Февраль — самый короткий и обычно самый незаметный из всех месяцев — в этом году стал самым напряженным как минимум для трех стран, отправивших межпланетные экспедиции на Марс: США, Китая и Объединенных Арабских Эмиратов (ОАЭ).
Первым на орбиту Красной планеты успешно вышел межпланетный космический аппарат из ОАЭ «Аль-Амаль» («Надежда»). Следом за ним орбиты достиг и китайский зонд Tianwen-1 («Вопросы к небесам»). Приближается к поверхности Марса и американский марсоход Perseverance («Настойчивость»).
Прошлым летом к Марсу стартовали миссии трех стран: США, Китая и ОАЭ
Все три миссии стартовали в июле 2020 года. Американская отправилась к Марсу последней, поэтому у экспертов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) было небольшое преимущество — они могли наблюдать, как справятся со своими задачами межпланетные экспедиции двух других стран.
Арабская «Надежда»: первая на орбите
Орбитальный космический аппарат «Аль-Амаль» устремился к Марсу 20 июля, стартовав с японского космодрома Танэгасима с помощью японской же ракеты. 9 февраля, после семи месяцев полета, он, как и было запланировано, успешно вышел на орбиту Красной планеты — первым из трех, нацелившихся туда.
В отличие от американской и китайской миссий, в задачи экспедиции из ОАЭ не входит посадка на поверхность Красной планеты: «Надежда» будет наблюдать за марсианской атмосферой с орбиты, чтобы создать первую полную картину марсианского климата во всех регионах в течение года. После выхода зонда на орбиту космический аппарат перенастроил двигатель на процесс торможения, чтобы войти в зону гравитационного захвата. В случае неудачи межпланетная станция либо пролетела бы мимо планеты, либо упала бы на ее поверхность.
Этапы марсианской миссии Объединенных Арабских Эмиратов
Напряженность, с которой ожидали завершения процесса торможения, объяснялась тем, что орбитальный аппарат работал в режиме автопилота. Команды, отправленные из центра управления полетами, достигали межпланетной станции лишь спустя 11 минут. Столько же времени было необходимо для того, чтобы получить ответный сигнал. В процессе торможения шесть двигателей зонда израсходовали почти половину топлива, находившегося на борту. По словам одного из сотрудников центра управления полетами, это были «самые напряженные 27 минут во всей миссии».
Но все завершилось успешно, и теперь «Надежда» в течение всего марсианского года (продолжительность которого почти вдвое дольше земного) будет наблюдать с орбиты за атмосферой Красной планеты, чтобы составить первую полную картину марсианского климата во всех регионах. Космический зонд также впервые проведет изучение нижних слоев атмосферы, где формируется марсианская погода, в том числе пылевые бури. ОАЭ стали первой арабской страной, космический аппарат которой достиг орбиты Марса.
Китай: исследование атмосферы и грунта
Днем позже, 10 февраля, на марсианскую орбиту вышел китайский межпланетный аппарат с марсоходом «Тяньвэнь-1». Как и в случае с зондом арабской миссии, переход на постоянную орбиту проходил в режиме торможения, позволяющем попасть в зону гравитации. Китайская экспедиция к Марсу стартовала 23 июля с космодрома Вэньчан на острове Хайнань. Местом посадки предварительно выбран район марсианской равнины Утопия.
Запуск китайской межпланетной экспедиции с космодрома Вэньчан на острове Хайнань
Из всех трех миссий у китайской самые амбициозные задачи. Орбитальный аппарат с помощью камер и радаров будет исследовать атмосферу планеты, двигаясь вокруг нее. Но это еще не все: посадочный модуль доставит на поверхность Марса вездеход, оснащенный радиолокационной станцией подповерхностного зондирования. Прибор позволяет проникнуть на глубину до 100 метров под поверхностью Марса и исследовать его геологическое строение, а также проводить химический анализ состава почвы и вести поиск биомолекул и биосигнатур.
Помимо этого марсоход снабжен навигационной и топографическими камерами, прибором для метеорологических изменений и двумя детекторами: магнитного поля на поверхности и поверхностных соединений Марса. Наличие радиолокационной станции — одно из основных отличий китайской экспедиции: подобный прибор впервые будет доставлен на Красную планету.
Миссия NASA: поиск жизни на Марсе
В отличие от Китая и ОАЭ, у США есть опыт отправки экспедиций к Красной планете. Кроме того, «Марс-2020» — самая инновационная миссия. На борту ракеты-носителя Atlas-V находится первый в мире беспилотный летательный аппарат Mars Helicopter — роботизированный вертолет-разведчик, которому дали имя Ingenuity («Смелость») и марсоход Perseverance («Настойчивость»). Вертолет должен будет совершить первый испытательный полет над Марсом — в атсмосфере, которая примерно в 100 раз тоньше, чем у Земли, и исследовать возможные цели для дальнейших передвижений ровера по поверхности планеты.
Ровер Perseverance будет собирать образцы горных пород и почвы Марса
Основная цель миссии состоит в том, чтобы выяснить, есть ли жизнь на Красной планете, и понять, может ли марсианская атмосфера в будущем измениться так, чтобы стать пригодной для жизни людей. Космический аппарат марсианской экспедиции США должен доставить на поверхность Марса марсоход Perseverance и беспилотник Ingenuity 18 февраля. Местом посадки выбран кратер Джезеро к северу от марсианского экватора.
Предполагается, что посадочный модуль с ровером войдет в атмосферу Марса и в результате торможения начнет постепенно уменьшать скорость, пока она не снизится от 20 000 км/ч до 3,2 км/ч. Этому помогут тормозные парашюты и двигатели, замедляющие падение. Как и в двух предыдущих случаях, весь процесс будет происходить в автономном от Земли режиме.
Затем в действие вступит система «небесный кран» — четырехугольная платформа с установленными по углам ракетными двигателями, которая обеспечит мягкую посадку ровера Perseverance на поверхность Марса при помощи нейлоновых тросов. Как только марсоход коснется грунта, соединяющие его с платформой тросы будут перерезаны пироболтами.
Подобную схему посадки ровера NASA использовало в 2012 году при спуске марсохода Curiosity. В целом NASA высаживало на поверхность Красной планеты не один вездеход, однако, как говорят эксперты управления, «посадка на Марс — это всегда тяжело».
Марсоход Perseverance в NASA называют «роботом-астробиологом». На сегодняшний день это самый большой и технически совершенный вездеход, отправленный к поверхности Красной планеты. Оборудованный современными техническими приборами, в том числе 23 камерами, ровер весом в 1043 килограмма будет собирать образцы горных пород и почвы, которые могли образоваться в то время, когда на Марсе была вода, и содержать признаки древней жизни. Кроме того, он также имеет в распоряжении технологию извлечения кислорода из марсианской атмосферы, состоящей в основном из углекислого газа. В NASA надеются, что эти исследования подготовят почву для дальнейших миссий на Марс и на Луну.