Марс окружен роботами: почему ОАЭ, Китай и США одновременно решили послать свои аппараты к Марсу?
В полночь на 19 февраля небеса Марса разверзлись и с них звездой упал американский марсоход Perseverance («Настойчивость»), впервые оснащенный вертолетом. На поверхность он сел в целости. Через пару месяцев компанию ему составит китайский марсоход, который уже прибыл на орбиту Красной планеты на зонде «Тяньвэнь-1» и сейчас наматывает круги, выбирая удобное место для посадки. А первым 9 февраля к Марсу прибыл арабский зонд. Что они там ищут — нефть? Откуда такое внимание к Марсу? В чем уникальность миссий и куда смотрит Россия?
Герберт Уэллс был бы доволен. События развиваются практически зеркально его произведению «Война миров». Не с Марса на Землю, а в обратном направлении в июле 2020 года было произведено три «выстрела». С разницей в несколько дней к Красной планете ушли арабская, китайская и американская космические станции. Сейчас первые две уже на орбите, а 19 февраля на поверхность сел марсоход NASA. Цели у них примерно одинаковые — нефть. Ну почти.
Данные — это новая нефть, сказал основатель Alibaba Джек Ма. А нераскрытых загадок на Марсе столько, что, получается, на Красную планету все отправились действительно за нефтью. А ОАЭ и Китай еще и войдут в историю как 5-я и 6-я страна, прибывшие на орбиту Марса (ЕС мы посчитали за одну). Но давайте сначала о тайнах Марса, а потом о проектах.
Есть ли жизнь на Марсе?
Геология — как известно по сериалу «Теория большого взрыва» — самая скучная из точных наук. Но если мы хотим узнать, почему на Земле комфортные условия для жизни, а на Марсе и Венере нет — надо разобраться. А вдруг и нам грозит такая же катастрофа (спойлер: нет), а может, Марс можно приспособить для колонизации (без комментариев) или хотя бы облегчить высадку людей на Красную планету (может быть)?
Первое фото Марса, сделанное китайской космической станцией «Тяньвэнь-1»
В прошлом веке первые советские и американские зонды с сожалением убедились, что высокоразвитую цивилизацию мы на Марсе не найдем. Но XXI век вернул интерес к нему. Новые исследования показали, что вода на планете есть — пусть и в виде льда. Более того, ландшафт показывает, что когда-то большая часть планеты была покрыта океаном. Куда же делись реки-моря-океаны, почти вся атмосфера Марса, наконец? И успела ли зародиться жизнь, какой она была? А может, ее до сих пор можно найти под поверхностью?
Здесь и далее следует добавлять «с большой вероятностью» после каждого утверждения. Потому что там, где на земле сотня геологов взяла бы по тысяче образцов и всесторонне исследовала бы их в лабораториях всего мира, нам приходится обходиться фотографиями с орбиты и редкими образцами почвы, которые анализируют самые высокотехнологичные, но, увы, мобильные и крайне ограниченные по функциональности лаборатории на марсоходах и орбитальных зондах. Но человечество не сдается и каждый раз пытается хотя бы в замочную скважину подсмотреть (а также понюхать и послушать), что происходит на соседней планете.
Ради науки. И немного — для гордости
ОАЭ запустили космическую программу и одной из первых миссий решили отправить зонд к Марсу. Амбициозно, но условия позволяют — страна пошла на внушительные расходы и создала зонд совместно с американскими университетами, а запустила его на японской ракете. Читерство? Не думаю. Можно было самим много лет проектировать ракету и зонд, а теперь сразу вырастет привлекательность профессии космического инженера — у них будет возможность управлять зондом у Марса. Да и свои устройства будет делать проще, используя опыт создания межпланетной станции Al Amal («Надежда»), пусть основную работу и выполнили американские университеты.
