разнесены на 30 см, а угол между осями составляет 1°. Штанга может поворачиваться на 360° относительно вертикальной оси, а головка объективов наклоняться на угол от -90° до +90°. Камера использует ПЗС-детекторы с матрицей 1024x2048, причем одна ее «половинка» ведет накопление «картинки», а вторая используется как буфер для передачи кадра. Поле зрения камеры - 16.8x16.8° при фокусном расстоянии 38 мм и относительном отверстии 1:20, глубина резкости - от 1.5 м до бесконечности. Имеются восемь фильтров: «прозрачный» на диапазон 400-1100 нм и узкополосные. Рядом с PanCam установлена черно-белая широкоугольная навигационная стереокамера меньшего разрешения.
Термоэмиссионный спектрометр Mini-TES (Mini-Thermal Emission Spectrometer) определяет по инфракрасному излучению минеральный состав деталей окружающего рельефа (карбонаты, силикаты, органические молекулы, минералы, сформированные в воде) и позволяет выбрать образцы для детального изучения. Кроме того, определяется тепловая инерция камней и грунта. Прибор также планируется использовать для составления детального профиля температуры в пограничном слое марсианской атмосферы. Mini-TES представляет собой интерферометр Майкельсона на диапазон 5-29 мкм; угловое разрешение составляет 20 или 8 мрад (1.1 и 0.45°). Прибор размещен в корпусе ровера и использует мачту панорамной камеры как перископ. Он ограничен пределами от -50° до +30° по углу места.
Четыре инструмента для детального исследования образцов находятся на манипуляторе IDD (Instrument Deployment Device) в передней части ровера. Их работу можно наблюдать с передней пары навигационных стереокамер:
Альфа - и рентгеновский спектрометр APXS (Alpha-Particle and X-ray Spectrometer) определяет элементный состав пород и грунта (за исключением водорода). Образцы зондируются альфа-частицами и рентгеновскими лучами, испускаемыми радиоактивным изотопом кюрий-244, а энергетический спектр рассеянных альфа-частиц и вторичных рентгеновских лучей регистрируется. Имея самостоятельную ценность для определения истории коры Марса, процессов выветривания и воздействия воды, данные APXS облегчают и дополняют анализ минерального состава с помощью других инструментов.
Мёссбауэровский спектрометр (Moessbauer Spectrometer) с двумя радиоактивными источниками на кобальте-57 определяет с высокой точностью структуру ядерных уровней железа-57, что позволяет установить состав и относительное количество железосодержащих минералов. Кроме того, будут определены магнитные свойства поверхностных материалов, по которым можно судить о природных условиях в ранние эпохи существования Марса. Это очень «медленный» прибор - одно измерение требует 12 часов работы.
Камера-микроскоп (Microscope Imager) позволяет рассмотреть анализируемые другими приборами образцы пород и грунта на масштабах в сотни микрометров. При этом будут видны характерные особенности осадочных пород, образовавшихся в воде, детали, связанные с вулканической активностью и метеоритной бомбардировкой, а также, возможно, те детали в марсианских карбонатах, которые исследовательская группа Криса МакКея считает микроокаменелостями биологического происхождения. Фокусное расстояние камеры составляет 20 мм, поле зрения - 31x31 мм, матрица - 1024x1024 пиксела, разрешение - 30 мкм/пиксел, изображение панхроматическое (400-680 нм).
Чтобы очистить образцы от пыли и выветренных поверхностных слоев, используется шлифовальное устройство RAT (Rock Abrasion Tool). С его помощью с образца базальта за 2 часа можно снять до 5 мм на площадке диаметром 45 мм.
Кроме того, каждый ровер имеет три магнитные ловушки с магнитами различной силы, на которых будут оседать обладающие магнитными свойствами частицы пыли. Одна ловушка установлена на передней части ровера и доступна для анализа спектрометрами, вторая находится на верхней плоскости в поле зрения панорамной камеры, а третья - на устройстве RAT. Наконец, на корпусе ровера имеются калибровочные мишени для трех спектрометров и цветная калибровочная таблица для панорамной камеры, выполненная в форме солнечных часов.

