Текст книги "Непридуманные космические истории"

Ночь посадки

Посадка на Марс Curiosity 5 августа 2012 года стала одним из самых ожидаемых событий недавней истории космических исследований. Миллионы людей следили за ним в сети Интернет и по телевидению, и социальные сети гудели от реплик энтузиастов. NASA TV вело прямую трансляцию из Центра управления в лаборатории реактивного движения (JPL), и этот репортаж показывали на огромных телеэкранах на Таймс-сквер в Нью-Йорке и на всех площадках и залах по всему миру, где собрались желающие наблюдать за посадкой.

Но эпицентр событий находился в JPL, где сотни инженеров, ученых и чиновников NASA собрались в местном Центре космических операций. Группа «вход в атмосферу – спуск – посадка» (ВСП), все члены которой были одеты в одинаковые голубые рубашки-поло, внимательно следила за информацией на компьютерных экранах в Центре управления. Однако двое из них выделялись среди прочих: начальник группы ВСП Адам Стелцнер с волосами, уложенными высоким вихром, как у Элвиса Пресли, расхаживал взад и вперед между рядами терминалов. На голове полетного инженера Бобака Фирдоуси красовался сложно раскрашенный ирокез. Очевидно, что в двадцать первом веке экзотические прически заменили характерные для инженеров NASA 1960-х годов темные очки и карманные футляры для авторучек.

К моменту посадки MSL Ашвин Васавада стал одним из самых заслуженных научных ветеранов проекта – он присоединился к нему в далеком 2004 году, когда марсоход находился в процессе создания, в качестве заместителя руководителя проекта по науке. В то время значительной долей работы Васавады было взаимодействие с создающими отдельные научные приборы командами, чтобы окончательно сформулировать те задачи, которые их приборы должны решать, и руководство техническими группами с тем, чтобы обеспечить разработку всех приборов и их согласованность с конструкцией ровера в целом.

Руководитель проекта MSL по науке Ашвин Васавада с моделью ровера Curiosity в натуральную величину. Источник: NASA / лаборатория реактивного движения

С появлением каждого из десяти инструментов, выбранных для включения в состав аппарата, в проект вливалась новая команда ученых, и так же обстояли дела с инженерами, дополнительным административным персоналом и студентами, которые тоже начинали заниматься подготовкой ровера к старту. Васавада координировал все проектные решения и изменения, которые могли повлиять на спектр научных работ, проводимых на Марсе. Но во время посадки ему оставалось лишь наблюдать за ходом событий.

– Я находился в комнате по соседству с Центром управления, который тогда показывали по телевидению, – рассказывает Васавада. – Я ничего полезного не мог сделать для этой фазы полета, и мне оставалось лишь маяться мыслью о том, что восемь лет моей предыдущей жизни и все мое будущее висят на волоске этих семи минут ВСП.

К тому же никто не мог узнать об истинной судьбе марсохода целых тринадцать минут, поскольку именно таково было время запаздывания сигнала, и этот факт заставлял всех сотрудников лаборатории реактивного движения чувствовать себя беспомощными.

– Я сидел в кресле, – добавил Васавада, – но мысленно я сжался в комок, словно эмбрион.

По мере того как Curiosity мчался по направлению к Марсу, три уже заслуженных аппарата, обращавшихся по орбитам вокруг планеты, занимали подходящие позиции, чтобы не терять из виду новичка: MSL вел передачу данных о своем состоянии. Вначале эта информация поступала напрямую на Землю, где ее улавливали антенны Сети дальней космической связи.

