Марсоход Curiosity

                                                       

                                                         Старт миссии на Марс  

 

    26 ноября 2011 г. в 10:02 EST (15:02 UTC) со стартового комплекса SLC-41 Станции ВВС США «Мыс Канаверал» был выполнен пуск РН Atlas V №AV-028 с американской тяжелой межпланетной станцией Mars Science Laboratory (MSL). Целью экспедиции является исследование поверхности Марса с использованием марсохода Curiosity («Любопытство»).

    Для запуска впервые использовался носитель в варианте 541 (пятиметровый обтекатель, четыре стартовых ускорителя, один ЖРД на второй ступени) высотой 60.0 м при стартовой массе 531 т. Сборка его в монтажно-испытательном корпусе VIF началась 12 сентября, а уже 12 октября ракета без головной части была вывезена на стартовый комплекс для пробного предстартового отсчета с заправкой ступеней компонентами ракетного топлива.

 

Марсоход Curiosity в представлении художника. Запуск на Марс осенью 2011 года. "Голова" марсохода в высоту 2,1 м над уровнем поверхности. На этой мачте два основных прибора: это стерео "глаза" (камеры), для проведения стерео съемки поверхности Марса и ChemCam лазер, который будет испарять вещество горных пород на глубину до 9 метров, что позволит определить их химический состав.

 

 

 

3 ноября головная часть - MSL, укрытый створками обтекателя, - была доставлена из МИК КА в здание VIF и смонтирована на ракете. 17 ноября, используя технологические отверстия в обтекателе и в хвостовом конусе полезного груза, инженеры NASA установили на марсоход радиоизотопный источник питания, завершив тем самым подготовку изделия к старту.

    Астрономическое окно для полета к Марсу продолжалось с 25 ноября по 18 декабря. Пуск первоначально планировался на 25 ноября в 10:25 EST, однако 19 ноября был отложен на сутки для замены аккумуляторной батареи системы аварийного подрыва ракеты-носителя. Стартовое окно 26 ноября продолжалось с 10:02 до 11:45 EST.

    Утром 25 ноября ракету вывезли на стартовый комплекс, расположенный в 550 м от корпуса VIF. Заправка ступеней «Атласа», предстартовые операции, пуск и выведение прошли успешно, в соответствии с циклограммой, приведенной в таблице

 

После первого импульса ступени Centaur была достигнута опорная орбита наклонением 28.9° и высотой 180x307 км. После второго импульса, на момент отделения от носителя, КА находился на гиперболической относительно Земли орбите наклонением 35.5° и условным перигеем на высоте 104 км. Гиперболический избыток скорости составил 10.78 км2/с2, небесные координаты асимптоты траектории были таковы: прямое восхождение 126.6°, склонение -1.10°. В переводе с языка цифр это означало, что MSL выведен на траекторию перелета к Марсу с расчетной датой прибытия 6 августа 2012 г. Параметры гелиоцентрической орбиты КА по состоянию на 15 декабря составили:

    >- наклонение -1.67°;

    >- расстояние от Солнца в перигелии - 0.985 а. е. (147.3 млн км);

    >- расстояние от Солнца в афелии -1.537 а.е. (230.0 млн км);

    >- период обращения -517.2 сут.

    Сигнал с MSL был получен станцией Сети дальней связи NASA в районе Канберры в Австралии 26 ноября в 16:10 UTC, через 24 минуты после отделения от «Центавра». Еще через несколько минут менеджер проекта от Лаборатории реактивного движения Питер Тизингер (Peter Theisinger) сообщил, что аппарат имеет положительный баланс по питанию и стабильный тепловой режим. Очередная экспедиция к Марсу началась!

 

                                                          Главная миссия  

 

    Проект MSL - это самая крупная американская миссия на Марс, являющаяся вершиной длительной и успешной программы исследования Красной планеты.

    На пионерском этапе марсианской программы США провели съемку и зондирование планеты с трех пролетных (Mariner 4,6 и 7) и трех орбитальных (Mariner 9, Viking 1 и 2) аппаратов, а также исследование грунта Марса на наличие в нем признаков жизни в двух точках поверхности планеты (Viking 1 и 2, 1976 г.).

    Современный этап начался запуском в сентябре 1992 г. большого орбитального аппарата Mars Observer с комплексом из шести научных приборов. К сожалению, КА был потерян в результате аварии двигательной установки в августе 1993 г. за несколько дней до выхода на орбиту спутника планеты.

    После этого было решено сделать ставку на малые КА, распределив между ними задачи погибшего «Обсервера» и дополняя их новыми исследованиями. Первым стал спутник Mars Global Surveyor, который был успешно выведен на рабочую орбиту в марте 1999 г. и продуктивно работал до ноября 2006 г., осуществляя обзорное и детальное фотографирование, высотную съемку с использованием лазерного альтиметра и картирование минерального состава поверхности Марса. Оставаясь вполне работоспособным через десять лет после старта, MGS был утрачен в результате ошибки при обновлении бортового программного обеспечения.

    В то же астрономическое окно к Красной планете был отправлен КА Mars Pathfinder, средства на создание которого были выделены на конкурсной основе в рамках программы дешевых АМС Discovery. Используя надувные амортизаторы, Mars Pathfinder совершил мягкую посадку в Долине Ареса 4 июля 1997 г. С посадочного аппарата на поверхность Марса сошел малый ровер Sojourner, оснащенный альфа-протонным спектрометром для анализа состава грунта. Этот первый успешный марсоход прошел лишь несколько десятков метров и проработал до 27 сентября

МИССИИ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ МАРСА                        

 

 

   В декабре 1998 и январе 1999 г. к Марсу отправили еще два аппарата: орбитальный Mars Climate Orbiter с целью изучения атмосферы планеты и истории ее климата и посадочный Mars Polar Lander с газоанализатором для изучения грунта Марса в южной полярной области. Оба аппарата делались в соответствии с господствовавшим тогда лозунгом «быстрее, лучше, дешевле»: суммарная стоимость всей программы составляла 328 млн $, в том числе разработка и изготовление обоих КА обошлись всего лишь в 193 млн $. Спешка и экономия сказались на качестве отработки и на исходе экспедиции.

    МСО был потерян 23 сентября 1999 г. при попытке выхода на орбиту путем аэрозахвата: из-за ошибки в алгоритме счисления траектории он слишком глубоко зарылся в атмосферу. MPL погиб при посадке на Марс 3 декабря 1999 г. вследствие ошибки в логике работы на этапе управляемого спуска и раскрытия опор посадочного устройства, не выявленной из-за недостаточного объема наземных испытаний. Не были получены сигналы и с двух попутных зондов - однотипных пенетраторов Amundsen и Scott, созданных в рамках программы отработки новых технологий высокого риска New Millenium.

 

Три поколения марсоходов разработанных в Лаборатории Реактивного Движения в Пасадене, штат Калифорния. Самый маленький это Mars Pathfinder (1997 год), средний - Opportunity или Spirit, самый большой - марсоход Curiosity.

 

 

    После столь вопиющего провала наполеоновские планы двухпусковой американо-французской экспедиции за марсианским грунтом в 2003 и 2005 гг. были отложены в долгий ящик. Пересмотрен был и план запуска очередных двух КА в ближайшее астрономическое окно. В марте 2000 г. решили, что посадочный аппарат с малым ровером Marie Curie остается на Земле, а к Марсу отправится только орбитальный аппарат Mars Odyssey для картирования минерального и элементного состава поверхности Марса и поисков воды на нем.

    Этот тщательно отработанный спутник успешно вышел на орбиту 24 октября 2001 г., а в феврале 2002 г. установленный на его борту российский нейтронный детектор HEND вместе с американским гамма-спектрометром GRS сумел обнаружить значительные количества воды в верхнем слое грунта планеты. Mars Odyssey работает уже десять лет и является самым долгоживущим земным аппаратом на орбите вокруг Марса.

    Что же касается второго проекта, то он - довольно неожиданно - возродился два года спустя. В августе 2003 г. подвели итоги конкурса Mars Competed Scout 2007 на лучшую малую марсианскую миссию: победителем стал проект Phoenix, предусматривающий использование доработанного посадочного аппарата 2001 г. с обновленным комплектом научной аппаратуры. Станция Phoenix успешно стартовала в назначенный срок и 25 мая 2008 г. осуществила управляемую посадку на ЖРД у северного полярного круга Марса. За четыре месяца работы на поверхности она провела анализ нескольких образцов грунта в газоанализаторах TEGA и МЕСА и обнаружила лед при копке грунта манипулятором.

 

                                                   Транспортировка обтекателя                  

 

 

    Однако мы забежали вперед. В июле-августе 2001 г. был утвержден к реализации проект экспедиции 2003 г., предусматривающий доставку на Марс двух более тяжелых и долгоживущих роверов, чем Sojourner и так и оставшаяся на Земле Marie Curie. Для них была выбрана схема посадки с надувными амортизаторами, с успехом примененная на «Пасфайндере». Несмотря на очень малый срок, оставшийся до запуска, роверы Spirit и Opportunity массой по 179 кг каждый были изготовлены, запущены, доставлены на Марс в январе 2004 г. и - после некоторых проблем на начальном этапе работы - осуществили исключительно адлительные и плодотворные исследования в кратере Гусев и на равнине Меридиана. Имея ресурс в три месяца активного существования и 600 метров пути, первый из них проработал более шести лет, а второй почти за восемь лет прошел по поверхности Марса свыше 34 км и продолжает исследования. С помощью альфа-протонного и мёссбауэровского спектрометров роверы изучили породы разного возраста и происхождения и представили «железные» доказательства существования теплого и влажного периода в истории Марса.

