Mars Pathfinder

Mars Pathfinder
Марсоход Sojourner (снимок камерой посадочного аппарата)
Заказчик	НАСА, JPL
Запуск	4 декабря 1996 06:58:00 UTC
Ракета-носитель	Дельта-2 7925 D240
Стартовая площадка	мыс Канаверал LC17B
NSSDC ID	1996-068A
SCN	24667
Технические характеристики
Масса	463 кг (посадочный аппарат: 264 кг, марсоход: 10,5 кг)
Источники питания	посадочный аппарат: 35 Вт, марсоход: 13 Вт
Посадка на небесное тело	4 июля 1997
Сайт проекта
Mars Pathfinder на Викискладе

Mars Pathfinder («Марсопроходец» по аналогии с землепроходцем; в источниках также Марс Пасфайндер^[1][2]) — программа НАСА по изучению Марса с помощью одноимённого посадочного модуля и марсохода Соджорнер («Пришелец», англ. Sojourner) в 1996—1997 годах. Основной целью программы была отработка технических решений, таких как схема дешёвой посадки; дополнительной целью было проведение научных исследований: получение фотографий, изучение состава пород с помощью спектрометра, исследование атмосферы.^[3] Стоимость программы была относительно невысокой — 265 млн $. После посадки Mars Pathfinder был переименован в Станцию памяти Карла Сагана (Sagan Memorial Station).

Хроника событий

Аппарат Mars Pathfinder (полной массой 895 кг и размерами 1,5×2,65 м) был запущен 4 декабря 1996 года с помощью ракеты-носителя Дельта-2.

Посадка аппарата на поверхность Марса состоялась 4 июля 1997 года в равнине Хриса (Chryse Planitia). Температура окружающей среды составляла около −53 °C. Из-за сбоя на станции Сети дальней связи отделить марсоход в тот же день не удалось. К тому же обнаружилась нестабильность связи между посадочным модулем и марсоходом, которую удалось устранить только к 17:00 следующего дня.^[3]

5 июля марсоход Sojourner съехал с посадочного аппарата и 6 июля приступил к научным экспериментам (в частности, изучению ближайшего камня). 6 июля была также передана круговая панорама, снятая камерой спускаемого аппарата. В дальнейшем марсоход изучил ещё несколько камней, а посадочный аппарат измерял параметры ветра, температуру и делал снимки.

Круговая панорама, снятая камерой спускаемого аппарата.

27 сентября 1997 года состоялся последний сеанс связи с аппаратом (сигнал, не содержащий данных, удавалось принимать до 7 октября, а попытки установить связь с аппаратом предпринимались до марта 1998 года).

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

Посадочный аппарат

Mars Pathfinder раскрывается после посадки (рисунок)

Mars Pathfinder не имел орбитального модуля. Аппарат вошёл в атмосферу на скорости свыше 7,5 км/сек,^[4] при этом теплоизоляционная защита предохраняла его от перегрева во время торможения в атмосфере. Лобовой экран станции 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.

Посадочный аппарат (см. схему) оборудован тремя панелями солнечных батарей общей площадью 2,8 м², обеспечивающих мощность 1,2 кВт в солнечный день. Помимо них аппарат был также оснащён аккумуляторами.

Посадочный аппарат имел 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 аппарате 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.

Посадочный аппарат был оборудован антеннами высокой и низкой мощности (в некоторые дни мощности для работы основной антенны 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 аппарата управлял компьютер RAD6000 с 32-разрядным процессором и 128 МБ памяти. На борту применялась операционная система VxWorks.^[5]

Марсоход Sojourner

Масса марсохода (см. схему) составляла вместе со всем оборудованием около 15,5 кг, вес во время операций 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.^[6]

Сравнение размеров колёс: Sojourner, Mars Exploration Rover, 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 посадочный модуль.

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 kHz, объём оперативной памяти составлял 512 KB, также имелся твердотельный накопитель на флеш памяти объёмом 176 KB. Работал без операционной системы.

Марсоход назван в честь женщины-борца с негритянским рабством Соджорнер Трут (англ. Sojourner Truth).

Sojourner исследует камни

Sojourner отправляется к камню «Йоги» (выделен кругом)

Марсоход начал исследовать первый камень на третий сол (марсианские сутки). Камень получил название «Барнакл Билл» (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 из себя 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.^[7]

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.

Результаты миссии

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, почва богата 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 почвы, 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.

Используя доплеровское смещение при измерении дальности в двух направлениях и измерения, ранее полученные спускаемыми аппаратами Викинг, учёные определили, что причина не-гидростатической составляющей полюсного момента инерции в выпуклости Тарсиса, а окружающие его участки не расплавлены. Радиус центрального металлического ядра составляет от 1300 до 2000 км.

Окончание миссии

Аппарат проработал на поверхности Марса 3 месяца, гораздо больше расчётного ресурса (по плану — от недели до месяца). Последний контакт с Pathfinder был осуществлён в 10:23 UTC 27 сентября 1997 года. Руководство лаборатории безуспешно пыталось восстановить контакт в течение следующих 5 месяцев, и 10 марта 1998 года миссия была признана законченной. По версии исследователей, сбой произошёл из-за батареи, отказавшей вследствие большого числа циклов разряда/заряда. Батарея использовалась для нагрева электроники зонда до уровня чуть выше ожидаемой ночной температуры Марса. После отказа батареи, низкие температуры вызвали поломку необходимого оборудования, и, в конечном итоге, потерю связи.

Примечания

1. ↑ Вокруг Света | Журнал | Первые шаги
2. ↑ Астронет > В плену у Марса
3. ↑ ^{1 2} «Новости космонавтики» № 14 за 1997 год, статья «„Mars Pathfinder“ исследует Марс»
4. ↑ Mars Pathfinder - Entry Descent and Landing  (англ.). НАСА. Архивировано из первоисточника 1 июня 2012.
5. ↑ CS 5523 Operating Systems — Mars Pathfinder  (англ.). UTSA Visualization and Modeling Laboratory. Архивировано из первоисточника 1 июня 2012. Проверено 7 мая 2012.
6. ↑ «Новости космонавтики» № 18/19, 1997. Статья «Mars Pathfinder»
7. ↑ «Новости космонавтики» № 15 за 1997 год, статья «Работа на поверхности Марса продолжается»

Ссылки

	Портал «Космонавтика»
	Mars Pathfinder на Викискладе?
	Проект «Космонавтика»

• Страничка на сайте НАСА  (англ.). Архивировано из первоисточника 19 мая 2012. Проверено 7 мая 2012.
• Mars Pathfinder NASA/JPL Website
• Super-Resolution Stereo Pairs of "Twin Peaks"
• Mars Pathfinder Mission Profile by NASA's Solar System Exploration
• Ted Stryk's Mars Pathfinder page
• "A Crawl On Mars" – Ted Stryk's Sojourner rover page
• NASA Office of Space Science
• JPL – Mars Exploration Rover Mission
• Authoritative Account of MPF Reset Issue — discussion of the software problems on the Pathfinder spacecraft
• A Little Rock on Mars — children's story about the Pathfinder landing
• Sojourner rover replica  (фр.) — description and images of a full scale functional replica of the Sojourner rover
• Pathfinder landing site as seen from orbit by Mars Reconnaissance Orbiter
• Paper model (source)