К 50-летию образования ОАЭ Космический центр имени Мохаммеда бин Рашида запустил первый зонд этой страны на орбиту Марса
Интересно, что зонд вышел к Марсу 9 февраля и всего на один день опередил китайский аппарат. Так ОАЭ неожиданно опередили Китай и стали 5-й страной, которой удалось послать аппарат на орбиту Красной планеты (после СССР/России, США, ЕС и Индии). Представляете, у страны еще нет лунной миссии (запланирована на 2024 год), а уже могут похвастаться данными с Марса.
Хотя ОАЭ создавали зонд на свои средства, страна стремится влиться в общемировое сообщество исследователей космоса. Данные обещают предоставить в общий доступ, а цели выбирались совместно с ведущими специалистами мира, чтобы они могли дать новую информацию. В результате создан зонд массой 1350 кг — относительно скромно по нынешним меркам, поэтому у него всего три научных прибора: мультиспектральная камера (то есть сможет снимать не только в видимом диапазоне волн, но и подглядывать в соседние), а также ультрафиолетовый и инфракрасный спектрометры.
Главные задачи — изучить погоду и динамику атмосферы Марса в нижних слоях атмосферы, понять, как он лишился почти всей атмосферы (сейчас ее давление 1/150 от земной), наблюдать за динамикой концентрации водорода и кислорода. Кроме новых знаний о геологии планеты эти данные помогут определить, была ли когда-то на Марсе жизнь и может ли она существовать сейчас, а также помогут подготовить будущую экспедицию людей на планету. Работа орбитальной станции рассчитана на два года.
Красный десант
Китайская миссия к Марсу «Тяньвэнь-1» («Вопросы к небу»). Китай уже достаточно опытен в космических исследованиях — он запускает спутники и целые орбитальные станции вокруг Земли, а в 2019 году впервые посадил луноход на обратную сторону Луны. Поэтому Марс был естественной ступенькой в изучении космоса. Но какова наглость, хорошая исследовательская наглость, — Китай надеется не только вывести орбитальную станцию вокруг Марса, но и посадить марсоход. С первого раза мягкая посадка зонда на поверхность не удавалась ни России, ни США, ни ЕС.
Китай в первой же миссии на Марс отправил орбитальный зонд, посадочную площадку и марсоход. Зонд уже успешно вышел на орбиту, а высадку марсохода ещё будут готовить пару месяцев
Сейчас 5-тонный модуль «Тяньвэнь-1» переходит на постоянную рабочую орбиту — он сможет вести и самостоятельную работу по съемке и исследованию Марса. Когда он уточнит ландшафт Красной планеты, то выберет место, куда в апреле высадится марсоход. Это будет относительно небольшой аппарат массой 240 кг, на котором стоят мультиспектральная камера, георадар (который сможет рассматривать планету вглубь до 100 метров), магнитометр, метеостанция и анализатор грунта.
Орбитальная станция рассчитана на 2 года работы, ровер — на 3 месяца. В итоге Китай надеется создать геологическую карту Марса, исследовать состав и свойства поверхности Марса, найти месторождения водяного льда, а также изучить атмосферу и электромагнитные поля планеты.
Скучные цели? Да это же настоящая разведка перед высадкой людей на Марс! Изучат свойства поверхности, чтобы обеспечить мягкую посадку, водяной лед и минералы позволят получать кислород, топливо и вещества для строительства базы. Кажется, Китай надеется нагнать все годы своей космической спячки.
Упаковщик посылки на Землю
Хотя марсоход NASA прибыл последним к Марсу, зато задерживаться на орбите не стал — сразу пошел на посадку. Такая решительность объясняется большим опытом NASA в марсианских миссиях — Perseverance чуть тяжелее и практически такой же по размерам, как Curiosity, который уже 9 лет работает на поверхности Марса.
С одной стороны, посадка уже отработана, с другой — она очень сложна. Атмосфера слишком разрежена, чтобы спустить его на парашютах. Но все-таки ее достаточно, чтобы сжечь аппарат при неаккуратной посадке. В результате приходится комбинировать торможение об атмосферу, защищая аппарат тепловым щитом, потом тормозить парашютом, а затем уже останавливать его реактивными двигателями: «небесный кран», больше похожий на реактивный ранец, зависает над поверхностью и опускает марсоход на тросах (кран затем отлетает, чтобы не повредить устройство). NASA называет это «7 минутами ужаса», потому что любое отклонение от программы приведет к катастрофе, а управлять процессом невозможно: сигнал до Земли в данном случае шел в полтора раза дольше — 11 минут.