Чтобы максимально упростить и ускорить процесс передачи телеметрии с аппарата во время входа в атмосферу, спуска и посадки, Curiosity был запрограммирован посылать один из 128 простых, но отличающихся друг от друга мелодичных тонов, каждый из которых соответствовал определенному последовательному этапу в процессе посадки. Аллен Чен, дежурный инженер Центра управления, отмечал голосовыми объявлениями момент прихода каждого сигнала: первый звук означал, что аппарат вошел в атмосферу Марса; второй – что сработали ракетные двигатели, направившие его в кратер Гейл. После регистрации этих сигналов начали раздаваться первые, несмелые хлопки в ладоши, и на лицах команды проекта появились улыбки. По мере того как научный аппарат приближался к поверхности планеты, градус эмоций нарастал. В определенной точке траектории спуска MSL скрылся за горизонтом Марса, и прямая связь с Землей стала невозможной. Но три орбитальных аппарата – Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter и Mars Express – были готовы принимать, записывать и транслировать передаваемую им информацию на приемные антенны Сети дальней космической связи.

На этой уникальной фотографии зафиксирован лобовой экран, защищавший при торможении в атмосфере ровер Curiosity. Экран падает на Марс после того, как был отстрелен от аппарата на спуске. Этот снимок был сделан специальной посадочной камерой MARDI, установленной на нижней стороне шасси марсохода. Экран диаметром 4,5 м виден в тот момент, когда он находился на расстоянии примерно 16 м от аппарата – прошло около трех секунд после сброса экрана. В момент съемки до посадки оставалось еще примерно две с половиной минуты. Источник: NASA / лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института / Malin Space Science Systems[24]24
  «Научные космические системы Мэйлина» – основанная в 1990 году в американском штате Калифорния компания, занимающаяся разработкой научных приборов для использования в космосе, в частности, она является разработчиком трех уникальных фотокамер для проекта MSL. – Прим. пер.


[Закрыть] (MSSS)

Новые мелодичные тона без перебоев поступали на Землю по мере того, как шаг за шагом продолжался процесс посадки. Вот вышел парашют. Вот сброшен лобовой экран. Новый сигнал обозначает момент, когда посадочная ступень, груженная ровером, отстреливает на лету парашют, а еще один возвещает, что она перешла в режим активного полета, продолжая спуск. Следующий звук сигнализирует, что «небесный кран» начал опускать ровер на поверхность.

Слышится сигнал о том, что колеса Curiosity коснулись грунта, но даже это еще не конец полета. Команде надо убедиться, что «небесный кран» отработает маневр увода как положено.

Сообщение в твиттер-аккаунте марсохода Curiosity, которое появилось после успешного выполнения посадки. Источник: твиттер марсохода Curiosity

И вот произошло то, чего все так долго ждали. С финальным звуковым сигналом раздается победный возглас Чена:

– Посадка подтверждена! Мы прибыли на Марс!

Взрыв ликования в Центре управления полетом в лаборатории реактивного движения взметнулся до небес, и не только там, но и везде, где собрались люди, переживавшие за исход посадки, а также в социальных сетях. Казалось, наступил всемирный праздник. Превышения бюджета, задержки и все плохое, что когда-либо говорилось о проекте MSL, были словно напрочь сметены волной триумфа, последовавшего за посадкой.

– Добро пожаловать на Марс! – провозгласил на пресс-конференции директор лаборатории реактивного движения Чарльз Элаки. – Сегодня мы прибыли, завтра мы начинаем исследования Марса. Наш Curiosity не знает преград!

– Эти семь минут прошли, на самом деле, очень быстро, – говорит Васавада. – Они кончились еще до того, как мы узнали об этом. А потом все начали прыгать от радости, несмотря даже на то что многие из нас не могли так сразу поверить, что все прошло настолько хорошо.

То, что посадка была такой правильной, даже идеальной, действительно потрясло некоторых сотрудников лаборатории реактивного движения. Они отрабатывали посадку Curiosity несколько раз, и надо отметить, что ни одно имитационное испытание не завершилось успехом.

– Мы очень старались так отрепетировать будущую посадку, – поясняет Васавада, – чтобы все было точно синхронизировано: и псевдотелеметрия, имитирующая ту, которая будет поступать от настоящего аппарата во время посадки, и анимация в реальном времени, которую мы создали заранее. Все это было очень сложно, и мы так и не добились успеха. Поэтому настоящая посадка оказалась первым разом, когда все сработало как надо.

