Онлайн: примарсение «Скиапарелли. Фаза посадки «ЭкзоМарс»: что случилось со «Скиапарелли»

19.10.2016

Межпланетная исследовательская миссия ExoMars добралась до активной фазы. Сегодня в 17:42 состоится посадка европейского спускаемого модуля Schiaparelli. Рассказываем о том зачем нужна эта посадка, как она будет проходить, и какие результаты от нее ожидаются.

Летать на Марс непросто, а еще сложнее садиться. При этом посадка и изучение Красной планеты с поверхности наиболее интересно и перспективно. Главная задача ExoMars — найти … или убедиться, что ее там никогда не было. Этой цели можно достичь только с поверхности. Но сначала нужно научиться садиться.

Программа ExoMars изначально разрабатывалась Европейским космическим агентством в расчете на свои силы. Программа предполагалась двухэтапная: сначала запускается спутник и легкий посадочный модуль, а через два года — марсоход на тяжелой посадочной станции. Спускаемый модуль первого этапа рассматривался как тренировка перед сложной задачей посадки марсохода.

Потом выяснилось, что силы Европы оказались слабые, и потребовался поиск партнеров, которые смогут взять на себя часть финансовой, технологической и научной нагрузки. Сначала надеялись на NASA, но те увлеклись собственными исследованиями и оставили европейцев наедине со своими проблемами. К тому времени Россия потеряла аппарат “Фобос-Грунт”, но не оставила марсианских амбиций. В этом стремлении Роскосмос и ESA нашли друг друга, и занялись марсианской жизнью.

После включения России программу скорректировали: теперь оба запуска осуществляются российскими ракетами “Протон-М”, и посадку марсохода берет на себя Роскосмос. Научная полезная нагрузка спутника и марсохода тоже совместная.

Сейчас уже подлетает к Марсу и легкий спускаемый модуль Schiaparelli отделился и идет собственным баллистическим путем, чтобы пережить свои шесть минут ужаса после входа в атмосферу планеты. Правда пока ESA не уточняет только ли для себя она осуществляет эту посадку или же результатами поделятся с российскими разработчиками платформы для марсохода. У Роскосмоса вообще нет опыта посадки чего-либо куда-либо кроме Земли, поэтому любой опыт не помешает.

Вечером в среду 19 октября Schiaparelli, заключенный в теплозащитную капсулу войдет в атмосферу Марса на высоте 120 км и скорости 5,8 км/с (21000 км/ч).

Большую часть скорости удастся погасить за счет аэродинамического торможения в атмосфере. В это время температура внешней стороны теплового щита поднимется до 1750 градусов Цельсия. Разработчики теплового щита учли даже то, что посадка будет проходить в условиях повышенной запыленности атмосферы. После соответствующего испытания они увеличили толщину тепловой защиты на 4 мм.

Когда скорость упадет до 1650 км/ч Schiaparelli развернет сверхзвуковой парашют. После раскрытия парашюта тормозной щит отстрелится и бортовая навигационная камера начнет съемку поверхности со скоростью кадр в полторы секунды. Эта съемка позволит лучше понять как проходило снижение и куда осуществлена посадка.

На высоте примерно 1 км от поверхности, при скорости 250 км/ч, спускаемый модуль выскочит из капсулы и начнет самостоятельный полет. Дальнейшее снижение скорости обеспечат девять жидкостных двигателей малой тяги. Они должны плавно подвести Schiaparelli к поверхности и отключиться на высоте 2 метра. Оттуда модуль просто упадет со скоростью 11 км/ч. Финальный удар примет на себя деформиуемая платформа из алюминиевых сот.

Основная цель Schiaparelli — мягко сесть на Марс. Европа уже предпринимала похожую попытку посадки в 2003 году, но тогда зонд Beagle-2 не подал признаков жизни с поверхности, хотя, сел он достаточно мягко чтобы успеть развернуть две солнечные батареи из четырех. На Schiaparelli нет солнечных батарей и разворачиваемых элементов — всё упростили до предела чтобы снизить вероятность сбоев.

Работа Schiaparelli на поверхности продлится несколько дней. ESA указывает срок от 2 до 8 суток, в которые зонд будет изучать атмосферу, регистрировать климатические данные и оценивать напряженность электрических полей. За это время должно состояться несколько десятков сеансов связи с пролетающими спутниками NASA и ESA, которые ретранслируют данные на Землю. Фотокамера на зонде только одна, поэтому фотографий с поверхности от него не будет.

