понедельник, 1 июля 2013 г.

Фобос как база в пилотируемом исследовании Марса

Фобос - загадочная, странной формы марсианская луна - мог бы послужить возможной промежуточной базой для человеческих миссий на Красную планету.

Это, конечно, зависит от будущей стратегии освоения Марса. Но даже с диаметром менее 30 км в самом широком месте, крошечный спутник все же может предложить астронавтам некоторое экранирование от смертоносных галактических космических лучей и дать возможность более основательно подготовиться к дорогостоящей и очень рискованной пилотируемой посадке на поверхность Марса.

Вероятнее всего, Фобос появился на орбите Марса около 4 млрд. лет назад. Он обращается над поверхностью планеты на расстоянии около 6 тыс. км., и делает один оборот за 7 ч 39 мин. Поскольку орбита Фобоса снижается со скоростью около 2 сантиметров в год, он может врезаться в поверхность Марса менее, чем за 40 миллионов лет.

Астронавты на Фобосе. Иллюстрация Lockheed Martin

Но прежде чем это произойдет, исследователи Марса хотели бы получить образцы грунта высоко-пористой поверхности Фобоса.

Орбиты Фобос и Деймос (в масштабе). Фобос вращается вокруг Марса 3,96 раза быстрее, чем Деймос

С этой целью в рамках программы НАСА "Innovative Advanced Concepts" (NIAC) ("Инновационные перспективные концепции"), исследователи Стэнфордского университета, в сотрудничестве с  Лабораторией реактивного движения НАСА (JPL) и Массачусетским технологическим институтом, разработали прототип роботизированной платформы для возможного использования в миссии к Фобосу.

Материнский корабль сбросит "ежей" с высоты нескольких километров над Фобосом. Как только они определят гравитацию, то будут прыгать, кувыркаться и возьмут под контроль спутник Красной планеты   (Иллюстрация Stanford University, NASA.)

Четыре робота-ровера сферической формы, диаметром около одного метра, будут развернуты с орбитального модуля Phobos Surveyor, внешне похожем на "журнальный столик". Phobos Surveyor, находясь на орбите вокруг Фобоса проведет исследование его поверхности на микроскопическом уровне.

Роверы будут выполнять более детальный геологический анализ спутника, посылая свою информацию на орбитальный аппарат, который, в свою очередь, будет передавать данные на Землю. Планетоходы назвали "ежами" (Hedgehogs), поскольку они имеют на сферах специальные шипы для обеспечение тяги, чтобы лучше справиться с качением и прыжками по поверхности марсианской луны с ее очень низкой гравитацией.

Снимок Фобоса, сделанный аппаратом Mars Reconnaissance Orbiter 23 марта 2008 года

Гравитация на Луне в шесть раз слабее земной, а на Марсе - втрое. Поэтому сцепление роверов с грунтом значительно уменьшается, что заставляет их перемещаться на низкой скорости. Но на астероидах и им подобных малых небесных телах гравитация еще более слабее лунной, что ещё сильнее усугубляет проблему, исключая возможность использования даже гусеничного движителя.

Фобос располагает тяготением в тысячу раз более слабым, чем марсианское. "Проблема с обычными планетоходами в том, что при низкой гравитации нет сцепления. Это значит, что колёса вращаются, но вы не двигаетесь", - пояснил Марко Павоне (Marco Pavone) из Стэнфордского университета (США), ведущий специалист проекта.

Внутри "ежа" имеется три колеса. Каждое вращается в своём направлении, что даст возможность точно перемещать аппарат во всех направлениях. Раскручивание дисков на малых оборотах позволит им ползти, а высокие обороты обеспечат возможность прицельного прыжка на большую дистанцию.

Как утверждают исследователи, работающий прототип "ежа"-планетохода уже создан по проекту Phobos Surveyor. Чтобы почувствовать гравитационное поле Фобоса,  предполагаемая скорость снижения роботов с высоты нескольких километров должна составить всего 3 м/сек.

При разработке миссии будет учитываться опыт предыдущих проектов по исследованию марсианской луны. По мнению ученых, технологию миссии предстоит отрабатывать еще пять-восемь лет и аппараты такого класса, стоимостью 400 млн.$, смогут достичь Фобоса к 2025 году.

В настоящее время Павоне и его коллеги работают над созданием испытательного стенда, который будет моделировать микрогравитацию, камни, грязь и пыль на поверхности Фобоса с помощью специального подъемного крана внутри лаборатории Стэнфорда, а с 2015 года будут использоваться специальные летательные аппараты.

В дополнение к их способности хорошо работать в условиях низкой гравитации, "ежи" имеют ряд преимуществ перед традиционными роверами. Они легко преодолевают каньоны и трещины и не могут застрять колесами - проблема, которой закончилась миссия марсохода Spirit. 

Проект Phobos Surveyor имеет большое значение для изучения не только Марса и его спутников, но и других астероидов и малых планет. Десантирование таких роботов с орбитального модуля, который будет вращаться у Фобоса, планируется в районе кратера Стикни, диаметр которого - около 9 км.

Кратер Стикни - предпочтительная мишень для Surveyor Фобос.На краю виден кратер Лимток.                                                                                           (NASA/JPL/University of Arizona)

Именно здесь располагается самый близкий к поверхности выход глубинных пород Фобоса, отчего исследование здешнего грунта больше всего интересует учёных. Это позволит окончательно установить, является ли Фобос захваченным Марсом астероидом или же телом марсианской природы, выбитым с поверхности ударом небесного тела.

Вполне возможно, что Стикни был создан вскоре после захвата. Последние данные исследований говорят в пользу того, что, Фобос был захвачен, а не выбит на орбиту Марса.

Что касается так называемого "Монолита", ученые пояснили, что это на самом деле этот блок материала сформировался в результате того же воздействия, которое образовало  кратер Стикни.

"Монолит" на Фобосе (справа от центра). Изображение от Mars Global Surveyor в 1998 году

Если выяснится, что Фобос состоит из выброшенных материалов с Марса, то было бы намного легче доставить пробы на Землю с Фобоса, чем с Марса. А если Фобос окажется захваченным астероидом, то можно узнать состав материала в главном поясе астероидов Солнечной системы. Таким образом, сценарий исследований является беспроигрышным.

Европейское космическое агентство (ЕКА) также заинтересовано в посещении марсианских лун. Запланированная миссия "Phootprint" может быть запущена после 2018 с целью получения 100-граммового образца грунта Фобоса и доставки его на Землю.

Сложившиеся условия на Фобосе, такие как низкая гравитация, защита от космической радиации, обеспечиваемая пещерами на его поверхности, наличие водяного льда, пригодного для жизнеобеспечения и ракетного топлива, делают спутник неплохим местом для создания внеземной базы.

Подготовлено по материалам Forbes

Погода на Марсе в кратере Гейла на Sol-316, 26 июня 2013 года:

солнечно, от -16С до - 74С, давление 8.51 hPa, светлое время суток - с 6:46 до 18:51. 

Статьи по теме:

Комментариев нет: