Программа исследования Марса

Программа исследования Марса ( MEP ) — ​​это долгосрочная программа по исследованию планеты Марс , финансируемая и возглавляемая НАСА . Созданная в 1993 году организация MEP использовала орбитальные космические корабли , спускаемые аппараты и марсоходы для изучения возможностей жизни на Марсе планеты , а также климата и природных ресурсов . Программой управляет Управление научных миссий НАСА под руководством Дуга МакКьюстиона из Отдела планетарных наук. В результате сокращения бюджета НАСА на 2013 финансовый год на 40% была сформирована Группа планирования марсианской программы (MPPG), чтобы помочь переформулировать MEP, объединив лидеров НАСА в области технологий, науки, человеческих операций и научных миссий.

Управление

Группа анализа программы исследования Марса (MEPAG), впервые созванная в октябре 1999 года, позволяет научному сообществу вносить вклад в планирование и определение приоритетов программы исследования Марса. Миссии по исследованию Марса, как и большинство миссий НАСА, могут быть довольно дорогостоящими. Например, НАСА Curiosity (приземлившийся на Марс в августе 2012 года) превышает 2,5 миллиарда долларов. марсохода бюджет НАСА также планирует сотрудничать с Европейским космическим агентством (ЕКА) для проведения миссии, включающей возвращение образца марсианской почвы на Землю, что, вероятно, будет стоить не менее 5 миллиардов долларов и займет десять лет.

Цели

Астробиология , климатология и геология были общими темами в миссиях Программы исследования Марса, таких как Mars Exploration Rover (слева) и Марсианская научная лаборатория (справа).

По данным НАСА, у МООС есть четыре основные цели, все из которых связаны с пониманием потенциала жизни на Марсе.

• Определите, возникла ли когда-либо жизнь на Марсе . Чтобы понять потенциал обитаемости Марса , необходимо определить, существовала ли когда-либо жизнь на Марсе , что начинается с оценки пригодности планеты для жизни. Основная стратегия МООС, получившая прозвище «Следуй за водой», заключается в общей идее о том, что там, где есть вода, есть жизнь (по крайней мере, в некоторых случаях на Земле). Вполне вероятно, что если бы жизнь когда-либо возникла на Марсе, там должен был бы быть запас воды, который присутствовал бы в течение значительного периода времени. Поэтому главная цель МООС — поиск мест, где есть, была или могла бы быть вода, например, в высохших руслах рек, под поверхностью планеты и в полярных ледяных шапках Марса. Помимо воды, жизнь также нуждается в источниках энергии для выживания. Обилие супероксидов делает жизнь на поверхности Марса маловероятной, что по сути исключает солнечный свет как возможный источник энергии для жизни. Поэтому необходимо искать альтернативные источники энергии, такие как геотермальная и химическая энергия . Эти источники, которые используются формами жизни на Земле, могут быть использованы микроскопическими формами жизни, живущими под поверхностью Марса. Жизнь на Марсе также можно искать, находя следы прошлой и настоящей жизни или биосигнатуры . Относительное содержание углерода, а также место и формы, в которых он может быть найден, могут дать информацию о том, где и как могла возникнуть жизнь. Кроме того, наличие карбонатных минералов , а также тот факт, что атмосфера Марса состоит в основном из углекислого газа , подскажут ученым, что вода могла существовать на планете достаточно долго, чтобы способствовать развитию жизни.
• Охарактеризовать климат Марса . Другая цель МООС — охарактеризовать как текущий, так и прошлый климат Марса , а также факторы, влияющие на изменение климата на Марсе. В настоящее время известно, что климат регулируется сезонными изменениями ледяных шапок Марса, перемещением пыли атмосферой и обменом водяного пара между поверхностью и атмосферой. Понимание этих климатических явлений означает помощь ученым более эффективно моделировать климат Марса в прошлом, что обеспечивает более высокую степень понимания динамики Марса.
• Охарактеризуйте геологию Марса . Геология Марса отличается от геологии Земли, среди прочего, чрезвычайно большими вулканами и отсутствием движения земной коры. Цель MEP — понять эти отличия от Земли, а также то, как ветер, вода, вулканы, тектоника, образование кратеров и другие процессы сформировали поверхность Марса. Камни могут помочь ученым описать последовательность событий в истории Марса, сказать, было ли на планете много воды, путем определения минералов, которые образуются только в воде, и сказать, было ли когда-то у Марса магнитное поле (которое указывало бы на Марс). в какой-то момент являющийся динамической планетой типа Земли).
• Приготовьтесь к исследованию Марса человеком . Миссия человека на Марс представляет собой сложную инженерную задачу. Поскольку поверхность Марса содержит супероксиды и не имеет магнитосферы и озонового слоя для защиты от радиации Солнца, ученым придется тщательно понять как можно большую часть динамики Марса, прежде чем можно будет предпринять какие-либо действия для достижения цели по отправке людей на Марс. .

Проблемы

Более тонкая атмосфера Марса усложняет операции по входу, спуску и посадке прибывающих наземных космических кораблей.

Миссии по исследованию Марса исторически имели один из самых высоких показателей неудач среди миссий НАСА. что можно объяснить огромными инженерными проблемами этих миссий, а также некоторыми неудачами, такими как американский полярный посадочный модуль на Марс . Поскольку многие цели MEP включают вход, спуск и посадку космического корабля (EDL) на поверхность Марса, в игру вступают такие факторы, как атмосфера планеты, неровный рельеф поверхности и высокая стоимость воспроизведения марсианской среды для испытаний. .

