Марсианский гейзер Хоппер
 CAD-модель Mars Geyser Hopper в состоянии приземления (слева) и в упаковке внутри аэрооболочки с прикрепленной крейсерской ступенью (справа) | |
| Тип миссии | Марс приземляется |
|---|---|
| Оператор | НАСА |
| Продолжительность миссии | Один марсианский год (22 месяца) на поверхности. |
| Свойства космического корабля | |
| Стартовая масса | 1092 кг (2407 фунтов) Посадочный модуль: 500 кг (1100 фунтов) |
| Власть | Солнечная батарея на 150 Вт, Посадочный модуль: ASRG на 133 Вт. |
| Марс приземляется | |
| Посадочная площадка | Южный полюс Марса |
Марсианский гейзер-хоппер (MGH) был предложен в 2012 году в качестве НАСА эталонной миссии класса «Дискавери» для концепции космического корабля , который будет исследовать весенние углекислого газа марсианские гейзеры , обнаруженные в регионах вокруг южного полюса Марса . [1] [2]
Энергетической технологией, которую MGH предложил использовать, был усовершенствованный радиоизотопный генератор Стирлинга ( ASRG ). [3] НАСА завершило проектирование ASRG и изготовило один испытательный образец устройства, но программа была завершена к середине 2010-х годов. [4] [5] Ни InSight, ни кто-либо из полуфиналистов следующего Discovery не используют ASRG или RTG из-за высокого спроса и ограниченного предложения того типа плутония, от которого он зависит. [6]
Фон
[ редактировать ]
Программа «Дискавери» была начата в 1990-х годах после обсуждений в НАСА новой программы и позволила реализовать такие миссии, как «Генезис» , «Дип Импакт» и «Кеплер» , среди других; это программа, в которой была разработана эта миссия, по крайней мере, изначально. [7]
Одним из первых беспилотных роботизированных космических кораблей, совершивших прыжок, был лунный посадочный модуль Surveyor 6 , который успешно приземлился на Луну в 1967 году и совершил прыжок после приземления. [3] Еще одной возможной миссией на корабле может стать спутник Сатурна Энцелад . [8] Хопперы известны своей способностью потенциально посещать разные места приземления. [8] Еще одной миссией типа «хоппер» была Comet Hopper , которая получила награду полуфиналиста Discovery за исследование прыжковой миссии к комете 46P/Wirtanen . [9]
В 2012 году были некоторые предположения, что миссия Geyser Hopper может быть запущена после спускаемого аппарата InSight на Марс. [10]
Обзор миссии
[ редактировать ]Планировалось, что миссия будет стоить 350 миллионов долларов США и соответствовать предельной стоимости не более 425 миллионов долларов США, не считая стоимости запуска. Чтобы снизить стоимость и свести к минимуму риск, концепция космического корабля основана на предыдущей конструкции космического корабля, посадочном модуле «Марс Феникс» , который имеет доказанные летные традиции, включая возможность мягкой посадки и включает перезапускаемую ракетную двигательную установку, пригодную для перепрофилирования для требования этой миссии. [2]
Космический корабль приземлится в целевой зоне приземления недалеко от южного полюса Марса, где гейзеры существуют на протяжении нескольких сотен километров с плотностью не менее одного гейзера каждые 1–2 километра (0,62–1,24 мили) и обладают способностью « «прыгните» как минимум дважды от места приземления после летней посадки, чтобы переместиться ближе к месту гейзера, и дождитесь зимы до первого весеннего солнечного света, чтобы своими глазами увидеть явление марсианского гейзера и исследовать структуру и канал обломков. [2]
Марсианские гейзеры не похожи ни на одно земное геологическое явление. Форма и необычный внешний вид этих особенностей пауков стимулировали появление множества научных гипотез об их происхождении, начиная от различий в отражательной способности инея и заканчивая объяснениями, связанными с биологическими процессами. Однако все современные геофизические модели предполагают некую гейзерную активность. [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] Их характеристики и процесс формирования до сих пор являются предметом дискуссий.
Сезонное замерзание и оттаивание CO2 - льда приводит к появлению ряда особенностей, таких как темные пятна дюн с паукообразными бороздками или каналами подо льдом, [12] где между землей и льдом вырезаны паукообразные радиальные каналы, придающие ему вид паутины, затем накапливающееся внутри них давление выбрасывает газ и темный базальтовый песок или пыль, которые оседают на поверхности льда и таким образом образуют темный места с дюнами. [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] Этот процесс быстрый, наблюдается в течение нескольких дней, недель или месяцев, скорость роста довольно необычна для геологии, особенно для Марса. [20]
Концепция миссии
[ редактировать ]Продолжительность основной миссии, начиная с запуска, составляет 30 месяцев, включая 8 месяцев межпланетного круиза, за которым следует основная миссия продолжительностью 22 месяца (один марсианский год) на поверхность. Космический корабль войдет в атмосферу и совершит мягкую посадку с помощью ракеты в районе южного полюса, где, как известно, образуются гейзеры. Эта посадка состоится во время полярного лета, когда поверхность будет свободна ото льда. Прогнозируемый эллипс приземления составляет 20 на 50 километров (12 миль × 31 милю), и, следовательно, приземление будет нацелено на определенный регион, а не на конкретное место гейзера. На первом этапе после приземления он проведет научные исследования для определения характеристик места приземления и понимания геологии поверхности этого района в летний период, свободный ото льда. [1]
Затем космический корабль уберет свои научные инструменты и повторно запустит двигатели для первого прыжка на расстояние до 2 километров (1,2 мили). [2] Этот прыжок предназначен для размещения посадочного модуля в таком месте, где он сможет непосредственно исследовать район гейзера, исследуя поверхность в том месте, где находился гейзер.
И снова космический корабль уберет свои инструменты и активирует двигатели для второго прыжка на расстояние ~ 100 метров (330 футов). В результате этого посадочного модуля посадочный модуль будет помещен на место зимовки, место, выбранное на относительно высокой высоте, откуда посадочный модуль сможет получить хороший обзор окрестностей, недалеко от известного гейзера, но не расположенного на нем, и за его пределами. Схема выпадения ожидаемого шлейфа мусора. Космический корабль будет исследовать местность в течение оставшегося солнечного света, а затем перейдет в «зимний режим». Посадочный модуль продолжит передавать данные о инженерном состоянии и метеорологические отчеты в течение зимы, но не будет проводить крупные научные операции. [1]
С приходом полярной весны посадочный модуль будет изучать явление гейзера из места, выбранного для оптимального наблюдения. Автоматическое обнаружение гейзеров на борту космического корабля будет сканировать окружающую среду, хотя обычные изображения будут буферизоваться на космическом корабле, изображения не будут передаваться на Землю до тех пор, пока космический корабль не обнаружит гейзер. Это позволяет получать высокоскоростные изображения с высоким разрешением, включая помощью лидара определение характеристик движения частиц с и инфракрасную спектроскопию . Одновременно научные инструменты проведут химический анализ любых частиц осадков, выброшенных на поверхность посадочного модуля. [2]
Гейзеры извергаются со скоростью примерно один в день в пик весеннего сезона. Если одновременно обнаружено более одного, алгоритм космического корабля сосредоточится на ближайшем или «лучшем».Посадочный модуль будет продолжать эту первичную науку о гейзерах в течение примерно 90 дней. В течение весенне-летнего сезона ожидаются десятки наблюдений гейзеров. Расширенные миссии миссии, при желании, продолжат наблюдения в течение всего марсианского года и до второго марсианского лета. [2]
