Марсоход Opportunity. Проблемы с манипулятором

Поначалу надеялись, что отсутствие связи продлится всего несколько дней, а затем восстановится. Подобное уже случалось. Работает это так. При критическом падении запаса энергии ровер отключает практически все системы, в том числе и связь, и пребывает в «спячке» до тех пор, пока не сработает «будильник», активирующий бортовой компьютер. Он измеряет уровень заряда, и если его по-прежнему не хватает, вновь погружает марсоход в "спячку". И так до тех пор, пока ситуация не улучшится радикально. С Opportunity уже прощались, но жизнь как-то налаживалась. Свирепый марсианский ветер сам же исправил учинённые им безобразия, очистив панели солнечных батарей от песка и пыли.

Панормама Марса в окрестностях кратера Игл, 2004 г.
Фото: aboutspacejornal.net

Чего-то подобного ждали и на этот раз, но связь не возобновляется уже очень долго. Впрочем, что-то определённое о судьбе марсохода можно будет сказать только после окончания бури. Жаль, если Opportunity обрёл вечный покой под красной марсианской дюной, но сетовать особенно не приходится. Эта машина итак давно побила все рекорды долгожительства. Он превысил изначально запланированные сроки своей работы в 55 раз! Так что независимо от того, очнётся марсоход или нет, уместно будет подвести некоторые итоги его деятельности. Мы будем очень рады, если эти итоги окажутся промежуточными.

Opportunity, один из двух марсоходов второго поколения, запущенных в рамках проекта Mars Exploration Rover (MER ), опустился на поверхность Красной планеты 25 января 2004 г. Его брат-близнец Spirit , начавший работу несколькими неделями раньше, бороздил марсианские пустыни до мая 2009 г. Потом он застрял в дюне и почти год работал стационарно, прежде чем окончательно заглохнуть в марте 2009 г. Этот результат считался очень хорошим, но Opportunity пошёл гораздо дальше.

“Шарики-гематиты” из кратера Игл
Фото: aboutspacejornal.net

"Марсианская черника" из кратера Игл
Фото: aboutspacejornal.net

Место посадки Opportunity - кратер Игл, на плато Меридиана, чуть южнее марсианского экватора. По поверхности Марса он пробирается очень осторожно, преодолевая за сутки расстояние порядка 10-100 м, но к январю 2018 г. ему удалось проделать путь в 45 км. Основной задачей миссии были геологические (или, как любят выражаться фантасты ареологические) исследования. Для начала он изучил кратер Игл - сравнительно небольшую (22 м в диаметре) кольцеобразную структуру, очевидно, ударного происхождение. Исследование подтвердило наличие в почве гематита, а также, что плато Меридиана в древности было дном морским. Затем наступила очередь кратера Эндьюранс (150 м). На его склонах было обнаружено что-то вроде геохронологической шкалы - чётко различимые наслоения более молодых и более старых пород. Так же были получены свидетельства воздействия воды уже после формирования кратера. Ещё одна важная находка в этой местности - камень, который оказался упавшим на поверхность Марса метеоритом. Теперь он известен под именем Heat Shield Rock. Это была первая в истории находка такого рода. Если вдуматься, ничего особенно неожиданного в ней нет. Должны же быть метеориты там, где в изобилии имеются ударные кратеры. Тем не менее, учёные были очень рады заполучить такой образец для изучения.

В 2005 г. роверу не повезло, он на несколько месяцев застрял в дюне. Искусное осторожное маневрирование по несколько сантиметров за день позволило его освободить. Следующим по плану был кратер Эребус (300 м), где Opportunity сфотографировал коренные выходы горных пород, а потом кратер Виктория (750 м), который модуль исследовал, двигаясь вдоль края по часовой стрелке. Как раз во время этого путешествия, которое длилось с 2006 по август 2008 гг. случилась особо свирепая пыльная буря, во время которой связь с марсоходом прервалась. Зато потом ветер так очистил панели, что их эффективность достигла максимума за весь срок работы миссии.

С августа 2011 гг. началось изучение крупного (около 22 км) кратера Индевор. Здесь предварительная дистанционная разведка указывала на выход филлосилиикатов, и учёные захотели познакомиться с этим геологическим образованием поближе.

Филлосиликаты - это минералы, представляющие из себя соединения различных металлов с SiO2, со слоистой структурой. Что особенно важно, они имеют гидротермальное происхождение, то есть, для их образования нужно большое количество воды. Такого типа породы на Марсе обычно перекрываются более молодыми вулканическими породами, выходы их на поверхность - сравнительно редкое явление, и они представляют большой научный интерес.

В 2012 г. Opportunity помог успешно высадиться на Марс «коллеге» Curiosity , марсоходу следующего, третьего, поколения. Старожил собрал данные о погоде, и сымитировал сигнал нового ровера, чтобы можно было заранее проверить аппаратуру связи.

Opportunity тоже не было. Пока природа этих природных циклов не ясна, но учёные намерены её прояснить, и возлагают большие надежды на нынешнюю бурю. Ведь за тем, как она развивается, продолжает наблюдать Curiosity и орбитальные станции. Со временем полученные данные позволят составлять прогноз погоды для Марса.

Эти две фотографии, сделанные Curiosity 21 мая (слева) и 17 июня (справа) показывают, насколько отличается текущий уровень освещенности Марса, в атмосфере которого бушует пылевая буря, от нормальной ситуации.

На Марсе вот уже много недель бушует , которая покрыла практически всю планету. Из-за нее марсоход Opportunity не получает необходимого количества солнечного света, который преобразуется фотоэлементами в электричество. Ровер ушел в спящий режим и не сможет выйти из него до тех пор, пока атмосфера не очистится от пыли и солнечные лучи не достигнут поверхности Марса.

Когда это случится - пока неясно, поскольку масштаб бури лишь увеличивается, по всей видимости, в ближайшее время она не ослабнет. «Мы не можем связаться с ровером уже пару недель», - говорит Рей Арвидсон из Вашингтонского университета. Он - один из руководителей миссии Mars Exploration Rover , которая изначально включала и брата-близнеца Opportunity - марсоход Spirit. Оба ровера прибыли на Марс в январе 2004 года и дружно приступили к изучению поверхности соседа Земли.

Opportunity работает уже много лет, и работал бы и дальше, если бы не сильное запыление разреженной атмосферы Марса. На графике ниже можно видеть, как запыленность воздуха влияет на количество энергии, получаемой ровером. Энергии система вырабатывает настолько мало, что не может сделать и отправить на Землю фотографию того, что происходит вокруг нее. Последний снимок был получен учеными 10 июня этого года. Марсоход изредка «просыпается» для того, чтобы проверить запасы энергии. Если они слишком малы, ровер снова уходит в сон.

Что касается Spirit, то этот марсоход, к сожалению, перестал подавать признаки жизни 22 марта 2010 года.

Через какое-то время после того, как шторм ослабнет, Opportunity должен проснуться, и если энергии будет достаточно, то Земля получит его сигнал. Затем, когда режим получения энергии станет оптимальным, марсоход снова вернется к работе, и кто знает, сколько месяцев или лет он сможет еще проработать.

Его «старший брат» Curiosity работает в нормальном режиме, поскольку имеет на борту автономный источник питания. Он регулярно присылает снимки Марса. На фотографиях, сделанных этим аппаратом после начала пылевой бури видно , что объекты на поверхности не отбрасывают теней. Это потому, что рептилоиды пакостничают атмосфера Марса запылена настолько, что свет Солнца очень слаб. Эффект примерно такой же, как в очень облачный день на Земле, может быть, на Марсе он даже более сильный.

Ученые считают, что марсоход Opportunity переживет непогоду и уже через несколько недель будет радовать новыми данными о Красной планете.

И погрузили Opportunity во тьму.

В отличие от марсохода Curiosity , запущенного позже и оснащенного ядерным генератором, Opportunity оборудован только солнечными панелями и батареями для накопления энергии. Иными словами, любые препятствия между солнечными лучами и ровером доставляют проблемы.

Восьмого июня буря покрыла площадь более 18 миллионов квадратных километров - больше Североамериканского континента. Это не первая крупная пылевая буря, которую приходится пережить Opportunity . В 2007 году еще больший по площади ураган заставил ровер войти в режим минимальных операций на целых две недели, включая два дня без связи для сохранения энергии. Нынешняя же буря намного мощнее.

