Марс-бросок

Какие задачи сТоят перед российско-европейской миссией "Экзомарс"

14 марта 2016 года стартовал первый этап совместной российско-европейской экзобиологической миссии "ЭкзоМарс". Исследовательский орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter со спускаемым модулем Schiaparelli ("Скиапарелли") отправился на Марс, чтобы помочь ученым исследовать состав марсианской атмосферы. 19 октября прошли две основные операции: Schiaparelli попытался в атмосферу планеты, а Trace Gas Orbiter вышел на ее орбиту. Цель совместного проекта Роскосмоса и Европейского космического агентства (ESA) – поиск следов метана как свидетельства возможной геологической, а может быть, даже биологической активности на планете. Как известно, на Земле метан выделяют прежде всего именно живые организмы.

В поисках инопланетных цивилизаций

До середины XX века люди надеялись обнаружить на Марсе братьев по разуму. Потом оказалось, что Марс – холодная и сухая планета, малопригодная для жизни.

В ходе исследований последних лет на Марсе обнаружили воду, а значит, появилась надежда найти на нем хотя бы простейшие формы биологической жизни.

Что мы знаем о Марсе

Марс - один из ближайших соседей Земли по Солнечной системе.

Минимальное расстояние до планеты - около 55 миллионов километров (дистанция постоянно меняется, так как оба небесных тела постоянно движутся по своим орбитам с разной скоростью).

Полет к Марсу в среднем занимает около полугода.

Средняя температура на поверхности Марса составляет примерно -60 С. Иногда на планете выпадает снег (как обычный, так и состоящий из замерзшего углекислого газа).

Полюса планеты покрыты водяным и сухим льдом, а вот жидкой воды на поверхности Марса нет.

У Марса нет магнитного поля, которое защищало бы планету от солнечной радиации.

Атмосфера Марса примерно на 90% состоит из углекислого газа и примерно в 100 раз тоньше земной.

Из-за разреженности атмосферы днем небо Марса имеет красноватый оттенок, а на закате вокруг садящегося Солнца возникает голубоватое сияние.

"Разве это не грех гордыни, не интеллектуальное высокомерие – требовать, чтобы Вселенная соответствовала твоим представлениям о ней? С какой стати Марс должен был оказаться именно таким, каким его рисуют себе жители Земли?"

— Роберт Шекли, "Лавка старинных диковин" (2004)

КАК ЗАродился МИФ О МАРСИАНАХ

В конце XIX века итальянский астроном Джованни Скиапарелли, долгое время изучавший Марс, сообщил, что поверхность планеты покрыта сетью каналов. Он зарисовал их и составил подробную карту. Однако при переводе на английский язык трудов Скиапарелли, использовавшего в своих записях итальянское слово canali (протоки как искусственного, так и природного происхождения), было использовано слово canals, сузившее трактовку определения исключительно до "рукотворных каналов". Таким образом зародился устойчивый миф о том, что каналы на Марсе возникли благодаря осознанным действиям инопланетной цивилизации.

Идея воодушевила американского астронома Персиваля Лоуэлла.

В 1894 году он построил рядом с городом Флагстафф в Аризоне целую обсерваторию для поиска следов марсианской цивилизации .

Еженощно разглядывая Марс в телескоп, Лоуэлл пришел к выводу, что это засыхающая планета. По его предположению, чтобы спасти свой умирающий мир, обитатели Марса построили систему каналов, подпитывающихся от тающих льдов полярных шапок в теплое время года.

В научном сообществе теорию Лоуэлла восприняли критически. Многие его современники отрицали наличие каналов на Марсе, другие соглашались, что каналы есть, но отвергали версию об их искусственном происхождении.

Писатели-фантасты активно заинтересовались идеей существования внеземной разумной жизни.

В 1897 году вышел роман Герберта Уэллса "Война миров", в котором описывалось вторжение марсиан на Землю, и одновременно с ним – роман немецкого писателя Курда Лассвица "На двух планетах", где марсиане представлены высокоразвитой цивилизацией, посланцы которой прибыли на Землю, чтобы помочь человечеству найти путь к светлому будущему.