Впервые вне земли планируется запустить вертолет. Сейчас дрон под названием Ingenuity («Изобретательность») закреплен на марсоходе, но после подготовки совершит несколько 30-секундных полетов, чтобы узнать, можно ли передвигаться в марсианской атмосфере. Сигнал с Марса до Земли идет от 3 до 22 минут, и за это время марсоход может продвинуться только на расстояние, которое успел осмотреть с камер. Дальше его боятся отпускать инженеры, чтобы он не упал с камня или не застрял в малозаметной расселине. Потенциально вертолет сможет видеть дальше, что позволит марсоходу преодолевать большее расстояние. Также он может достигать труднодоступных мест на Марсе и других небесных телах.
Скромное черно-белое изображение — это просто тест. Теперь мы знаем, что самый большой в истории марсоход Perseverance удачно приземлился и начал выполнять миссию NASA
Сделать вертолет было непросто. Как мы упоминали, атмосфера Земли примерно в 150 раз плотнее. Для сравнения: того же порядка разница в плотности у воды и воздуха — представьте, каково подводной лодке на берегу! Чтобы летать в такой атмосфере, 1,8-килограммовому аппарату придется вращать лопастями со скоростью 2600 оборотов в минуту.
Новый марсоход также будет изучать атмосферу и поверхность Марса. Но главное, что он соберет образцы, которые потом планируется доставить следующей миссией на Землю! Это первый проект такого рода. Посадка марсохода Perseverance проведена в кратере Джезеро (Jezero), в котором раньше было озеро. Значит, в нем была вода, могла быть жизнь, и найти ее в образцах почвы в земных лабораториях будет гораздо проще.
Еще одно интересное устройство на марсоходе — синтезатор кислорода. Он должен производить газ для дыхания из атмосферы, состоящей в основном из углекислого газа. Если прибор удачно сработает, не придется везти с Земли воздух для космонавтов — это позволит существенно сократить массу груза. В остальном задачи привычны — понимание особенностей поверхности и атмосферы Красной планеты, имеющихся запасов водяного льда и минералов. Они помогут изучить планету и спланировать высадку астронавтов, которую мы ждем в 2030—2040-х годах.
P. S. А как же Россия? Расстрою «всепропалистов». Российско-европейская миссия «ЭкзоМарс» стартовала еще в 2016 году. Посадка модуля Schiaparelli не удалась, но орбитальная станция TGO исследует газовый состав атмосферы и распределение водяных льдов на поверхности еще с 2017 года. И в доказательство, что она не прохлаждается на орбите — как раз перед прилетом трио с Земли станция выдала новое открытие, — в атмосфере Марса периодически наблюдаются выбросы мизерных количеств хлороводорода. Откуда он, в каких процессах образуется и как это можно использовать — ученым еще предстоит узнать. А на будущий год запланирован старт следующей части миссии, которая включает высадку марсохода.
Планета, заселенная роботами: Почему 2021-й становится годом Марса
Прямо сейчас на расстоянии 235 миллионов километров от нас новенький аппарат NASA Perseverance готовит свои инструменты и приборы для работы: осуществляет тестовые выстрелы лазером, крутит колеса, фотографирует все вокруг и отсылает снимки на Землю. После возникновения первых реалистичных идей полететь на Красную планету прошло меньше века, после первых попыток — 50 лет. Теперь мы можем получать аудио и видео с Марса чуть ли не в прямом эфире.
Дорога к нему была долгой и непростой: сложный орбитальный график, который позволяет запускать туда аппараты только раз в несколько лет, связь, которая полностью теряется, когда Марс оказывается по другую сторону Солнца от Земли. Но человечество справилось с этими вызовами, и сегодня на орбите и на поверхности планеты работает несколько аппаратов. После этого планы заселить ее не только роботами уже не кажутся фантастикой.