Десятого числа шторм ухудшил уровень атмосферной прозрачности почти вдвое - по сравнению с 2007-м. Тогда буря достигла максимальных 5,5 тау. Новый ураган уже равен 10,8 тау.

Mars Color Imager (MARCI) на космическом аппарате Opportunity / NASA " alt="Глобальная карта Марса, на которой видна пылевая буря. Снимок был сделан 6 июня при помощи камеры Mars Color Imager (MARCI) на космическом аппарате NASA Mars Reconnaissance Orbiter. Синей точкой отмечено приблизительное расположение марсохода Opportunity / NASA " src="/sites/default/files/images_custom/2018/06/opportunity.jpg">

Глобальная карта Марса, на которой видна пылевая буря. Снимок был сделан 6 июня при помощи камеры Mars Color Imager (MARCI) на космическом аппарате NASA Mars Reconnaissance Orbiter. Синей точкой отмечено приблизительное расположение марсохода Opportunity / NASA

NASA засекло существенный спад в уровнях энергии Opportunity 6 июня и перевело его в кризисный режим. Это было необходимо не только потому, что функциональность марсохода зависит от солнечных лучей, но и по причине низкой температуры поверхности Красной планеты: для корректной работы батареи ровера должны оставаться теплыми.

Это крайне энергоемкий процесс, так что для поддержания тепла необходимо столько сохраненной энергии, сколько возможно. NASA уделяет этому особое внимание: в агентстве уверены, что поломка ровера Spirit спровоцирована непосредственно его неспособностью собрать достаточно солнечного света для питания своих обогревателей.

Приборы NASA показывают, что нынешняя температура марсохода - около минус 29 °C. Минимальная рабочая температура - минус 40 °C. Тем не менее в этой ситуации буря может даже помочь: пыль, поглощающая солнечные лучи, также впитывает тепло, что, в свою очередь, повышает температуру окружающей среды и может поддержать температуру марсохода.

Есть и другой признак надежды для Opportunity . NASA сообщило, что в воскресенье, 10 июня, был получен сигнал от марсохода: следовательно, у него еще достаточно энергии для поддержания связи.

Буря может продлиться недели или даже месяцы. NASA продолжает тщательно следить за ситуацией.

Желание познать таинственный мир космического пространства по сей день не оставляет человечество. Прямо сейчас на расстоянии 228 млн километров от Земли дремлет марсоход Opportunity в ожидании момента, когда закончится песчаная буря и он сможет продолжить изучение четвертой по удаленности от Солнца планеты.

Почему марсоход так назвали

Распространенное английское слово opportunity было выбрано в результате конкурса, проведенного самими NASA, а победила в нем 9-летняя Софи Коллиз. Несмотря на свое русское происхождение (родившись в Сибири, она была удочерена семьей из Аризоны), девочка ясно понимала перевод слова - возможность. Если начнем переводить на русский точнее, то получится: удобный случай. И это имя послужило для ровера талисманом: он много раз застревал в коварной чужой почве, сталкивался с песчаными бурями, испытывал трудности со связью и получением энергии, но всё равно выходил победителем даже тогда, когда в него переставали верить на Земле.

Задачи и цели миссии

За 14 лет программа Opportunity успела претерпеть весомые изменения. На сегодняшний день он выполняет множество разнопрофильных задач:

• Исследует различные земельные массивы, проверяя, подвергались ли они когда-либо воздействию воды: например, испарению. Ученых интересует, существовали ли в прошлом на этой планете микроорганизмы.
• Составляет подробную карту поверхности и ищет ответ на вопрос, какие процессы сформировали Марс таким, какой он есть. Для этого он проводит анализ всех находящихся в грунте минералов, ища те, что будут незнакомы человечеству.

Разработан ровер был для изучения осадочных пород, образовавшихся в кратерах, которые когда-то могли быть частью океана.
Все эти эксперименты служат одной цели: понять, возможно ли в будущем зарождение жизни в привычном нам смысле так далеко от Земли.

