Mars Pathfinder

Mars Pathfinder
«Марс Пасфайндер» и марсоход «Соджорнер» при сворачивании в стартовое положение. (Лаборатория реактивного движения, октябрь 1996 года)
Заказчик	НАСА, JPL
Оператор	Лаборатория реактивного движения и НАСА
Стартовая площадка	мыс Канаверал LC17B
Ракета-носитель	Дельта-2 7925 D240
Запуск	4 декабря 1996 06:58:00 UTC
COSPAR ID	1996-068A
SCN	24667
Технические характеристики
Масса	463 кг (марсианская станция: 264 кг, марсоход: 11,5 кг)
Источники питания	марсианская станция: 35 Вт, марсоход: 13 Вт
Элементы орбиты
Посадка на небесное тело	4 июля 1997 16:57 UTC MSD 43905 4:41 AMT (26 Taurus 206 по Дарискому календарю)
Логотип миссии
http://www.jpl.nasa.gov/missions/past/marspathfinder.html Программа Discovery ←NEAR Shoemaker Lunar Prospector→
Медиафайлы на Викискладе

Mars Pathfinder («Марсопроходец» по аналогии с землепроходцем; в источниках также Марс Пасфайндер или Марс Патфайндер) — программа НАСА по изучению Марса с помощью стационарной марсианской станции и марсохода «Соджорнер» (англ. Sojourner — «Постоялец»). Станцию позже переименовали в Мемориальную станцию Карла Сагана. Соджорнер стал первым планетоходом, действующим за пределами системы Земля — Луна.

Основной целью программы была отработка технических решений, таких как схема дешёвой посадки; дополнительной целью было проведение научных исследований: получение снимков поверхности, изучение состава пород с помощью спектрометра, исследование атмосферы.

Ход полёта

Аппарат «Mars Pathfinder», полной массой 895 кг и размерами 1,5 × 2,65 м (включая топливо и марсоход Соджорнер размерами 65 × 48 × 30 см и весом 11,5 кг) был запущен 4 декабря 1996 года НАСА с помощью ракеты-носителя Дельта-2 через месяц после запуска Марс Глобал Сервейор. Посадка аппарата на поверхность Марса состоялась 4 июля 1997 года в долине Арес, в районе равнины Хриса.

Спускаемый аппарат вошёл в атмосферу на скорости свыше 7,5 км/с, при этом теплоизоляционная защита предохраняла его от перегрева во время торможения в атмосфере. Лобовой экран в течение двух минут погасил скорость до 400 м/с. Затем был раскрыт парашют диаметром 12,7 м. Примерно за 8 секунд до удара о поверхность включились тормозные двигатели, и надулись амортизационные баллоны. Аппарат достиг поверхности Марса на скорости 25 м/с (90 км/ч) и отскочил от неё несколько раз до полной остановки.

Из-за сбоя на станции Сети дальней связи НАСА отделить марсоход в тот же день не удалось. К тому же обнаружилась нестабильность связи между марсианской станцией и марсоходом, которую удалось устранить только к 17:00 следующего дня.

5 июля марсоход «Соджорнер» съехал с марсианской станции и 6 июля приступил к научным экспериментам (в частности, изучению ближайшего камня). 6 июля была также передана круговая панорама, снятая камерой марсианской станции. В дальнейшем марсоход изучил ещё несколько камней, а станция измеряла параметры ветра, температуру и делала снимки.

Круговая панорама, снятая камерой марсианской станции. 1996 год

27 сентября 1997 года состоялся последний сеанс связи с марсианской станцией (сигнал, не содержащий данных, удавалось принимать до 7 октября, а попытки установить связь с ней предпринимались до марта 1998 года). 10 марта 1998 года программа «Mars Pathfinder» была признана законченной. Марсианская станция проработала на поверхности планеты 3 месяца, гораздо больше расчётного времени (по плану — от недели до месяца).