Фотоснимок, сделанный Curiosity вскоре после посадки на красной планете 5 августа 2012 года (по местному времени западного побережья США), на котором виднеется основная научная цель ровера – гора Шарпа. На переднем плане заметна тень, отброшенная ровером, а темные полосы на горизонте – это песчаные дюны. Источник: NASA / лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института

Curiosity запрограммировали немедленно сфотографировать окружающую его местность. Через две минуты после посадки первые снимки начали передаваться на Землю и возникать на экранах наблюдателей в лаборатории.

– Мы подобрали параметры орбит спутников так, чтобы они пролетали над местом посадки, но мы не были уверены, что они смогут поддерживать ретрансляцию достаточно долго, чтобы снимки успели дойти до ЦУПа, – говорит Васавада. – Эти самые первые фотографии оказались довольно неприглядными, поскольку защитные крышки еще оставались на объективах камер, а ракетные двигатели взбили во время посадки тучу пыли, осевшей на крышках. Мы мало что разглядели, но все равно скакали от радости, потому что в любом случае это были снимки с Марса.

Удивительно, но именно на одном из первых снимков обнаружилось то, что марсоход был послан изучать.

– Мы сели так, что камеры оказались повернуты прямо в сторону горы Шарпа, – рассказывает Васавада. – С камеры обнаружения препятствий, которая установлена между колесами, мы вдруг получили изумительный вид. Это была та гора. И вышло так, словно мы окинули взглядом весь предстоящий нам путь.

По марсианскому времени

Посадка Curiosity состоялась в 22:30 по Тихоокеанскому поясному времени. Команда MSL едва успела отпраздновать свой успех: они тут же перешли к работе по графику проекта и планированию первого активного дня ровера. Первое плановое совещание команды началось в час и завершилось около восьми утра. Сотрудники не спали всю ночь, а некоторые из них непрерывно работали уже 40 часов напролет. Так непросто для занятых в проекте ученых и инженеров началась необходимая им теперь жизнь «по марсианскому времени».

Сутки на Марсе, которые принято называть сол, на 40 минут длиннее, чем на Земле, и первые 90 солов вся команда работала круглые сутки посменно, отслеживая состояние новоприбывшего марсохода. Работа в одном графике светового дня с ровером означала необходимость постоянно сдвигать цикл сна и бодрствования, и члены команды проекта MSL ежедневно сдвигали свой распорядок дня на 40 минут, чтобы оставаться в графике, привязанном к смене дня и ночи на Марсе. Если в какой-то день сотрудник приходил на работу в 9:00, то на следующий день ему было нужно явиться в 9:40, через день – в 10:20 и так далее.

Те, кто жил по «марсианскому времени», говорили, что постоянно ощущали недомогание, как от синдрома смены часовых поясов, который обычно возникает после перелетов с континента на континент. Некоторые специалисты ночевали прямо в лаборатории реактивного движения, чтобы не нарушать распорядок дня своих семей, а другие носили двое часов, чтобы легче ориентироваться, который сейчас час на каждой из двух планет. Около 350 ученых со всего мира были вовлечены в проект MSL, и многие из них работали в комплексе лаборатории первые 90 дней похода Curiosity, живя по времени Марса.

Но не прошло и шестидесяти земных дней, как команда публично заявила о первом сделанном Curiosity большом открытии.

Вода, вода…

Ашвин Васавада вырос в Калифорнии и в своих детских воспоминаниях сохранил впечатления о посещении с семьей природных парков штата и национальных парков в юго-западной части США, о том, как он играл между песчаных дюн и карабкался в горы. Теперь он мог заниматься и тем и другим на иной планете, правда, лишь при посредстве Curiosity. В тот день, когда я навестила Васаваду в его кабинете в лаборатории реактивного движения в начале 2016 года, марсоход двигался через поле гигантских песчаных дюн у подножия горы Шарпа, и некоторые дюны возвышались на 9 м над ним.

– Просто потрясает, когда ты вот так близко смотришь на дюны на другой планете, – признается Ашвин. – И чем ближе мы подбираемся к горе, тем более фантастической становится геология, которую мы изучаем. В этих местах происходило очень много различных событий, и мы так мало понимаем, каких же именно… пока что.