Соперники
В июле 1965-го американский зонд Mariner 4 стал первым рукотворным объектом, который достиг марсианской орбиты и смог передать данные на Землю. Это был разгар холодной войны, с момента знаменитой «лунной» речи Джона Кеннеди прошло три года, только полгода оставалось до удачного для NASA 1966-го, когда агентство получило рекордные 4,4% от всего бюджета Соединенных Штатов. И хотя Марс никогда не был ни причиной выделения столь значительных средств, ни их научным бенефициаром, все же он стал весомым пунктом в перечне уголков Солнечной системы, где успешные космические державы пытались достичь первенства.
Ни Соединенные Штаты, ни СССР не собирались уступать ни одной планеты из тех, что были доступны тогдашним ракетам и аппаратам. Пока лучшие инженеры создавали системы жизнеобеспечения, а астронавты и космонавты готовились к первым полетам за пределы земной орбиты — на Луну, команды ученых боролись за возможность исследовать ближайших соседей: Венеру, Меркурий и Марс. Как и Луну. На рубеже 60—70-х годов эти планеты были символом престижа, мощи и технологического первенства. Но отправлять туда космические корабли было слишком дорого и опасно.
Ни Соединенные Штаты, ни СССР не собирались уступать ни одной планеты из тех, что были доступны тогдашним ракетам и аппаратам.
Установка на Луне американского флага астронавтами Apollo 11. Фото: NASA
Шли годы, США победили в лунной гонке, и продолжать престижные космические игры соперники не могли. Пилотируемые миссии были сконцентрированы на низкой околоземной орбите, а от вожделенных фантастами и учеными полетов на Красную планету решили отказаться. Мол, надо сначала исследовать, как на наш вид влияют микрогравитация и космическое уединение в целом, а уже потом рисковать. Так и не рискнули.
Но Марс продолжал интересовать человечество. Первые данные, полученные с планеты еще во время горячей фазы гонки, показали, что Марс имеет некую атмосферу, а его поверхность достаточно твердая, чтобы ее можно было изучать непосредственно. Исследователи узнали, что таинственные каналы, которые итальянский астроном Джованни Скиапарелли принял за построенные инопланетным разумом конструкции, очень похожи на русла рек.
По сравнению с другими планетами внутренней Солнечной системы Марс имел значительные преимущества для исследования. У него было что исследовать, в отличие от Меркурия, и он не угрожал раздавить аппараты своей атмосферой, в отличие от ближайшей соседки Земли, Венеры. Поэтому в следующие 30 лет основным двигателем изучения Марса были его доступность и сходство с Землей. И этот опыт лишь подтвердил уверенность в том, что планета станет следующей целью для пилотируемых миссий.
У Марса было что исследовать, в отличие от Меркурия, и он не угрожал раздавить аппараты своей атмосферой, в отличие от Венеры.
Меркурий, Венера, Земля, Марс
Роботы-исследователи
В 90-х произошел качественный скачок в планетарных исследованиях. Этому способствовали развитие технологий, уменьшение размеров компьютеров и удешевление космических запусков в результате выхода на спутниковый рынок коммерческих операторов связи. NASA начало работу над Mars Exploration Program — полноценными долгосрочными планами изучения планеты. С научной точки зрения основной целью программы стал поиск жизни или ее признаков. Более прикладной — подготовка к тем же пилотируемым полетам и прогулкам человека непосредственно в марсианской пыли.
Марсоход NASA Perseverance за несколько минут до вхождения в атмосферу Марса. Фото: NASA / AFP
Специалисты NASA решили идти эволюционным путем: от статических посадочных платформ они сделали шаг в направлении мобильных роверов. Самый первый из них, 11-килограммовый Sojourner, доказал, что на Марсе можно перемещаться с помощью колес. Pathfinder закрепил этот успех и начал настоящие геологические исследования планеты. Его преемники — «братья» Spirit и Opportunity получили отдельные инструменты для более точных и сложных исследований. Наиболее известный сейчас ровер Curiosity ищет следы древней воды и условия, в которых могла бы сохраниться жизнь.
Что касается Perseverance, посадку которого человечество наблюдало в феврале 2021-го, то этот робот будет искать непосредственно признаки жизни и собирать образцы марсианского грунта, которые затем будут отправлены на Землю.
Сегодня на орбите и на поверхности Марса работает 11 аппаратов. Среди них — индийский, пара европейских, новички из Объединенных Арабских Эмиратов и Китая и, конечно, американские. Полноценно поверхность Красной планеты до сих пор подчинилась только США.
Сегодня на орбите и на поверхности Марса работает 11 аппаратов. Индийский, пара европейских, новички из Объединенных Арабских Эмиратов и Китая и американские.
От раскрасок к HD-видео
Если предыдущие шаги между исследовательскими миссиями были именно эволюционными, Perseverance можно смело назвать революционным аппаратом. Слишком много раз рядом с его названием можно поставить слово «впервые». Он впервые совершил посадку с применением умной системы, работающей с помощью нейронных сетей. Впервые будет не просто изучать образцы пород на месте, но и собирать их для дальнейшего исследования уже на Земле. Впервые попытается добыть кислород непосредственно из марсианской атмосферы. Впервые несет на себе еще один аппарат — полноценный марсианский вертолет! Впервые попытается найти окаменелости, которые однозначно укажут человечеству: жизнь когда-то существовала за пределами нашей планеты.
Сотрудник NASA вручную раскрашивает первое цифровое фото с Марса (миссия Mariner 4). Фото: NASA
И эта революционность не случайна. Ведь NASA за 60 лет непрерывных исследований успело накопить достаточно опыта для воплощения самых смелых идей, которые могут прийти в голову ученым. Хотите обработать камешки рентгеновским излучением? Пожалуйста. Хотите иметь возможность пробурить скалу, чтобы исследовать ее изнутри? Держите соответствующий инструмент. Хотите видеть и слышать Красную планету? Почему бы и нет!
Perseverance еще и самый мультимедийный робот NASA. Его посадку в формате видео одновременно снимали несколько камер (просто потому, что могли), установленный на мачте фотоаппарат подарит человечеству еще сотни панорам дельты древней марсианской реки, а два полноценных микрофона позволят нам представлять, что мы сами стоим на поверхности планеты и прислушиваемся к завываниям ветра в разреженной атмосфере.
Посадку Perseverance в формате видео одновременно снимали несколько камер просто потому, что могли.
Звуки марсианского ветра, записанные микрофоном Perseverance
Микрофон, кстати, имеет и прикладное значение. С его помощью инженеры могут слышать, как работают их инструменты и приборы: как шевелится роботизированная рука, как гудит аппарат, расставляющий колбы с образцами грунта внутри специального хранилища. Это — полноценная система диагностики, которая поможет искать неисправности и недостатки.
Настоящий путь Perseverance начался в 2021 году во время его посадки. Но почти одновременно с ним к Марсу прибыли и другие аппараты. Ожидается, что в мае на поверхность планеты доставят китайский марсоход. За что же борются США и Китай?
США vs Китай
Если космическая гонка XX века была соревнованием в плоскости технического и военного престижа, то XXI век перевел эту гонку в плоскость науки. Самого факта достижения Марса сегодня уже мало: нужны данные, гигабайты, сотни гигабайт данных. Нужны фото, замеры, исследования — то, о чем не могли и мечтать советские и американские инженеры середины 60-х.
Если космическая гонка XX века была соревнованием в плоскости технического и военного престижа, то XXI век перевел эту гонку в плоскость науки.
Потому как есть, например, Индия, которая смогла вывести собственный аппарат на марсианскую орбиту с первой попытки и сделала это четвертой в мире, после США, СССР и Европейского союза. Но с 2014 года количество научных работ, которые были написаны на основе собранных орбитером данных, просто мизерная. Гордость индийского космического агентства в отношении успешного запуска Mars Orbiter разбивается о простой вопрос: а что от этого получило человечество?
