Как NASA посадит новый марсианский ровер — 6 шагов и 7 минут ужаса

На этой неделе NASA будет сажать на поверхность Марса ровер нового поколения — Perseverance. Аппарат уже приблизился к планете, но критическая часть состоится 18 февраля (с 23:30 до 23:55 по Москве), и, несмотря на все расчеты и симуляции, достаточно одной ошибки, чтобы все кончилось печально. 

Процесс посадки ровера разделен на три основные стадии: Вход (в атмосферу), Снижение и Посадка. Если первые две должны пройти без проблем, то посадка представляет наибольшую опасность. В общей сложности, процесс займет несколько минут, которые называют "семью минутами ужаса". Учитывая, что лишь 40% всех миссий на Марс закончились успешно, воспринимать как должное нынешнюю посадку нельзя.

Perseverance должен снизить скорость с 20 тысяч километров в час до нескольких километров в час за считанные минуты. Все это аппарат будет осуществлять в автономном режиме, так как радиосигналу требуется 11 минут, чтобы достичь Земли. Ситуацию усложняет две новые технологии NASA, которые никогда не использовались на Марсе. 

Давайте рассмотрим весь процесс в шести шагах.

#1 Финальная подготовка

За 10 минут до входа в атмосферу аппарат отсоединится от носителя, включающего солнечные панели, радио и топливные баки, используемые во время полета к Марсу. К поверхности полетит только защитная аэрооболочка с посадочным модулем и ровером внутри. Прежде чем войти в атмосферу, аппарат активирует небольшие двигатели на задней части оболочки, чтобы сориентировать капсулу оптимальным образом.

#2 Вход в атмосферу

Во время входа в атмосферу Марса сопротивление значительно снизит скорость, при этом значительно нагревая оболочку. Максимальная температура будет достигнута через 80 секунд после входа в атмосферу, внешняя часть щита достигнет 1300 градусов Цельсия. Оболочка защитит ровер от экстремальных температур.

По мере снижения аппарат будет сталкиваться с областями разной плотности, что может сбить его с курса. Для компенсации вновь активируются задние двигатели, чтобы сохранить угол и направление движения к цели.  

#3 Активация парашюта

Тепловой щит еще более снизит скорость, примерно до 1600 километров в час, после чего активируется сверхзвуковой парашют. Чтобы сделать это вовремя, Perseverance использует новую технику расчета дистанции до цели и выпускает парашют в идеальное время.

Диаметр парашюта составляет 21.5 метра, а его выпуск произойдет примерно через 240 секунд после входа в атмосферу, на высоте около 11 километров. 

#4 Направление на место посадки

Через 20 секунд после активации парашюта тепловой щит отстреливается. Ровер впервые сталкивается с атмосферой Марса. Включаются основные камеры и инструменты для фиксации на поверхности. Посадочный радар пускает сигналы для точного определения высоты. Тут же включается новая навигационная система.

При помощи специальной камеры выявляются особенности поверхности, которые сравниваются с бортовой картой, что позволит узнать точное направление снижения. Команда миссии заранее проанализировала регион для выявления самого безопасного места посадки. Если Perseverance увидит, что двигается в опасном направлении, то самостоятельно выберет самое ровное место, до которого сможет дотянуть. 

#5 Снижение на ракетных двигателях

В разряженной атмосфере Марса парашют способен снизить скорость аппарата только до 320 километров в час. Чтобы скорость была безопасной для посадки Perseverance должен отбросить парашют и проделать оставшийся путь на ракетных двигателях. 

Прямо над ровером располагается посадочный модуль. Он чем-то напоминает реактивный ранец с восемью двигателями, направленными в сторону поверхности. Когда аппарат достигнет высоты 2100 метров, ровер отбросит заднюю часть защитной оболочки и активирует посадочные ступени.

Во время такого снижения аппарат может быстро маневрировать, чтобы избежать столкновения с парашютом или оболочкой. Направление корректировки также определяется местоположением относительно безопасной локации.

#6 Посадка при помощи крана

Ракетные двигатели снизят скорость аппарата до 2.7 километров в час, после чего активируется небесный кран. За 12 секунд до посадки, на высоте 60 метров, посадочная ступень опустит ровер на серии кабелей, длиной 6.4 метра. Тем временем ровер включает свои системы передвижения, фиксируя ноги и колеса для "приземления".

Как только ровер почувствует, что колеса коснулись поверхности, соединительные кабели оборвутся. Ступень отлетит в сторону и совершит самостоятельную неконтролируемую посадку на безопасной дистанции от Perseverance.

Очевидно, что процесс сложный, особенно с учетом автоматизации. Люди на Земле никак не смогут повлиять на успех миссии во время снижения, так что критическую часть и называют семью минутами ужаса. А если случится катастрофа, то мы узнаем об этом с задержкой — пока сигнал не доберется до приемников. 

NASA будет активно мониторить весь процесс до входа в атмосферу, проверяя питание систем и поступление данных к бортовому компьютеру. Отметить успех получится только когда ровер отправит сообщение, что сел и в безопасности.

Хотя Perseverance основан на модели Curiosity, он включает множество новых особенностей, в том числе камеры и подземный радар. Аппарат будет изучать кратер Езеро в поисках следов жизни, так как на его месте находилось озеро и дельта реки. 

Помимо этого Perseverance будет изучать геологию, погоду, запустит летающий дрон Ingenuity и соберет образцы для будущей миссии.