Место для Schiaparelli выбирали прежде всего из соображений удобства посадки, безопасности и экономии топлива. Поэтому остановились на равнине Меридиана, которая находится в низине — это обеспечивает повышенную толщину слоя атмосферы. Сама равнина изучена уже прекрасно благодаря тому, что по ней более 10 лет катается марсоход NASA Opportunity. Марсоход продолжает работу и по сей день, что открывает уникальную возможность наблюдать посадку на Марс с его поверхности. Правда посадочный эллипс у Schiaparelli довольно протяженный — 100 км длиной и 15 км шириной.

Куда именно на этом пространстве сядет модуль зависит от атмосферных условий на Марсе: давления, направления и силы ветра, концентрации пыли. От пыли зависит и дальность видимости на Марсе. Сейчас, на кадрах марсоходов, вершины гор теряются на расстоянии около 30 км. Помешать наблюдениям еще может неудачное расположение Opportunity — для него практически вся посадка пройдет за горой, поэтому он может все пропустить, даже если это пройдет относительно поблизости.

Снимки посадки с самого Schiaparelli прибудут только на следующий день после посадки, поэтому весь процесс будет контролироваться только по данным телеметрии — скупых цифр отражающих состояние бортовых систем и показания датчиков зонда. Но даже если удастся получить любой сигнал с поверхности от Schiaparelli — это будет победой и серьезным достижением для европейской космонавтики.

В минуты посадки зонда Schiaparelli на Марс в Московском музее космонавтики пройдет

Связь со спускаемым аппаратом «Скиапарелли» потеряна во время его посадки на Марс, тогда как его партнер по программе – Trace Gas Orbiter – успешно занял заданную орбиту. Таковы в кратком изложении новости, которые сообщило Европейское космическое агентство на пресс-конференции, посвященной программе ExoMars.

© ESA/ATG medialab

Напомним, «Скиапарелли» и Trace Gas Orbiter выполняют первый этап принятой ЕКА и Роскосмосом программы исследований и должны подготовить информацию для осуществления второго этапа – высадки на планету большого марсохода, которая запланирована на 2020 год. 16 октября аппараты отделились друг от друга, и «Скиапарелли» начал сближение с Марсом. Цель его полета была провести мягкую посадку на поверхность планеты, изучая при этом атмосферные условия Марса.

© ESA–D. Ducros

Посадка состоялась 19 октября. Перед этим представители ЕКА выражали уверенность, что она пройдет благополучно. Мишель Дени (Michel Denis), руководитель полета ExoMars, даже пошутил, что спуск «Скиапарелли» станет шестью минутами спокойного ожидания, в отличие от «семи минут ужаса», как в свое время описывал спуск на Марс аппарата Curiosity в 2012 году. Но, видимо, не все прошло так, как они рассчитывали.

Программа спуска включала несколько этапов. Во время первого торможения при входе в атмосферу аппарат «Скиапарелли» должен был защищать специальный теплозащитный экран. Затем, на высоте 11 километров, должен был раскрыться парашют, включиться малые реактивные двигатели для торможения аппарата и, наконец, при контакте с марсианской поверхностью силу удара должна погасить особая платформа.

Отклонение от задуманного сценария произошло после момента, на который было запланировано раскрытие парашюта. Орбитальный аппарат ЕКА Mars Express, отслеживавший снижение «Скиапарелли», измерил его скорость, и она оказала выше предусмотренной предварительными расчетами. Сигнал, поступающий от «Скиапарелли», исчез на 50 секунд раньше расчетного времени. Поэтому, что было с ним на самым последнем этапе снижения и в каком состоянии он сел на Марс, остается неизвестным.

Заряд батарей «Скиапарелли» был рассчитан на несколько дней работы на поверхности Марса. Поэтому специалисты не теряют надежду связаться с ним. Через несколько часов после посадки над районом Марса, где находится «Скиапарелли», прошел аппарат НАСА Mars Reconnaissance Orbiter. Был запланирован сеанс связи с ним спускаемого модуля, но связь установлена не была.

Ученые, разрабатывающие марсоход, который должны отправить на Марс в 2020 году, говорят, что неудача «Скиапарелли» повлияет на их задачу, но не радикальным образом. Отправку марсохода не отменят, но точно внесут в проект определенные изменения. Как сказал планетолог Оливье Витас (Olivier Witasse), они будут направлены именно на совершенствование технологии посадки, которая не будет повторять один в один сценарий посадки «Скиапарелли». Сотрудник Института исследований Солнечной системы Общества Макса Планка Норберт Крупп (Norbert Krupp) сказал, что миссию «Скиапарелли» даже нельзя назвать неудачной, так как она поможет обеспечить успех на следующей стадии проекта.