    В октябре 2000 г. по результатам первого года работы MGS американцы объявили о планах запуска в 2005 г. спутника-разведчика Mars Reconnaissance Orbiter для высокодетальной съемки отдельных, наиболее интересных районов Марса с целью дальнейших исследований истории воды на Марсе. Аппарат MRO с камерой HiRISE разрешением до 30 см успешно стартовал в августе 2005 г., вышел на орбиту вокруг Марса 10 марта 2006 г. и в ноябре того же года, после длительного этапа аэродинамического торможения, начал работу по программе.

 

Кратер Gale (кратер Гейла) будущее место посадки марсохода Curiosity. В августе 2012 года ровер сядет в северной части кратера. Кратер достигает 154 км в диаметре, в его центре гора в высоту 5 км. Место посадки очерчено элипсом (20х25 км). Поверхность кратера в районе посадки указывает на воздейстаие воды.

Местность предполагает множество интересных целей для исследований.

 

 

 

    Планирование следующей экспедиции к Марсу началось в апреле 2001 г., когда NASA создало рабочую группу для определения целей, задач, облика и примерного состава научной аппаратуры «умного» посадочного аппарата MSL (Mars Smart Lander) для старта летом 2007 г. Тогда было решено, что он будет способен совершить управляемую посадку не более чем в 5 км от расчетной точки, доставив на поверхность полезный груз массой до 800 кг (не включая систему посадки) и что использование радиоизотопного источника питания обеспечит всесезонную работу в течение как минимум 360 земных суток. В качестве полезного груза рассматривались два варианта:

    1) мобильная биогеологическая лаборатория с научной аппаратурой массой от 70 до 100 кг, нацеленная на исследование палеоклимата и поиск признаков ранее существовавшей (но не современной) жизни в районах древних озерных или морских отложений;

    2) многоцелевой стационарный комплекс с установкой для бурения грунта на глубину от 5 до 10 м и аналитической аппаратурой в сочетании с малым ровером для доставки дополнительных образцов и исследования района посадки, а также с приборами для метеорологических и геофизических исследований.

    К началу 2002 г. было решено, что целесообразно делать долгоживущую мобильную лабораторию с питанием от радиоизотопного генератора, а это потребовало отсрочить запуск до сентября 2009 г. Одновременно сменилось имя проекта: сокращение осталось прежним - MSL, а вот расшифровка стала иной - Mars Science Laboratory, то есть марсианская научная лаборатория. Именно ей предстояло открывать новый цикл изучения Марса в 2009-2020 гг., программу которого готовила так называемая «группа синтеза» из ученых NASA и университетов США с учетом рекомендаций Национального исследовательского совета Национальной академии наук США.

 

На фото Передний лобовой экран и хвостовой обтекатель, именно они будут защищать марсоход при спуске в атмосфере МарсаЫ. Космический центр им. Кеннеди, Флорида.

 

 

    В феврале 2003 г. «группа синтеза» сформулировала четыре возможные стратегии научных поисков на Марсе, каждой из которых соответствовали цели MSL и районы ее работы: поиск следов прошлой жизни, изучение районов гидротермальных проявлений, поиск сегодняшней жизни и изучение эволюции планеты. Для оценки научных задач первой экспедиции в каждом из вариантов была сформирована «группа научной интеграции» во главе с Дэниелом МакКлизом (Daniel J. McClease) из JPL и Джеком Фармером (Jack D. Farmer) из Университета штата Аризона.

 

 

    Научное сообщество представило свои предложения в июне 2003 г. Ученые с наибольшим энтузиазмом поддержали две первые стратегии: всесторонне исследовать район со слоистыми или гидротермальными отложениями, где могла существовать жизнь, с помощью мобильной лаборатории с аппаратурой для аналитических, дистанционных и контактных исследований. Поэтому группа научной интеграции подчеркнула желательность создания универсального посадочного комплекса для любого района в пределах между 60°с.ш. и 60°ю.ш. и сочла, что марсоход можно сделать не слишком уж «умным», не возлагая на него функцию «самостоятельно идти к заданному объекту». «На выходе» получился тяжелый ровер с ресурсом по крайней мере 500 марсианских дней и 10 км маршрута.

