Текст книги "Непридуманные космические истории"

Полет продолжается

Автоматическая межпланетная станция New Horizons продолжает свое головокружительное путешествие сквозь пояс Койпера. Она делает снимки пространства, и команда намерена получить изображения как минимум двадцати далеких объектов Пояса, чтобы изучить свойства их поверхности намного лучше, чем это возможно сделать с Земли.

Долго ли еще New Horizons сможет работать? NASA утвердило продление проекта до 2021 года, но участники команды надеются, что этот срок увеличится.

– Мы считаем, что энергии на борту достаточно, чтобы управлять аппаратом и передавать научные данные до середины 2030-х годов, – говорит Элис Боумен. – Один из факторов, который нас ограничивает, это передатчик, самый мощный бортовой потребитель электроэнергии, ему требуется для включения 32 ватта мощности. Так что, даже если ничего на борту аппарата не выйдет из строя, но мы достигнем момента, когда у нас не хватит энергии для работы передатчика, это может означать конец нашего проекта.

Однако NASA еще должно согласиться на его продление на все это время.

Но, что касается ближайшей перспективы, сейчас «в прицеле» New Horizons другая койперида под обозначением 2014 MU69[13]13
  В 2018 году научная команда New Horizons приняла для этого тела рабочее название Ultima Thule, или «остров Туле» – мифическая далекая страна, которую якобы нашел в своих странствиях древний мореход Пифей. Это популярное выражение употребляется в смысле «край света», «самая дальняя цель». – Прим. пер.


[Закрыть]. Это ледяное тело находится на 1,6 млрд км дальше Плутона и имеет размер около 45 км. New Horizons пролетит поблизости от него 1 января 2019 года, и участники команды проекта надеются провести станцию к нему еще ближе, чем к Плутону.

Ученые предполагают, что MU69 может оказаться первичным объектом Солнечной системы и представлять собой совершенно иной тип объектов пояса Койпера, чем Плутон.

– 2014 MU69 – это древняя койперида, сформировавшаяся там же, где сейчас пролегает ее орбита, – говорит Алан Стерн. – Ученые десятилетиями питают надежды на изучение астрономического объекта такого типа. Это будет самый далекий мир, какой нам довелось увидеть вблизи, и еще одна тайна, которую New Horizons откроет для нас.

Глава 2
Любопытный марсианский бродяга

Семь минут ужаса

Примерно семь минут нужно, чтобы искусственное тело среднего размера – такое, как планетоход или автоматический спускаемый аппарат, – прошло участок спуска в атмосфере Марса и оказалось на его поверхности. За это короткое время ему надо погасить всю ту огромную скорость, с которой оно вторгается в небо Марса, – это около 20 900 км/час – и коснуться грунта на скорости не более 3 км/ч.

Для того чтобы это удалось, требуется четкая, выверенная последовательность действий в стиле невероятных машин Руба Голдберга[14]14
  Известный американский карикатурист и изобретатель, прославившийся в начале XX века изображениями машин, выполняющих простые действия чрезвычайно сложным и запутанным образом, как правило, по «принципу домино». В отечественной популярной культуре пример такой машины хорошо известен по мультфильму «Лето кота Леопольда», где мыши устроили сложную ловушку для кота. – Прим. пер.


[Закрыть] – события должны происходить точно по графику. И только под управлением компьютера, без какого-либо вмешательства с Земли. Удаленно управлять аппаратом с нашей планеты, отстоящей на 240 млн км[15]15
  Расстояние между Землей и Марсом в зависимости от взаимного расположения планет может изменяться в пределах от 55 до 401 млн км, в данном случае речь идет о приблизительно среднем возможном его значении. – Прим. пер.


[Закрыть], невозможно. На таком расстоянии время путешествия радиосигнала с Земли на Марс составляет более 13 минут. Поэтому пока семиминутное торможение и спуск закончатся и все нужные события произойдут, – или не произойдут! – никто на Земле ничего не узнает. Ваш аппарат-посланник или великолепно сядет на поверхность Марса, или обратится в груду обломков.

Именно поэтому ученые и инженеры, работающие над марсианскими проектами, называют это время семью минутами ужаса.

А когда стартовавшая с Земли в ноябре 2011 года Mars Science Laboratory (MSL, «Марсианская научная лаборатория») приближалась к финишу, страх и мандраж по поводу фазы перелета, официально называемой «вход в атмосферу, спуск и посадка», возросли стократно. На борту MSL находился шестиколесный, массой в тонну (точнее – 907 кг) марсоход Curiosity[16]16
  Произносится «Кьюриосити», в переводе означает «Любопытство», «Любознательность». Название было выбрано в 2009 году путем интернет-голосования среди предложенных школьниками вариантов. – Прим. пер.


