Миссия NASA стоимостью $2,5 млрд призвана найти признаки жизни на Марсе

«Чистая комната» JPL похожа на телевизионную комнату в фильме «Вилли Вонка и шоколадная фабрика»: это безупречно чистое помещение, в котором люди в белых комбинезонах и масках занимаются технологической магией. Но вместо камеры, превращающей детей в миниатюрные фигуры, центральным элементом здесь является новый марсоход Mars 2020, который NASA планирует отправить на Марс этим летом. Хотя Mars 2020 не бросает такой же вызов законам физики, как камера Вонки, он не менее волшебен по одной весомой причине: этот аппарат может окончательно ответить на вопрос, существовала ли жизнь на Марсе. Журналисты берут интервью у инженеров, работающих над миссией Mars 2020. Снимок сделан в «чистой комнате» JPL 27 декабря 2019 года. Фото: NASA / JPL-Caltech В последние дни 2019 года JPL, находящаяся в Пасадене, штат Калифорния, предоставила журналистам редкую возможность увидеть High Bay 1, просторную «чистую комнату» с постоянной онлайн-трансляцией, где инженеры NASA конструируют марсоход Mars 2020, а также системы для спуска на планету и семимесячного путешествия по ней. Строгий контроль температуры, влажности и рабочих процессов в этом помещении сводит к минимуму биологическое загрязнение, а также объем пыли и твердых частиц, которые могут помешать электронике. Это требует жестких правил для гостей. Перед входом в «чистую комнату» мы надеваем «костюмы зайчиков» — белые комбинезоны из полиэстера, ботинки и капюшоны, а также хирургические маски и латексные перчатки, приклеенные к рукавам. Нас также проводят через кабину, где сильные потоки воздуха удаляют со спецодежды микроскопический мусор. Не допускается наличие косметики, духов, одежды из шерсти и с рваными краями, а также тканевых ремешков на фотоаппаратах. У самой двери техники протирают камеры и смартфоны спиртом. Сотрудники JPL могут использовать только шампуни без запаха и один тип дезодоранта, а принимать душ перед входом в «чистую комнату» запрещено. Даже маскот «чистой комнаты» High Bay Bob, манекен в ярко-зеленых солнцезащитных очках в рождественском стиле, носит белый защитный костюм. «Мы не хотим запустить аппарат на Марс, а потом сказать об отправленном им образце: ″Эй, да тут же мои волосы″. Все правила, касающиеся того, что вы не можете делать или приносить с собой, призваны защитить научную составляющую этой миссии», — подчеркнул Дэвид Грюэль, менеджер по сборке, тестированию и запуску Mars 2020. В поисках жизни Mars 2020, который JPL начал строить в 2011 году, станет первым марсоходом для поиска доказательств того, что в прошлом на Марсе жили микроорганизмы. Он будет заниматься бурением, анализом и сбором геологических образцов из районов, которые раньше могли быть обитаемыми. Предполагается, что будущие миссии вернут их на Землю в 2026 году для более детального изучения. Запуск Mars 2020 — это первый шаг к цели, которую JPL начала обсуждать еще в 1980-х годах и которая в итоге стала кампанией по получению геологических образцов с Марса. После их изучения в лаборатории появятся ответы на некоторые важные вопросы. «Могла ли образоваться жизнь на Марсе, произошло ли это, а если нет, то почему?», — приводит примеры директор JPL Майкл Уоткинс. Проект стоимостью $2,5 млрд также протестирует технологии, которые понадобятся людям для долгосрочного пребывания на Марсе. В их число входят инструменты, которые улучшают посадку, производят кислород из марсианского воздуха, богатого углекислым газом, определяют состав почвы и подземных вод, а также фиксируют погодные условия. Среди проектов есть даже маленький вертолет, работающий на солнечной энергии, который предназначен для полетов с учетом марсианской атмосферы и пониженной гравитации. Этой весной NASA объявит официальное название Mars 2020, выбранное из более чем 9 млн вариантов. Марсоход запустят с мыса Канаверал во Флориде во время июльско-августовского окна, посадка на Марсе запланирована на 8 февраля 2021 года. Аппарат начнет свой путь