В настоящее время исследование Марса — одна из важнейших задач мировых космических агентств. Развитие технологий приводит к появлению новых методов изучения космического пространства. Это, в свою очередь, помогает решaть отдельные научные задачи. Космические аппараты собирают данные для таких геологических исследований, как анализ химического состава грунта и атмосферы, мониторинг воздуха и других элементов окружающей среды. Также они могут помочь подтвердить гипотезы, полученные при помощи дистанционного зондирования.
С развитием технологий у ученых появляется реальная возможность узнать, был ли способен Марс когда-то поддерживать жизнь и получится ли его колонизировать в будущем. В статье рассмотрим основные этапы исследования Марса и узнаем, почему именно он привлекает внимание научных кругов.
В поисках жизни
Есть ли жизнь за пределами Земли? Ответ на этот вопрос расширил бы наши знания об устройстве Вселенной.
Живой организм может приспособиться к разным условиям существования: на дне океанов, в пустыне или во льдах. Значит, и в космосе могут найтись подходящие условия.
Существует две необходимые для жизни вещи — энергия и вода. Нам хватает энергии из добываемых полезных ископаемых и от Солнца. Но вода есть не везде. Ученые уже много лет занимаются поисками живых организмов на планетах Солнечной системы и их спутниках. Основным критерием отбора таких мест стало предположительное наличие воды в атмосфере или почве.
В 1997 году к Титану, спутнику Сатурна, NASA запустило космический аппарат «Кассини» с зондом «Гюйгенс». В 2005 году зонд на парашюте опустился на поверхность Титана для взятия пробы воздуха, но в итоге миссию продлили до 2017 года. Были обнаружены жидкие углеводородные озера, а также водород и ацетилен в атмосфере, количество которых ближе к поверхности уменьшается. Ученым еще предстоит разобраться, что это — просто такие аномалии, или там существует иная жизнь на основе метана, питающаяся ацетиленом и дышащая водородом.
Ещё одним местом, где предположительно может быть жизнь, является Европа, спутник Юпитера. Он сверху покрыт ледяной коркой, и существует предположение, что под ней располагается океан. Если бы удалось расплавить лед и исследовать то, что находится под ним, можно было бы найти следы живых организмов. Последние данные позволяют предположить, что ядро спутника содержит серу, поэтому среда в океане достаточно кислая. Это делает невозможным наличие в нем углеродной жизни, но не отрицает факта ее существования в иной форме.
Так, научное сообщество за последние двадцать лет нашло свидетельства, что жизнь на других планетах тоже может быть, но точного ответа пока получить не удалось.
Почему именно Марс?
Ученые и фантасты заговорили о жизни на Марсе еще в XIX веке. В 1897 году писатель Герберт Уэллс в своем романе «Война миров» описывал вторжение марсиан.
В 1996 году на Землю с Марса прилетел метеорит, который внимательно исследовали ученые. Некоторые из них считают, что в нем содержатся останки крошечных живых существ. Это только подтолкнуло человечество к мысли, что жизнь там все же когда-то была.
Можно предположить, что дальнейшее изучение Марса поможет узнать будущее и нашей планеты. Уже известно, что несколько миллиардов лет назад климатические условия там были похожими на те, которые есть сегодня на Земле.
Континентальная кора Марса состоит из железа. Поверхностные породы, столкнувшись с небольшим количеством кислорода, понемногу ржавеют. Из-за этого планета и приобрела свой красновато-коричневый оттенок и второе название «Красная».
На Марсе есть полярные ледяные шапки на обоих полюсах. Северная, в отличие от южной, подвержена сезонным изменениям. Обе они состоят из водяного льда и замороженного углекислого газа, или сухого льда.
В прошлом там была вода, а, возможно, и жизнь. Ученые надеются найти свидетельства ее существования. Ведь сочетание воды и, пусть скудных, но все же запасов кислорода позволяет предположить, что жизнь в привычном понимании этого слова была совсем рядом с Землей. Уже сегодня на Марс посылают множество научных экспедиций.
Зондирование космоса и исследование Марса
Автоматические зонды позволяют собирать информацию о космических объектах для последующего изучения.
В космос посылают зонды со специальным оборудованием Например, с камерами, позволяющими фотографировать даже далекие объекты.