Во время нашего с Васавадой разговора Curiosity был готов разменять четвертый земной год работы на Марсе. Сейчас ровер занят изучением заманчивых слоев осадочных отложений горы Шарпа детально, на близком расстоянии. Но до этого ему пришлось найти себе дорогу через дюнное поле Багнолда, которое послужило барьером, протянувшись вдоль северо-западного склона горы. На пути Curiosity делал то, что Васавада назвал «наукой мимоходом», то есть короткие остановки для забора и анализа песчинок из дюн, в то же время стараясь миновать эту зону как можно быстрее.

Пятиметровая песчаная дюна на Марсе, которой было дано название «Намиб», является частью дюнного поля из темного песка, названного дюнами Багнолда и расстилающегося у северо-западного склона горы Шарпа. По данным орбитальной фотосъемки поля Багнолда было установлено, что дюны на нем перемещаются со скоростью около 1 м за один земной год. Этот снимок – часть 360-градусной панорамы, снятой марсоходом Curiosity 18 декабря 2015 года на 1197-е марсианские сутки, или сол, его работы на Марсе. Источник: NASA / лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института / Malin Space Science Systems

Занимая теперь должность ведущего научного руководителя проекта, Васавада играет еще более важную роль в его координации.

– Это постоянный поиск баланса между скоростью, тщательностью и эффективностью, а также стремление использовать все возможности имеющихся в распоряжении инструментов, – говорит он.

С момента посадки в августе 2012 года Curiosity прислал десятки тысяч снимков Марса – от обширных панорам до выполненных с самым большим увеличением микроснимков камней и песчинок, и все они помогают читать летопись марсианского прошлого.

По всей видимости, наибольшую любовь публики заслужили селфи Curiosity, на которых марсоход фотографирует себя самого в марсианском пейзаже. Такие селфи – не единичные фотографии, как те, что мы делаем при помощи своих мобильных телефонов, а мозаики из десятков отдельных снимков, сделанных при помощи микрокамеры на манипуляторе (MAHLI[25]25
  Mars Hand Lens Imager. – Прим. пер.


[Закрыть]) ровера. Другая категория любимых поклонниками проекта снимков – это виды величественных марсианских ландшафтов, которые марсоход, как турист, то и дело фотографирует на своем пути.

У Васавады тоже есть любимый снимок, единственный.

Волнистая поверхность первой изученной вблизи марсианской песчаной дюны занимает весь этот кадр, сделанный 27 ноября 2015 года, когда Curiosity нацелил свою камеру Mastcam на дюну, получившую название «Высокая». Этот участок находится на дюнном поле Багнолда, среди активных темных песчаных дюн у северо-западного склона горы Шарпа. Источник: NASA / лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института / Malin Space Science Systems

– Для меня самым значительным фотоснимком, сделанным Curiosity, является одно не такое уж впечатляющее фото, – поясняет он, – оно помогло нам сделать одно из первых открытий, и поэтому для меня в нем заключено очень многое.

Популярные селфи ровера Curiosity на самом деле являются мозаиками, собранными из многочисленных снимков, выполненных при помощи установленной на конце его манипулятора камеры MAHLI. Однако сам манипулятор не видно на селфи, потому что при съемке каждой фотографии он поворачивается в «кистевом» сочленении и направляет камеру в нужную сторону. В это время сам манипулятор оказывается вне границы кадра, точно так же как и ваша собственная кисть руки, когда вы фотографируете себя. Тем не менее тень от манипулятора видна на грунте. Это сделанное с низкой точки селфи демонстрирует аппарат на этапе маршрута, где он выполнил бурение камня под обозначением «Бакскин»[26]26
  Buckskin, «оленья кожа». – Прим. пер.