по планете с кратера Джезеро, котловины древнего озера, где в прошлом с высокой вероятностью могла быть жизнь. Миссия продлится как минимум один марсианский год (примерно 687 земных дней) и охватит до 12 миль (более 19 км). Беспрецедентные сложности Одной из наиболее серьезных проблем в эксплуатации «чистой комнаты» является опасность загрязнения твердыми частицами, а другой — защита высокочувствительной электроники. Специальные ленточные барьеры держат репортеров на небольшом расстоянии от механиков, чтобы предотвратить случайные электростатические разряды. «Человеческое тело состоит из такого большого количества воды, что оно способно проводить электричество. Удар током от ходьбы по ковру и прикосновения к дверной ручке составляет около 20 тысяч вольт. Вы можете повредить некоторые из этих высокоскоростных электронных устройств, используя всего пять вольт. Мы снижаем этот риск с помощью контроля электростатического разряда», — рассказал Джеймс Шон Ховард, руководитель отдела проверки оборудования Mars 2020. Для этого аппаратуру окружают ионизаторами воздуха, которые нейтрализуют статическое электричество, наполняя воздух положительно и отрицательно заряженными ионами. В «чистой комнате» также поддерживается уровень влажности выше 30%, что делает воздух более проводящим и позволяет ему поглощать и распределять избыточные заряды. Когда инженеры работают над механикой, они соединяют специальные браслеты с проводом, который возвращает электричество на землю для предотвращения искр. Защитные костюмы также содержат элементы из углерода для снятия статического напряжения с ткани. Клетки Фарадея и иглы электростатического разряда — металлические шипы на внешней поверхности марсохода — защитят электронику на Марсе. Другим существенным препятствием является сложность инструментов и движущихся частей, многие из которых марсоход выводит наружу только после приземления. В нем используются более 30 систем, которые управляют подвижными элементами. «Каждый из этих механизмов, коробок передач и двигателей состоит из сотен маленьких деталей, и все они должны быть спроектированы, проанализированы, собраны и протестированы. Их трудно сделать супернадежными. И, конечно же, нет возможности починить их на Марсе», — отмечает заместитель руководителя проекта Mars 2020 Мэтт Уоллес. Инженерная модель марсохода Mars 2020 проходит тестирование на Mars Yard, территории, которая имитирует марсианские условия. Фото: NASA / JPL-Caltech Защитить от земных загрязнений систему, которая будет помещать образцы марсианской почвы в пробирки, особенно важно. «Передняя треть марсохода оснащена механизмом, похожим на швейцарские часы, который берет образец из роботизированной руки, оценивает его и герметично запечатывает в пробирке. Для работы над этим оборудованием требовался второй комплект стерильных перчаток«, — рассказывает инженер Зак Оуснамер. Развитие технологий по сравнению с Curiosity Марсоход Mars 2020 многое позаимствовал у Curiosity, одновременно развивая новые технологии. Он немного больше, чем Curiosity: его длина составляет 10 футов (примерно 3 м, не включая складывающуюся 9-футовую роботизированную руку), ширина — 9 футов (примерно 2,7 м), высота — 7 футов (примерно 2,1 м) вес — 2314 фунтов (более тонны). Как и Curiosity, Mars 2020 питает комбинация ядерной, аккумуляторной и солнечной энергий. Его шесть алюминиевых колес имеют более прочную конструкцию и покрытие, чтобы избежать вмятин, отверстий и сломанных протекторов, которые мешали Curiosity. Система спуска и посадки Mars 2020 повторит ошеломляющее снижение Curiosity, известное по видео «Семь минут ужаса». Mars 2020 отправится на Марс в защитной аэрооболочке, состоящей из верхней обшивки и нижнего теплозащитного экрана. Круглая спускаемая ступень с восемью тормозными ракетами будет прикреплена к марсоходу, как реактивный рюкзак, который опустит его на поверхность планеты. За несколько минут до этого парашют на верхней части аэрооболочки замедлит снижение аппарата до тех