Они уже побывали как на Марсе, так и на других планетах Солнечной системы. Одни пролетели очень близко к планете, другие совершили облет, а третьи смогли спустить к поверхности аппараты меньшего размера. Новые методы зондирования помогают ученым выбрать наиболее безопасные места для спуска посадочного модуля.
Благодаря снимкам, полученным от орбитальных аппаратов Марса, в особенности от прилетевшего в 2006 году зонда MRO, Лаборатории планетарной визуализации Брюса Мюррея в Калифорнийском технологическом институте удалось составить подробную карту планеты. Карта MOSAIC собрана из 110 тысяч черно-белых снимков и включает 5,7 триллионов пикселей, каждый из которых равен 25-ти квадратным метрам поверхности планеты. Просто посмотрите на это!
Составление карты требовало больших усилий, потому что предстояло подобрать не только части головоломки, стыкующиеся друг с другом, но и похожие условия освещения с ясным небом.
Общедоступность карты предоставляет возможность абсолютно любому человеку посетить интересующие его места на Красной планете.
Отдельно стоит сказать о марсоходах. Эти трудяги позволяют получить сведения, которые были недоступны ранее. Например, они могут взять образцы грунта для исследования или передать снимки поверхности в высоком разрешении.
На планету их доставляют специальные посадочные модули, но процесс спуска не всегда бывает удачным.
Так, в июле 1997 года самоходный аппарат Sojourner (в переводе «Гость») был доставлен на Марс космическим аппаратом Pathfinder («Первопроходец»). Это первый марсоход, который удалось спустить на поверхность в рабочем состоянии.
Миссия проходила под руководством НАСА, а аппаратом управляли с Земли. При посадке космический аппарат выпустил надувные подушки, которые послужили амортизаторами и опали сразу после его остановки. Вездеход выехал, когда аппарат раскрылся и приступил к выполнению своей миссии — фотографированию поверхности планеты и передаче снимков на Землю.
Хроника миссий: завершенные, неудачные и текущие
1960–1970 годы
Начиная с октября 1960 года Советский Союз предпринял пять неудачных миссий с целью облета Марса и спуска на него аппарата. Все они были совершены при помощи ракеты Молния, но только один запуск оказался успешным. «Марс 1» оторвался от Земли 1 ноября 1962 года. Проблемы начались уже во время полета в космосе, когда из-за неполадок связь с кораблем была потеряна.
5 ноября 1964 года NASA впервые осуществило запуск космического корабля Mariner 3, который, к сожалению, оказался неудачным. Основная проблема возникла из-за неправильного отделения обтекателя ракеты, что привело к тому, что солнечные батареи аппарата так и не развернулись. Это привело к потере энергии и неспособности аппарата достичь предназначенной орбиты для миссии мимо Марса. После этого инженеры проанализировали ошибки, вызвавшие провал миссии, а именно изменили конструкцию обтекателя ракеты, сделав его цельнометаллическим.
Миссия NASA Mariner 4
Первая успешная миссия по облету Марса стартовала 28 ноября 1964 года. Запуск произвела ракета-носитель Atlas-D.
Солнечные панели позволяли получать электроэнергию для приборов и радиопередатчика. При навигации впервые использовался ориентир не только на Солнце, Землю и Марс, но и на другую яркую звезду Канопус, которая находилась под широким углом от Солнца. Это значит, что звезда находится далеко от Солнца по угловому расстоянию. Это позволяет использовать Канопус для точной космической навигации, минимизируя влияние солнечного света на измерения.
Mariner 4 позволил получить первые снимки Красной планеты, установить приземное давление и температуру.
Миссия Советского Союза Зонд 2
Миссия стартовала 30 ноября 1964 года, но связь с космическим кораблем потеряли спустя почти полгода полета. Запуск также произвела ракета-носитель Молния. Зонд должен был исследовать поверхность планеты и найти признаки метана при помощи установленных на нем ультрафиолетовых и инфракрасного спектрометров камеры.
Судя по тому, что связь с космическим аппаратом была потеряна спустя почти полгода полета, вероятно, он мог достичь окрестностей Марса или потерпеть аварию на подходе к планете. Обычно время полета до Марса составляет около 6-9 месяцев.