[Закрыть], и ему предстояло оказаться на планете посредством абсолютно новой, никем доселе не опробованной системы посадки.

Рисунок, изображающий момент касания марсианской поверхности планетоходом Curiosity, подвешенным на стреньгах под ракетным блоком спуска и мягкой посадки. Источник: NASA / лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института

На тот момент все предназначенные для работы на Марсе посадочные модули и роверы садились так: вначале ракетный перелетный модуль выполнял наведение и ориентацию посадочного блока, затем он отделялся и входил в атмосферу, прикрытый лобовым теплозащитным экраном, после торможения в действие вводился парашют, а в конце включались ракетные двигатели, замедляющие спуск еще сильнее. Для Curiosity этот сценарий выполнялся тоже. Однако на финальном этапе ему требовалось самое сложное устройство посадки из всех когда-либо изобретенных.

Для того чтобы ровер Curiosity мог совершить посадку на Марс, требуется сложная последовательность действий. Источник: NASA / лаборатория реактивного движения

Его прозвали «небесный кран», и оно представляло собой блок с ракетными двигателями, который должен был зависнуть неподвижно и опустить планетоход на грунт на двадцатиметровом тросе из вектрана[17]17
  Прочный жидкокристаллический полимерный материал, похожий на кевлар. – Прим. пер.


[Закрыть], чтобы он мягко и ровно встал прямо на свои колеса, как альпинист, спускающийся дюльфером. Вся эта операция должна была занять считаные секунды, и, после того как бортовой компьютер зафиксирует касание ровером грунта, пироножи должны перерубить тросы, а парящая посадочная ступень – улететь прочь на полной тяге двигателей, чтобы упасть на безопасном расстоянии вдали от Curiosity.

Еще большая сложность состояла в том, что этот марсоход должен был совершить самую точную посадку за все время межпланетных исследований – внутри кратера рядом с горой размером с Рейнир[18]18
  Вулканическая гора высотой 4392 м над уровнем моря в штате Вашингтон недалеко от города Сиэтл, США. – Прим. пер.


[Закрыть].

Изображение Марса, полученное с помощью космического телескопа «Хаббл» 12 мая 2016 года, когда Марс находился на расстоянии лишь 80 млн км от Земли. Яркие ледяные полярные шапки и облака, плывущие над ландшафтом цвета ржавчины, говорят о том, что Марс – планета с динамичной сменой времен года. На этом снимке различимы детали минимальным размером 30 на 50 км. Источник: NASA, ESA, команда «Наследие Хаббла» под эгидой Научного института космического телескопа (STScI) и Университетской ассоциации астрономических исследований (AURA), Дж. Белл (Университет штата Аризона) и М. Вольф (Институт космической науки)

Серьезным источником сомнений послужило то, что инженеры не могли хотя бы раз испытать всю работу посадочной системы от начала до конца. И не было иной возможности создать жесткие условия атмосферы и меньшей, чем на Земле, силы тяжести Марса, кроме как побывав на Марсе. Поскольку «небесный кран» еще ни разу не применялся в деле, инженеры беспокоились: что, если подвесные стропы не отделятся от марсохода? Что, если посадочная ракетная ступень рухнет прямо на него?

Рисунок художника, изображающий посадочный модуль АМС Viking на Марсе. Источник: NASA / лаборатория реактивного движения

Если «небесный кран» не сработает, это будет печальный конец проекта, который и без того уже успел пройти через многое: технические проблемы, задержки с реализацией, превышение сметной стоимости и гнев критиков, заявивших, что израсходовать 2,5 млрд долларов на марсианский ровер означало лишить денег остальные направления планетных исследований NASA.

Полеты на Марс

Сияющий красным светом на ночном небе Марс веками манил всех, кто смотрел на звезды. С наступлением эры космоса его стали рассматривать как ближайшую к Земле планету, на которую имелся шанс послать экспедицию с людьми или даже колонистов. К настоящему времени свыше сорока беспилотных аппаратов было отправлено на Марс… хотя, точнее будет сказать, было совершено более сорока попыток отправить какие-либо аппараты на Марс.