    В ноябре 2003 г. проект MSL перешел с этапа исследований в стадию формирования облика, и в бюджете на 2004 финансовый год на него были впервые выделены значительные средства - 118 млн $. В апреле 2004 г. NASA выпустило запрос к научному сообществу и в декабре объявило состав научной аппаратуры: восемь основных приборов (один для съемки на этапе спуска, семь для работы на поверхности) и два дополнительных - российский детектор нейтронного альбедо DAN и испанский метеокомплекс REMS.

    В августе 2005 г. начался этап реализации проекта, то есть детального проектирования, изготовления и испытаний КА. Основные компоненты посадочного аппарата разрабатывались Лабораторией реактивного движения JPL, а создание системы, обеспечивающей его вход в атмосферу Марса и безопасное торможение в ней, в марте 2006 г. было поручено компании Lockheed Martin Space System. Общая стоимость MSL была оценена тогда в 1327 млн $.

 

 

 

    Критическая защита проекта в июне 2007 г. и смотр готовности к сборке и испытаниям в феврале 2008 г. прошли благополучно. Серьезные дефекты были выявлены в конструкции лобового экрана системы торможения и посадки, и их устранение «потянуло» за собой перерасход на 250 млн. К сентябрю 2008 г. проявились еще две серьезные проблемы: к расчетной дате пуска не успевал главный бортовой прибор - анализатор органических соединений SAM, а компания Aeroflex задерживала поставку приводов, которые обеспечивают перемещение манипулятора, управление колесами марсохода и их торможение и т.п. С учетом времени, необходимого на всесторонние испытания КА, был объявлен крайний срок их решения - ноябрь. Уложиться в срок не удалось, и 4 декабря 2008 г. NASA объявило о переносе старта MSL на октябрь 2011 г. Да, это требовало дополнительных серьезных затрат, но вариант запуска не полностью отработанной машины с риском провала экспедиции просто не рассматривался!

    Сейчас общая стоимость проекта оценивается в 2476 млн $ - почти вдвое больше, чем пять лет назад. Около 1.8 млрд из общей суммы приходится на разработку КА и научной аппаратуры, остальное - на запуск и управление. Очередная, казалось бы, миссия к Марсу, обошлась почти во столько же, что и все девять пусков между 1992 и 2011 г., и достигла уровня уникальных проектов флагманского класса. И, увы, нельзя не сравнить ее стоимость с расходами на отечественный проект аналогичного уровня сложности «Фобос-Грунт», официально исчисленными в 5 млрд руб - в пятнадцать раз меньше, чем у американцев

 Конструкция MSL                                                                                                                   

    MSL и в самом деле превосходит всех своих предшественников, и не только по сложности, но и просто по отправляемой к Марсу массе. Если Mars Observer «потянул» на 2487 кг, а масса MRO составила 2180 кг, то стартовая масса нового марсианского аппарата равна 3839 кг. Комплекс MSL делится натри основные части:

    - перелетная ступень, обеспечивающая полет по траектории от Земли к Марсу, включая коррекции этой траектории, общей массой 539 кг;

    - система обеспечения входа в атмосферу, торможения и посадки массой 2401 кг;

    - ровер массой 899 кг.

    Максимальный диаметр КА (диаметр лобового экрана для торможения в атмосфере Марса) составляет 4.50 м, длина изделия - 2.95 м.

    Перелетная ступень выполнена в виде цилиндрического «бублика» диаметром 4.50 м и высотой около 0.90 м с фиксированной солнечной батареей на нижней его части и десятью радиаторами жидкостной системы терморегулирования по периметру. В течение всего полета до Марса она управляется бортовым компьютером ровера, будучи соединена с ним через интерфейсный блок на хвостовом экране десантной части и системы посадочной ступени. Питание ступени осуществляется от шести панелей СБ общей площадью 12.8 м2, выдающих 1080 Вт у Марса при наихудшей возможной ориентации, а при необходимости - и от радиоизотопного генератора марсохода. Ступень оснащена звездным датчиком и двумя блоками солнечных датчиков для определения текущей ориентации. На ней имеется два блока по четыре гидразиновых ЖРД MR-111C тягой по 1.1 кгс, обеспечивающих закрутку КА и коррекции траектории перелета. Топливо хранится в двух титановых сферических баках диаметром по 48 см. На перелетной ступени установлена антенна среднего усиления MGA, с помощью которой большую часть полета осуществляется связь с Землей.

    Десантный комплекс можно разделить на лобовой экран, хвостовой обтекатель, находящуюся внутри них посадочную ступень и собственно полезный груз - ровер. Все его системы также управляются компьютером марсохода.