Первый запуск: подготовка и ход полета 2003

Запуски двух станций планировались в период с 30 мая по 19 июня и с 25 июня по 15 июля 2003 г. 27 января в Космический центр имени Кеннеди были доставлены для предстартовой подготовки компоненты станции MER-2 - перелетная ступень, посадочная ступень и аэродинамический экран. 24 февраля в Корпус обслуживания опасных ПН привезли такой же комплект MER-1 плюс марсоход MER-2. Наконец, 11 марта прибыл марсоход MER-1. На космодроме сразу же были проведены функциональные испытания КА. На ровере MER-2, который шел по графику первым, 6 и 9 марта проверили развертывание створок посадочного устройства, солнечных батарей ровера, подъем мачты с камерой и сделали контрольную съемку с этой камеры. 20-23 марта аппарат прошел второй функциональный тест, и 28 марта марсоход был установлен на посадочное устройство.
Ровер MER-1 проверили 21 марта на маневрирование среди препятствий, имитирующих поверхность Марса. 31 марта был проведен тест развертывания солнечных батарей и камеры, 2 апреля - развертывание и проверка штанги научной аппаратуры, 4 апреля - второй функциональный тест. В это время была обнаружена серьезная проблема. В полете ровер с его компьютером и аппаратура на посадочной платформе и перелетной ступени соединены кабелями, которые перерезаются перед разделением соответствующих компонентов. При испытаниях «вдруг» выяснилось, что аппарат может неправильно отреагировать на сбойные «сигналы», формирующиеся в момент перерезания кабелей. Кабельная сеть на обоих аппаратах потребовала доработки, из-за которой старт первого аппарата отложили до 5 июня.
В конце апреля был полностью собран посадочный комплекс MER-2: посадочная ступень и на ней ровер, защищенные экраном, а 7 мая он был состыкован с перелетной ступенью. 11 мая аппарат был заправлен и 23 мая собран в головной блок вместе с третьей, твердотопливной ступенью ракеты. Сборка ракеты на стартовом комплексе SLC-17A началась с установки 1-й ступени 23 апреля и 2-й ступени 28 апреля. После испытаний 1-й ступени на нее навесили девять стартовых ускорителей - 13, 14 и 15 мая по три штуки. Утром 27 мая головной блок привезли на старт и установили на ракету, а 31 мая закрыли головным обтекателем. 28 мая запуск был отложен на 3 дня, до 8 июня. Выбранные названия КА, как и имя победителя конкурса, были торжественно объявлены в прямом телевизионном репортаже из Космического центра имени Кеннеди на мысе Канаверал 8 июня 2003 года. Руководитель NASA и маленькая светловолосая девочка убрали кусок ткани, прикрывавший стенд, и все увидели два слова из разноцветных букв - Spirit и Opportunity-«Дух» и «Возможность». Девятилетняя ученица третьего класса из аризонского города Скоттсдейл Софи Коллис, ставшая победительницей конкурса, предложила эти слова, вспоминая свою детскую мечту о полете к звездам. «Звездный дух» зародился у нее, когда она еще жила в детдоме в Сибири. Удочеренная несколько лет назад американской семьей. 8 июня было два «мгновенных» стартовых окна - в 14:05:55 и 14:44:07 EDT. Запуск не удалось выполнить из-за плохой погоды - сильный ветер, гроза. Та же история повторилась и 9 июня, и лишь 10 июня в первое из двух «окон» Delta 2 стартовала. Через 9 мин 39 сек вторая ступень вышла на опорную орбиту высотой около 170 км. После 15-минутной баллистической паузы в T+26 мин 29 сек прошло второе включение ДУ 2-й ступени с подъемом орбиты до 163x4762 км. На этой орбите отделился головной блок, и в T+30 мин 30 сек прошло включение РДТТ Star-48B. Наконец, в T+36 мин 40 сек прошло отделение КА. Сигнал от него принят через 51 мин.

3 января 2004 высоко в небе Марса промелькнул огненный след, напоминающий метеор. Там, где он погас, появилась светлая точка, плавно перемещавшаяся по небу и постепенно увеличивающаяся в размере. Затем под парашютом стал раздуваться белый кокон, напоминающий комок гигантских слипшихся шариков для пингпонга, состоящий из 24 выпуклых полусфер. В непосредственной близости от поверхности Марса парашют, отброшенный направленным взрывом пиропатронов, отскочил в сторону, вспыхнули и погасли тормозные двигатели и с высоты 10-15 м кокон упал на планету, подпрыгнул на несколько метров, еще раз упал, снова подпрыгнул - и так пять раз. Каждый прыжок становился все ниже и ниже, пока странный предмет не замер неподвижно, теряя свою форму, и наконец совсем обмяк - как будто из надувной игрушки выпустили воздух. Когда сдувшаяся оболочка опала на грунт, то обнаружилось, что внутри нее находится металлическая платформа, на которой расположена сложной формы конструкция с шестью колесами - марсоход Спирит. 20 дней спустя вся эта картина повторилась с точностью до мельчайших деталей, но уже совсем в другом районе Марса - на противоположной стороне планеты. Так началась марсианская одиссея двух роботов-вездеходов, чтобы искать ответ на давний вопрос: «Есть ли жизнь на Марсе?»

Строение марсоходов и их инструменты

Вездеходы Mars Exploration попытаются определить историю геологии и климата мест Марса, которые, как считают ученые, были благоприятными для формирования жизни. Каждый вездеход оснащен блоком инструментов, которые будут использоваться для исследований.
Для миссии Mars Exploration существуют следующие приоритеты в исследованиях:
1) Поиск разнообразных скал и почв, содержащих информацию о деятельности воды (минералы, осадки, испарение, гидротермальная деятельность)
2) Определение содержания минералов в пространстве на месте посадки.
3) Определение геологических процессов, происходивших на Марсе.
4) Уточнение и подтверждение данных дистанционного зондирования в местах посадки.
Для выполнения научных задач вездеходы обладают следующими приборами:
Инструменты, предназначенные для осмотра:
1) Панорамная камера с высоким разрешением будет делать стерео изображения. Она дополняет камеры навигации вездехода. Панорамы с Марса будут с очень высоким разрешением. Угловое разрешение камеры в 3 раза выше, чем на камерах Mars Pathfinder. Снимки камер помогут ученым определить, какие скалы подвергать исследованию другими приборами, а также они помогут заметить следы водной эрозии, если такие существуют.
2) Мини-температурный спектрометр , видит инфракрасное излучение, выдаваемое объектами. Прибор может определить издалека минеральную композицию марсианской поверхности. Он поможет выбрать специфические почву и камни для подробных исследований. Наблюдение в инфракрасном диапазоне позволяет видеть сквозь пыль, которая покрывает скалы. Прибор может определить наличие карбонатов, силикатов, органических молекул и минералов, формировавшихся в присутствии воды. Инфракрасные данные также помогут ученым определить возможность удерживать тепло скалами и почвой. Кроме изучения скал, прибор может изучить инфракрасное излучение атмосферы. Эти данные дополнят материалы, полученные термическим спектрометром Mars Global orbiter, находящийся сейчас на орбите, около Марса.
Инструменты в рычаге (смотрите рисунок):
1) Прибор Microscopic - комбинация микроскопа и камеры (предел видимости прибора около ста микрон). Блок формирования изображения поможет определить осадочные скалы, которые формировались в воде, и таким образом поможет ученым смоделировать прошлую водную среду Марса. Этот инструмент также даст информацию о скалах, сформировавшихся под действием вулканического влияния.
2) Поскольку многие наиболее важные минералы содержат железо, на аппарате установлен спектрометр Mossbauer предназначенный для определения с высокой точностью содержания железа. Идентификация железа в минералах даст информацию о ранних марсианских условиях. Спектрометр также способен изучать магнитные свойства поверхностных материалов и определяющих минералов, формированных в горячих, водянистых средах, которые могли бы сохранить ископаемое подтверждение марсианской жизни. Энергетическая установка прибора - два радиоактивных источника, содержащих cobalt-57, каждый из них размером с обычный карандашный ластик.
3) Рентгеновский спектрометр альфа частиц точно определяет элементы, из которых состоят скалы и почва. Эта информация поможет дополнить анализ минералов, осуществленный другими приборами.
4) На рычаге аппарата установлен также прибор для очищения скал. Прибор подвергает расчистки область диаметром 4,5 см в диаметре и 5мм в глубину.
Кроме того, на аппаратах установлены сборщики пыли, находящейся в воздухе. Пыль будет подвергаться исследованиям рентгеновским спектрометром. Устройства эти изготовлены в Дании.