Миссии NASA Mariner 6 и Mariner 7
Обе прошли удачно с разницей в несколько месяцев. Mariner 6 был отправлен 25 февраля, а Mariner 7 — 27 марта 1969 года. Корабли должны были исследовать поверхность и атмосферу планеты во время близких пролетов. Запуск был произведен ракетами Atlas-Centaur-D.
Установленные инфракрасные камеры позволили получить данные о том, что марсианский воздух содержит в основном углекислый газ, а также что на планете когда-то была вода.
Миссии Советского Союза 2М №521, 2М №522
Следующие две миссии Советского Союза, запланированные на весну 1969 года, так и не состоялись. Были использованы ракеты Протон-К, но ни одна из них не смогла совершить удачный запуск корабля на Марс.
1970–1980 годы
Миссии Советского союза Космос 419 и NASA Mariner 8, начатые весной 1971 года, также завершились провалом.
Миссия Советского Союза Марс-2
В мае того же года был запущен космический корабль с зондом, посадочным модулем и самоходным аппаратом. Миссию можно назвать частично успешной, потому что в итоге только орбитальному аппарату удалось выйти на орбиту планеты. Посадочный модуль не смог совершить приземление, а после столкновения с поверхностью также был потерян и первый марсоход. Запуск произвела тяжелая ракета-носитель Протон-К.
Снимки и данные, отправленные с орбитального аппарата, помогли рассмотреть рельеф поверхности, определить температуру и приземное давление, обнаружить водород и кислород в верхних слоях атмосферного воздуха, гравитацию и магнитные поля.
Миссия Советского Союза Марс 3
Практически следом, через 9 дней, был отправлен следующий корабль, состоящий из зонда и самоходного аппарата с посадочным модулем. Как и в предыдущем случае, успешно был выпущен только зонд на орбиту планеты. Посадочный модуль, совершив мягкую посадку, потерял связь с Землей через 110 секунд. Связанный с ним марсоход тоже оказался потерян.
Удалось получить только один незаконченный снимок со спускаемого модуля. Остальные переданные данные дополнили сведения, полученные от «Марса 2».
Миссия NASA Mariner 9
Зонд был запущен также в мае 1971 года — при помощи ракеты Atlas-Centaur-D.
Он первым в истории вышел на орбиту, опередив «Марс 2» на две недели. В отличие от советских аппаратов, его удалось перепрограммировать, чтобы получить четкие изображения после завершения пыльной бури.
Зонд помог обнаружить несколько вулканов, русла рек, кратеры, каньоны, а также подтвердить влияние ветра и воды на разрушение поверхности. Аппарат передал 7329 снимков, изображения на которых покрыли около 85% всей планеты, а также запечатлели оба спутника — Фобос и Деймос.
Миссии Советского Союза Марс 4, Марс 5, Марс 6 и Марс 7
Были запущены летом 1973 года ракетой-носителем Протон-К и имели успех или частичный успех. Марс 4 не смог выйти на орбиту, но, пролетая мимо, передал на Землю 12 фотографий. Марс 5 получил повреждения через 16 дней после начала работы из-за столкновения с метеоритом. Он успел измерить температуру, содержание урана, тория, калия на поверхности, а также обнаружил озоновый слой в воздухе на высоте 30 километров.
Марс 6 и Марс 7 были запущены с разницей в четыре дня. Аппараты смогли облететь вокруг планеты, но оба потерпели неудачу при попытке посадки модуля на поверхность.
Целью полета были исследование состояния поверхности и анализ ее состава.
Миссии NASA Viking 1 и Viking 2
Обе миссии были запущены в августе-сентябре 1975 года при помощи ракет Titan III-Centaur. Космические корабли включали зонды и спускаемые модули.
Viking 1 пробыл на планете более 6 лет. Он проводил поиски органики в марсианской почве, но на поверхности ее не обнаружил. Однако результаты одного из тестов оказались спорными. Ученые предположили, что анализ выявил следы пребывания живых организмов в прошлом.
Viking 2 позволил получить сведения о составе почвы и обнаружить земные химические элементы.
1980–1990 годы
Миссии Советского Союза Фобос 1 и Фобос 2
Запущены в июле 1988 года с разницей в пять дней усовершенствованной ракетой Протон-К. Фобос 1 не смог выйти на марсианскую орбиту.
