Марсианские хроники: почему марсоход NASA «Персеверанс» может совершить революцию в исследовании космоса (даже если не найдет на Марсе жизнь)

Ранее с помощью снимков с орбиты Марса NASA установило, что по краю кратера идет полоса карбонатных пород. Это соли угольной кислоты, которые в земных условиях часто ассоциируются с жизнью. На нашей планете именно из карбонатов состоят и раковины морских беспозвоночных, и скелеты кораллов, и — что в случае Марса более вероятно — так называемые строматолиты. Это ископаемые остатки древних цианобактериальных матов — толстых образований в районах активной деятельности цианобактерий.

Древняя Земля, по условиям близкая к древнему Марсу, несет много следов таких строматолитов – самые старые из них имеют возраст 3,7 миллиарда лет. В теории именно под карбонатным «языком» пород у края кратера Езеро вероятнее всего найти следы былой марсианской жизни

К сожалению, не все будет так просто: бурить глубоко «Персеверанс» не сможет, как и вообще все аппараты, когда-либо доставленные людьми на Марс. Но всегда есть шансы встретить обнажение более древних пород — и все-таки найти строматолиты, прояснив вопрос с наличием на четвертой планете жизни.

На первый взгляд может показаться, что «Персеверанс» – просто «усиленная» версия уже бороздящего Марс планетохода «Кьюриосити». Правда, тот весит всего 900 килограмм, а «Персеверанс» («Настойчивость») — уже 1025 килограмм, солидно больше. Главная причина роста массы — усиление колес аппарата. Алюминий их ободьев стал намного толще, диаметр вырос с 500 до 525 миллиметров, а титановые спицы обрели изогнутую форму. Сделано это все потому, что колеса базового «Кьюриосити» сильно поизносились за эти годы, хотя он и проехал меньше 23 километров за 2915 земных суток своей работы. Очевидно, прежние колеса были чересчур уж легки — так что их усиление было неизбежным.

Другой источник роста массы — новая роботизированная рука-манипулятор и чуть увеличенная общая масса научных приборов. Система питания марсохода осталась прежней — за исключением, разумеется, «импортозамещения». «Кьюриосити» и «Персеверанс» имеют одинаковые по форме источники питания — радиоизотопные генераторы на плутонии-238. При массе 45 килограмм мощность такого устройства лишь 110 ватт — как у лампочки накаливания. Менее пяти килограмм занимает сам плутоний. Но если на ныне работающем марсоходе Pu-238 из России, то на «Настойчивости» — из США. Москва после 2012 года отказала Штатам в дальнейших поставках новых партий изотопа, поэтому его снова стали выпускать в Америке.

«Мозг» у «Персеверанс» такой же, как и у предшественника: два дублирующих друг друга компьютера, второй из которых заработает, только если сломается первый. Каждый из них содержит процессор PowerPC 750 частотой 200 мегагерц с оперативной памятью 256 мегабайт (плюс 2 гигабайта постоянной памяти на флеш-накопителях).

Да, как ни странно это звучит, марсоход 2020-х годов по скорости процессора недалеко ушел от второго пентиума из XX века — и сильно уступает любому смартфону наших дней. Это неудивительно: космическая радиация выведет из строя обычный транзистор, а устойчивая к радиации электроника — далеко не такая шустрая, как обычная. Кроме того, PowerPC 750 потребляет не более пяти ватт мощности, на порядок экономичнее процессоров ПК. Это очень важно для планетохода, с источником питания электрической мощностью как у лампочки накаливания.

Но если отвлечься от «мозгов», то отличий у нового планетохода немало. Хотя глубина бурения бортовым сверлом «Настойчивости», как и у предшественника, лишь 5–7,5 сантиметра, но теперь сверло размещено на подвижном манипуляторе. Это роботизированная рука длиной 2,1 метра с пятью степенями свободы (что уже сравнимо с человеческим пальцем, хотя и меньше, чем у него). Это позволит, не перемещая сам планетоход, взять пробы сразу из нескольких образцов, буквально не сходя с места.

На планетоходе отрабатывается еще одна экспериментальная технология: специальный аппарат MOXIE разлагает СО₂, выделяя при этом из него кислород (О₂). Более энергоэффективным методом было бы разложение марсианской воды на кислород и водород. Однако марсоходу добыть подповерхностную воду сложно, поэтому приходится ограничиваться углекислым газом из атмосферы.

Другая особенность нового аппарата: у него нет нейтронного детектора воды ДАН российского производства — хотя на борту «Кьюриосити» он присутствует. На его замену в днище планетохода есть георадар, излучающий радиоволны с частотой 150–200 мегагерц. Он может различать водный лед и до некоторой степени даже следы соленой жидкой воды на глубинах до десяти метров. Правда, насыщенные водой минералы ему различать заметно сложнее, в отличие от нейтронного детектора. С другой стороны, тот «видит» воду не глубже пары метров.

В комментарии для Правила жизни Алексей Малахов из отдела ядерной планетологии Института космических исследований РАН отметил: «Мы [Институт] даже участвовали в отборе приборов на этот марсоход с аналогом ДАН, но они не были отобраны. Произошло ли это по политическим причинам или по причине более высокого приоритета у приборов другого типа, нам, естественно, не поясняли. Но тот факт, что на марсоходе нет американского аналога ДАН, своего нейтронного детектора, говорит скорее о втором варианте. В США есть группы, которые делают нейтронные детекторы на космические аппараты, так что это не вопрос того, что они сами не умеют, а с русскими не хотят. Вероятно, научные задачи миссии были сформулированы так, что приоритет ушел другим приборам, а за воду, скорее всего, отвечает радар. Понятно, что со своими ограничениями, но, возможно, в этом был их компромисс».

Видимо, планировщики миссии решили, что здесь стоит пожертвовать чувствительностью к гидратированным минералам в пользу того, чтобы понять, насколько много воды в форме льда все еще осталось под поверхностью древнего водоема.

Важным моментом в работе марсохода предполагается то, что он будет собирать образцы местных пород в точках, откуда их затем заберет еще один марсоход. Он появится на Марсе после 2026 года и, собрав «коллекцию» «Персеверанса», доставит ее к специальному взлетному модулю. Тот вывезет образцы на орбиту, где модуль «подцепит» межпланетный зонд, способный доставить образцы к Земле.

Схема выглядит довольно сложной, но надо понимать, что на ракетах современной мощности «одноступенчатый» возврат образцов, по сути, невозможен. А анализировать их в земных условиях надо: целый ряд качественных анализов передвижная мини-лаборатория марсохода не сделает — на то она и «мини».

Чудес от анализов в земных лабораториях ждать тоже не стоит. Сверло «Персеверанс» может дать образцы только из приповерхностного слоя, не глубже считаных сантиметров. Почти гарантировано в этом слое нет жизни — главного приза во всех проектах изучения Марса. И дело не только в том, что космическая радиация в верхних сантиметрах грунта довольно сильна. Важнее другое: жидкой воды у поверхности на Красной планете почти не бывает. А значит, и жизни там делать нечего. Кстати, в земных пустынях типа Атакамы в поверхностном слое также трудно обнаружить микроорганизмы.

И все же анализы даже заведомо нежилых пород способны многое прояснить. По соотношению различных изотопов кислорода можно установить, насколько долго климат Марса оставался относительно теплым и влажным. Сейчас этот вопрос в науке стоит очень остро. Дело в том, что практически все климатические модели показывают, что древний Марс должен был быть холодным и, соответственно, сухим (вся вода в виде льда). Ведь Солнце 3-4 миллиарда лет назад было на 20% тусклее, чем сегодня, — а значит, на четвертой планете в теории наблюдался климат куда холоднее, чем теперь.

Но вот по снимкам из космоса видно, что в реальности там много древних водоемов — и озер, и рек. Разрешить это противоречие крайне сложно. Часть ученых пытается сделать это, утверждая, что периоды «разморозки» были короткими и происходили из-за каких-то неизвестных временных факторов, а в основном планета была холодной. Другие настаивают, что по снимкам все выглядит наоборот. Анализы в земных лабораториях могут сильно продвинуть понимание этого вопроса — а значит, и прояснить вопрос относительно вероятности древней жизни на Красной планете.

Но все описанное выше — это лишь эволюционные изменения. А главные плюсы новой миссии совсем не в них. Она имеет две поистине революционные черты.

Первая из них — дрон «Инженити» («Изобретательность»), мини-вертолет с двумя соосными лопастями, как на Ка-52. Длина лопастей — 1,2 метра, что для аппарата весом в 1,8 килограмма очень много. Но иначе дрон бы просто не взлетел — атмосфера на Марсе в полторы сотни раз разреженнее, чем на Земле. Даже с такими лопастями скорость их вращения пришлось бы поднять до 40 оборотов в секунду, что на нашей планете было бы крайне сложно реализовать просто в силу сопротивления воздуха.