Место посадки

Марсоход опустился на исследуемую поверхность ещё в январе далекого 2004 года и до 10 июня 2018 года исправно функционировал, превзойдя даже самые смелые ожидания разработчиков в 55 раз! Больше примеров настолько удачных запусков просто нет.

Как и было запланировано, марсоход Opportunity совершил высадку на поверхности 22-метрового кратера Игл. Для исследователей было приятной неожиданностью то, что ровер приземлился так точно, всего в 25 км от поставленной цели.

Как была произведена посадка Оппортьюнити

Сесть на поверхность красной планеты невероятно трудно: восемь аппаратов разбились о нее при посадке, а еще несколько вышли из строя в первые минуты после посадки. Вся сложность заключается в том, что атмсофера Марса разряжена, и быстро сбросить скорость не получается из-за её низкой плотности.
Оппортьюнити удалось посадить успешно благодаря технологии, которая использовалась еще при запуске советских марсоходов. Посадка проходила в три стадии:

1. Вход в атмосферу
   Этот этап был самым легким для ровера, требовалось лишь приблизиться к Марсу на достаточное расстояние, а дальше начинала действовать сила притяжения.
2. Спуск
   Важнее всего было успеть сбросить скорость в атмосфере, чтобы марсоход не разбился о твердые горные породы. Для этого были использованы три ракетных двигателя. Получив через камеру фотографии поверхности, главный компьютер определял исходную скорость спуска и давал команду реактивным двигателям.
3. Посадка
   Защитить аппарат могли бы более прочные материалы, но их добавление обозначало бы увеличение массы, чего допустить было нельзя. Роскосмос взял на себя заботу об этом этапе и оборудовал Оппортьюнити воздушными подушками, состоящими из 24 ячеек.

В кратер Игл он попал случайно, но это стечение обстоятельств было на руку исследователям: изучив почву, он сделал выводы о существовании в прошлом воды в этом грунте.

Характеристики марсохода

Марсоход Opportunity обладает внушительной массой в 185 килограммов, а суммарная масса перелетного модуля, спускаемого аппарата и самого ровера составляет 1063 килограмма. Его габариты: высотой 1,5 метра 2,3длина и ширина 1,6 метра. Для совершения поворотов используются независимые электродвигатели. Его маневренность гарантируют шесть колёс. Одно из них способно вращаться для того, чтобы копать землю и извлекать образцы почвы (при этом он остается неподвижным). Максимальная скорость 50 мм в секунду, хотя средняя скорость составляет 5 –ю часть.

Чем оборудован марсоход

• Глазами Оппортьюнити являются панорамные камеры, которые делают снимки в высоком разрешении и отправляют их в центр управления. Навигационные, снимают в разрешении похуже и нужны непосредственно для того, чтобы ровер мог оценить обстановку и не врезаться ненароком в препятствие.
• Магниты собирают частицы магнитной пыли, а рентгеновский спектрометр анализирует, из каких веществ состоит почва.
• Буры, микроскоп и несколько спектрометров необходимы для взятия и анализа проб почвы.

Система управления

Навигация совершается через мощнейший компьютер, надежно укрытый от перепадов температур, характерных для этих земель.
Модуль, отвечающий за все процессы, проходящие в электронном мозге, расположен точно в центре устройства. Он обеспечивает исправную работу всех сложных систем марсохода. Чтобы передать данные, собранные за сутки, у механического исследователя есть всего 16 минут раз в сутки, когда орбитальный аппарат Марс Одиссей появляется в зоне доступа. Посланный радиосигнал достигает Земли в лучшем случае за 4 минуты. Ухудшить связь могут Луна и Солнце, если они окажутся на пути радиоволн. Тогда послание дойдет до нашей планеты в течение 20 минут.

Источник питания

Всю энергию Оппортьюнити получает от солнечных батарей, расположенных сбоку. Они состоят из множества ячеек, что значительно повышает их надежность: если одна из них выйдет из строя, это не коснется остальных.
По сравнению со своими предшественницами эти солнечные батареи способны поглощать в три раза больше света, излучаемого Солнцем. И всё это благодаря новшеству - тройному слою из арсенида галлия.