[Закрыть] в нижней части горы Шарпа. Источник: NASA / лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института / Malin Space Science Systems

За первые 50 солов Curiosity удалось сфотографировать то, что геологи называют конгломератами, – скалистые образования, состоящие из булыжников и обломков, спаянных вместе цементирующей породой. Но эти булыжники были не просто камнями – они оказались галькой, окатанной текущей водой. По счастливому стечению обстоятельств роверу удалось отыскать русло древнего ручья, где когда-то вода текла неудержимым, бурным потоком. Основываясь на размерах элементов гальки, ученые пришли к выводу, что вода двигалась со скоростью около метра в секунду, а глубина потока составляла от десятка сантиметров до нескольких метров.

Эта геологическая деталь поверхности Марса является обнажением коренной породы, состоящей из небольших, сцементированных вместе фрагментов, или, на геологическом языке, осадочного конгломерата, который свидетельствует о том, что в древности здесь находилось речное русло. Некоторые выглядывающие из толщи породы или выпавшие из нее камни имеют округлую форму, и это позволило ученым проекта Curiosity считать, что камни перемещались вместе с бурным потоком воды. Камера планетохода Mastcam сделала этот снимок при помощи 100-миллиметрового телеобъектива на 39-м соле похода (14 сентября 2012 года). Источник: NASA / лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института / Malin Space Science Systems

– Когда вы такое видите, вы сразу понимаете, что это означает, неважно, садовник вы или геолог, – взволнованно объясняет Ашвин Васавада. – В хозяйственных магазинах сети Home Depot такие же круглые камешки для украшения ландшафта называются речной галькой! У меня кружится голова от мысли, что наш марсоход проехал по дну давным-давно протекавшей здесь реки. Эта картинка заставляет убедиться в том, что когда-то тут действительно двигался поток воды, может быть, по щиколотку или выше колена глубиной.

Васавада опускает глаза.

– У меня до сих мурашки от таких мыслей, – и эти его слова как ничто другое выдают его страсть к исследованиям и открытиям.

После этого раннего открытия Curiosity обнаружил и другие свидетельства, связанные с присутствием воды. Команда марсохода решилась на рассчитанный риск и вместо того, чтобы направить его напрямую к горе Шарпа, проложила маршрут похода восточнее, через область, названную Йеллоунайф-бей[27]27
  Yellowknife Bay, буквально – «залив Йеллоунайф»; в основе названия детали марсианского рельефа – название города Йеллоунайф в Канаде. – Прим. пер.


[Закрыть].

– Йеллоунайф-бей был деталью, которую мы увидели еще на снимках с орбиты, – объясняет Васавада, – и мы предположили, что это похоже на конус выноса, сформировавшийся под воздействием реки, – то есть потенциальное доказательство наличия здесь воды в древности.

Здесь Curiosity выполнил одну из своих главных задач – определил, являлся ли когда-либо кратер Гейл пригодным для существования простых форм жизни. Ответом на этот вопрос было решительное да. Ровер взял образцы из двух каменных глыб при помощи бура и поместил порции материала размером в половину таблетки детского аспирина в бортовую лабораторию – Анализатор химического и изотопного состава SAM. Анализ установил наличие следов таких элементов, как углерод, водород, азот, кислород – то есть базовых блоков живой материи. Также были обнаружены соединения серы в разных химических формах – возможный источник энергии для микробов.

Собранные другими научными приборами Curiosity данные позволяют сделать реконструкцию того, как это место выглядело раньше: покрытое грязью озерное дно, залитое мягкой, не повышенной кислотности водой. Вспомним, что тут же присутствовали и элементарные кирпичики жизни, и придем к выводу, что Йеллоунайф-бей когда-то давно мог быть прекрасным местом, где резвились живые организмы. Эти факты не означают, что жизнь на Марсе была (или есть), они указывают лишь на то, что начальные ингредиенты для возникновения жизни здесь присутствовали, когда условия среды были более благоприятными.

– То, что мы обнаружили в Йеллоунайф-бей исторически пригодные для жизни условия, было настоящим чудом и показало, как наш проект в своей реализации позволяет измерить так много разнообразных величин, – говорит Васавада. – Перед нами возникла замечательная картина ручьев и речек, которые питают собой водоем наподобие озера. Мы послали аппарат сюда, чтобы он нашел именно это, но мы и не предполагали, что открытие будет ждать нас на первых же шагах похода.