"Мы, люди, существа, населяющие Землю, должны были казаться им такими же чуждыми и примитивными, как нам – обезьяны и лемуры. Разумом человек признает, что жизнь – это непрерывная борьба за существование, и на Марсе, очевидно, думают так же. Их мир начал уже охлаждаться, а на Земле все еще кипит жизнь, но это жизнь каких-то низших тварей. Завоевать новый мир, ближе к Солнцу, – вот их единственное спасение от неуклонно надвигающейся гибели"

— Герберт Уэллс, "Война миров" (1897)

В ожидании сигнала

Впервые идея о возможности обмена сигналами с другими планетами появилась в конце XIX - начале XX века с изобретением радиосвязи. В 1900 году американский изобретатель Никола Тесла заявил, что ему удалось поймать сигнал с Марса, причем это был не просто шум, а нечто, обладающее закономерностью. Что именно было источником зарегистрированных ученым "сигналов", неизвестно. Некоторые современные специалисты полагают, что Тесла мог поймать естественные радиоизлучение Юпитера.

Коллега Теслы Гульедо Маркони, один из изобретателей радио, в начале 1920-х годов также утверждал, что поймал инопланетный радиосигнал (впоследствии он, впрочем, засомневался, что его источником был именно Марс). В августе 1924 года, когда Марс подошел к Земле на самое близкое за прошедшие 100 лет расстояние, американское правительство объявило Национальный день радиотишины. На протяжении 36 часов каждый час в течение пяти минут в Америке никто не пользовался радио, а ученые из Военно-морской обсерватории США подняли на высоту трех километров радиоприемник, чтобы зарегистрировать возможный сигнал с Марса. Специалист по криптографии был готов в любую секунду приступить к расшифровке. Однако из космоса никто не отозвался.

Как МАРС ОБМАНУЛ ВСЕХ

Точку в вопросе "Есть ли жизнь на Марсе?" поставила межпланетная станция NASA Mariner 4 (дословный перевод с англ. - "моряк").

В 1965 году она стала первым аппаратом, долетевшим до планеты – и, к разочарованию романтиков, не обнаружившим на ней ни каналов, ни марсиан.

Сейчас Марс единовременно изучают семь аппаратов. В их числе американский орбитальный аппарат Mars Odyssey, зонды Mars Reconnaissance Orbiter и MAVEN, марсоходы Opportunity и Curiosity, а также европейская межпланетная станция Mars Express и индийская Mars Orbiter Mission ("Мангальян").

В целом с 1965 года земляне отправили к Марсу 45 космических аппаратов. Но не все запуски были успешными.

"Да, Марс обманул всех; он обманывал всех уже второе столетие. Каналы. Одно из самых прекрасных, самых необычайных приключений в истории астрономии. <…> Словно алмазом по стеклу прочерченная, тонкая, геометрически правильная сетка от полюсов до экватора: свидетельство борьбы разума против угрожающей гибели, мощная ирригационная система, питающая влагой миллионы гектаров пустыни, – ну конечно, ведь с приходом весны окраска пустыни менялась, темнела от пробужденной растительности, и притом именно так, как следует, – от полюсов к экватору. Что за чушь! Не было и следа каналов. <…> Ни воды, ни кислорода, ни жизни – растрескавшиеся кратеры, изъеденные пыльными бурями скалы, унылые равнины, мертвый, плоский, бурый ландшафт под бледным, серовато-ржавым небом"

— Станислав Лем, "Ананке" (1971)

Фатальные единицы измерения

23 сентября 1999 года космический аппарат Mars Climate Orbiter, предназначенный для исследования Марса, готовился к последнему "прыжку" на орбиту планеты.

Двигатель для финального маневра включился, однако Climate Orbiter неожиданно нырнул на 100 километров ниже, чем планировалось, и развалился в марсианской атмосфере.

Совместной разработкой программного обеспечения для Climate Orbiter занимались NASA и компания Lockheed Martin.

Позже обнаружилось, что в части, за которую отвечала Lockheed Martin, по старинке использовались британские единицы измерения (в частности фунты – для измерения массы), а программное обеспечение, разработанное NASA, работало в метрической системе, в которой масса измеряется в килограммах.

Из-за этого программа, отвечающая за работу двигателей, и программа, рассчитывающая траекторию полета, просто "не поняли" друг друга.

Стоимость космического аппарата, созданного для изучения марсианского климата, составляла $125 миллионов.

Как вместо МАРСИАН НАШЛИ ВОДУ

Со временем каналы на красной планете все-таки нашлись. Исследования подтвердили: темные полосы на склонах марсианских гор образованы жидкой водой. Открытие позволило предположить, что древний Марс был очень похож на Землю: на нем могли быть и вода, и плотная атмосфера. Затем, по неизвестной причине, планета потеряла магнитное поле. Предполагается, что из-за этого с Марса "сдуло" большую часть атмосферы, а вода ушла под поверхность планеты и превратилась в вечную мерзлоту.

Ученые считают, что под поверхностью Марса могут находиться термальные источники, в которых теоретически находится жидкая вода. Ее потоки даже могут образовывать подземные реки, которые при определенных условиях могут выйти на поверхность планеты. А это, в свою очередь, открывает новое пространство для исследований.

ЧТО БУДЕТ ИЗУЧАТЬ "ЭКЗОМАРС"

Задачи миссии - поиск следов биологической жизни на Марсе. Конечно, речь идет о самых примитивных ее формах, а совсем не о разумных марсианах. Исследователи намерены понять, где на Марсе находятся оазисы с высоким содержанием воды и связано ли их расположение с особенностями рельефа марсианской поверхности. В резервуарах, содержащих наибольшее количество воды, ученые надеются найти следы древней или даже современной жизни. Также подчеркивается, что обнаружение источников воды имело бы высокую практическую ценность для будущих экспедиций на Марс.

"С точки зрения будущего освоения Марса, вода – это очень ценный природный ресурс. Молекула воды H2O – это, во-первых, кислород для дыхания, во-вторых, водород для ракетного топлива. Поэтому, если когда-нибудь будет готовиться экспедиция на Марс, а такие проекты уже обсуждаются, туда, вероятно, сначала полетят автоматы, и полетят они в самый благоприятный регион, где много воды. <…> Нет никакого смысла везти с собой горючее для ракет с Земли, если можно его выработать непосредственно на Марсе, заправить возвратную ракету на месте и лететь обратно уже на "марсианском" топливе"

— Игорь Митрофанов (отдел ядерной планетологии ИКИ РАН)

Ученых также интересуют возможные причины появления метана в атмосфере планеты.

"На Земле подавляющий объем метана в атмосфере является следствием существования жизни. На Марсе ситуация более запутанная, метан может быть как вулканического, так и биологического происхождения", – считает заведующий лабораторией Института космических исследований РАН Даниил Родионов.

Поэтому одна из приоритетных задач миссии – исследовать газовый состав марсианской атмосферы и попытаться выявить источник метана.

СОСТАВ И СРОКИ МИССИИ

"ЭкзоМарс" объединяет: орбитальный аппарат TGO (Trace Gas Orbiter) и демонстрационный десантный модуль Schiaparelli.

TGO несет на себе четыре научных прибора:

• Российский спектрометрический комплекс ACS (Atmospheric Chemistry Suite). Его задача – поиск метана в атмосфере Марса и наблюдение за его распределением на планете.

• Российский нейтронный детектор FREND (Fine Resolution Epithermal Neutron Detector). Изучит нейтронные потоки с поверхности Марса. Это позволит узнать, есть ли водород в приповерхностном слое планеты. Также аппарат измерит радиационную обстановку на орбите. Эти данные необходимы для организации пилотируемых миссий.

• Европейский спектрометрический комплекс NOMAD (Nadir and Occultation for Mars Discovery). Будет выполнять ту же функцию, что и ACS: искать примеси метана в атмосфере Марса, но в других диапазонах.

• Европейская стереокамера CaSSIS (Colour and Stereo Surface Imaging System). Предназначена для высокодетальной съемки поверхности Марса.

Все полученные научные данные будут одновременно поступать и в Европу, и в Россию.

"Если первоначально предполагалось, что наши европейские партнеры будут принимать всю научную информацию, а затем делиться ею с нами, то теперь принято решение создавать совместный наземный комплекс приема и обработки информации. Таким образом, значение России в проекте выросло еще больше", – подчеркнули в РАН.

Изначально ESA планировало реализовать проект совместно с NASA, но в 2012 году американская сторона объявила о выходе из проекта из-за недостатка финансирования. Россия, в свою очередь, планирует потратить на первый этап "Экзомарса" около 776 млн руб.