Концепция бункера также может быть использована для исследовательских миссий, помимо наблюдения за полярными гейзерами.миссия обсуждается здесь. Возможность совершить несколько прыжков с помощью ракеты от места первоначальной посадки до интересующей науки области была бы ценна на широком диапазоне ландшафтов Марса, а также в других местах Солнечной системы, и продемонстрировала бы новую форму марсохода с способность преодолевать гораздо более пересеченную местность, чем любые предыдущие миссии, концепция миссии, которая будет применима для исследования многих планет и лун. [2]
Космический корабль
[ редактировать ]
Источник питания
[ редактировать ]Явление гейзеров возникает после длительного периода полной темноты, а сами гейзеры возникают в начале полярной весны, когда температура находится в диапазоне -150 °C (-238 °F), а угол наклона Солнца составляет всего несколько градусов. градусов над горизонтом. Экстремальные условия, малые углы наклона Солнца во время появления гейзеров и тот факт, что было бы желательно установить зонд задолго до появления гейзеров, в период отсутствия солнечного света, делают эту среду сложной для использования солнечных батарей. в качестве основного источника питания. Таким образом, это привлекательная миссия для использования усовершенствованного радиоизотопного генератора Стирлинга (ASRG) массой 126 кг (278 фунтов), включая литий-ионную батарею для использования во время входа/спуска/посадки (EDL), а также во время полета. скачки, когда существует кратковременная потребность в дополнительной мощности. [2] Однако разработка ASRG была отменена НАСА в 2013 году. [21]
Движение
[ редактировать ]Прыжковая силовая установка основана на системе посадки Phoenix с использованием встроенной на гидразине системы продувки монотоплива с 15 двигателями Aerojet MR-107N с Isp 230 с для приземления и прыжка. RCS представляет собой четыре пары двигателей Aerojet MR-103D с частотой 215 с исп и один двигатель Aerojet MR-102 с исп 220 с. [2] В систему будет заправлено 191 кг топлива.
Коммуникация
[ редактировать ]Посадочный модуль будет связываться через X-диапазон напрямую с Землей на круизной палубе для транзита; тогда он будет использовать УВЧ антенну . Получение изображений и передача всех данных будут координироваться с оперативной группой Mars Reconnaissance Orbiter . [2]
Научные инструменты
[ редактировать ]Научные инструменты включают в себя стереокамеры (MastCam) для наблюдения за гейзерами и роботизированную руку (из Феникса), которая будет копать под поверхностью почвы и собирать образцы почвы для химического анализа на бункере. В комплект входят прибор для обнаружения света и измерения дальности ( ЛИДАР ), посадочная камера и тепловой спектрометр для дистанционного геологического анализа, а также определения погоды. [2]
См. также
[ редактировать ]- Геология Марса
- Марсианский самолет
- Марсианская научная лаборатория ( марсоход Curiosity )
- «Феникс» Космический корабль (полярный спускаемый аппарат)
- Тритон Хоппер (космический корабль Хоппер для спутника Нептуна Тритона)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Лэндис, Джеффри А .; Олесон, Стивен Дж.; Макгуайр, Мелисса (9 января 2012 г.). «Исследование конструкции бункера для марсианского гейзера» . НАСА . Проверено 1 июля 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к Джеффри А. Лэндис; Стивен Дж. Олесон; Мелисса Макгуайр (9 января 2012 г.). Исследование конструкции бункера для марсианского гейзера (PDF) . 50-я конференция AIAA по аэрокосмическим наукам. Исследовательский центр Гленна, НАСА. АИАА-2012-0631 . Проверено 1 июля 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Концепции и подходы к исследованию Марса (2012): ASRG Mars Geyser Hopper» (PDF) .
- ^ «Технология преобразователя Стирлинга» . НАСА. 2014. Архивировано из оригинала 7 августа 2012 г.
- ^ Драйер, Кейси (23 января 2014 г.). «Закрытие программы ASRG» . Планетарное общество.
- ^ Нехватка ядерного топлива НАСА может поставить под угрозу будущие космические миссии
- ^ Лэндис, Джеффри; Олесон, Стивен; Макгуайр, Мелисса (2012). «Исследование конструкции бункера для марсианского гейзера». 50-е совещание AIAA по аэрокосмическим наукам, включая форум «Новые горизонты» и аэрокосмическую выставку . дои : 10.2514/6.2012-631 . hdl : 2060/20120004036 . ISBN 978-1-60086-936-5 . S2CID 129176633 .