В январе 2005 года по предложению нидерландского астронома, открывшего два новых астероида, Международный астрономический союз присвоил им названия Spirit и Opportunity, отметив тем самым годовщину успешной работы марсоходов на поверхности Марса. Это стало первым случаем, когда астероиды назвали в честь космических станций. До сих пор для этого использовали имена мифологических персонажей, фамилии людей и названия городов. Теперь по своим орбитам, пролегающим между Марсом и Юпитером, движутся каменные тезки марсоходов - небольшие астероиды Spirit и Opportunity. Диаметр первого равен 5 км, а второго - 7. Они совершают один оборот вокруг Солнца за 8 лет.

дух ), или MER-A (сокр. от Mars Exploration Rover - A ) - первый марсоход космического агентства НАСА из двух запущенных США в рамках проекта Mars Exploration Rover . Он успешно приземлился на Марс 4 января 2004 года за три недели до прибытия его близнеца Оппортьюнити (MER-B), который приземлился на другой стороне Марса. В конце 2009 года марсоход застрял в песчаной дюне, последняя связь с Землей была 22 марта 2010 года .

Название марсоходу было дано в рамках традиционного конкурса НАСА 9-летней девочкой русского происхождения Софи Коллиз, родившейся в Сибири и удочеренной американской семьей из Аризоны .

Марсоход продержался запланированные 90 сол миссии. Благодаря очистке ветром солнечных батарей увеличилась выработка энергии, и Спирит продолжил эффективно функционировать, в двадцать раз превысив запланированный срок службы. Спирит проехал 7,73 км (4,8 миль) вместо запланированных 600 м (0,4 мили), что позволило сделать более обширные анализы геологических пород Марса и планетарных особенностей поверхности.

1 мая 2009 года (через 5 лет, 3 месяца, 27 земных суток после посадки, что в 21,6 раза больше, чем запланированные 90 сол), Спирит застрял в мягком грунте. Это была не первая ситуация с роверами, и в течение последующих восьми месяцев НАСА тщательно анализировали ситуацию, выполнялось моделирование участка, программирование, продолжались усилия по освобождению. Эти усилия продолжались до 26 января 2010 года, когда НАСА объявила, что высвобождению марсохода препятствует его расположение в мягком грунте, хотя они продолжали проводить научные исследования данного места.

Ровер продолжали использовать как стационарную платформу, общение со Спиритом прекратилось на 2210 сол (22 марта 2010 года). JPL продолжали пытаться восстановить контакт с ровером до 24 мая 2011 года , когда НАСА объявило, что усилия не принесли результатов: ровер молчал. Прощание со Спиритом было запланировано в штаб-квартире НАСА и транслировали на NASA TV.

Место посадки на Марсе среди других аппаратов (Спирит - справа)

Главная панорамная камера марсохода MER

Цели миссии

Сложенный Спирит на финальной сборке перед запуском

Основной задачей миссии было изучение осадочных пород , которые, как предполагалось, должны были образоваться в кратерах (Гусева , Эребус и смежных), где когда-то могло находиться озеро или море. Однако классические осадочные породы найдены не были, в кратере в основном встречались породы вулканического происхождения.

Перед миссией марсохода были поставлены следующие научные цели :

• Поиск и описание разнообразия горных пород и почв, которые свидетельствуют о прошлой водной активности планеты. В частности, поиск образцов с содержанием минералов, которые отлагались под воздействием осадков , выпарения , осаждения или гидротермальной активности .
• Определение распространения и состава минералов, горных пород и почв, которые окружают место посадки.
• Определить, какие геологические процессы сформировали рельеф местности и химический состав. Эти процессы могут включать в себя водную или ветровую эрозию, отложение осадков, гидротермальные механизмы, вулканизм и образование кратеров.
• Проведение калибровки и проверки наблюдений за поверхностью, сделанных при помощи инструментов Марсианского разведывательного спутника . Это поможет определить точность и эффективность различных инструментов, которые используются для изучения марсианской геологии с орбиты.
• Поиск железосодержащих минералов, выявление и количественная оценка относительных величин по определенным типам минералов, которые содержат воду или были сформированы в воде, таких, как железосодержащие карбонаты.
• Квалификация минералов и геологических текстур и определение процессов, которые их образовали.
• Поиск геологических причин, сформировавших те условия окружающей среды, которые существовали, когда на планете присутствовала жидкая вода. Оценка того, насколько данные условия были благотворны для жизни .

