Марс по дешевке: ученые работают над революцией доступа к Красной планете

Концепции включают в себя усовершенствованные вертолеты “Марс” и недорогие орбитальные аппараты и посадочные модули, сообщает новость space.com.

В то время как официальные лица НАСА и Европейского космического агентства, а также специалисты по планированию в Китае планируют сверхдорогие и сложные миссии по возвращению образцов с Марса, растет число исследователей, разрабатывающих недорогие и новые способы дальнейшего изучения Красной Планеты.

Будь то усиленные вертолеты или недорогие посадочные и орбитальные аппараты, они говорят, что пора создать новые сценарии для сбора большего количества данных из самых разных мест в этом удаленном мире.

Как использовать относительно дешевый аппарат для следующего раунда исследований, поддерживает Бетани Элманн, планетолог из Калифорнийского технологического института в Пасадене.

«Марс, как и Земля, разнообразен. В разных местах можно делать разные снимки окружающей среды», – сказала Элманн Space.com. Она добавила, что предстоит много исследований, сославшись на возможность посещения удивительных и экзотических мест, которые космические корабли сфотографировали с орбиты, такие как система каньона Valles Marineris и полярные шапки Марса.

«Такая сложная система, как Марс, требует как ширины, так и глубины, – сказала Эльман, – а это означает поиск новых способов исследования в нескольких местах за счет снижения стоимости полета космического корабля с помощью технологий или новых программных парадигм и сотрудничества. Представьте себе полдюжины мобильных исследователей Марса, которыми управляют университеты по всей стране … Это вдохновит студентов на карьеру в науке и технике! ”

По словам Эльманн, после десятилетий исследования Марса на многие важные вопросы, которые остаются, можно ответить только с помощью ботинок на земле, будь то робот или человек.

Подходы NewSpace

«НАСА всегда очень избегало рисков. Это вполне понятно, поскольку тратятся деньги налогоплательщиков», – сказал Роберт Лиллис, заместитель директора по планетарной науке и астробиологии Лаборатории космических наук Калифорнийского университета в Беркли.

Лиллис указывает на программу НАСА «Малые инновационные миссии по исследованию планет» (SIMPLEx) как на «смелую попытку» содействовать первоклассной планетарной науке за небольшую часть стоимости типичной миссии Discovery. (Программа NASA Discovery поддерживает амбициозные, но относительно недорогие исследовательские работы. Текущий предел затрат на миссию Discovery составляет около 500 миллионов долларов.)

По словам Лиллис, SIMPLEx также служит ориентиром для поиска компромисса между стоимостью и риском.

Например, миссия Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers (EscaPADE) – это проект SIMPLEx, обещающий очень хорошую отдачу с точки зрения науки за доллар, сказал Лиллис, главный исследователь EscaPADE. Общая стоимость этой миссии на Марс, которая, по прогнозам, выйдет на орбиту вокруг Красной планеты в 2026 году, оценивается ниже 80 миллионов долларов.

По словам Лиллис, двойные зонды EscaPADE обеспечат уникальную “стерео” перспективу очень сложной системы верхних слоев атмосферы Марса. «Наши два космических корабля – Синий и Золотой – дадут нам две пары глаз, что позволит нам впервые понять в реальном времени реакцию моделей атмосферных потерь Марса на электромагнитные порывы и галы солнечного ветра который ударяется о Марс, – сказал он.

По словам Лиллис, использование подходов “NewSpace” к разработке космических аппаратов позволит группировкам небольших спутников исследовать и контролировать марсианскую атмосферу с беспрецедентной точностью и охватом. «Мы сможем видеть все части планеты в любое время дня, от поверхности до верхних слоев атмосферы».

Лиллис добавил, что такая «ситуационная осведомленность» будет иметь решающее значение для защиты будущих исследователей-людей двумя основными способами. Во-первых, более точные характеристики приземного давления воздуха и ветра позволяют более безопасно входить, спускаться и приземляться. Во-вторых, мониторинг погоды позволит точно прогнозировать погоду за счет ассимиляции данных.

«Когда мы говорим о том, что прогноз погоды на Марсе важен для безопасности исследователей, мы говорим о пыльных бурях, региональных или глобальных», – сказала Лиллис. «Пыльные бури снижают выработку солнечной энергии и уменьшают видимость».

Поставьте точки на далекую планету

Новой технологией для дешевой и безопасной приземления на Марс является концепция малых высадочных устройств с высокой ударной энергией (SHIELD), которая сейчас изучается в Лаборатории реактивного движения (JPL) НАСА в Южной Калифорнии.

«SHIELD – это, по сути, спускаемый аппарат и амортизатор в одном», – сказал Луис Гирш, главный исследователь SHIELD.

«Он не сможет вывести на поверхность космический корабль, такой как марсоход Perseverance, но он может позволить ученым изучать больше поверхности Марса во время выполнения более крупных миссий НАСА», – добавил Гирш. «Мы все еще оцениваем, какие виды научных инструментов имеют смысл, но датчики погоды, камеры и масс-спектрометры – все это на чертежной доске».