Путь до Марса связки Schiaparelli и TGO занял семь месяцев. 16 октября они разделились, чтобы 19 октября Schiaparelli вошел в атмосферу планеты, а TGO вышел на орбиту. Планируемое начало работы научных приборов намечено на середину 2017 года.

Второй этап миссии намечен на 2020 год и предусматривает отправку на Марс российской посадочной платформы и европейского марсохода. Ключевыми задачами этой миссии станут изучение поверхности и атмосферы Марса в районе посадки, а также поиск соединений и веществ, которые могли бы свидетельствовать о возможном существовании на планете жизни.

ПОЧЕМУ ЧЕЛОВЕК не летит на марс

Часто звучат вопросы, почему Марс исследуют не люди, а роботы.

Одним из ключевых факторов, препятствующих организации межпланетных экспедиций, является высокая вероятность летального исхода. Космос для человека – это по-прежнему малоизученная и малоприветливая среда.

Если бы не техника, человеку пришлось бы лично столкнуться с целой серией космических испытаний, из которых он вряд ли бы вышел победителем.

Чем опасен Марс

• Смертельные дозы солнечной радиации. Из-за исчезнувшего магнитного поля атмосфера Марса примерно в 150 раз более разреженная, чем на Земле. Тот, кто рискнет принять участие в колонизации планеты, неизбежно подвергнется мощному радиационному излучению, исходящему в первую очередь от Солнца. Посчитано, что только за полгода дороги до Марса члены экипажа рискуют получить дозу излучения в один зиверт: по стандартам NASA это максимально допустимая доза за всю карьеру астронавта.

• Слабая гравитация (на Марсе она в 2,6 раза ниже земной). Отсутствие привычной нагрузки на организм грозит атрофией мышц, нарушением работы сердечно-сосудистой системы и обмена веществ, вымыванием кальция из костных тканей и их дальнейшим разрушением.

• Канцерогенные пыльные бури. Как полагают в Национальном исследовательском совете США, марсианская пыль может вызывать рак, так как содержит много соединений хрома. Защититься от нее непросто: пыль настолько мелкая, что будет проникать на марсианскую станцию сквозь любые заслоны.

• Ядовитая почва. Марсианский грунт наполнен солями и эфирами хлорной кислоты. Эти вещества категорически противопоказаны живым существам. Поэтому любые растения, посаженные в марсианскую почву, будут накапливать соединения, опасные для жизни и здоровья колонизаторов.

• "Душная" атмосфера. Ученые из Массачусетского технологического института пришли к выводу, что первые колонисты, отправленные на Марс, погибли бы приблизительно на 68-й день пребывания на планете от асфиксии, то есть попросту задохнулись бы. Технология регенерации атмосферы при помощи растений, предложенная частным голландским проектом Mars One, не смогла бы обеспечить землян необходимыми объемами кислорода, так как растения попросту не успевали бы его восстанавливать.

• Психологические проблемы. Еще одна сложность – длительная изоляция экипажа. Колонисты будут подвергаться постоянному стрессу из-за того, что могут рассчитывать только на себя и ни на кого больше. Радиосигнал от Земли до Марса идет в среднем 10 минут – при любой нештатной ситуации эти минуты могут стать роковыми.

Страшно другое. Представьте так: мои расчеты окажутся неверны, я не попаду в притяжение Марса – проскочу мимо. Запаса топлива, кислорода, еды мне хватит надолго. <…> Но эти долгие дни, покуда я еще жив, – а я буду жить долго в этой коробке, – долгие дни безнадежного отчаяния – один во всей вселенной! Не смерть страшна, но одиночество, безнадежное одиночество в вечной тьме

— Алексей Толстой, "Аэлита" (1923)

И это далеко не все проблемы, с которыми люди могут столкнуться в космосе.

Поэтому человечество пока предпочитает довольствоваться работой роботов: при всей их неповоротливости и медлительности использовать их гораздо дешевле, а вероятность положительного исхода исследовательской миссии - в разы выше.

Единственная цель, которая может оправдать полет человека на Марс, это его собственные исследовательские амбиции. И работа в этом направлении продолжается. К примеру, NASA пытается создать систему защиты от радиации для пилотируемых полетов. Возможно, постепенно ученые решат и другие проблемы.

И не исключено, что в обозримом будущем человечество все-таки шагнет на поверхность Марса.

Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе все околосолнечное пространство

— Константин Циолковский, основоположник космонавтики