Технология доставки на Марс

Ракета-носитель

Оппортьюнити был запущен ракетой-носителем Дельта-2 7925-H . Это более мощная ракета-носитель, чем Дельта II 7925 , с помощью которой был запущен его близнец - марсоход Спирит, обе ракеты-носителя используют твердотопливные ракетные двигатели в сочетании с окислителем .

Запуск Оппортьюнити состоялся позже, чем запуск его близнеца - марсхода Спирит, Марс находился на большем расстоянии, и поэтому для успешной доставки требовалось больше энергии, в связи с этим была выбрана более мощная ракета Дельта-2 7925-H . Основные элементы ракеты-носителя Дельта-2 для миссии Mars Exploration Rovers были практически идентичны.

Для вывода на орбиту использовался RS-27A двигатель в сочетании с 9 ступенями на . RS-27A производит почти 890 тысяч Ньютонов тяги.

Схема строения ракеты-носителя

Основной отсек ракеты ()		Содержит топливо и кислородные баллоны, питающие двигатель во время выхода на орбиту.
		Используются для увеличения тяги двигателя; 6 из 9 ступеней начнут работать при старте ракеты, на 3 минуте полёта выработают свои ресурсы.
		Тонкий металлический кожух, необходимый для обеспечения безопасности космического корабля, во время прохождения через атмосферу Земли.
Маршевый двигатель ()		Маршевый двигатель использует топливо и окислитель; срабатывает дважды: первый раз, для вывода космического корабля на низкую околоземную орбиту, второй раз для вывода аппарата на траекторию, необходимую для успешного осуществления .
Разгонный двигатель ()		Разгонный двигатель основан на твердотопливных ракетных двигателях , развивающие необходимую скорость для выведения космического корабля с орбиты Земли и отправления аппарата на траекторию Марса , позже разгонный двигатель отделяется от космического корабля.
		Содержит марсоход, а также все необходимые компоненты для его успешного доставления на Марс.

1 Этап

Первый этап относительно прост. Помимо двигателя, топлива и отсеков с окислителем, центр тяжести сконцентрирован между топливным и кислородным баками. В месте центра тяжести находится электронное оборудование, необходимое для передачи команд системам на .

2 Этап

3 Этап

Третий этап предусматривает развитие необходимой скорости для выведения космического корабля с орбиты Земли и отправления аппарата на траекторию Марса . Чтобы покинуть земную орбиту, скорость космического корабля должна превышать вторую космическая скорость (скорость, необходимая, чтобы гравитационное поле Земли не смогло притянуть космический корабль обратно). До третьего этапа космический корабль летел со скоростью около 19500 миль/ч, при такой скорости он не сможет покинуть орбиту Земли. Использование разгонного двигателя увеличило скорость космического корабля примерно до 25000 миль/ч, и с такой скоростью он смог покинуть земную орбиту.

Бортовой компьютер Спирита и Оппортьюнити построен на 32-ядерном радиационно-стойком процессоре RAD6000 , работающий на частоте 20 МГц. Содержит 128 мегабайт оперативной памяти, а также 256 мегабайт флэш-памяти.

Улучшенное зрение

В общей сложности двадцать камер, помогающие марсоходам в поиске следов прошлой деятельности воды на Марсе , предоставляя миру качественные фотографии Марса. Камеры миссии Mars Exploration Rovers делают снимки в очень большом разрешении - самом большом за всю историю Марса .

Достижения в области технологий сделали камеры более легкими и меньшими по размерам, что позволило установить по девять камер на каждом ровере, по одной в каждой его части. Камеры роверов разработаны в и являются самыми совершенными и передовыми камерами, которые были отправлены на другую планету.

Улучшенное сжатие данных

Система сжатия данных также разработана в Лаборатории реактивного движения . Она позволяет уменьшать объём данных для последующей передачи на Землю. ICER создан на основе вейвлет-преобразования со способностью обрабатывать изображения. Например: изображение размером 12 мб, в конечном итоге будет сжато до 1 мб, таким образом займёт намного меньше места на карте памяти. Программа делит все изображения в группы по 30 изображений каждая, существенно снижая риск потери снимков при их отправке на Землю в Комплекс дальней космической связи в Канберре в Австралии.

Создание карт местности при передвижении

Также инновацией для этой миссии является возможность создавать карты рельефа вблизи марсохода. Для научной группы это весьма ценно, поскольку карты позволяют определить проходимость, угол наклона, а также солнечную фазу [уточнить ] . Стереоснимки позволяют команде создавать 3-D изображения, давая возможность определять точное расположение необходимого объекта. Карты, разработанные на основе этих данных, позволяют команде знать, как далеко роверу нужно проехать до необходимого объекта, или же помочь в наведении манипулятора.

Технология приземления

Воздушные подушки посадочного модуля.

Первый снимок камеры DIMES , сама камера установлена на «днище» спускаемого аппарата.

Инженеры столкнулись с непростой задачей по снижению скорости космического аппарата c 12000 миль/ч при входе в атмосферу, и до 12 миль/ч при ударе о поверхность Марса .