    Лобовой экран в виде тупого конуса - наибольший из всех подобных изделий для межпланетных аппаратов. Lockheed Martin делала его с учетом опыта по экрану спускаемого аппарата пилотируемого корабля Orion. Композитная конструкция воспринимает механические нагрузки, достигающие 50 тонн, а теплозащиту обеспечивает фенольно-углеродное абляционное покрытие PICA, разработанное Центром Эймса и впервые использованное на возвращаемой капсуле КА Stardust.

 

Художественное представление посадки на Марс. Вместо надувных амортизаторов при посадке марсохода Curiosity будет использована управляемая посадка.

 

 

    Биконический хвостовой обтекатель покрыт пробочно-силиконовой теплозащитой типа SLA-561V. На нем смонтированы восемь двигателей управления спуском MR-107U тягой по 30.8 кгс, сбрасываемые балансировочные грузы, парашютная система и три антенны - для связи с Землей в Х-диапазоне и со спутниками Марса на УКВ.

    Посадочная ступень MSL, в отличие от всех своих предшественников, несет полезный груз не на себе, а под собой: марсоход крепится к ней пироболтами. Ступень оснащена восемью посадочными двигателями MLE (Mars Landing Engine) - по два на четырех углах платформы. Эти ЖРД регулируемой тяги (до 336 кгс) типа MR-80B работают на гидразине, запас которого - 387 кг - хранится в трех сферических баках. Посадочный радиолокатор с шестью дисковидными антеннами измеряет ориентацию, горизонтальную и вертикальную скорость. Посадочная ступень оснащена приемопередатчиком, усилителем и антеннами X- и УКВ-диапазона.

    Ровер Curiosity («Любопытство») получил свое имя в мае 2009 г. по результатам всеамериканского конкурса, который выиграла 12-летняя Клара Ма из городка Ленекса в штате Канзас. Его часто сравнивают с небольшим автомобилем. Действительно, длина ровера без учета манипулятора достигает 3.00 м, ширина - 2.77 м, а высота с мачтой с телекамерами - 2.13 м. Система движения построена сходно с марсоходами MER и имеет в своем составе шесть ведущих колес диаметром 0.51 м с грунтозацепами, причем четыре из них - ориентируемые. Максимальная скорость Curiosity - 4 см/с.

    Манипулятор с пятью степенями свободы несет турель массой 33 кг с двумя научными приборами и тремя инструментами для копки грунта, фрезерования камней и дробления образцов.

    Ровер питается от расположенного в хвостовой части радиоизотопного генератора типа MMRTG (диаметр 64 см, длина 66 см, масса 45 кг), имеющего в своем составе 4.8 кг радиоактивного изотопа плутония-238. Выделяемое при его распаде тепло преобразуется в электрическую энергию - 110 Вт, или около 2700 Вт-ч за сутки. Минимальный ресурс генератора - 14 лет. Два литий-ионных аккумулятора емкостью по 42 А-ч позволяют накапливать энергию и отдавать ее в те периоды, когда энергопотребление ровера выше средней мощности

 

MMRTG                                                                     

                                                          

    Два дублированных бортовых компьютера Curiosity построены на процессоре RAD 750 с тактовой частотой 200 МГц, имеют постоянное запоминающее устройство емкостью 256 кбайт, оперативную память 256 Мбайт и 2 Гбайт флэш-памяти. Для планирования движения и обнаружения опасностей ровер оснащен в общей сложности 12 техническими камерами, в том числе двумя парами навигационных камер NavCam с полем зрения 45° и «картинкой» размером 1024x1024 элемента, а также четырьмя стереопарами контрольных камер HazCam с объективом типа «рыбий глаз» и полем зрения 124°. Эти камеры поровну распределены между двумя компьютерами.

    Радиообмен с Землей идет непосредственно через 15-ваттный передатчик и две антенны Х-диапазона (в том числе остронаправленную диаметром 0.3 м) либо через орбитальные ретрансляторы по «местной» УКВ-линии. В первом случае пропускная способность не превышает нескольких килобит в секунду, во втором достигает 0.25 Мбит/с через Mars Odyssey и 2 Мбит/с через MRO. Всего за сутки MSL сможет передавать примерно по 250 Мбит данных.

    На верхней панели корпуса ровера закреплены два памятных чипа: один с 1.24 млн имен, присланных в JPL по электронной почте в рамках кампании «Отправь свое имя к Марсу», и второй - с 20000 отсканированными именами людей, увидевших его в JPL и Космическом центре имени Кеннеди

 

Научная аппаратура

 

    Основная цель проекта сформулирована так: исследование и описание конкретного района Марса и проверка наличия там в прошлом или настоящем природных условий, благоприятных для существования жизни (вода, энергия, химические ингридиенты). Можно сказать и так: к старому лозунгу марсианских исследований «ищи воду» MSL добавляет новый - «ищи углерод». Биологический потенциал зоны посадки предстоит определить исходя из наличия и количества органических соединений и тех химических элементов, которые являются основой жизни (С, Н, N, О, Р и S), а также путем поиска ее внешних проявлений. Параллельными задачами является описание геологии и геохимии района посадки на всех возможных пространственных масштабах, изучение планетарных процессов, которые могли иметь отношение к жизни в прошлом, а также исследование радиационной обстановки.