- ^ Перейти обратно: а б BBC назвала Энцелад самым приятным местом для инопланетной жизни
- ↑ НАСА Годдард руководил миссией кометы Хоппер, выбранной для дальнейшего изучения
- ^ Дормини, Брюс (22 августа 2012 г.). «НАСА может отправиться в путешествие по марсианским гейзерам» . Форбс . Архивировано из оригинала 25 августа 2012 года . Проверено 25 октября 2015 г.
- ^ Перейти обратно: а б Пике, Сильвен; Шейн Бирн; Марк И. Ричардсон (8 августа 2003 г.). «Сублимация южного сезонного образования ледяной шапки Марса из CO 2 пауков» (PDF) . Журнал геофизических исследований . 180 (E8): 5084. Бибкод : 2003JGRE..108.5084P . дои : 10.1029/2002JE002007 . Проверено 1 июля 2012 года .
- ^ Перейти обратно: а б с Манрубия, Южная Каролина; и др. (2004). «Сравнительный анализ геологических особенностей и сезонных процессов в городе инков и регионах Патеры Питти, США на Марсе» (PDF) . Публикации Европейского космического агентства (ESA SP) : 545. Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2011 г.
- ^ Перейти обратно: а б Киффер, Х.Х. (2000). Ежегодные прерывистые CO 2 плиты льда и струи на Марсе (PDF) . Марсианская полярная наука 2000 . Проверено 1 июля 2012 года .
- ^ Перейти обратно: а б Киффер, Хью Х. (2003). Поведение твердого CO (PDF) . Третья Марсианская полярная научная конференция (2003 г.) . Проверено 1 июля 2012 года .
- ^ Перейти обратно: а б Г. Портянкина, изд. (2006). Моделирование извержений гейзерного типа в загадочном регионе юга Марса (PDF) . Четвертая полярная научная конференция Марса . Проверено 1 июля 2012 года .
- ^ Перейти обратно: а б Берчи, С., изд. (2004). Стратиграфия особых слоев – переходных на проницаемых: примеры (PDF) . Лунная и планетарная наука XXXV (2004) . Проверено 1 июля 2012 года .
- ^ Перейти обратно: а б Киффер, Хью Х.; Филип Р. Кристенсен; Тимоти Н. Титус (30 мая 2006 г.). «Струи CO 2 образуются в результате сублимации под полупрозрачным плитовым льдом в сезонной южной полярной ледяной шапке Марса». Природа . 442 (7104): 793–6. Бибкод : 2006Natur.442..793K . дои : 10.1038/nature04945 . ПМИД 16915284 . S2CID 4418194 .
- ^ «Результаты НАСА позволяют предположить, что из ледяной шапки Марса вырываются самолеты» . Лаборатория реактивного движения . НАСА. 16 августа 2006 г. Архивировано из оригинала 10 октября 2009 г. . Проверено 1 июля 2012 года .
- ^ Хансен, CJ; и др. (2010). «Наблюдения HiRISE за активностью, вызванной сублимацией газа, в южных полярных регионах Марса: I. Эрозия поверхности» (PDF) . Икар . 205 (1): 283–295. Бибкод : 2010Icar..205..283H . дои : 10.1016/j.icarus.2009.07.021 . Проверено 1 июля 2012 года .
- ^ Несс, Питер К.; Грег М. Орм (2002). «Модели паучьего ущелья и растительные особенности на Марсе - возможные геофизические и биогеофизические способы происхождения» (PDF) . Журнал Британского межпланетного общества (JBIS) . 55 : 85–108. Архивировано из оригинала (PDF) 20 февраля 2012 года . Проверено 1 июля 2012 года .
- ^ Отмена ASRG в контексте будущих планетарных исследований
- Эта статья включает контент, скопированный из источников НАСА .