По крайней мере часть данных, которые «Скиапарелли» должен был собирать во время спуска, ученые успели получить. Но это куда меньше, чем они рассчитывали. Франческа Эспозито (Francesca Esposito) из Обсерватории Каподимонте говорит, что, например, не удалось добыть никаких сведений о влиянии электрических полей в атмосфере Марса на его пылевые бури. Франческа Ферри (Francesca Ferri) из Университета Падуи сообщила, что ее команде удалось получить лишь часть информации от датчиков «Скиапарелли» о динамике марсианской атмосферы, но важные данные о слое, близком к поверхности, где особую роль играет конвекция, остались недоступны. «Это космос. Он не сотрудничает», – прокомментировала эти события Франческа Эспозито.

Европейское космическое агентство не оставляет попытки узнать, что же случилось со «Скиапарелли». Помимо попыток поймать его сигнал одним из трех аппаратов, находящихся сейчас на орбите над Марсом, они планируют сделать снимки места посадки с орбиты. Также марсоход Opportunity, который находится всего в 15 километрах от предполагаемой зоны посадки, как предполагалось, должен был снять процесс снижения «Скиапарелли». По тому, насколько это удалось, можно будет понять, насколько точно была соблюдена расчетная траектория спуска.

Связь со спускаемым аппаратом «Скиапарелли» потеряна во время его посадки на Марс, тогда как его партнер по программе - Trace Gas Orbiter - успешно занял заданную орбиту. Таковы в кратком изложении новости, которые сообщило вчера Европейское космическое агентство на пресс-конференции, посвященной программе ExoMars.

Напомним, «Скиапарелли» и Trace Gas Orbiter выполняют первый этап принятой ЕКА и Роскосмосом программы исследований и должны подготовить информацию для осуществления второго этапа - высадки на планету большого марсохода, которая запланирована на 2020 год. 16 октября аппараты отделились друг от друга, и «Скиапарелли» начал сближение с Марсом. Цель его полета была провести мягкую посадку на поверхность планеты, изучая при этом атмосферные условия Марса.

Trace Gas Orbiter. Илл.: ESA-D. Ducros

По крайней мере часть данных, которые «Скиапарелли» должен был собирать во время спуска, ученые успели получить. Но это куда меньше, чем они рассчитывали. Франческа Эспозито (Francesca Esposito) из Обсерватории Каподимонте говорит, что, например, не удалось добыть никаких сведений о влиянии электрических полей в атмосфере Марса на его пылевые бури. Франческа Ферри (Francesca Ferri) из Университета Падуи сообщила, что ее команде удалось получить лишь часть информации от датчиков «Скиапарелли» о динамике марсианской атмосферы, но важные данные о слое, близком к поверхности, где особую роль играет конвекция, остались недоступны. «Это космос. Он не сотрудничает», - прокомментировала эти события Франческа Эспозито.

Европейское космическое агентство (ЕКА) не получило подтверждения посадки модуля «Скиапарелли» на поверхность Марса. Связь с аппаратом оборвалась за 50 секунд до расчетного времени приземления. Посадка зонда на поверхность планеты является частью российско-европейской миссии «ЭкзоМарс». Модуль Trace Gas Orbiter (TGO), который также является частью программы «ЭкзоМарса», вышел на орбиту Марса согласно штатному расписанию.

Демонстрационный десантный модуль «Скиапарелли», приземлившийся 19 октября на Марс в рамках российско-европейской миссии «Экзомарс», не вышел на связь. Об этом в ходе пресс-конференции сообщило Европейское космическое агентство. Модуль «Скиапарелли» вошел в атмосферу Марса в 17:42 на скорости в 21 000 км/ч. Условная граница атмосферы составляет 121 км от поверхности. Зонд должен был оказаться на его поверхности примерно через шесть минут. Посадка была запланирована на равнине Плато Меридиана, примерно в 40 км к северо-западу от места посадки марсохода «Оппортьюнити» в 2004 году. Однако сигнал аппарата пропал за 50 секунд до предполагаемого времени приземления.