По версии исследователей, сбой произошёл из-за батареи, вышедшей из строя вследствие большого числа циклов разряда/заряда. Батарея использовалась для нагрева электроники станции до уровня чуть выше ожидаемой ночной температуры Марса. После отказа батареи низкие температуры привели к выходу из строя критически важных систем, и, в конечном итоге, потере связи.

Описание космического аппарата

Марсианская станция

Стационарная марсианская станция Mars Pathfinder раскрывается после посадки (рисунок)

Марсианская станция (см. схему) оборудована тремя панелями солнечных батарей общей площадью 2,8 м², обеспечивающих мощность 35 Вт в солнечный день. Помимо них станция была также оснащена аккумуляторами.

Марсианская станция имела фотокамеру (IMP), размещённую на выдвигаемой мачте высотой до 1,8 м. Камера оборудована двумя оптическими входами (для получения стереоснимков) и фильтрами с 12 цветовыми оттенками (экспозиции через разные светофильтры после совмещения дают возможность получать цветные снимки). На станции был установлен метеокомплекс ASI/MET с датчиками для измерения скорости и направления ветра, атмосферного давления и температуры, а также магниты для извлечения из грунта магнитных частиц размером до 0,1 мм.

Марсианская станция была оборудована антеннами высокого и низкого усиления (в некоторые дни электроэнергии для работы основной антенны высокого усиления не хватало и данные передавались по антенне низкого усиления со скоростью 40—150 бит/с; основная антенна позволяла поддерживать связь на скорости свыше 8 Кбит/с). Работой станции управлял компьютер RAD6000 с 32-разрядным процессором и 128 МБ памяти. На борту применялась операционная система VxWorks.

Марсоход Sojourner

Основная статья: Соджорнер (марсоход)

Масса марсохода (см. схему) составляла вместе со всем оборудованием около 15,5 кг, вес во время работы на поверхности Марса — 10,6 кг; размеры — 0,65×0,48×0,3 м. В Sojourner используется 11 двигателей постоянного тока RE016DC мощностью 3,2 Вт, созданных компанией «Maxon Motor». Шесть двигателей вращают колёса, по одному на каждое колесо, 4 задают направление движения и последний поднимает и опускает спектрометр. Двигатели могут переносить температуры до −100 °C.

Сравнение размеров колёс: «Соджорнер», MER, Mars Science Laboratory

Марсоход был оборудован шестью колёсами диаметром 13 см, каждое из которых способно вращаться самостоятельно. Аппарат способен наклоняться на 45° без переворачивания и преодолевать препятствия высотой до 20 см.

Электропитание Sojourner осуществлялось с помощью солнечной батареи с элементами на основе арсенида галлия. Площадь батареи 0,2 м², фирма-изготовитель «Tecstar Inc.». Мощности батареи хватало для работы аппарата в течение нескольких часов в день даже в пасмурную погоду. Кроме того, в марсоходе имелось три радиоизотопных элемента с несколькими граммами плутония-238 для поддержания необходимой температуры в электронном блоке.

Связь с Землёй марсоход поддерживал через марсианскую станцию. Марсоход был оборудован тремя камерами — передней стереосистемой и задней одинарной камерой. Аппарат также имел спектрометр для изучения химического состава пород. Управление Sojourner осуществлялось с помощью 8-разрядного процессора Intel 80C85, работающего на частоте 100 кГц, объём оперативной памяти составлял 512 кБайт, также имелся твердотельный накопитель на флеш-памяти объёмом 176 кБайт. Работал без операционной системы.

Научные результаты

Получив несколько изображений неба при различном положении светила, учёные смогли определить, что радиус частиц в составе розовой дымки составляет около 1 микрометра. Судя по цвету, грунт богат гидроксидом железа, что говорит в пользу теории о теплом влажном климате в прошлом. Pathfinder нёс на своём борту несколько магнитов для оценки магнитной составляющей марсианской пыли. В конце концов, все кроме одного магнита покрылись пылью. Так как самый слабый магнит не собрал на себе ни частички грунта, был сделан вывод, что воздушная пыль не содержит чистый магнетит (магнитный железняк) или оксимагнетитов. Вероятно, оседание пыли было спровоцировано оксидом железа (Fe₂O₃). Позднее, используя более простые инструменты, марсоход Спирит обнаружил, что только наличие магнетита может объяснить магнитные свойства пыли и почвы Марса.

Ежедневное отслеживание доплеровского смещения и менее частое измерение расстояния между космическим аппаратом и станциями дальней космической связи во время сеансов связи позволило определить положение марсианской станции и направление оси вращения Марса. Полученные данные, с учётом сведений ранее полученных спускаемыми аппаратами Викинг, позволили втрое улучшить определение прецессионной константы Марса. Определённая степень прецессии согласуется с гипотезой что негидростатическая составляющая полюсного момента инерции вызвана существованием огромного вулканического нагорья Фарсида. Вычислено что радиус металлического ядра Марса составляет от 1300 до 2000 км.

Всего было передано 16,5 тыс. снимков камеры марсианской станции и 550 снимков камер марсохода, проведено 15 анализов пород. Научные результаты дали дополнительные подтверждения гипотезы о том, что когда-то Марс был более «влажным и тёплым».

Sojourner исследует камни

Sojourner отправляется к камню «Йоги» (выделен кругом)

Марсоход начал исследовать первый камень на третий сол. Камень получил название «Барнакл-Билл» (англ. Barnacle Bill). Изучение состава осуществлялось альфа-протон-рентгеновским спектрометром (APXS) в течение 10 часов. Были обнаружены все элементы за исключением водорода, который составляет менее 0,1 % от массы камня или грунта. «Барнакл Билл» оказался похож по составу на земные андезиты, что подтверждает большую вулканическую активность Марса в прошлом.

Следующим объектом для исследования стал камень, получивший название «Йоги». Камень напоминал голову медведя, поэтому был назван в честь героя мультипликационных фильмов медведя Йоги Биар (англ. Yogi Bear). Анализ c помощью APXS показал, что камень представляет собой кусок базальтовой породы, более примитивный по элементному составу, чем «Барнакл Билл». Форма и структура поверхности «Йоги» дают возможность предположить, что он принесён потоками воды.

Затем учёных привлёк своей беловатой окраской камень «Скуби-Ду» (Scubee-Doo), к нему был отправлен ровер с целью проверить, не покрыт ли камень осадочной коркой. На 18-й сол были успешно приняты результаты измерений «Скуби-Ду», а на 21-й сол закончен анализ данных по составу камня. Оказалось, что он сходен по составу с грунтом района посадки, но имеет повышенное содержание кальция и кремния по сравнению с изученными ранее камнями .

На следующем камне, «Моу» (Moe), было найдено несколько отметок на его поверхности, демонстрирующих ветровую эрозию.

В области, названной «Сад Камней» (Rock Garden), Sojourner столкнулся с дюнами в виде полумесяца, похожими на земные.

Места посадок космических аппаратов на Марсе

Карта Марса

Спирит

Оппортьюнити

Соджорнер

Викинг-1

Викинг-2

Феникс

Марс-3

Кьюриосити

Скиапарелли

Ссылки

• Страничка на сайте НАСА (англ.). Дата обращения: 7 мая 2012. Архивировано 18 мая 2012 года.
• Mars Pathfinder NASA/JPL Website Архивировано 18 мая 2012 года.
• Super-Resolution Stereo Pairs of «Twin Peaks»
• Mars Pathfinder Mission Profile  (неопр.). Архивировано из оригинала 29 сентября 2010 года. by NASA’s Solar System Exploration
• Ted Stryk’s Mars Pathfinder page  (неопр.). Архивировано из оригинала 5 октября 2007 года.
• «A Crawl On Mars» — Ted Stryk’s Sojourner rover page  (неопр.). Архивировано из оригинала 5 октября 2007 года.