Тем не менее этот озерный бассейн мог возникнуть из-за одиночного события и сохраниться лишь на какие-то сотни лет. Настоящим призом стала бы находка доказательств существования на Марсе воды и теплого климата в течение долгого времени.

К такому открытию пришлось идти немного дольше. Но оно больше значит лично для Васавады.

Климат Марса заинтересовал Ашвина на заре его научной карьеры, и он долгие годы занимался созданием его моделей, пытаясь мысленно проникнуть в древнюю историю красной планеты.

– Я вырос на фотографиях Марса, сделанных аппаратами Viking, – рассказывает Ашвин, – и я думал о нем как о пустынном месте, покрытом острыми вулканическими камнями и засыпанном песком. Потом я проделал всю эту теоретическую работу, посвященную марсианскому климату, доказывая, что реки и океаны, может быть, когда-то существовали на планете, но реальных подтверждений этому у нас не было.

На карте изображен маршрут перемещения Curiosity с места посадки в августе 2012 года (обозначено звездочкой) до его положения в декабре 2015 года; вдоль маршрута отмечены изученные детали местности, которым специалисты команды дали условные имена, такие как Йеллоунайф-бей, холмы Парамп или дюны Багнолда. Источник: NASA / лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института / Университет штата Аризона

Вот почему открытие, сделанное Curiosity в конце 2015 года, так взволновало Васаваду и его сотрудников.

– Мы находили округлые камешки и остатки застывшей грязи озерного дна не только на Йеллоунайф-бей, но и повсюду по дороге, – обрисовывает суть открытия Васавада. – Мы сперва нашли речную гальку, затем наклонные пласты песчаника в том месте, где река впадала в озеро. Потом, когда мы приблизились к горе Шарпа, мы увидели обширные каменные плоскости, которые когда-то представляли собой ил, оседавший на дне озера.

Для этого геологического района наилучшим объяснением его морфологии, то есть формы и видоизменений минеральных отложений и деталей рельефа, является картина множества рек, образующих дельты при впадении в озеро. Это было, скорее всего, от 3,8 до 3,3 млрд лет назад. Реки принесли с собой осадочный материал, который медленно накапливался, формируя собой нижние слои горы Шарпа.

– Боже правый, мы вдруг увидели всю эту систему, – рассказывает Ашвин, – благодаря которой нижние сотни метров горы Шарпа целиком состоят из речных и озерных отложений. И мы отвергли предположение об одиночном событии длиной в сотни или тысячи лет; этим рекам потребовалось течь миллионы лет, наполняя озера, чтобы медленно, миллиметр за миллиметром, возвести фундамент горы.

Слои отложений в основании горы Шарпа. Эта хорошо видимая на снимке американского марсохода Curiosity слоистость в кратере Гейл раскрывает главы геологической истории Марса. В объективе камеры Mastcam 23 августа 2012 года нижняя часть горы Шарпа, которая является основной целью научного похода ровера. Источник: NASA / лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института / Malin Space Science Systems

Для этого необходимо, чтобы ранее у Марса была более плотная атмосфера, чем сейчас, и чтобы она содержала парниковые газы, по поводу состава которых Васавада сказал, что его еще предстоит выяснить.

Но впоследствии каким-то образом случилось резкое изменение климата, вода исчезла, после чего ветра выточили внутри кратера гору той формы, которую мы наблюдаем сейчас.

Ровер сел на поверхность планеты в самом удачном месте, потому что здесь на небольшой площади оказались сосредоточены следы эволюции природной среды Марса, включая доказательства кардинальной перемены планетарного климата, из-за чего вся вода, некогда покрывавшая отложения кратера Гейл, высохла.

– Все это дает серьезные основания для того, чтобы как следует заняться объяснением климата древнего Марса, – говорит Васавада. – Не может одно событие, такое как падение метеорита, изменить климат на миллионы лет. Это открытие играет роль в масштабах всей планеты, а не только области кратера Гейл.