Фобос 2, в отличие от предшественника, включал марсоход, наряду с зондом и спускаемым модулем. Но он не смог доставить модуль вместе с марсоходом, потому что связь с кораблем была потеряна. Однако были собраны некоторые сведения о Солнце, межпланетной среде, Марсе и Фобосе, на котором не было найдено никаких подтверждений существования там воды.
1990–2000 годы
Следующая миссия NASA Mars Observer стартовала в 1992 году при помощи ракеты Commercial Titan III, но космический корабль не добрался до орбиты.
Миссия NASA Mars Global Surveyor
7 ноября 1996 года ракета Delta II запустила космический зонд, который работал в течение 10 лет. Он проводил мониторинг погоды и участков грунта, в том числе их изменений под влиянием ветра и льда.
Миссия Российского космического агентства Марс 96, которая должна была начаться в ноябре 1996 года, оказалась провальной. Усовершенствованная ракета Протон-2 не смогла доставить корабль в космос.
Миссия NASA Mars Pathfinder
Корабль был отправлен 4 декабря 1996 года при помощи ракеты Delta II. Удалось доставить и спустить первый функционирующий марсоход Sojourner, который проработал 84 дня.
Он провел мониторинг давления, температуры и скорости ветра, выявил, что в составе пыли содержится оксид железа. Также обнаружил, что железо на поверхности окисляется.
Миссия ISA Nozomi
Япония отправила свой орбитальный аппарат, который не смог достичь цели, в июле 1998 года при помощи ракеты M-V. Однако были получены сведения о дальнем космосе.
Следующие две миссии NASA Mars Climate Orbiter и Mars Surveyor 98, запущенные ракетой Delta II в 1998 и 1999 годах, оказались провальными из-за отказа космических кораблей. Но зато миссия Mars Odyssey, которая началась весной 2001 года, стартовала успешно и действует до сих пор.
Зонд обнаружил большие участки водяного льда. Полученные данные способствовали проведению оценки риска радиационного облучения будущих космонавтов на Марсе. Посмотреть подробнее можно на официальной странице миссии.
2000–2010 годы
Миссия ESA Mars Express
Европейское космическое агентство присоединилось к исследованию Марса в 2003 году. Ракета-носитель — Фрегат. Посадочный модуль не смог развернуться после приземления на планету, но зонд продолжает передавать сведения по сей день: о подповерхностной структуре до вечной мерзлоты, месторасположении минералов, составе и циркуляции атмосферы.
Миссия NASA Mars Exploration Rover
В июле 2003 года ракетами Delta II были запущены два марсохода, которые проработали на планете около 6 и 15 лет, используя солнечную энергию.
Им удалось провести анализ состава скал, узнать способы образования равнин и что породы ранее подвергались воздействию воды.
Миссия NASA Mars Reconnaissance Orbiter
Орбитальный аппарат MRO был запущен 12 августа 2005 года ракетой Atlas V и продолжает свою работу по сей день. Он помогает в выборе безопасных мест для спуска посадочных модулей, а также обнаружил чистый водяной лед в новых кратерах и подтверждение того, что когда-то на планете была вода. К таким доказательствам относятся найденные залежи минералов, которые образуются при испарении. Некоторые минералы сформированы со сбалансированным pH и количеством воды, достаточным для возникновения жизни.
Была открыта эра исследований с новым пониманием климатических условий, льда и геологии планеты.
Миссия NASA Phoenix
Спускаемый модуль был отправлен летом 2007 года ракетой Delta II. Обнаруженный состав почвы и водяной лед указали на то, что раньше на месте остановки аппарата климат был влажный и теплый. Анализ показал, что воды в жидкой форме там нет уже предположительно 600 миллионов лет.
2010–2020 годы
Совместная миссия Роскосмоса и CNSA Фобос-Грунт
Ракета была запущена в ноябре 2011 года, но не смогла улететь дальше низкой околоземной орбиты. Спустя почти 2 месяца она упала в районе Тихого океана.
Первый старт, который планировалось провести в 2007 году, был отложен. На корабле находился орбитальный спутник «Инхуо-1». Он должен был стать первой миссией Китая на Марс, но запуск также пришлось отложить до 2011 года.
Предполагалось, что космический корабль вернется в 2014 году с Фобоса с образцом грунта.
