Независимый бостонский альманах

МАРСИАНСКИЕ ХРОНИКИ

12-08-2012

Итак, то, чего так долго ждали любители космонавтики и поклонники иных миров, свершилось! Curiosity блистательно совершил посадку в кратере Гейла. Увы, великий Рей Брэдбери, автор знаменитых «Марсианских хроник», проживший вообще-то достаточно долгую жизнь, все же немного не дотянул до этого волнующего момента. Получены первые снимки. Скоро начнется долгая дорога в марсианских дюнах. И пока ровер осматривается, поговорим о полете и о сопутствующих обстоятельствах. (справа - момент спуска ровера на парашюте, съемка с американского спутника Марса MRO).

Полагаю, Брэдбери оценил бы свершение. Кому как не ему, пионеру большой фантастики, судить. И все же первое, о чем бы он мог подумать, отдав дань полету, так это о том, как робко и медленно выбираемся мы за пределы Земли! В фантастической литературе все происходило если не оптимистичнее, то динамичнее. Вспомните огромные ракеты и то, что хроники самого мэтра «начались» в январе 1999-го («Ракетное лето») и закончились «Каникулами на Марсе» в октябре 2026-го.

Реальность скромнее. Старт Curiosity состоялся 26 ноября 2011 года. Масса миссии в целом на старте составила 3893 кг, в том числе масса ровера 899 кг. Это солидная машина, можете на прилагаемом снимке сопоставить ее с предшественниками и оценить масштабы достижений. Но как раз в силу своей массивности она не могла примарсианиться в коконе из эластичных пузырей, как «Спирит» и «Оппортьюнити», ей понадобился реактивный «небесный кран». На работу двигателей которого ушло 390 кг топлива. Но большая часть массы спускаемого аппарата - посадка это самое важное и трудное не только в авиации! - пришлась на сам кран, на тепловой щит и парашюты.

Вообще, мягкий спуск тяжелого корабля на поверхность Марса, хотя он и небольшая планета, массой менее 11% массы Земли, весьма труден. С одной стороны, атмосфера слишком плотная, чтобы тормозить двигателями (реактивная тяга на сверхзвуковых скоростях приводит к неустойчивости спускаемого аппарата). А с другой стороны она слишком разрежена, в сто раз менее плотна, чем земная, чтобы аэродинамическое торможение и парашюты могли снизить скорость до безопасных величин. Поэтому применен изящный комбинированный способ, но для еще более тяжелых спускаемых аппаратов возможностей существующих парашютов будет уже недостаточно…

(Сравнительные размеры трех поколений роверов. Средний и большой сейчас работают Марсе).

И - увы, очень уж прожорливы реактивные двигатели! - еще более полутонны горючего ушли на управление полетом. Не так уж легко попасть в Марс! 11 января 2012 года была проведена первая и самая важная коррекция курса MSL, так еще называют миссию. Вообще-то, она планировалась в начале декабря, но тогда в ней не оказалось необходимости из-за блестящего по точности запуска. А всего предполагалось провести пять коррекций. Они нужны. Например, отстыкованный разгонный блок «Центавр», который и вывел зонд на путь к Марсу, пройдет мимо планеты на расстоянии более 60 тысяч километров.

Вы спросите, почему миссия стартовала именно в конце ноября, чтобы начать работу на Марсе в начале августа? Что обусловило эти даты? Почему так много (или мало) топлива нужно для дальнего, почти в шестьсот миллионов километров полета?

Причиной тому, во-первых, законы небесной механики, как изящно поименовал маркиз де ла Плас (так пишется имя автора, которого мы больше знаем как Лаплас, на обложке его знаменитой книги «Mecanique celeste») раздел астрономии, применяющий законы механики для изучения движения небесных тел. Согласно им все в космосе движется по кругу, эллипсу, параболе и гиперболе. Прямых путей нет, это самый неэкономичный и невозможный вид движения.

Вторая причина долгих полетов это слабость наших ракет. Да, да, как бы ни потрясали нас старты могучих, тысячетонных гигантов с мыса Канаверал, когда в клубах дыма, извергая водопады огня и грохота, они возносятся ввысь, по сути, межпланетные зонды, выводимые этими гигантами в космос, представляют собой крохотные тихоходные баржи, подавляющую часть маршрута летящие пассивно, с выключенными двигателями, по инерции. Конечно, технически Curiosity на порядок сложнее автомобиля, но фактически американцы затратили 2,5 миллиарда долларов на доставку на Марс машины весом с самую небольшую легковушку…

Так что считать себя высокоразвитой технологической цивилизацией было бы слишком самонадеянно и преждевременно. Даже несмотря на установку на ровере двух довольно приличных компьютеров Rover Compute Element (RCE), основного и резервного. Они содержат небольшую по нынешним меркам, но стойкую к радиации память: 256 КБ EEPROM, 256 Мб DRAM, и 2 Гб флэш-памяти. Это заметно больше 3 МБ EEPROM, 128 Мб DRAM, и 256 Мб флэш-памяти, что имелось на марсоходах «Оппортьюнити» и «Спирит».