пор, пока потребность в теплозащитном экране не исчезнет и он не оторвется. В этот момент спускаемая ступень отсоединится от верхней обшивки, выпустит тормозные ракеты по направлению к поверхности Марса, чтобы замедлить снижение, и обеспечит аккуратное приземление марсохода. Затем она отсоединится, отлетит и упадет на некотором расстоянии. На этот раз несколько новых бортовых технологий обеспечат более контролируемое маневрирование при спуске, точную посадку и сбор данных для будущих миссий. Аппарат также будет включать в себя набор камер и микрофонов для просмотра происходящего от первого лица и прослушивания звуков приземления. Датчики будут измерять температуру верхней обшивки и нижнего теплозащитного экрана. Одна навигационная система будет контролировать снижение, ориентируясь на время развертывания парашюта и позицию космического корабля относительно точки спуска. Вторая поможет приземлиться, выделив опасную местность во время спуска с помощью сравнения свежих изображений приближающейся поверхности с предварительно загруженной картой Марса. Начало работы марсохода Оказавшись на поверхности Марса, семь приборов — отобранных из 58 предложений по всему миру и включающих в себя разработки французов, испанцев и норвежцев — проведут геологическую оценку местности, в которой спустился марсоход, чтобы попытаться обнаружить признаки древней марсианской жизни. Curiosity подтвердил, что на Марсе были подходящие условия для микроскопических форм жизни. Mars 2020 будет искать доказательства этому в виде биологических признаков — химических и молекулярных окаменелостей. В кратере Джезеро 3,5 млрд лет назад находились озеро и дельта реки, и образовавшиеся в воде скалы могут сохранять свидетельства существования жизни там. У Mars 2020 есть инструменты для отбора геологических образцов, их анализа и хранения в 43 контейнерах размером с пробирку, которые он оставит на поверхности Марса для последующего извлечения. Это потребует запуска отдельной миссии, потому что система посадки не может доставить как марсоход, так и аппарат для транспортировки образцов. Система для поиска жизни включают в себя современные камеры, которые могут производить панорамную и стереоскопическую съемку и анализ минералов, радар для подземных исследований и спектрометры для исследования минералов и органических соединений. В отличие от Curiosity, камеры Mars 2020 будут снимать цвета для спектроскопии изображений, которая может определять химический состав образцов. Фото: NASA / JPL-Caltech Ученые ищут не столько фрагменты микроорганизмов, сколько остаточные химические следы. Спектрометр под названием SHERLOC — сокращение от «Сканируемая среда обитания с комбинационным и люминесцентным излучением для органических и химических веществ» (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics and Chemicals) — будет излучать ультрафиолетовые лучи, чтобы получить спектральный анализ извлеченных образцов. Это поможет определить их состав и увидеть, например, наличие нитратов или хлоратов. «Все это сообщит, что есть шанс найти в конкретном образце биологические признаки, и поэтому мы должны отправить его на Землю», — поясняет главный исследователь SHERLOC Лютер Бигл. Mars 2020 также поможет будущим роботизированным и человеческим миссиям на Марсе, проверив, как работают определенные технологии в марсианской среде. Бортовая наземная метеорологическая станция будет измерять температуру, давление, размер и форму пыли, чтобы лучше изучить состав атмосферы Марса и ветры на нем. Марсоход также опробует производство кислорода из углекислого газа и совершит 90-секундные испытательные полеты и аэрофотосъемку с помощью небольшого вертолета, прикрепленного к его дну. В случае успеха это будет первый полет по другой планете. «Мы надеемся ответить на фундаментальный вопрос о том, могла ли жизнь развиваться где-то, кроме Земли. Мы подобрались к порогу этого вопроса, теперь настало время зайти в дверь», — заключил Уоллес. Источник. Фото на обложке: NASA / JPL-Caltech