    Не входят в программу работ поиски самой жизни - ни в виде микроорганизмов, ни путем регистрации биохимических процессов, как пытались сделать в 1976 г. на «Викингах». Однако если MSL докажет потенциальную пригодность исследуемого района для жизни, в дальнейшем могут быть предприняты экспедиции для биологических исследований на месте или для доставки образцов грунта на Землю.

    Для решения поставленных задач марсоход Curiosity оснащен комплексом из 10 научных приборов суммарной массой 75 кг, которые подразделяются на обзорные инструменты (размещенные на мачте на высоте около 2 м над грунтом планеты), контактные (выносимые к объекту исследования с помощью манипулятора) и аналитические (для анализа образцов грунта и атмосферы Марса). В эту классификацию не входят десантная камера, работающая на этапе спуска, и приборы радиационного контроля и метеонаблюдений. Кроме того, на лобовом экране спускаемого аппарата установлены датчики для регистрации условий гиперзвукового входа и полета в атмосфере.

 

Турель с инструментами и приборами. Фотография сделана по ходу проведения тестов 3 июня 2011 года. Лаборатория Реактивного Движения JPL, Пасадена. На конце манипулятора расположилось 5 устройств.

 

 

    Отметим, что ныне работающий на Марсе ровер Opportunity имеет комплект научной аппаратуры общей массой всего 5 кг и масса одного лишь анализатора SAM на борту Curiosity составляет 40 кг.

    Камера MastCam в первоначальном варианте проекта была задумана как цифровая стереокамера с двумя объективами, оси которых находятся на высоте 1.97 м над грунтом и разнесены на 24.5 см по горизонтали. Каждый из них должен был иметь переменное фокусное расстояние в пределах от 6.5 до 100 мм, что позволяло вести стереосъемку при любом уровне «зума». Однако в сентябре 2007 г. NASA распорядилось изменить проект в пользу двух камер с фиксированным фокусным расстоянием -100 мм на правом «глазу» и 34 мм на левом. В начале 2010 г., когда они были уже изготовлены, агентство согласилось оплатить компании MSSS первоначальные камеры с зумом с тем условием, что они будут поставлены на борт в случае своевременного изготовления и соответствия заявленным характеристикам. Однако в итоге Curiosity так и остался «разноглазым».

    Итак, левая обзорная камера М-34 с фокусным расстоянием 34 мм и светосилой 1:8 имеет поле зрения 15° по вертикали и 18° по горизонтали. Правая камера М-100 с фокусным расстоянием 100 мм и светосилой 1:10 имеет поле зрения 5x6°. Ее разрешение составляет около 7.5 см на дальности 1 км и 0.15 мм на расстоянии 2 м, что позволит использовать М-100 для поиска интересных объектов для исследования. Обе камеры могут фокусироваться на объектах на расстоянии от 1.8 м до бесконечности.

 

"Голова" мачты марсохода Curiosity. На этом изображении видны сразу 7 камер ровера из 17.

 

 

    В конструкции обеих камер применен встроенный байеровский фильтр, позволяющий одновременно фиксировать красный, зеленый и синий компонент изображения на приемной матрице фирмы Kodak размером 1600x1200 элементов. Этот режим применяется совместно с широкополосным сменным фильтром; помимо него имеется еще семь фильтров, из которых три (440,525 и 1035 нм) общие для обеих камер, а четыре индивидуальны для каждой из них.

 

 

 

    М-34 может снять цветную круговую панораму до высоты 60° из 150 кадров примерно за 25 минут. Предусмотрен также режим видеосъемки с шириной кадра 720 пикселов и скоростью 4-7 кадров в секунду, в зависимости от экспозиции. Каждая камера имеет флэш-память объемом 8 Гбайт и собственный блок обработки и сжатия изображений, функционирующий независимо от основного компьютера марсохода. Блоки электроники MastCam и еще двух камер MARDI и MAHLI, также разработанных MSSS, аналогичны.

