Итоги № 33 (2012)

Вылитый марсианин / Общество и наука / Наука

Вылитый марсианин

/ Общество и наука / Наука

Есть ли жизнь на Марсе? Ответ на этот вопрос вот-вот будет получен

Американский марсоход «Кьюриосити», что в переводе на русский означает «любознательность, любопытство», 6 августа совершил успешную посадку на Красную планету. Стартовав с мыса Канаверал 26 ноября прошлого года, он сел в точно запланированное время в расчетном месте — на дно кратера Гейла, который и будет исследовать вдоль и поперек в течение ближайших лет, а возможно, и десятилетий. Ученые всего мира признают: миссия «Кьюриосити» позволит совершить революционный прорыв во многих областях науки. Пока аппарат находится в режиме тестирования, российские специалисты поделились с «Итогами» соображениями о том, что «любознательная машинка» способна найти на Марсе.

Изучить и жить

В рамках проекта запланировано решить две сложнейшие задачи. Первая — научная и отчасти цивилизационная — связана с получением ответа на вопросы, был ли в прошлом Марс обитаем и пригоден для жизни и остается ли он таким сейчас. Вторая — чисто технологическая.

Выяснение извечного вопроса «Есть ли жизнь на Марсе?» может считаться одной из центральных задач в естествознании. «Если там была жизнь, то, возможно, и мы там сможем существовать, — комментирует старший научный сотрудник сектора теоретической астрофизики Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН, кандидат физико-математических наук Александр Иванчик. — Человечество на своей маленькой планете висит на волоске. Чрезвычайно важно знать, что такое Марс, как мы сможем колонизировать эту планету. Если Земле суждено погибнуть, но мы успеем освоиться на Марсе, то вероятность гибели нашей цивилизации сильно уменьшается». Шансы, что некая природная катастрофа произойдет одновременно на двух планетах, ничтожно малы.

Мнение коллеги поддерживает старший научный сотрудник Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга МГУ кандидат физико-математических наук Владимир Сурдин. По его словам, одна из основных задач марсохода — понять, куда девалась марсианская атмосфера: «Вообще-то Марс дальше от Солнца, значит, там холоднее. Воздух не должен был покидать планету, но тем не менее покинул». Земля же находится в более жестких условиях, ближе к Солнцу, и у нас по всем правилам больше шансов потерять атмосферу от солнечного нагрева. Большинство ученых сегодня предполагает, что до сих пор атмосфера на Земле сохранилась из-за сильного магнитного поля, которое ее прикрывает. Но наша планета тоже может потерять кислородную атмосферу, если ее магнитное поле в результате каких-либо будущих геологических катаклизмов ослабнет. Все это предстоит проверить марсоходу, узнав, почему вода на Марсе ушла в песок и замерзла. Для этого надо прощупать слои вечной мерзлоты под поверхностью Красной планеты.

Доцент кафедры «Стартовые ракетные комплексы» МГТУ им. Н. Э. Баумана, кандидат технических наук Владимир Игрицкий уверен, что Марс — отличный испытательный полигон, на котором можно проверить различные представления ученых, например о глобальном потеплении. Мы не можем на своей планете взять и разогреть атмосферу до какой-нибудь заданной величины и измерить при этом все параметры, поэтому более или менее приемлемый вариант для проверки теорий — лететь на другие планеты и там, при других температурах, других составах пород, изучать проблемы атмосферы. То же самое относится и к геологии. Сейчас на Земле кислородная атмосфера, а те породы, которые формировались, когда на планете не было кислорода, уже сильно изменены. Интересно знать, какие геологические процессы происходят в другой среде, безатмосферной.

Дитя прогресса

Как ни странно, у относительно небольшого «Кьюриосити», который на Земле весит около 900 килограммов и имеет размеры среднего внедорожника, есть все возможности, чтобы практически спасти землян. Потому что в его возможностях заключается технологическая революция.