Чтобы так быстро вращать такие большие лопасти, дрон имеет общую потребляемую пиковую мощность до 350 ватт – в три с лишним раза больше, чем может дать генератор марсохода, на котором базируется летательный аппарат. Поэтому «Инженити» требуется емкая литиевая батарея массой 0,273 килограмма — но и ее заряда не хватит больше чем на три минуты полета. Общая дальность полета не превышает трехсот метров — а в реальности будет даже меньше, чтобы оставить запас для гарантированного возвращения дрона к базе – марсоходу.

Надо понимать, что речь идет о чисто демонстрационном аппарате. Да, он сможет взлетать, чтобы сделать фото, но максимальная высота его полета — не более пяти метров. То есть снимки мало чем будут отличаться от тех, что сможет сделать сам марсоход с вершины свой мачты для камер — поднятой над поверхностью на пару метров.

Так зачем же нужна новинка? Все дело в двух принципиальных ограничениях нелетающих марсоходов: их предельно низкой скорости и их неспособности к исследованию самых интересных мест на Марсе — лавовых трубок.

Начнем с первого. «Персеверанс», как и «Кьюриосити», не может ехать со скоростью более 0,152 километра в час, что в десятки раз медленнее человека в скафандре. Причем это так называемая теоретическая максимальная скорость — на практике она в норме ниже. «Кьюриосити», например, в среднем проезжает примерно 10 метров в сутки.

Причины? В основном то, что он, как и другие планетоходы, не «автомат», как его называют в популярной литературе, а телеуправляемый дрон — что-то типа детских игрушек из 1980-х, с радиоуправлением. Он не имеет «мозгов», способных понять, где ехать безопасно, а где нет. Дважды в марсианские сутки планетоход может связываться с Землей — и там, в центре управления NASA, ориентируясь по видам с его камер, решают, безопасно ли ему ехать вперед или местность труднопроходима. Дальше чем на 100 метров ничего не видно даже в идеальном случае.

А ошибиться очень опасно: «Персеверанс» стоит $2,4 миллиарда (без расходов на управление). Потерять такое устройство в сыпучих местных песках будет весьма дорого. Тем более прецеденты есть: именно так завяз марсоход «Спирит», когда его наземной команде управления показалось, что он может проехать там, где на деле он проехать не смог.

Предполагается, что будущие варианты «Инженити» смогут сфотографировать местность на несколько сот метров пути и тем самым дадут наземным операторам возможность назначать марсоходам не по 10–100 метров движения в день, а куда больше. Это не прихоть, а необходимость: советские луноходы за считаные месяцы могли проходить по 40 километров, в то время как «Кьюриосити» за восемь лет прошел в полтора раза меньше. Исследование других планет в таком черепашьем темпе — не самая простая задача.

Еще важнее потенциал летающих дронов типа «Инженити» в изучении лавовых трубок. Так называют пещеры, образующиеся при остывании лавы. В условиях низкой марсианской гравитации их диаметр может измеряться сотнями метров, а длина – километрами или даже десятками километров. Космическая радиация внутри них около нуля, а вот запасы водного льда могут быть значительны. Если пещеры идут достаточно глубоко, то там может быть и жидкая вода, поскольку от 600 метров и ниже под поверхностью Марса температура выше точки таяния соленой воды.

Снимки с орбитальных аппаратов показывают, что на Марсе много открытых входов в такие пещеры. Но вот беда: как и в земные пещеры такого рода, спускаться туда сложно любому, у кого нет альпинистского снаряжения. Марсоходы же застревают на ровной местности в обычном песке и, разумеется, ни на колесном, ни на гусеничном шасси не могут спуститься по вертикальной отвесной стене пещеры, только видимая из космоса часть которых тянется до 115 метров в глубину.

Многие исследователи уверены: если на сегодняшней Красной планете и есть жизнь, то именно в таких местах. Наконец, в случае создания исследовательских баз или поселений на Марсе значение лавовых трубок трудно переоценить. Уж слишком они эффективно защищают от космической радиации. Без убежищ безопасное время пребывания на этой планете у человека — всего пара лет, что не так много.

Дрон — особенно «вертолетного» типа, то есть способный спускаться, свободно маневрируя в трех измерениях, — лучший кандидат на первичное изучение таких пещер. Он сможет спуститься вниз, подсвечивая себе фонариком, выполнить полет по заданной программе и затем вернуться на поверхность, чтобы залить полученное видео на марсоход. Разумеется, это хуже, чем изучение пещеры альпинистами, но тех до высадки на Марсе людей все равно не дождаться. Да и тем было бы неплохо идти в марсианские подземелья после предварительной разведки маршрута. А значит, за наследниками «Инженити» — большое будущее.