    Новым и очень интересным инструментом MSL является анализатор элементного состава пород ChemCam, расположенный на мачте рядом с камерами. Основная задача ChemCam - выбор среди окружающих ровер пород наиболее интересных для химического анализа. Прибор имеет в своем составе инфракрасный лазер, способный сконцентрировать на определенной точке образца достаточную мощность для испарения его верхнего слоя, и спектрометр для регистрации спектра образовавшейся плазмы. Лазерный импульс продолжительностью 5 нс и мощностью более 1 МВт излучается через телескопическую систему с апертурой 110 мм, которая также служит для приема ответного сигнала и для контрольной съемки образца на матрицу размером 1024x1024.

    Излучение испаренного вещества по шестиметровому оптоволоконному кабелю передается на три спектрометра, размещенные в корпусе марсохода, где разлагается на 6144 спектральных канала в диапазоне от 240 до 850 нм. Спектры позволяют определить элементный состав образца, и в первую очередь количество натрия, магния, алюминия, кремния, кальция, калия, титана, марганца, железа, водорода, кислорода, бериллия, лития, стронция, серы, азота и фосфора. Многократная «стрельба» по одной и той же точке улучшает надежность их определения, а также позволяет удалить слой пыли или ржавчины и вести измерения по нижележащему веществу. ChemCam способен оперативно определять содержание в образце кислорода и водорода и однозначно выявлять воду.

    Партнером Лос-Аламосской лаборатории в создании ChemCam является французский Институт исследований в области астрофизики и планетологии в Тулузе, поставивший лазер и телескоп. В Лос-Аламосе были изготовлены спектрометры и блоки обработки информации.

    Главная задача российского прибора ДАН - активное зондирование верхнего слоя грунта Марса толщиной до 0.5-1.0 м с целью поиска воды и водородсодержащих соединений. Основное отличие ДАН от ранее созданных в ИКИ РАН и установленных на американских спутниках Марса и Луны приборов HEND и LEND состоит в том, что ДАН является активным устройством: он будет направленно зондировать участок поверхности в ближайшей окрестности марсохода импульсами нейтронного излучения продолжительностьюи 1 мкс и энергией 14 МэВ. Сталкиваясь с ядром водорода, нейтрон теряет половину своей энергии, а при встрече с тяжелыми ядрами - лишь малую ее часть, причем замедленные водородом нейтроны детектируются с некоторой временной задержкой по отношению к частицам с большей энергией. Чувствительность прибора позволяет ему обнаружить воду в концентрации около 0.1%.

    Импульсный нейтронный генератор ДАН-ИНГ, изготовленный во ВНИИ автоматики имени Н.Л.Духова на базе промышленного импульсного генератора, способен выдать примерно 107 импульсов с частотой до 10 раз в секунду по 10 млн частиц в импульсе. Регистрирующий блок ДАН-ДЭ создан в лаборатории космической гамма-спектроскопим И. Г. Митрофанова в ИКИ. В разработке и создании комплекса аппаратуры участвовали также Институт машиноведения имени А.А. Благонравова РАН и Объединенный институт ядерных исследований (Дубна).

    ДАН будет проводить измерения вдоль трассы движения марсохода во время длительных стоянок и остановок, чтобы оперативно оценивать содержание воды и гидратированных соединений в грунте. При обнаружении участков с повышенным содержанием воды будут проводиться детальные исследования грунта другими приборами.

    Альфа-рентгеновский спектрометр APXS является развитием аналогичных инструментов на роверах Sojourner, Spirit и Opportunity, отличаясь от последних более высокой чувствительностью, более гибким графиком использования и усовершенствованным алгоритмом установки измерительного устройства над исследуемым образцом. Инструмент изготовлен компанией MDA по контракту с Канадским космическим агентством.

 

Альфа-рентгеновский спектрометр APXS.

 

    Спектрометр имеет радиоактивный источник с 0.7 г альфа- и гамма-активного изотопа кюрия 244Си в составе измерительной головки и блок регистрации «ответного» рентгеновского излучения в корпусе ровера. Этот изотоп имеет период полураспада 18.1 года, а это значит, что быстродействие и чувствительность прибора будут практически неизменными в течение всего срока работы ровера. Детектор APXS размещается на высоте всего 20 мм над объектом, благодаря чему время измерений сокращается втрое.

    Прибор определяет содержание элементов в диапазоне от натрия до стронция, включая такие породообразующие компоненты, как натрий, магний, алюминий, кремний, кальций, железо и сера. Высокая чувствительность к сере, хлору и брому позволит ему уверенно определять залежи солей. В режиме «быстрого просмотра», за 10 минут, он может определить элементы с концентрацией до 0.5%, а за трехчасовой сеанс измерений - малые составляющие в количестве до 0.01%. Твердотельный электрический холодильник позволяет использовать детектор не только ночью, как на марсоходах 2003 года, но и днем.

