Вплоть до настоящего времени Марс остается американским: аппараты других стран до сих пор не совершили ни одной полностью удачной посадки на его поверхность. Нельзя сказать, что попыток было недостаточно: СССР потерял при этом несколько зондов, а в 2016 году здесь погиб европейский модуль Schiaparelli. В результате звездно-полосатые эмблемы несут все марсоходы, начиная c Sojourner и заканчивая работающим сегодня Curiosity.
В 2021 году их наконец могут разбавить представители других стран. С борта российской посадочной платформы «Казачок» в марсианскую пыль готовится выкатиться европейский планетоход Rosalind Franklin. Совместная миссия Роскосмоса и ESA «ЭкзоМарс-2020» должна стартовать с космодрома Байконур во второй половине лета и имеет все шансы нарушить американскую монополию на Красную планету.
Однако ценность этой миссии не только в знаменательном появлении на Марсе новых государственных символов. Rosalind Franklin — первый планетоход, действительно способный найти следы прошлой или даже современной жизни на Марсе. Недаром он назван в честь биолога из Великобритании Розалинд Франклин, одной из первооткрывателей двойной спирали ДНК.
Надежды на надежность
Европейский марсоход весит 310 кг, почти втрое меньше Curiosity, и несет около 26 кг научной аппаратуры — против почти 80 кг у «американца». Энергию Rosalind Franklin получает от солнечных батарей, тогда как Curiosity полагается на массивный 45-килограммовый плутониевый РИТЭГ. Распад плутония продолжается постоянно, а фотоэлементы могут производить энергию только при свете. Поэтому марсоходу придется пережидать темное время суток «в полусне», обогревая инструменты за счет заряда, накопленного в аккумуляторах за день.
Один-два раза в течение марсианских суток (солов — они лишь немногим длиннее земных) Rosalind Franklin будет отсылать на Землю панорамные снимки. Большого расхода энергии на связь не предвидится: спутник TGO, доставленный на марсианскую орбиту прошлой миссией «ЭкзоМарс-2016», выступит для аппарата в роли мощного ретранслятора. Управляющая марсоходом команда будет изучать эти панорамы, выбирать направление — и при следующем сеансе связи сможет передать указания о том, куда ему двигаться дальше.
Таким способом марсоход будет преодолевать максимум 100 м в сутки. Получается, что за расчетный срок работы он пройдет лишь около 4 км — в несколько раз меньше первого лунохода! Поэтому ученые возлагают большие надежды на надежность компонентов марсохода, которая позволит продлить время его службы. Их вдохновляет поразительный пример американского Opportunity, который проработал на Марсе больше 14 лет, хотя был рассчитан менее чем на год. Чем дольше выдержит Rosalind Franklin, тем больше шансов обнаружить воду и жизнь.
Хотя Марс уже давно превратился в сухую ледяную пустыню, некогда влаги здесь было предостаточно. И сегодня под пылью и глубже под поверхностью планеты сохраняются скопления водного льда. В экваториальных зонах марсианский грунт содержит его до 6%, а в мерзлых областях ближе к полюсам льда может быть и больше 50%. Rosalind Franklin совершит посадку в сравнительно умеренных широтах, и вода будет играть огромную роль в рабочем цикле марсохода.
Запал для бомбы
Для обнаружения воды и льда ровер несет нейтронный и гамма-спектрометр с блоком дозиметрии ADRON-RM. По конструкции он близок к аналогичному спектрометру DAN, который работает на американском марсоходе Curiosity. Оба инструмента были изготовлены в московском Институте космических исследований (ИКИ) РАН, хотя ADRON-RM более экономичен и компактен.
Размером с хорошую книгу, датчик весит всего 1,4 кг и потребляет максимум 5 Вт. О работе прибора нам рассказал руководивший его созданием Максим Мокроусов, заведующий лабораторией ядерно-физических приборов ИКИ РАН. По его словам, ADRON-RM способен работать в двух режимах. В пассивном он просто регистрирует нейтроны космических лучей: проникнув в марсианский грунт, часть из них уходит дальше на глубину, но некоторые отражаются от водородсодержащих соединений — прежде всего воды — и затем улавливаются приборами.