Самые важные открытия марсохода

В июне 2004 года в самом начале своей миссии Opportunity блестяще справился с важнейшей, по словам ученых, задачей: спустился в кратер Эндьюранс и изучил горные породы. Администраторы NASA не были уверены, что он сможет подняться обратно, однако к середине декабря он успешно вернулся и приступил к выполнению заданных целей.

В январе следующего года марсоход обнаружил первый в истории человечества метеорит на другой планете. Его назвали Камнем Теплового Щита, потому что он был обнаружен за теплозащитным экраном ровера.

Больше всего инициаторы космической экспедиции гордятся тем, что их детищу удалось найти свидетельства существования на красной планете пресной воды. Камень, найденный ровером, находился в потоке воды, что еще раз подтверждает догадки ученых о прошлом Марса.

Наблюдения с орбиты не дали землянам практически никаких знаний о климате красной планеты, а Оппортьюнити смог охарактеризовать распределение теплых слоев в атмосфере и сделать выводы о погоде на Марсе.

Хоть он и не был предназначен для наблюдений за ночным небом, несколько раз ровер всё же следил за кометами, пролетавшим рядом. Также он был использован для наблюдения за спутниками планеты: .

Оппортьюнити (англ. Opportunity, благоприятная возможность) – это один из марсоходов, запущенных НАСА в рамках программы Mars Exploration Rover. Марсоход был запущен с помощью ракеты Дельта-2 8 июля 2003 года; аппарат благополучно приземлился на поверхность Красной планеты 25 января 2004 года (за неделю до этого на другой стороне Марса опустился марсоход Спирит). Марсоход функционирует до сегодняшнего дня, тем самым превысив по продолжительности свою миссию более чем в 20 раз. Это самая длительная на сегодняшний момент миссия на поверхности планеты (Оппортьюнити сумел побить рекорд, установленный в 1982 году аппаратом Викинг-1).

Марсоход оборудован 6 колесами, а также сложной системой независимых электродвигателей, которые служат для совершения поворотов, а также для блокировки случайных поворотов, что позволяет марсоходу двигаться, не сбиваясь с курса. Электроэнергию аппарат получает от солнечных батарей. Кроме того марсоход оснащен буром для взятия проб марсианского грунта, несколькими камерами, микроскопом, а также спектрометрами.

Оппортьюнити приземлился на плато Меридиана, которое расположено на экваторе. За год марсоходу удалось преодолеть расстояние в 2,5 км. Аппарат совершил посадку в кратере Орел, проехал вблизи кратера Фрам, а также тщательно исследовал кратер Эндьюранс (а точнее химический состав его многочисленных слоев). Во время исследования было зафиксировано повышенное содержание хлора в глубоких слоях, что дало ученым возможность предположить, что ранее в кратере находилось соленое озеро.

После исследования кратера Эндьюранс Оппортьюнити направился к месту своей собственной посадки – к защитному кожуху, который предохранял посадочную платформу с марсоходом от сильного нагрева и тормозил аппарат на начальном этапе посадки. В результате исследования места падения кожуха ученые получили полезные сведения для будущего конструирования марсианских станций.

Во время изучения обломков марсоход также обнаружил необычный камень, покрытый множеством ямок - ХитШилд-Рок (Камень «Тепловой Экран»), - который при детальном изучении химического состава оказался типичным железным метеоритом. Это был первый метеорит, найденный на поверхности другой планеты, а также самый крупный метеорит, найденный по поверхности Марса: его размер составляет 60 сантиметров в поперечнике, а его высота равна 30 см. Всего марсоходом было обнаружено шесть метеоритов. Все метеориты состоят в основном из никеля и железа.

В 2010 году специалисты НАСА установили на марсоход Оппортьюнити новое программное обеспечение, которое дало возможность аппарату самостоятельно выбирать объекты для тщательного исследования. Теперь выбор объектов для изучения проходит следующим образом: при анализе изображения, поступающего в компьютер с широкоугольной камеры, марсоход выбирает на нем камни, которые соответствуют определенным критериям (форма или цвет); после этого другая фотокамера делает большое количество снимков выбранного объекта с использованием различных светофильтров.

Среди других «обновлений» во время работы марсохода стоит отдельно отметить возможность аппарата определять маршрут с учетом препятствий, а также способность определять на снимках неба облака и пылевые вихри.