    Микроскопическая камера МАНИ предназначена для получения детальных изображений исследуемых образцов и участков грунта. От своего предшественника на роверах MER она отличается цветным «зрением», подсветкой и наличием автофокуса. Разрешение МАНИ при съемке с предельно малого расстояния 21 мм составляет 14 мкм в поле зрения 22x17 мм. Камера оснащена двумя белыми светодиодами для съемки ночью и в тени и двумя светодиодами, излучающими в ультрафиолете (365 нм), для флуоресцирующих материалов. Изображение принимается на матрицу 1600x1200 пикселов.

    Рентгеновский диффракционный анализатор CheMin позволяет изучать структуру и состав кристаллических образцов. Масса прибора - 10 кг, объем - примерно 25x25x25 см. Он смонтирован в корпусе ровера и имеет на верхней поверхности воронку со сдвигаемой крышкой для загрузки образцов. Это может быть либо песок, либо порода, предварительно измельченная и просеянная через сито с ячейкой 0.15 мм. Приемное устройство разделено на 32 сектора, в пяти из которых заложены на Земле контрольные образцы, а остальные 27 могут быть использованы, причем многократно, для анализа марсианских пород. На одно измерение требуется примерно 10 часов облучения образца кобальтовым источником. CheMin определяет элементы с атомным номером от 11 (натрий) и выше и минералы, составляющие по крайней мере 3% изучаемого образца. Он также способен определить некристаллические ингредиенты, такие как вулканическое стекло.

    Аппаратура SAM, самая сложная и тяжелая на борту MSL, предназначена для поиска органических соединений в количестве до одной части на миллиард и для измерения соотношений изотопов отдельных элементов (в частности, 12С/13С и 18O/16O). Исследоваться будут как составляющие атмосферы, так и газы, выделяющиеся из образцов грунта под действием химических агентов и нагрева. Измельченный грунт поступает в прибор через две приемные воронки. Система подачи образцов манипулирует 74 кюветами объемом по 0.78 см3, из которых шесть содержат контрольные образцы, девять предназначены для химической обработки, а 59 -из кварцевого стекла - для возгонки. Две «печки» способны нагревать образцы до 1000°С, потребляя при этом всего 40 Вт. Микроклапаны (в количестве 52) обеспечивают перемещение газовых порций, а два вакуумных насоса создают рабочие условия для измерительных устройств.

 

Аппаратура SAM, самая сложная и тяжелая на борту MSL.

 

 

    В составе SAM имеется три аналитических прибора, размещенных в корпусе марсохода. Масс-спектрометр определяет ионизированные газы по молекулярному весу и заряду. Он рассчитан на регистрацию важнейших составляющих живой материи - азота, фосфора, серы, кислорода, водорода и углерода. Лазерный спектрометр использует явление абсорбции света на конкретных длинах волн для определения концентраций метана, углекислого газа и водяного пара и выявления их изотопных вариантов. (Соотношения между изотопами расскажут историю потери Марсом своей атмосферы и климата на планете.) Наконец, газовый хроматограф, созданный французскими специалистами, разделяет газовую смесь и выявляет органические соединения с помощью капиллярной колонки, а затем направляет фракции в масс-спектрометр для более точного определения.

    Десантная камера MARDI предназначена для цветной видеосъемки на этапе спуска и приземления с целью привязки района посадки, получения контекстной геологической информации и планирования начального этапа движения ровера. Во время работы на поверхности с ее помощью можно будет снимать грунт непосредственно под днищем марсохода с разрешением до 1.5 мм. MARDI снимает в поле зрения 70x55° на матрицу 1600x1200 пикселов при частоте кадров до 4 в секунду.

 

Посадочная ступень MS                                                                                 

  

    Радиационный комплекс RAD представляет собой телескоп с детекторами заряженных частиц, нейтронов и гамма-лучей, приходящих как из атмосферы, так и со стороны поверхности планеты. Измерения уровней солнечного и галактического излучения - по 15 минут в течение каждого часа - позволят сделать выводы о пригодности района работы Curiosity для жизни в настоящее время и в прошлом и, что еще более важно, получить количественные оценки радиационных доз по трассе перелета и на поверхности Марса и необходимого уровня защиты для проектов пилотируемых экспедиционных комплексов. Создание RAD было профинансировано Директоратом исследовательских систем NASA и Германским аэрокосмическим центром.

    Испанский метеорологический комплекс REMS включает датчики скорости и направления ветра, атмосферного давления, температуры и влажности, а также инфракрасный датчик температуры грунта и прибор для измерения ультрафиолетового излучения Солнца в шести спектральных полосах. Данные REMS предполагается снимать ежечасно в течение пяти минут.

    Научным руководителем всего проекта MSL является Джон Гротцингер (John Grotzinger) из Калифорнийского технологического института