Второй, активный, режим работы ADRON-RM требует повышенных затрат энергии, зато он и более чувствителен. Прибор использует импульсный нейтронный генератор — по словам Максима Мокроусова, «конверсионный продукт», «фактически запал для ядерной бомбы». Такой генератор представляет собой вакуумированную трубку, к концам которой подведены электроды: срываясь с одного из них, частицы дейтерия ускоряются и ударяются во второй, в мишень, выполненную на основе гидрида лития, приводя к выбросу потока нейтронов.
Каждое импульсное включение генератора создает до 10 млн быстро летящих частиц, позволяя минут за десять просканировать грунт на глубину до 1,5 м и обнаружить здесь воду, если, конечно, она имеется под поверхностью в жидкой или твердой форме. Компактный «конверсионный продукт» намного эффективнее и экономичнее зарубежных аналогов. Максим Мокроусов считает, что именно благодаря ему предыдущий гамма-спектрометр DAN выиграл открытый международный тендер и был установлен на американском Curiosity.
Глубинное бурение
Главная проблема поисков жизни на Марсе в том, что на поверхности искать ее бесполезно: уж слишком здесь сухо. В 2009 году, когда такой экспериментальный поиск был проведен в одном из самых суровых мест на Земле, пустыне Атакама, богатые жизнью микробные «оазисы» удалось обнаружить только на глубине 2 м, где влаги становится чуть больше. Даже органические молекулы, следы древней и давно погибшей жизни, у поверхности вряд ли найдутся.
Из-за отсутствия глобального магнитного поля и атмосферы солнечные и космические частицы достигают поверхности планеты почти беспрепятственно, и уровень радиации на Марсе в сотни раз превышает обычный земной. За миллионы лет такой бомбардировки органические молекулы полностью разрушаются, даже находясь на небольшой глубине в грунте. Предполагается, что для поиска сохранившейся органики придется уходить на метр и более вниз.
На такую глубину не заглядывал пока что ни один марсианский аппарат: рекорд бурения для Красной планеты составляет всего 7,5 см. Миссия InSight, которая работала здесь в 2018—2019 годах, должна была достичь целых 5 м, однако конструкция бура — «самозабивающийся гвоздь», по выражению германских разработчиков, — оказалась неудачной. Он должен был пробиваться вниз за счет взведения и срабатывания пружины, но грунт на месте посадки аппарата был слишком сыпучим и не подошел для такой системы.
По счастью, Rosalind Franklin несет самый обычный сверлящий бур, он рассчитан на глубину до 2 м и сможет использоваться как минимум дважды, если в первый раз операторы миссии ошибутся с выбором места для работы. Подходящий участок укажет вода, которую должен зарегистрировать ADRON-RM. По мере погружения бура расположенный на нем инфракрасный спектрометр MA_MISS позволит отслеживать состав пород в стенке узкого — в пару сантиметров — отверстия, пока не будет достигнута цель.
Задержка рейса?
В одном из следующих номеров «ПМ» мы расскажем подробнее и о другой части миссии «ЭкзоМарс-2020» — посадочной платформе «Казачок». Хотя большей частью она создана российским НПО им. Лавочкина, парашютную систему для спуска на поверхность делают европейские партнеры. Она должна стать самой большой в истории марсианских миссий и достойна отдельного описания. По плану 15-метровый парашют для сверхзвуковых скоростей раскроется в верхних слоях атмосферы, он замедлит движение и вытянет следующий, 35-метровый. Только в самом конце пути сработают небольшие тормозные двигатели для окончательной мягкой посадки.
Такие большие парашюты еще не использовались для посадки на другие небесные тела, и при их испытаниях в Европе в 2019 году возникли проблемы. Поэтому европейцы обратились за помощью к более опытным коллегам из NASA и на февраль-март 2020 года были назначены новые тесты уже модифицированной и доработанной системы. На момент сдачи этого номера в печать ситуация остается подвешенной: если к нужному сроку систему посадки не отладят, то краткое пусковое окно июля-августа может быть упущено. Следующее столь же подходящее время наступит лишь в 2022 году, когда Марс снова окажется в удобном для перелета с Земли положении.
Такое происходит приблизительно каждые два года, и в 2018 году «ЭкзоМарс» уже пропустил нужный период. В прошлый раз задержка была связана с нехваткой финансирования проекта со стороны европейских стран, теперь же речь идет о технических проблемах, открыто признаваться в которых в ESA вовсе не горят желанием. Нам же остается надеяться, что парашюты будут уложены в срок, «Протон» отправит к соседней планете новый ровер и через год-другой биолог Rosalind Franklin скажет нам наконец, есть ли жизнь на Марсе.