Если брать вкупе все американские, европейские, советские/российские и японские проекты межпланетных станций, больше половины полетов на Марс не достигли успеха по разным причинам: из-за аварий ракет при запуске, аварий на борту аппарата по пути на Марс, неудачных попыток выйти на орбиту или аварийных приземлений. При этом, хотя проекты позднейшего времени оказывались более успешными, чем самые первые попытки исследовать Марс in situ (то есть на месте), занятые космическими исследованиями ученые и инженеры лишь отчасти шутят, говоря о «Великом галактическом Упыре» или о «Проклятии Марса», поджидающем космические аппараты на их пути.

Но были не только провалы, но и случаи чудесного успеха. Станции начального этапа – 1960-х и 1970-х годов, такие как орбитальные аппараты Mariner и посадочные Viking[19]19
  См. сноску на с. 12.


[Закрыть], – открыли нам мир хотя и невероятно красивый, но скалистый и пустынный, и, таким образом, разрушили всякие надежды на то, что на соседней с нами планете обитают маленькие зеленые человечки. Однако более поздние аппараты обнаружили двойственную картину: величественная пустыня хранила заманчивые следы присутствия в прошлом, а может быть, и в настоящем воды и различной глобальной активности.

Сегодня поверхность Марса выглядит холодной и сухой, а его атмосфера «легче шепота» не защищает планету от солнечной радиации. Но есть признаки того, что условия на Марсе не всегда были такими. С орбиты видны следы оврагов и сложные системы долин, которые выглядят так, будто они были промыты текущей водой.

Десятилетиями планетологи спорят, сформировались ли эти детали рельефа во время коротких периодов повышенной влажности, вызванных катастрофическими событиями, наподобие падения астероида или стихийных бедствий, влияющих на климат, или же они появились миллионы лет назад, когда Марс был теплым и влажным. Бо́льшая часть собранных на данный момент свидетельств противоречива. Но если миллиарды лет назад там были реки и океаны, как на Земле, могла найтись ниша и для жизни.

Марсоходы

Планетоход (или ровер) Curiosity – четвертый по счету мобильный аппарат, посланный NASA на поверхность планеты Марс. Первым из них был ровер Sojourner[20]20
  В переводе «Странник». – Прим. пер.


[Закрыть] массой 10,6 кг, который был доставлен на каменистую марсианскую равнину 4 июля 1997 года. Размером с микроволновую печь, 65-сантиметровый Sojourner не удалился более, чем на 12 м от своего посадочного аппарата и базовой станции. Посадочный аппарат совместно с ровером входили в проект Pathfinder[21]21
  В переводе «Искатель пути». – Прим. пер.


[Закрыть] и должны были проработать на Марсе примерно неделю. Но вместо этого их деятельность продолжалась почти три месяца, и они передали на Землю 2,6 гигабита данных: с посадочного аппарата было сделано более 16 500 фотоснимков, а с марсохода – еще 550. Кроме этого, были взяты химические пробы минералов и грунта, а также изучена погода и атмосфера Марса. Обнаружились признаки того, что Марс в прошлом мог быть более теплым и влажным.

В то время, когда состоялся этот полет, Интернет как раз набирал популярность, и NASA решило публиковать полученные с ровера снимки на веб-сайте сразу же, как они принимались на Земле. Дело обернулось так, что эта кампания стала одним из самых значительных событий в истории молодого Интернета, и сайт NASA (вместе с сайтами-зеркалами, созданными, чтобы удовлетворить повышенный спрос) за первые двадцать суток работы аппаратов набрал 430 млн посещений.

Для посадки Pathfinder тоже применялась необычная система. Вместо того чтобы использовать реактивные двигатели для мягкого опускания на поверхность, инженеры сделали набор гигантских воздушных подушек, окружающих и защищающих космический аппарат. После прохождения обычных этапов наведения при помощи ракетного блока, входа в атмосферу под теплозащитным экраном, ввода парашютов и тормозного двигателя на последнем этапе подушки надувались, и запечатанный в кокон из них посадочный модуль сбрасывался с 30-метровой высоты над поверхностью. Подпрыгнув несколько раз на марсианском ландшафте как громадный пляжный мяч, Pathfinder остановился, воздушные амортизаторы сдулись, и модуль раскрылся, выпуская ровер наружу.

Три поколения марсоходов, собранные вместе на площадке под названием «Марсианский двор» в лаборатории реактивного движения. Это место является полигоном с искусственным марсианским ландшафтом, который команды исследователей и инженеров используют для испытаний эксплуатируемых сейчас и в перспективе роверов и других аппаратов. На снимке: впереди – экземпляр-дублер первого марсохода Sojourner. Слева – испытательный образец программы Mars Exploration Rover. Справа – испытательный образец Mars Science Laboratory. Источник: NASA / лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института

Несмотря на то что идея такой посадки выглядела как сумасшествие, она оказалась настолько удачной, что NASA решило использовать более крупные воздушные амортизаторы в следующем полете аппаратов с марсоходами на борту – двумя одинаковыми роверами, которым дали имена Spirit и Opportunity. Оба планетохода системы Mars Exploration Rover (MER) размером примерно с оснащенную рулем и сиденьем газонокосилку: 1,6 м в длину, массой 185 кг. Spirit совершил успешную посадку вблизи марсианского экватора 4 января 2004 года, а тремя неделями спустя Opportunity шлепнулся в своих газовых подушках на другую сторону планеты. Задачей обоих станций MER был поиск доказательств существования в прошлом на Марсе воды, и обоим марсоходам удалось «сорвать джекпот».

Панорама места посадки аппарата Pathfinder в долине Ареса на Марсе. Ровер Pathfinder’а Sojourner, привалившийся к камню, виден неподалеку. Источник: NASA / лаборатория реактивного движения

В ряду множества находок и открытий, выполненных посредством Opportunity, были обнаружены обнажения древних скал, которые сформировались когда-то в текущей воде, а Spirit нашел необычные кремнеземные образования, похожие на цветную капусту, которые ученые до сих пор исследуют, – есть возможность, что они могут дать ключ к ответу на вопрос о потенциальной древней жизни на Марсе. Невероятно, но сейчас, когда я пишу эти строки, марсоход Opportunity все еще работает, уже преодолел большее расстояние, чем дистанция марафонского забега (42 км), и продолжает изучать Марс в кратере Индевор.

Инженеры испытывают огромные многосекционные подушки-амортизаторы, предназначенные для защиты аппарата Pathfinder в момент его встречи с поверхностью Марса. Размер связки из воздушных подушек достигает 5 м в высоту и 5 метров в диаметре. Источник: NASA / лаборатория реактивного движения

А Spirit пал жертвой потери электропитания во время холодной марсианской зимы в 2010 году после того, как застрял в вязких песках. Оба ровера намного превысили своей проектный срок службы в 90 суток.

Панорамный вид кратера Игл на Марсе, в котором совершил посадку марсоход Opportunity. Можно увидеть посадочный аппарат, покоящийся на сдутых амортизаторах (белый предмет в центре кратера), оставленные марсоходом следы и часть его солнечной батареи (слева внизу). Источник: NASA / лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института

Так вышло, что у каждого марсохода MER развились свои «черты характера», или, лучше будет сказать, что люди стали приписывать им эти черты. Spirit был проблемным ребенком и вел себя как примадонна, но ему с трудом давались новые открытия. Opportunity был любимым младшим братиком и звездой сцены – удача с открытиями так и шла к нему. Проектировщики Spirit и Opportunity не думали о том, чтобы сделать их милыми, но очаровательные марсоходы захватили воображение как детей, так и суровых ветеранов космонавтики и науки. Джон Каллас, руководитель проекта MER, как-то раз назвал роверы-близнецы «самыми умильными чертовыми штуками вне Земли в Солнечной системе». И пока отважные планетоходы всем смертям назло преодолевали трудности и опасности, они присылали фотооткрытки на Землю каждый день. И земляне полюбили их за это.

Curiosity

Так до сих пор и не решено, как же послать на Марс человека, хотя вроде бы мы уже очень давно собираемся это сделать. Для этого требуются ракеты и космические корабли большего размера, чем имеющиеся сейчас, нужна более совершенная техника для обеспечения жизнедеятельности человека и возможность выращивать еду в полете, и пока мы еще не располагаем средствами, чтобы выполнять посадку очень больших грузов, которые необходимо доставлять для строительства человеческого поселения на Марсе. Но пока – пока мы размышляем над этими проблемами – мы послали на красную планету робота, который является аналогом человека-геолога. Марсоход Curiosity размером с автомобиль вооружен батареей из семнадцати съемочных камер, буром, совком, микроскопом и даже лазером. Инструменты напоминают те, которые используют геологи для изучения камней и минералов на Земле. Помимо этого, новый марсоход похож на человека еще и тем, что умеет взбираться на горы, питаться (фигурально выражаясь), разминать свою (кибернетическую) руку и делать селфи.