После того, как телескоп GMRT не сумел поймать сигнал о приземлении, к процессу подключилась автоматическая станция ЕКА »Марс-Экспресс», которая записала спуск «Скиапарелли» и передала на Землю данные. Однако этой информации было недостаточно, чтобы понять состояние аппарата. ЕКА пришлось задействовать автоматическую орбитальную станцию НАСА Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Однако точных данных о «Скиапарелли» аппарату в ходе облета Марса получить также не удалось. MRO должна совершить еще несколько облетов и сфотографировать место посадки «Скиапарелли». ЕКА получит фотографии зонда в ближайшие дни.

19 октября «Скиапарелли» вошёл в атмосферу Марса. В течение 3-4 минут скорость аппарата снижалась путём аэродинамического торможения — трения об плотные слои атмосферы. Сложность спуска заключалась в том, что марсианская атмосфера тоньше земной. Поэтому «Скиапарелли» был оснащен парашютом, корректирующими навигаторами и теплозащитным покрытием. Парашют должен был раскрыться на высоте 11 километров при скорости модуля 1650 километров в час, а специальная конструкция аппарата была призвана смягчить удар при падении.

План спуска демонстрационного десантного модуля «Скиапарелли»

Утром 20 октября специалисты ЕКА получили телеметрию маневров »Скиапарелли» с орбитального модуля Trace Gas Orbiter (TGO), который успешно вышел на орбиту Марса 19 октября. Теплозащитное покрытие успешно предотвратило перегрев аппарата: экран медленно плавился и испарялся, унося поглощённое тепло от основной части «Скиапарелли». Когда скорость аппарата уменьшилась до 1 700 км/ч, на высоте 11 км над поверхностью над «Скиапарелли» развернулся парашют для дальнейшего снижения скорости спуска. Купол парашюта диаметром 12 метров развернулся менее чем за секунду, и через 40 секунд была сброшена лобовая часть защитного кожуха с теплозащитным экраном. После неполного анализа данных было подтверждено, что возможно отстрел парашюта произошёл несколько раньше запланированного, а двигатели мягкой посадки могли выключиться на слишком большой высоте, которая пока не определена.

Модуль «Скиапарелли» был предназначен для отработки посадки и проведения исследований. В его научные задачи входили измерения электрических полей, которые, в сочетании с исследованиями концентрации атмосферной пыли, должны были рассказать о роли электрических сил в процессе возникновения пылевых бурь.»Скиапарелли» должен был проработать на Марсе 10 дней — срок, в течение которого аккумуляторы спускаемого аппарата способны поддерживать его работоспособность. В течение этого времени сотрудники центра управления будут продолжать попытки установить связь со «Скиапарелли».

Разделение TGO и «Скиапарелли»

Орбитальный аппарат TGO вышел на орбиту Красной планеты согласно расписанию. Во время выведения TGO на орбиту внештатных ситуаций не возникало. Аппарат стал второй после «Марс-Экспресс» станцией ЕКА, обращающейся вокруг Марса. TGO будет изучать малые газовые примеси атмосферы и распределение водяного льда в грунте Марса. В частности, он исследует распределение в марсианском «воздухе» метана, который в присутствии пропана и этана косвенно указывает на наличие жизни на планете.

Миссия «ЭкзоМарс-2016» была запущена с космодрома Байконур 14 марта с помощью ракеты-носителя «Протон-М».16 октября 2016 года «Скиапарелли» и TGO успешно разделились после семимесячного полета. На 2020 год планировалась вторая часть миссии: к Марсу должен отправится ровер, который пробурит поверхность планеты и возьмет пробы грунта. Это может подтвердить наличие простейших форм жизни в недрах планеты. Состоится ли в назначенное время отправка марсохода после неудачи со «Скиапарелли», пока неизвестно.

Ученые рассказали, как проходила посадка и какие задачи были запланированы для аппарата

На Марс прибыл девятый за всю историю освоения Красной планеты земной аппарат Schiaparelli («Скиапарелли») - одна из составляющих совместной миссии Роскосмоса и Европейского космического агентства (ЕКА) «ЭкзоМарс». Это произошло ровно в 17.48 по московскому времени. Буквально за несколько минут до посадки аппарат ворвался в атмосферу планеты на высоте 120 км со скоростью 5,8 км/с (21000 км/ч). О том, сколько продлится жизнь аппарата на поверхности планеты, какие задачи он должен выполнить, выяснил «МК», который следил за посадкой вместе с учеными из ИКИ РАН.