Улучшенный парашют и подушки безопасности

Многие приспособления для входа в атмосферу, спуска и посадки миссия Mars Exploration Rovers унаследовала от своих предшественников: Миссии «Викинг» и Mars Pathfinder . Для того, чтобы замедлить скорость снижения, используется унаследованная технология парашюта аппаратов «Викинг» , запущенных в конце 1970-х, а также миссии Миссии Mars Pathfinder 1997 года. Космические аппараты миссии Mars Exploration Rovers намного тяжелее предыдущих, базовая конструкция парашюта осталась той же, но площадь у него на 40 % больше, чем у своих предшественников.

Также были усовершенствованы подушки безопасности, которые использовались для смягчения приземления аппарата миссии Mars Pathfinder и Mars Exploration Rovers . Двадцать четыре надутых ячейки находились в окружении посадочного модуля, а сам марсоход - внутри него. Подушки безопасности созданы из очень прочного синтетического материала, называемого «Vectran». Этот же материал используется в изготовления скафандров . Увеличение веса космического аппарата потребовало более прочные подушки безопасности. Несколько тестов на падение показали, что дополнительная масса вызывает серьезные повреждения и разрыв материала. Инженеры разработали двойную оболочку из подушек безопасности, призванные предотвратить серьезные повреждения, при высокоскоростной посадке, когда подушки безопасности могут соприкоснуться с острыми камнями и другими геологическими объектами Красной планеты.

Использование ракетных двигателей для замедления снижения

Чтобы замедлить скорость спуска космического аппарата, используются три реактивных двигателя (RAD), расположенных по его бокам. Радиолокационная установка (РЛС), установленная в нижней части посадочного модуля, определяет расстояние до поверхности. Когда спускаемый аппарат был на высоте 1,5 км, радиолокационная система привела в действие камеру Descent Image Motion Estimation Subsystem (DIMES). Камера сделала три фотографии поверхности (с задержкой 4 секунды), что позволило определить горизонтальную скорость спускаемого аппарата. Спустя некоторое время новая двигательная установка миссии Mars Exploration Rovers начала спуск марсохода Спирит. Как и предсказывалось, в кратере Гусева действуют сильные ветра, которые раскачивали спускаемый аппарат Спирита из стороны в сторону, препятствуя его безопасной посадки. Векторная система из реактивных двигателей (TIRS) препятствовала хаотичному движению из стороны в сторону, в результате чего спускаемый аппарат стал более стабильным при посадке. Во время спуска Оппортьюнити на Плато Меридиана была более благоприятная погода, чем в кратере Гусева , поэтому не было необходимости использовать для стабилизации спуска свою систему TIRS.

Улучшенная мобильность марсохода

Новое программное обеспечение помогло избежать преграды при передвижении. Когда соприкосновение с породой неизбежно, в дело вступает усовершенствованная система подвески, с которой роверу намного легче совершать маневры.

Система подвесок закреплена в задней части марсохода. Колеса увеличили в размерах, а также улучшили его дизайн. Каждое колесо имеет диаметр 26 сантиметров. Его внешняя и внутренняя часть соединены специальной спиралевидной структурой, которая поглощает удары. Система подвесок позволяет лучше передвигаться через препятствия, например, камни, которые могут быть больше самого колеса. Каждое колесо имеет протектор с характерными выступами, обеспечивающие улучшенное сцепление при езде по камням и мягкому грунту. Внутренняя часть колеса состоит из материала под названием «Solimide», который сохраняет свою эластичность даже при очень низких температурах и поэтому он идеально подходит для суровых условий Марса .

Конструкция

Альфа-Протон-Рентгеновский Спектрометр (APXS).

Главная камера ровера (PanCam).

Поворотный механизм марсохода выполнен на основе сервоприводов . Такие приводы расположены на каждом из передних и задних колёс, средняя пара таких деталей не имеет. Поворот передних и задних колёс марсохода осуществляется при помощи электромоторов , действующих независимо от моторов, обеспечивающих перемещение аппарата.

Когда марсоходу необходимо повернуть, двигатели включаются и поворачивают колеса на нужный угол. Всё остальное время двигатели, наоборот, препятствуют повороту, чтобы аппарат не сбивался с курса из-за случайного движения колёс. Переключение режимов поворот-тормоз производится с помощью реле .

Также марсоход способен копать грунт, вращая одно из передних колес, сам оставаясь при этом неподвижным.

Бортовой компьютер построен на процессоре RAD6000 с частотой 20 МГц, 128 МБ DRAM ОЗУ, 3 МБ EEPROM и 256 МБайт флэш-памяти . Рабочая температура робота от минус 40 до плюс 40 °C. Для работы при низких температурах используется радиоизотопный нагреватель, который может дополняться также электрическими нагревателями, когда это необходимо. Для теплоизоляции применяется аэрогель и золотая фольга .

Инструменты ровера:

• Панорамная Камера (Pancam) - помогает изучить структуру, цвет, минералогию местного ландшафта.
• Навигационная Камера (Navcam) - монохромная, с большим углом обзора, также камеры с более низким разрешением, для навигации и вождения.
• Миниатюрный Тепловой Эмиссионный Спектрометр (Mini-TES) - изучает скалы и почвы, для более подробного анализа, также определяет процессы, которые сформировали их.
• Hazcams, две B&W камеры с 120 градусным полем зрения, обеспечивающие дополнительные данные о состоянии ровера.