Цель SHIELD – снизить затраты на посадочный модуль на Марс на порядок, сделав выполнимым широкий набор потенциальных миссий. Например, эта технология потенциально может позволить НАСА уничтожить десятки отдельных роботов за относительно короткий промежуток времени, усеив далекую планету посадочными модулями.

Гирш сказал, что SHIELD наложит больше ограничений на научную полезную нагрузку по сравнению с более традиционными посадочными модулями на Марс. По его словам, научные полезные нагрузки должны быть еще более компактными и прочными, но с ожидаемым преимуществом более частого доступа к поверхности Марса в результате снижения стоимости миссии.

Смена парадигмы

«Возможность недорогого частого доступа к Марсу уже здесь», – добавил Натан Барбер из JPL, системный инженер SHIELD. Эта дверь была открыта, когда кубсаты Mars Cube One (MarCO) A и B, получившие прозвище EVE и WALL-E, совершили успешный пролет над Марсом в ноябре 2018 года. Дуэт, строительство и эксплуатация которого обошлось JPL в 18,5 миллионов долларов, соединившись в поездке на посадочном модуле НАСА InSight Mars.

«SHIELD может быть доставлен в виде одного посадочного модуля или нескольких за один запуск. Недорогой посадочный модуль, такой как SHIELD, может позволить проводить измерения в первый раз или исследование пути, например, получение наземной информации, которая имеет решающее значение для более крупных и дорогостоящих миссий», – сказал Барбер.

Расширенный доступ к космосу – это захватывающе, продолжил Барбер, «потому что это означает больше возможностей для науки на Марсе. Если бы новый класс недорогих межпланетных миссий был реализован, это способствовало бы еще большему разнообразию исследований и предоставило бы новые возможности для многих молодых ученых и инженеров, начинающих свою карьеру”.

По словам Барбера, более мелкие и недорогие миссии космических кораблей могут обеспечить науку десятилетнего уровня параллельно с кампанией по возврату образцов с Марса. Сдвиг парадигмы в возможностях и стоимости может быть объяснен многими факторами, от снижения стоимости запуска на порядок благодаря совместному использованию и появлению малых ракет-носителей до производства научных инструментов, способных к высокоточным и/или принципиально новым измерениям.

Обучающие моменты

Еще одна идея будущего исследования Марса уже подкреплена многочисленными полетами вертолета НАСА Ingenuity. Компания Ingenuity, демонстратор технологий, наглядно продемонстрировала свои воздушные «штучки Райта» – но что будет дальше?

«Полеты “Изобретательности” превзошли все, что мы могли вообразить», – сказала Шанна Витроу-Мазер, руководитель исследовательского центра Mars Science Helicopter Vehicle Systems в Исследовательском центре Эймса НАСА в Кремниевой долине. «Каждый полет учит нас все большему и большему и открывает двери для будущих концепций миссий», – сказала она Space.com.

Одна идея, которая просачивается, – это усовершенствованный марсианский вертолет, гексакоптер, который может перевозить большие полезные нагрузки и преодолевать большие расстояния, чем нынешняя летающая “Изобретательность”. Витроу-Мазер сказала, что этот подход к Mars Science Helicopter обретает форму благодаря обучающим моментам, полученным из данных Ingenuity, которые загружаются и оцениваются после каждого полета.

«Каждый раз, когда “Изобретательность” летает, у вас немного задерживается дыхание», – сказал Витроу-Мазер. «Мы выполняем один полет за раз. Он намного превышает границы того, для чего был разработан и испытан здесь, на Земле».

Воздушная разведка

По словам Витроу-Мазер, определение будущего винтокрылого аппарата для Марса – это просто чудо. «Мы можем делать несколько действительно крутых вещей с винтокрылой машиной, – сказала она, – взлетая откуда угодно, а также зависая над интересующими объектами».

В настоящее время проводится оценка будущего развертывания в воздухе гексакоптера, который будет выпущен на полпути во время процесса входа, спуска и посадки. Потенциально можно было бы исследовать различные особенности Марса, которые сложно или невозможно исследовать марсоходам, например, полярные шапки, вертикальные скалы и грязевые вулканы.

Корабль также может преодолевать интригующие темные полосы Марса, известные как повторяющиеся линии склона, которые могут быть признаками активности жидкой воды. Гексакоптер также потенциально может помочь составить карту вертикальных профилей атмосферы или даже погрузиться в отверстия лавовых труб.

«Сообщество только начинает понимать, что можно сделать с помощью аэроразведки», – сказала Витроу-Мазер. «Винтокрылый аппарат позволяет нам двигаться намного дальше и быстрее. Новые транспортные средства могут стать катализатором для всех видов науки. Я думаю, что мы находимся в хорошем положении, чтобы воспользоваться любыми возможностями, которые появятся на нашем пути».