Напомним, что старт миссии «ЭкзоМарс» состоялся 14 марта 2016, когда, стартовав с космодрома Байконур, российская ракета-носитель «Протон-М» доставила европейский аппарат Trace Gas Orbiter (TGO) на орбиту. 16 октября, когда миссия приблизилась к Марсу, «Скиапарелли» - небольшой посадочный аппарат диаметром 2,4 метра отделился от TGO и взял курс на посадку. Если бы на Марсе были разумные обитатели, то 19 октября по земному календарю в районе местечка под названием Плато Меридиана (Meridiani Planum), на обширной равнине находящейся в 2-х градусах к югу от экватора Марса, они бы увидели в небе яркий объект, по виду очень напоминающий метеорит с огненным шлейфом... В какой-то момент «метеорит» приобрел черты настоящей летающей тарелки, спускающейся на Плато плавно под большим парашютным куполом...

Почти сразу после раскрытия парашюта от тарелки отстрелился нижний тормозной щит (лобовой обтекатель), и бортовая камера DECA (Descent Camera) начала делать снимки поверхности. С интервалом в полторы секунды она должна была получить 15 снимков. После посадки они будут переданы сначала в компьютер модуля, а затем – на Землю. Такая детальная съемка позволит специалистам лучше понять, как проходил процесс снижения, куда точно сел аппарат.

На расстоянии 1,2 км от поверхности Марса «Скиапарелли» на скорости 250 км/ч «выскочил» из защитной капсулы-тарелки и начал самостоятельный полет. В этот момент под ним вспыхнули девять огненных языков (жидкостных двигателей малой тяги), которые и помогли впоследствии осуществить мягкую посадку модуля весом в 577 кг.

Для сотрудников агентства «Скиапарелли», названный в честь выдающегося итальянского астронома Джованни Вирджинио Скиапарелли, - первый европейский аппарат на Марсе. Ранее автоматическими посадками на Марс могли гордиться только русские и американцы. Хронология такова: первой в мире Марса достигла советская станция «Марс-3» в декабре 1971 года, затем на многие годы Красная планета была буквально оккупирована американскими аппаратами: «Викинг-1»(1976), Викинг-2 (1976), Mars Pathfinder (1997), «Спирит» (2004), «Оппортьюнити» (2004), «Феникс» (2008) и «Кьюриозити»(2012). К слову, «Оппортьюнити» находится сейчас как раз в области посадки «Скиапарелли».

Посадка на Марс была для «Скиапарелли» задачей номер один. Справился ли он с ней в полной мере, на момент написания заметки было неизвестно (отмечались проблемы со связью). Если аппарат выжил, то в последующие восемь дней (именно на столько рассчитана работа аккумуляторов модуля), он должен выполнить ряд научных измерений при помощи комплексов различных датчиков. К примеру, комплекс DREAMS измерит скорости и направления ветра, уровень влажности, давления, температуры у поверхности и прозрачность атмосферы уже на месте посадки. Также впервые в истории комплекс DREAMS проведет измерения электрического поля Марса. «Скиапарелли» прибыл на Марс в период пылевых бурь. И в связи с этим ученые включили в программу изучение взаимодействия электрического поля Марса с пылевыми вихрями. За время «жизни» модуля на Марсе должно состояться несколько десятков сеансов его связи с пролетающими спутниками NASA и EКА, которые ретранслируют данные от «Скиапарелли» на Землю. Кстати, фотографий красивых видов Марса от него ждать не приходится, - специальной камеры для этого не предусмотрено.

А теперь вернемся к основному аппарату миссии Экзо-Марс - TGO, который также 19 октября, после разделения со «Скиапарелли» вышел на орбиту Красной планеты для основной работы в течение нескольких лет. Напомним, что он должен внести свой вклад в дело изучения поверхности, атмосферы и климата Марса, а также поисков признаков жизни на нем. В частности, землянам пока не известно, откуда в марсианскую атмосферу поступает метан? Является ли он продуктом биологической деятельности каких-то живых существ или результатом вулканической деятельности планеты? На эти ответы попытается дать ответ TGO.

Из имеющихся на его борту четырех научных приборов есть чисто российский нейтронный спектрометр FREND для поиска следов воды и льда в почве Марса, и комплекс для изучения химии атмосферы ACS, который также, как и первый создавался в Институте космических исследований РАН при участии специалистов Франции, Германии и Италии.

Напомним, что уже в 2018 году должен начаться второй этап проекта ExoMars, с более активным участием России. НПО имени С. А. Лавочкина разработает для него десантный модуль. Он должен будет доставить на поверхность Марса посадочную платформу (тоже российской разработки) и европейский марсоход.