Манипулятор ровера содержит следующие инструменты:

• Миниатюризованный Мессбауэровский Спектрометр (MB) MIMOS II - проводит исследования минералогии железосодержащих пород и почв.
• Альфа-Протон-Рентгеновский Спектрометр (APXS) - анализ химического состава скал и почв.
• Магниты - сбор магнитных частиц пыли.
• Microscopic Imager (MI) - получает увеличенные изображения марсианской поверхности в высоком разрешении, своеобразный микроскоп .
• Горный Инструмент Сверления (RAT) - мощный бур , способный сделать отверстие диаметром 45 мм, глубиной 5 мм на скальной поверхности. RAT расположен на манипуляторе ровера, вес - 720 грамм .

После того, как сработали подушки безопасности и посадочная платформа остановилась, ровер выехал и начал передавать панорамные изображения. Они дают ученым необходимую информацию для выбора геологических объектов, перспективных для научных исследований.

Данное панорамное изображение показывает холмы на горизонте до 27 км. Команда MER назвала посадочную платформу «Мемориальная станция шаттла Колумбия» в честь семи астронавтов, погибших в космической катастрофе шаттла Колумбия.

Сонная лощина

Первый цветной снимок, составлен из нескольких изображений Спирита .

«Сонная лощина» - мелкое углубление, кратер (в правой части фото) диаметром 9 метров, заинтересовавший учёных из НАСА. Ровер покинул посадочную платформу и был направлен для исследования этого кратера, находящегося на расстоянии 12 метров.

Первое цветное фото

Справа первое цветное изображение, составленное из нескольких снимков, полученных панорамной камерой Спирита . У снимка было самое высокое разрешение, принятое с поверхности другой планеты. «Мы видим мозаику из четырех снимков Pancam: одно в высоту и три в ширину», сказал камерой дизайнер Джим Белл из Корнельского университета. Показанный снимок имел разрешение 4000 на 3000 пикселей. Тем не менее, Pancam камера может делать снимки 8 раз больше этого, также они могут быть сняты в стерео формате (например, в два слоя, что делает решение в два раза больше). Цвета являются достаточно точными.

Камера Pancams делает чёрно-белые снимки. Тринадцать вращающихся фильтров производят одно изображение в разных цветовых спектрах. После получения на Земле, эти снимки могут быть скомбинированы для получения цветного изображения.

Проблемы со флэш-памятью

21 января 2004 года (18 сол) Спирит неожиданно перестал общаться с центром управления. На следующий день ровер на скорости 7,8 бит/с передал сигнал, подтверждающий, что марсоход принял сообщение с Земли, но находится в режиме сбоя, ответы на команды будут передаваться только периодически. Было заявлено, что возникла серьезная неисправность, однако, потенциально восстановимая, в случае, если причиной проблемы является программная ошибка, а не аппаратный сбой. Спириту была дана команда передать данные о его техническом состоянии. 23 января ровер отправил несколько коротких сообщений на очень низкой скорости, после чего, наконец, перешел на скорость передачи 73 Мбит/с в X-диапазоне через ретранслятор Марс Одиссей. Эти данные показали, что марсоход не перешел в спящий режим, а значит он продолжает расходовать энергию в аккумуляторах и перегреваться, что потенциально может окончательно вывести его из строя, если проблема не будет исправлена в ближайшее время. На 20 сол инженеры отправили команду SHUTDWN_DMT_TIL («Shutdown Dammit Until …», «отключиться к черту до …»), чтобы ровер отключился до заданного времени и перестал расходовать энергию, однако он проигнорировал эту команду.

Основной версией о сложившейся неполадке стало то, что марсоход застрял в т. н. «перезагрузочной петле». Марсоход был запрограммирован на перезагрузку , если в системе обнаружится неисправность. Однако, если ошибка происходила непосредственно в процессе перезагрузки, то система начинала циклически перезагружаться снова и снова. Тот факт, что проблема сохранялась даже после перезагрузки мог означать, что ошибка была не в оперативной памяти , а во флэш-памяти , или в аппаратном сбое EEPROM . Последний случай, вероятнее всего, означал бы выход ровера из строя. Предполагая, что ошибка может быть именно во флэш-памяти или EEPROM, инженеры предприняли действия по перезагрузке ровера без использования флэш-памяти. Имелась возможность передавать ограниченный набор команд по радио, достаточный, однако, для того, чтобы сказать марсоходу перезагрузиться без использования флэш-памяти, что, в конечном итоге, привело к разрыву «перезагрузочной петли» и восстановлению работоспособности.

24 января 2004 года инженеры ровера объявили, что проблема была во флэш-памяти и программном обеспечении, использовавшем её для записи. Было заявлено, что аппаратная часть флэш-памяти работала нормально, а программный модуль управления файлами оказался «недостаточно отказоустойчивым» для выполняемых Спиритом операций, подчеркивая, что проблема была вызвана именно ошибкой в программном обеспечении, а не неисправностью оборудования. Инженеры НАСА обнаружили, что в файловой системе содержалось слишком много файлов, что было классифицировано как незначительная проблема. Большинство из них содержали данные, собранные во время полета, и не были нужны для дальнейшей работы. Придя к этому выводу, инженеры удалили часть файлов и переформатировали файловую систему на флэш-памяти. 6 февраля (33 сол) марсоход был приведён в рабочее состояние, и научные исследования возобновились.