Инженеры работают над орбитальным кораблем в Организации космических исследований и разработок Индии, 2013 год. Фото: Reporter / Eastnews
И именно это является основным отличием между сегодняшней гонкой и гонкой времен холодной войны. Научные данные — это международное сотрудничество. Это открытие. Это контроль и навязывание (особенно этими инструментами любит пользоваться Китай). Война и соревнование никогда не прекращались, они трансформировались и перешли на другой уровень — интеллектуальный.
Именно наука, а не отдаленная перспектива вставить в марсианский грунт свой флаг или колонизировать планету является основным двигателем сегодняшней гонки. Именно в науку — в исследование истории Солнечной системы, в поиск ответов на вопросы «одни ли мы во Вселенной» и «что превратило Марс в мертвую пустыню» — передовые государства готовы вкладывать миллиарды долларов и десятки тысяч часов работы лучших умов человечества.
США уверенно удерживают лидерство в исследовании космоса. Настолько уверенно, что успехи одного этого государства можно сравнить с совокупными успехами остального мира. Но выход новых игроков, особенно таких неожиданных, как ОАЭ, чей орбитальный зонд также прибыл на Красную планету в феврале, вселяет надежду. Космос требует очень больших денег, и именно поэтому в ближайшие десятилетия Марс останется полем битвы на уровне государств, а не отдельных компаний. Хотя, возможно, и здесь есть одно исключение.
Космос требует очень больших денег, и именно поэтому в ближайшие десятилетия Марс останется полем битвы на уровне государств, а не отдельных компаний.
Исключение по имени Илон Маск
В 2016 году презентация проекта Starship тогда еще не самого богатого человека планеты вызвала настоящий фурор. О Марсе заговорили даже те, кто не смог бы сказать, на какой орбите от Солнца он находится. В метафорическом смысле обещанием построить Starship и доставить людей на Красную планету Маск оказал человечеству другую невероятно важную услугу: он построил корабль мечты, связавший нас с Марсом ментально.
Планы отправлять людей на Марс тысячами, предоставить транспорт для строительства настоящих внеземных колоний, обеспечить логистику между колыбелью человечества и его следующим домом, безусловно, вдохновляют. Даже если учесть привычный для Маска чрезмерный оптимизм. Starship строят на наших глазах, недавно прошли первые успешные испытания, когда прототип этого корабля взорвался не во время посадки, а немного позже. Даже потенциальные пять лет, которые понадобятся для доведения проекта до рабочего этапа, не перечеркивают главного: замысел вполне осуществим. Большой корабль, который будет способен доставить на Красную планету несколько сотен человек, — это завтрашняя реальность.
Первая презентация проекта Starship. С тех пор многое изменилось, но все же общий концепт остается тем же
И все же эта реальность пока не предусматривает никаких автономных баз, не говоря уже о полноценной колонизации. Марс — очень опасная и непригодная для жизни среда, значительно опаснее самых экстремальных мест на Земле. Добавьте к этому минимальные шесть месяцев, необходимые для путешествия, задержку сигнала в десять с лишним минут, отсутствие условий для поддержания земной жизни.
Да, люди нашли на Красной планете воду. Да, они действительно способны добывать там кислород и топливо для ракет. Да, там можно строить герметичные бараки и использовать ресурсы. Но все это еще нужно сделать. Между первым шагом человека на поверхности мертвой чужой планеты и возможностью на ней жить пройдут в лучшем случае несколько десятилетий.
Исключение из правил по имени Илон Маск на самом деле лишь подтверждает правило: заниматься колонизацией придется государствам. Потому что просто построить корабль недостаточно для переселения на другую планету. Потому что Starship, который сможет летать на Марс, не сможет создать там все необходимые условия для жизни. А до тех пор, пока мы по-настоящему этого не осознаем, Марс так и останется единственной планетой Солнечной системы, которая заселена одними роботами.
На обложке: иллюстрация с Perseverance на поверхности Марса. Mark Garlick / Science Photo Library/ AFP