Миссия NASA Curiosity
Осенью 2011 года произвели запуск следующего корабля при помощи ракеты Atlas V. На его борту находился марсоход Curiosity — усовершенствованный аппарат, превосходивший размерами все ранее отправленные модели. Он до сих пор успешно функционирует и продолжает работу над сбором данных.
Цель полёта — исследование обитаемости планеты, изучение климатических и геологических особенностей, сбор сведений для полета человека в будущем. Марсоход также измерил силу радиационного облучения при перелете и на самой поверхности планеты.
Миссия ISRO Mars Orbiter
5 ноября 2013 года Индия успешно запускает свой первый зонд на Марс при помощи ракеты Polar Satellite (PSLV). Основной целью было усовершенствование технологий для последующих полетов, которые помогут спланировать, спроектировать будущие миссии и управлять ими. Также зонд передал данные для исследования поверхности и атмосферы. Удалось получить четкие снимки для картографирования.
Миссия NASA MAVEN
18 ноября 2013 орбитальный аппарат был запущен ракетой Atlas V.
Он собрал информацию для изучения потерь атмосферных газов в космос. В результате испарения на Марсе становится все меньше льда. Под воздействием Солнца молекулы расщепляются на водород и кислород. Водород легкий, он поднимается на самый верх воздушного пространства и оттуда его уносит в космос. Наибольшие потери возникают, когда планета приближается к Солнцу. Предположительно, около четырех миллиардов лет назад именно это повлияло на климатический сдвиг с теплого и влажного к холодному и засушливому.
Также в воздухе были обнаружены ионы металла и выявлено, что во время высокой активности Солнца уровень радиации становится выше в два раза.
Совместная миссия Роскосмоса и ESA ЭкзоМарс
14 марта 2016 года Европейское космическое агентство и Роскосмос запустили корабль при помощи ракеты Протон с разгонными ступенями Бриз-М. Зонд был доставлен на орбиту, но посадочный модуль разбился при спуске.
Цели — поиск подтверждений наличия жизни, исследование водных и геохимических изменений, источников газов в воздушной среде.
Миссия NASA Mars InSight
26 ноября 2018 года космический аппарат Insight приземлился на Марс для исследования внутреннего строения планеты. Название представляет собой аббревиатуру, что в переводе означает «изучение внутреннего строения с использованием сейсмических исследований, геодезии и передачи тепла».
Первоначальный запуск планировался на 2016 год, но были обнаружены технические неполадки.
Космический аппарат работал от улучшенного литий-ионного аккумулятора в широком диапазоне температур. Запуск произвела ракета-носитель Atlas V.
Посадочный модуль проводил геофизические измерения и изучение глубоких недр.
InSight первым обнаружил землетрясения на Марсе и уже зафиксировал их в количестве более 480. В 2021 году метеорит, врезавшийся в землю, вызвал землетрясение магнитудой 4, что привело к образованию слоя льда под землей. Такие отложения расположены в более теплой среде и могут быть использованы человеком в будущем как источник питьевой воды или для ракетного топлива.
Также, благодаря сейсмическим волнам, была собрана информация об основных слоях планеты:
- Кора. Толщина не более 40 километров, нижний слой плотнее верхнего.
- Мантия. Толщина внешней оболочки — около 500 километров. Нижний слой более прохладный, чем у Земли.
- Ядро. Диаметр около 3600 километров и расплавлено больше, чем ожидалось.
Батареи космического аппарата продемонстрировали исправную работу на протяжении всего срока службы.
2020 год – настоящее время
Миссия MBRSC Emirates Mars
19 июля 2020 года Объединенные Арабские Эмираты впервые и сразу успешно запустили свой орбитальный аппарат при помощи ракеты H-IIA.
Зонд должен проводить мониторинг циклов и явлений погоды в нижних слоях атмосферы, чтобы проследить потери водорода и кислорода из атмосферы планеты, а также выявить другие вероятные причины изменения климата.
Миссия CNSA Тяньвэнь-1
23 июля 2020 года началась первая самостоятельная миссия Китая из серии запланированных.
14 мая 2021 года посадочный модуль успешно доставил марсоход «Чжуронг» на планету. Также были отправлены две развертываемые и одна дистанционная камеры, орбитальный аппарат. Цель — изучение атмосферы, геологии на поверхности и внутренней структуры, а также подтверждение того, что вода есть сейчас или была когда-то раньше.