Первое бурение на Марсе

Камень Адирондак после бурения инструментом RAT

Круглое неглубокое отверстие на изображении образовано в ходе первого бурения породы на Марсе. Инструмент RAT на марсоходе Спирит просверлил отверстие в камне, названном Адирондак, 6 февраля 2004 года (34 сол). Глубина отверстия составляет 2,65 мм, а диаметр - 45,5 мм. Оно открывает свежие горные породы для ближайшего рассмотрения с помощью микроскопической камеры и двумя спектрометрами, которые находятся на руке-манипуляторе. Этот снимок был снят панорамной камерой, с помощью его можно быстро определить успешность бурения.

«RAT превзошел все наши ожидания», - сказал Стив Горевэн, ведущий ученый Горного Инструмента Сверления обоих роверов. «С такими параметрами сверления, я не думал, что оно будет таким глубоким. На самом деле, когда мы увидели практически идеальный круг, я был взволнован, и мог о нём только мечтать. Также отверстие было хорошо очищено от пыли».

Камень Мими (40 сол)

Камень Мими в искусственных цветах.

Это цветное изображение, сделанное панорамной камерой Спирита на 40 сол (13 февраля 2004 года). На снимке камень под названием Мими . Мими - всего лишь один из множества камней в этой области. Область носит название «Каменный Совет», но камень отличается от всех любый камней, которые ученые увидели на месте кратера Гусева до сих пор. Облупленная внешность камня Мими приводит ученых к ряду гипотез. Мими , возможно, был подвергнут, высокому давлению, или, он когда-то был частью дюны, закреплённой в повреждённых слоях, процесс, который иногда связан с действием воды.

Камень Хамфри

5 марта 2004 года НАСА объявило, что Спирит нашел намеки на наличие воды в прошлом в камне под названием «Хамфри». Доктор Раймонд Арвидсон, профессор университета МакДоннела, кафедры планетарных наук в Университете Вашингтона, Сент-Луисе, сообщил во время конференции НАСА, прессе: «Если бы мы нашли этот камень на Земле, мы бы сказали, что он вулканический, и в нём находится немного жидкости, которая движется по его трещинам». В отличие от скалы, которую нашёл его близнец Оппортьюнити , он был сформирован из магмы, а затем приобрёл яркий окрас из-за материала в небольших трещин, которые выглядят как кристаллизующиеся минералы. Если эта интерпретация верна, но минералы, скорее всего, растворенные в воде, которая взаимодействовала с ним на более позднем этапе, после того, как он сформировался [уточнить ] .

Кратер Бонневиль

11 марта 2004 года Спирит достиг кратера Бонневиль, проехав 370 м. Кратер около 200 метров в диаметре. В Лаборатории Реактивного Движения решили, что было бы неплохо отправить марсоход внутрь кратера, так как они не видят цели ездить вокруг кратера. Спирит поехал вдоль южного края кратера и направился на юго-запад к холмам Колумбии.

Кратер Миccула

Спирит достиг кратера Миссула на 105 сол. Кратер имеет диаметр 91 м и глубину 18 м. Кратер Миссула не избрали для изучения в связи с тем, что кратер не содержит более древние горные породы, которые находились ранее. Ровер обогнул его по северному краю, и направился на юго-восток.

Кратер Лафонтен

Спирит достиг кратера Лафонтен на 118 сол и ездил по его краю до 120 сол. Кратер Лафонтен имеет около 55 метров в диаметре и около 9 метров в глубину. Длинная дюна простирается далеко на юго-запад. Для Спирита был выбран именно этот маршрут, так как неизвестные дюны представляют большой риск для колёс ровера, которые могут застрять в мягком грунте.

Холмы Колумбия

На 159 сол Спирит достиг одной из многих целей на Холмах Колумбии: места, названного Западный След . Место Hank’s Hollow изучалась в течение 23 сол. На месте Hank’s Hollow был обнаружен странный камень, названный «Горшок с Золотом».

Спирит взял путь к месту под названием «Шерстяной участок» и изучал его с 192-го по 199-й сол. На 203 сол Спирит ехал на юг, вверх по склону, и прибыл в скале под названием «Кловис». Скала изучалась с 210 сол по 225 сол. После «Кловис» ровер изучал другие цели - Авен (226-235 сол), Титл (270 сол), Учбин и Изгородь (281-295 сол), Лютефиск (296-303 сол). В течение 239-262 сол Спирит был остановлен из-за верхнего соединения Марса, так как во время него связь с Землёй невозможна.

Спирит ездил вокруг места Husband Hill , и в 344 сол был готов направиться к «Cumberland Ridge», «Larry’s Lookout» и «Tennessee Valley».

Цветная панорама места "Larry"s Lookout"

2005

На 371 сол Спирит прибыл к камню под названием «Спокойствие» в верхней части хребта Камберленд. Спирит исследовал камень с помощью инструмента RAT на 373 сол.

К 390 сол (в середине февраля 2005 г.) Спирит поехал в направлении места «Larry’s Lookout», под гору в обратном направлении. Инженеры пытались сохранить столько энергии, сколько бы хватило для подъема в гору.

Спирит выполнил ряд задач в пути, в том числе исследовал почву, под названием «Пасо Роблес», в ней ровер обнаружил наибольшую концентрацию соли, которое было найдено на Красной планете. Также почва содержала большое количество фосфора, однако не так много, как у камня «Wishstone». Скваерс сказал насчёт открытия: «Мы все еще пытаемся разобраться, что это означает, но, очевидно, что с большой концентрацией соли вокруг, раньше здесь был рукав воды».