Компьютер постоянно следит за ровером, например, сам может повысить или понизить температуру в тех участках, где это необходимо, или обрабатывать данные экспериментов. Но главное он уже сделал: осуществил торможение, снижение и посадку! На расстояниях, когда сигнал от Земли до Марса идет более 13 минут, возможно лишь автономное управление процессом. Теперь же он будет выдавать команды на фотографирование, движение, отправку отчёта о техническом состоянии инструментов и так далее. Стоит на нем процессор RAD750, способный выполнять до 400 млн. операций в секунду по сравнению с 35 млн. операций у предшественника, процессора RAD6000, стоявшего на Mars Exploration Rover.

Панорама Марса, снятая с ровера Curiosity в естественном цвете. Сероватые пятна справа - следы от реактивных струй "небесного крана".

Впрочем, о технических деталях (а на ровере стоит и канадское, и российское оборудование) мы поговорим позже, если представится случай, пока же вернемся к нашим энергетическим возможностям. Те массы, которые даже самые мощные ракеты способны вывести в космос, недостаточны для активных полетов (исключая редкие пока полеты с двигателями малой тяги, работающими постоянно). Поэтому приходится использовать экономичные траектории. В 1925 году немецкий инженер Вальтер Гоман показал, что затраты энергии на перелет между двумя круговыми орбитами минимальны, когда траектория представляет собой «половинку» эллипса, касающегося исходной и конечной орбит. При этом двигатель космического аппарата должен выдать всего два импульса: в перигее и апогее переходного эллипса.
В случае межпланетных полетов задача усложняется. Надо учитывать притяжение Земли и Марса на начальном и конечном участках траектории соответственно, большой эксцентриситет (эллиптичность) марсианской орбиты, а также то, что ее плоскость несколько не совпадает с плоскостью эклиптики, то бишь земной орбиты. Изменение плоскости орбиты - это одна из самых «дорогих» в энергетическом плане операций в космонавтике и, например, для поворота «по вертикали», так сказать, на 60 градусов аппарату надо добавить такую же скорость, с какой он уже движется по орбите! Поэтому о полетах оверсан, через Солнце, взмывая над плоскостью эклиптики, как у Стругацких, еще не скоро придется мечтать.

Итак, полеты к Марсу выполняются по орбитам, близким к гомановским, хотя коррекций требуется больше и в итоге топливо для них, для этих самых экономичных, в основном инерциальных траекторий составило седьмую часть взлетной массы MSL...
На полет при этом уходит 8-9 месяцев (Curiosity летел 255 суток), причем окно старта длится всего 20 дней. Учитывая же энергетические соображения, оно оказывается еще уже. Открывается окно за 96 суток до противостояния, когда расстояние между планетами минимально, а те повторяются приблизительно каждые два года (через 780 дней). На рисунке-диаграмме показана схема дат противостояний на ближайшее время. В этом году оно пришлось на 5 марта - вспомните, как угрожающе сиял кровавый Марс на восточном горизонте ранней весной!

Существуют и более быстрые траектории, они соответствуют более высоким начальным скоростям схода с околоземной орбиты и представляют собой не половину, а более короткие отрезки эллипса. При этом улучшаются и условия радиосвязи. Так летел в 2001 году американский орбитальный зонд Mars Odyssey, затратив на дорогу 195 дней. Но как на грех, за несколько дней до прибытия Curiosity он забарахлил и не захотел перейти на орбиту, с которой сможет транслировать сигнал последнего на Землю. Из-за этого посадка могла пойти «вслепую».

Разумеется, земные радиотелескопы отслеживали посадку, но на заключительном этапе крутые склоны глубокого кратера Гейла препятствуют приему сигналов с борта Curiosity и поэтому их должен ретранслировать Mars Odyssey. Ранее он уже занимался передачей данных с нескольких марсианских посадочных аппаратов. К счастью, инженерам НАСА удалось включить резервные гироскопы ветерана, вот уже более десяти лет кружащего над Марсом.
Перед тем как перейти к следующей части наших хроник, заметим, что есть некая причинно-следственная творческая связь. Идея создания цикла, вдохновившего многих поклонников фантастики и космонавтики, замысел «Марсианских хроник» относится еще к детству Рея Брэдбери. Как вспоминает сам он: «В двенадцать лет я не мог позволить себе купить продолжение „Марсианского воина" Эдгара Берроуза, ведь мы были бедной семьей… и тогда написал свою собственную версию». Ну а Берроуза на творчество вдохновила знаменитая чикагская Колумбова выставка 1893 года. А о ней я писал недавно для Киева и Монреаля. Так и куется цепь времен!

Комментарии

Добавить изображение



Добавить статью
в гостевую книгу

Будем рады, если вы добавите запись в нашу гостевую книгу. Будьте добры, заполните эту форму. Необходимой является информация о вашем имени и комментарии, все остальное – по желанию… Спасибо!

Если у вас проблемы с кириллическими фонтами, вы можете воспользоваться автоматическим декодером AUTOMATIC CYRILLIC CONVERTER.

Для ввода специальных символов вы можете воспользоваться вот этой таблицей. (Латинские буквы с диакритическими знаками вводить нельзя!)

Ваше имя:

URL:

Штат:

E-mail:

Город:

Страна:

Комментарии:

Сколько бдет 5+25=?