То, что посадка произошла, — достижение. Ведь это был новый вариант приземления (точнее, «примарсения») с помощью так называемого Sky Crane — «Небесного крана», когда тяжелый аппарат опустился на тросах с платформы с ракетными двигателями. «Это действительно революционный прорыв! — говорит заведующий лабораторией космической гамма-спектроскопии Института космических исследований РАН доктор физико-математических наук Игорь Митрофанов. — Если можно доставлять туда тяжелые аппараты, то вполне реально создавать и какую-то более сложную инфраструктуру для будущего освоения».

Но технология посадки — это лишь вершина айсберга. Куда более впечатляющими кажутся приборы, установленные на «Кьюриосити», а также их возможности по изучению Красной планеты. Основное, что будут исследовать на Марсе, — состав вещества, то есть грунта. «Если там были какие-то биологические процессы, они неминуемо оставили после себя следы, биофакторы. Их так или иначе будет изучать весь комплекс аппаратуры», — продолжает Игорь Митрофанов.

Для решения этой задачи «Кьюриосити» приютил на борту в том числе и российский прибор ДАН, разработанный в Институте космических исследований РАН. Он будет заниматься гидрологической разведкой. Поскольку вся поверхность Марса запылена из-за глобальных пылевых бурь, то для поиска «интересных» минералов с высоким содержанием воды обязательно нужно заглянуть под поверхность. ДАН позволяет изучить состав грунта в слое толщиной примерно в один метр, определив те районы, где в грунте больше всего воды. Если такие места будут найдены, марсоход сможет при помощи манипулятора снять верхний слой, добыть образцы вещества, а потом подвергнуть их анализу прямо на борту, чтобы понять, какие минералы присутствуют, каков изотопный состав и имеются ли химические структуры, претендующие на звание биохимических или органических. На аппарате еще два прибора, которые могут анализировать химический и изотопный состав вещества. Химический анализатор, например, способен фиксировать остатки биологических молекул. «Если доставленный в прибор при помощи двухметровой руки-манипулятора образец породы окажется останками некогда существовавшей на Марсе жизни и от нее остались обрывки белков или сложных молекул, анализатор это зафиксирует», — уверен Владимир Сурдин.

На марсоходе также установлена испанская метеорологическая станция, задача которой — контролировать температуру, направление ветра, влажность и множество других параметров. Это нужно не только для жизнеобеспечения аппарата, но и для того, чтобы понимать, как на Марсе меняется погода. «Ведь если на разных участках разная влажность, это отлично характеризует свойства грунта», — поясняет Игорь Митрофанов.

Сам по себе

«Кьюриосити» буквально увешан телевизионными камерами, ведь, кроме научных задач, ему надо решать чисто навигационные. При помощи них аппарат видит направление своего движения, понимает особенности рельефа, прокладывая себе маршрут. Телекамеры служат и для обеспечения живучести марсохода, а она, по словам специалистов, уникальна. «Следует очень сильно похвалить американцев, — говорит Игорь Митрофанов. — Мы с ними работали на протяжении всего этапа подготовки проектов, и у нас всегда специально проходил анализ рисков». Разработчик каждой системы марсохода в целом знает весь свой набор рисков. Как ожидаемых, например когда аппарат едет по очень опасному участку поверхности, так и неожиданных, если, к примеру, происходит мощная солнечная вспышка и поток солнечного ветра экстремально облучает аппарат. Все эти риски тщательно изучаются, для каждого рассчитывается вероятность наступления и принимается решение о превентивных мерах.