Пыльные вихри

К 9 марта 2005 года производительность солнечных панелей марсохода снизилась до 60 %, тогда как изначально было 93 %. 10 марта ровер наблюдал за пыльными дьяволами. Ученые НАСА предполагают, что пыльные дьяволы должны очистить солнечные панели от пыли, тем самым значительно увеличив продолжительность миссии. Это первый пыльный дьявол, который когда-либо замечали Спирит или Оппортьюнити , также это один из лучших моментов миссии. Ранее их сфотографировал только зонд Пасфайндер с марсоходом Соджорнер.

Члены миссии Спирита сообщили, что 12 марта 2005 года счастливая встреча с пыльным дьяволом очистила солнечные батареи от пыли. Уровень вырабатываемой энергии резко вырос, ежедневные исследования будут расширены.

Видео пыльного дьявола на Марсе, сфотографировал марсоход Спирит. Счётчик в левом нижнем углу указывает время в секундах, фотографии были смонтированы в видео. На заключительном кадре можно увидеть, что пыльный дьявол оставил след на поверхности Марса.

Прибытие к холму Husband

На 582 сол, 21 августа 2005 года Спирит достиг вершины холма Husband, была полученна 360-градусная панорама.

2006

В 2006 году Спирит отправился к месту под названием «Основная база» (Home Plate), и достиг её в феврале.

Плато «Основная база» (744 сол)

Спирит прибыл к северо-западной части «Основной базы» и поднялся на слоистые обнажения к 744 сол (февраль 2006 года), приложив для этого большие усилия. С помощью манипулятора были проведены научные исследования.

В 2007 году Спирит провел несколько месяцев у основания «Основной базы». К 1306 сол Спирит взобрался на восточный край «Основной базы». В сентябре и октябре ровер исследовал горную породу и почву в разных местах южной части «Основной базы». 6 ноября Спирит достиг западного края «Основной базы» и начал передавать панорамные снимки плато.

Холм МакКул

Возможные метеориты, найденные на хребте «Небольшой приют»

Следующая остановка Спирита была запланирована на северном склоне холма МакКула, где Спирит будет получать достаточное количество солнечного света во время марсианской зимы. На 16 марта 2006 года, JPL объявило, что у Спирита начались проблемы с правым передним колесом, вскоре оно вообще перестало работать. Несмотря на это, Спирит по-прежнему делает успехи в исследовании холма МакКул, в связи со сломанным колесом, инженеры перепрограммировали ровер, теперь он будет ехать задом, волоча за собой поломанное колесо. В конце марта Спирит столкнулся с рыхлой почвой, которая препятствует исследованию холма МакКул. Было принято решение о прекращении исследования холма МакКул и вместо этого его отправили исследовать соседний хребет под названием «Небольшой приют».

Хребет «Небольшой приют»

Добравшись до хребта 9 апреля 2006 года, ровер припарковался на гребне с уголом наклона в 11° к северу, Спирит провел восемь месяцев на гребне, в это время он наблюдал за ближайшими окресностями. Ровер не передвигался, так как у него был низкий уровень энергии, проблемы с энергией он испытывал во время марсианской зимы. Ровер сделал своё первое движение, когда совершил короткий манёвр к камню, чтобы он был в пределах досягаемости роботизированной руки, в начале ноября 2006 года, после коротких дней верхнего соединения Марса, связь с Землёй была ограничена.

Во время нахождения Спирита на хребте «Небольшой приют» он исследовал две скалы и получил химический анализ подобный составу метеорита «Heat Shield Rock», который нашёл марсоход Оппортьюнити . Названный «Чжун Шань» в честь людей: Сунь Ят-сена и Аллан Хиллз , за место в Антарктиде , где было найдено несколько марсианских метеоритов, они выделялись на фоне снега, так как были темнее его. Далее проводилось спектрографическое тестирование, чтобы определить точный состав пород, которые могут оказаться метеоритом.

2007

Обновление программного обеспечения

4 января 2007 года, к 3-ей годовщине посадки, программное обеспечение марсоходов было обновлено. Теперь марсоход мог самостоятельно принимать решение о необходимости передачи изображения, изучения горной породы, протягивания манипулятора и т. д., без участия операторов с Земли. Это существенно ускорило исследования, так как отпала необходимость согласования действий аппарата, который больше не ждал радиосигнала из НАСА, и упростило работу исследователей, до этого самостоятельно анализировавших сотни изображений, приходящих от марсохода.

Открытие «Ключа»

Ровер открывает почву богатую кремнезёмом

Нерабочее колесо Спирита принесло пользу для программы. Ровер с декабря 2007 года тянет за собой не работающее колесо, которое соскабливает верхний слой марсианской почвы, открывая новые участки земли. Учёные считают, что такие срезы содержат достаточно сведений о прошлом окружающей среды Марса, которая, по их мнению, была идеальна для жизни микробов.

Пыльный шторм

Автопортрет Спирита показывает пыль, скопившуюся на солнечных панелях (октябрь 2007 года)

К концу июня 2007 года пыльные бури начали закрывать марсианскую атмосферу пылью. Пыльная буря усилилась, и 20 июля как у Оппортьюнити, так и у Спирита появилась реальная возможность выйти из строя из-за отсутствия солнечного света, которая им нужна для выработки энергии. НАСА распространило сообщение для прессы, в котором говорилось: (частично) «Мы верим в наши роверы, и надеемся, что они переживут этот шторм, но они не разрабатывались для таких условий». Основная проблема заключалась в том, что пыльная буря резко снизила поступление солнечного света. В атмосфере Марса находится так много пыли, что она блокирует 99 процентов прямых солнечных лучей, которые должны падать на солнечные панели. Марсоход Спирит, который работает на другой стороне Марса, получал немного больше света, чем его близнец Оппортьюнити.