Здесь можно увидеть расположение различных камер и инструментов на марсоходе NASA Curiosity. Источник: NASA / лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института

«Бродячий геолог» заодно является и мобильной химической лабораторией. На ровере размещено ровным счетом десять инструментов, которые должны помочь ему разыскать углерод органического происхождения, способный указать на наличие «исходных кирпичиков жизни» на Марсе, а также «принюхаться» к марсианскому воздуху, чтобы попытаться обнаружить присутствие газов наподобие метана, ведь они тоже могут быть признаком наличия жизни. Кибернетическая рука-манипулятор Curiosity оснащена набором инструментов, которому может позавидовать швейцарский армейский нож: камера с возможностью микроскопического увеличения, спектрометр для определения химического состава образца, бур для проникновения внутрь горных пород и сбора образцов для анализа в бортовых лабораториях под названиями SAM (Sample Analysis at Mars, «Анализ образцов на Марсе») и CheMin (Chemistry and Mineralogy, «Химия и минералогия»). Лазерный комплекс ChemCam может испарять камни на расстоянии до 7 м от планетохода и определять их минеральный состав по спектру света, который испускает камень в момент взрыва под ударом лазерного луча. Список бортовых инструментов завершают метеорологическая станция и регистратор радиации[22]22
  Для полноты списка имеет смысл упомянуть размещенную на мачте многофункциональную камеру Mast Camera, посадочную камеру MARDI (Mars Descent Imager) и детектор динамического альбедо нейтронов DAN (Dynamic Albedo of Neutrons) для определения содержания воды в грунте Марса, причем последний является экспериментом Института космических исследований Российской академии наук. – Прим. пер.


[Закрыть].

Со всеми этими камерами и приборами ровер стал глазами и руками международной команды из примерно пятисот ученых на Земле.

Предыдущие марсоходы использовали солнечные батареи, чтобы собирать свет солнца и преобразовывать его в электроэнергию, а на Curiosity установили РИТЭГ такого же типа, как на New Horizons. Полученное в РИТЭГе электричество повторяющимися циклами заряжает литий-ионные аккумуляторы, а отводимое от него тепло передается внутрь корпуса, чтобы согревать электронные компоненты.

Учитывая размер и вес Curiosity, о системе посадки с помощью воздушных надувных амортизаторов, подобной той, которая применялась на предыдущих марсоходах, речи быть не могло. Как заявил инженер NASA Роб Мэнниг, «нельзя бросаться таким большим предметом». Было принято дерзкое решение использовать «небесный кран».

Задача Curiosity: изучить, как развивался Марс на протяжении миллиардов лет, и определить, были ли на нем когда-либо (и есть ли сейчас) условия для поддержания жизни микроорганизмов.

Место работы Curiosity: марсианская возвышенность высотой 5,5 км, которую ученые назвали «горой Шарпа»[23]23
  В честь Роберта Шарпа (1911–2004) – американского ученого, специалиста по геоморфологии Земли и Марса, работавшего в Калифорнийском технологическом институте. – Прим. пер.


[Закрыть] (формальное наименование Эолова гора), расположенной в середине кратера Гейл, ударного бассейна диаметром 155 км.

В момент посадки аппарата присутствовали ответственный за выполнение программ по исследованию Солнечной системы NASA Дейв Лейвери (второй справа) и Джон Грунсфелд, заместитель администратора Директората научных проектов NASA (четвертый справа). Источник: NASA / Билл Инголлс

Кратер Гейл был выбран среди 60 других точек-кандидатов для посадки аппарата. Данные орбитальных спутников позволили определить, что он сложен из десятков слоев осадочных пород, которые, возможно, скапливались здесь в течение миллионов лет. Эти слои могут многое рассказать о геологической и климатической истории планеты Марс. Кроме того, казалось, что и на горе, и в кратере есть протоки и другие детали рельефа, которые выглядят как выточенные текущей водой.

Инженер полета MSL Бобак Фирдоуси (справа на снимке) послужил причиной интернет-сенсации из-за своей прически-«ирокеза» со звездно-полосатой раскраской на манер американского флага и приобрел популярность как «парень в NASA с ирокезом». Источник: интернет-ресурс Ustream

План действий: MSL совершит посадку на низменности в плоской части кратера и осторожно проследует по поверхности в сторону горы, изучая каждый встреченный геологический слой, таким образом совершая экскурс в различные эпохи геологической истории Марса.

Самое трудное – это благополучно попасть туда. И команда MSL должна была все сделать лишь один раз – безупречно.