Вообще в плане управления на марсоходе применена революционная технология. На нем будет действовать система автоматического управления: аппарат сам будет выбирать себе дорогу, действовать по своему усмотрению без пультов или джойстиков. Люди руководят им только в общем... Как это будет происходить, рассказал Игорь Митрофанов: «На Марсе день длится 25 часов, и уже сейчас сотрудники, которые сидят в лаборатории реактивного движения НАСА в пригороде Лос-Анджелеса, начинают работать с бортом в режиме марсианского времени. В местном магазине даже продаются специальные часы с «марсианским» циферблатом. В первые 90 дней работа будет проходить по следующему графику: наступает марсианский вечер, и с марсохода через орбитальный аппарат передается вся накопленная за день информация. Инженеры анализируют служебные данные о состоянии аппарата, а ученые в свою очередь расшифровывают информацию. На это дается примерно 2 часа. Каждая команда, проанализировав свою часть поступившей информации, составляет краткий отчет. Первыми идут данные об общем состоянии марсохода. Затем уже следуют детали. Специалисты докладывают руководству, что с «Кьюриосити» все нормально, нет никаких аномалий, и команда вырабатывает предложения о программе следующего дня. Это занимает еще примерно два часа. Где-то через четыре часа после прихода информации и ее последующей обработки вместе собираются представители участвующих в миссии экспериментов и сотрудники служебных систем и обсуждают план работы марсохода на следующий марсианский день. В итоге вырабатывается общее решение, а потом технические специалисты получают предложения по командам для каждого прибора, каждой системы и формируют общий перечень команд, который выглядит как большое SMS-сообщение. В конце рабочего дня это сообщение отправляется с Земли на Марс, на борт марсохода. «Кьюриосити», проснувшись после марсианской ночи, получает команды и начинает их реализовывать в автономном режиме до следующего сеанса связи».

Но фишкой «Любознательности» стал совместный американcко-французский прибор с лазерной пушкой. Он напоминает гиперболоид инженера Гарина и расположен на мачте аппарата. Этот прибор уникален, он не использовался прежде нигде — ни на Земле, ни в космосе, хотя был бы очень полезен и здесь, и там. Он стреляет туда, куда не может добраться робот. А добраться надо до вершины марсианской горы, на высоту пять километров. Если на пути встретится непреодолимый склон, расщелина и марсоход не сможет преодолеть препятствие, в дело вступит пушка. «Он стрельнет лазерным лучом, испарит кусочек вещества, и во время этой вспышки проанализирует газовый состав, получив полный спектр», — объясняет Владимир Сурдин. А Игорь Митрофанов добавляет: «В той области, где лазерный луч станет взаимодействовать с веществом, другие приборы будут наблюдать испаряющиеся газы и по линиям поглощения эмиссии судить о составе вещества в этом месте. То есть это анализ состава на основе лазерного испарения».

На «Кьюриосити» есть и дозиметр для изучения радиационной обстановки вдоль всей трассы его движения. Это важная задача для подготовки к будущим пилотируемым экспедициям на Марс, поскольку необходимо понимать уровень радиационной обстановки, особенно во время мощных солнечных вспышек. Недавно ученые выяснили, что с радиацией на Марсе могут возникать дополнительные проблемы. «Галактическое излучение содержит тяжелые заряженные частицы, а земные живые организмы не приспособлены к тому, чтобы выдерживать этот вид излучения, — говорит Владимир Игрицкий. — Фоновая радиация на нашей планете вышибает, как правило, всего один атом из молекулы, а специальные вещества в клетках эту нехватку потом восстанавливают — приспособились в ходе эволюции. Тяжелая заряженная частица может выбить сразу слишком большую часть молекулы, а это — проблема».

Еще одна технологическая новация — решение с энергообеспечением марсохода. Если на всех трех предыдущих стояли солнечные батареи, которые нет-нет да и норовили прийти в негодность или покрыться пылью, то «Кьюриосити» обрел новый источник питания. На него поставили радиоизотопный генератор с плутонием в качестве топлива. Как утверждает Владимир Сурдин, заряда такой «батарейки» хватит лет на 35, то есть все это время марсоход будет полноценно функционировать и каждый день отправлять информацию на Землю.

Может быть даже, он дождется высадки своих хозяев на Красную планету, которые заберут его домой и поставят на почетное место в каком-нибудь музее как главного марсианского разведчика. Ведь несомненно: Марс — это очередной шаг человечества в космос, и «Кьюриосити» выступает здесь в качестве ботинка, в котором нестрашно ступить в неизведанное.