Проникающая радиолокационная система марсохода позволяет делать более четкие снимки для обнаружения мелководного льда и исследования строения почвы.
CNSA решило подготовить собственную независимую программу после неудачного запуска спутника на борту «Фобос-грунт» в 2011 году. Китай — первая страна, которая успешно выполнила орбитальную, посадочную и экспедиционную миссии с первой попытки. Запуск был произведен тяжелой ракетой-носителем Long March 5.
Миссия NASA Mars 2020
30 июля 2020 года при помощи ракеты Atlas V впервые на Марс был отправлен марсоход с прикрепленным к нему дроном-вертолетом Ingenuity. Марсоход по-прежнему работает, а вертолет в результате поломки был выведен из строя в начале 2024 года, но он успел совершить более 70 полетов.
Цель исследований — оценка вероятности и поиск подтверждений прошлой микробной жизни, изучение геологических процессов, сбор образцов горных и равнинных поверхностей, тестирование возможности производить кислород из углекислого газа атмосферы для подготовки к миссии с человеком.
Будущие исследования
Ключ к пониманию обитаемости планеты — вода. Нам предстоит узнать, где ее можно найти сегодня и где она была раньше, как повлияла на поверхность Марса. Необходимо определить объемы подповерхностного водяного льда. Радары и спектральные наблюдения помогут предположить, какой был характер и сроки изменения древних водных сред.
Создание карт с указанием расположения минералов, бурение поверхности в поисках следов живых организмов и исследования строения и формирования марсианского грунта — все это позволит сделать следующий шаг в понимании эволюции планеты.
Мощное ультрафиолетовое излучение, пылевые бури, метеориты и другие факторы привели к тому, что на поверхности планеты человек вряд ли сможет найти органические остатки. Для этого нам необходимо копнуть глубже.
Перспективы колонизации
Современный уровень технического прогресса позволяет надеяться, что в ближайшие несколько десятилетий люди смогут отправиться на Марс. Но полет только в одну сторону займет не меньше полугода. При положительном исходе такого эксперимента на Марсе можно будет построить постоянно действующую станцию.
Сегодня международная космическая станция и полеты в межпланетное пространство способствуют пониманию, как длительное нахождение в космосе влияет на организм человека. К тому же уже проводятся исследования по воздействию радиации на космонавтов в процессе перелета на Марс и при нахождении на самой планете.
Прогнозирование радиационных опасностей поможет придумать способы их избежать и предупредить. Так, например, уже известно, что во время солнечных бурь уровень радиации на планете повышается в два раза.
Технология 3D-биопечати, вероятно, обеспечит возможность оказания медицинской помощи прямо на борту космического корабля, ведь космонавты не могут быстро вернуться обратно на Землю в случае болезни или травмы. Биопечать позволит произвести необходимые органы или их части, что может спасти жизнь в будущих миссиях.
Поиск чистой воды, а также способов ее добывания из водяного льда и подходящих для этого мест позволит понять, где в будущем следует разместить научную базу. К тому же анализ особенностей поверхности и климатических изменений поможет выбрать наиболее безопасные для этого места.
Проводимые опыты по электролизу кислорода из углекислого газа способствуют появлению новых технологий по созданию атмосферы, пригодной для человека. Также марсианский воздух можно будет использовать как ресурс для производства топлива и других расходных материалов по жизнеобеспечению человека.
Продолжение и развитие новых программ исследований в будущем может стать экономической проблемой. Создание более дешевых аппаратов для изучения Марса или для передачи груза на планету позволит ускорить освоение новых территорий.
Уменьшить потребление ракетного топлива и вредных материалов можно при помощи относительно новой технологии проектирования спутников — CubeSat, или кубсат. Такие сверхмалые космические аппараты используют солнечную энергию, что может стать экономически и экологически более выгодной альтернативой.
НЛО прилетело и оставило здесь сюрприз для читателей нашего блога в честь Дня космонавтики:
- — 30% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — SPACEHABR30. Активировать можно до 22 апреля включительно.
- Космическая игра «Миссия на Марс» — доберитесь до Красной планеты, приумножив свой капитал и забирайте один из наших классных призов!