По сравнению с Землей атмосфера Марса примерно в 100 раз тоньше. В результате, если десантный корабль спустится в атмосферу Марса, он замедлится на гораздо меньшей высоте и, в зависимости от массы объекта, может не успеть достичь конечной скорости. Чтобы использовать сверх- или дозвуковые замедлители, скорость должна быть ниже порога, иначе они не будут эффективны. Следовательно, необходимо разработать технологии, позволяющие десантному кораблю достаточно замедлиться, чтобы дать достаточно времени для выполнения других необходимых процессов посадки перед приземлением. Атмосфера Марса существенно меняется в течение марсианского года , что не позволяет инженерам разработать систему EDL, общую для всех миссий. Часто возникающие пыльные бури приводят к снижению температуры и плотности атмосферы, что в сочетании с чрезвычайно переменными высотами над поверхностью Марса вынуждает консервативно выбирать место посадки, чтобы обеспечить достаточное замедление корабля. Поскольку последовательности EDL на Марсе длятся всего около 5–8 минут, соответствующие системы должны быть несомненно надежными. В идеале это должно быть проверено данными, полученными путем проведения масштабных испытаний различных компонентов систем EDL на наземных испытаниях. Однако затраты на воспроизведение сред, в которых эти данные были бы актуальны с точки зрения среды Марса, значительно высоки, в результате чего испытания проводятся исключительно наземными методами или моделируются результаты испытаний с использованием технологий, полученных в результате прошлых миссий.

Часто неровный и каменистый рельеф Марса делает посадку и пересечение поверхности планеты серьезной проблемой.

Поверхность Марса чрезвычайно неровная, состоит из камней , гористой местности и кратеров. Для десантного корабля идеальная площадка для приземления должна быть ровной и свободной от мусора. Поскольку такую ​​местность практически невозможно найти на Марсе, шасси должно быть очень устойчивым и иметь достаточный дорожный просвет, чтобы предотвратить проблемы с опрокидыванием и нестабильностью при приземлении. Кроме того, системы торможения этих посадочных модулей должны будут включать в себя подруливающие устройства, направленные на землю. Эти двигатели должны быть спроектированы так, чтобы их можно было активировать только в течение очень короткого промежутка времени; если они активны и направлены на каменистую почву более чем на несколько миллисекунд, они начинают рыть траншеи, запускать небольшие камни в шасси и вызывать на посадочный модуль дестабилизирующее противодавление.

Найти подходящее место для посадки означает иметь возможность оценить размер камня с орбиты. Технология точного определения размера горных пород диаметром менее 0,5 метра с орбиты еще не разработана, поэтому вместо этого распределение размеров горных пород определяется на основе его связи с тепловой инерцией на основе теплового отклика места посадки, измеренного спутниками, в настоящее время находящимися на орбите Марса. Mars Reconnaissance Orbiter также помогает этому делу, поскольку его камеры могут видеть камни диаметром более 0,5 м. Наряду с возможностью опрокидывания посадочного модуля на наклонных поверхностях крупные топографические объекты, такие как холмы, горы, кратеры и траншеи, создают проблему помех для наземных датчиков. Радар и доплеровский радар могут ошибочно измерять высоту во время снижения, а алгоритмы, нацеленные на точку приземления посадочного модуля, могут быть «обмануты» и заставить посадочный модуль выпустить слишком рано или поздно, если во время снижения корабль проходит над горами или траншеями.

История

Фон

Потеря Mars Observer в 1993 году побудила к формированию целостной программы исследования Марса.

Хотя в древние времена его наблюдали вавилоняне , египтяне , греки и другие, только с изобретением телескопа в 17 веке Марс был изучен глубоко. Первая попытка отправить зонд на поверхность Марса, получивший прозвище «Марсник-1», была предпринята СССР в 1960 году. Зонду не удалось достичь околоземной орбиты, и миссия в конечном итоге оказалась неудачной. Невыполнение задач миссии было обычным явлением в миссиях по исследованию Марса; примерно две трети всех космических кораблей, предназначенных для Марса, вышли из строя еще до начала каких-либо наблюдений. Сама программа исследования Марса была официально сформирована после провала проекта Mars Observer в сентябре 1992 года. Это была первая миссия НАСА на Марс после проектов «Викинг-1» и «Викинг-2» в 1975 году. Космический корабль, основанный на модифицированном коммерческом спутнике связи на околоземной орбите (т.е. спутнике SES Astra 1A ), нес на себе полезную нагрузку инструментов, предназначенных для изучения геология, геофизика и климат Марса с орбиты. Миссия завершилась в августе 1993 года, когда связь была потеряна за три дня до того, как космический корабль должен был выйти на орбиту .

2000-е

В 2000-х годах НАСА учредило Программу разведки Марса серии небольших недорогих роботизированных миссий как кампанию в рамках Программы исследования Марса по отправке на Марс , выбранных на конкурсной основе из инновационных предложений научного сообщества с ограниченным бюджетом в 485 миллионов долларов США. . Первым роботизированным космическим кораблем в этой программе был «Феникс» , в котором использовался спускаемый аппарат, первоначально изготовленный для отмененной миссии Mars Surveyor 2001 . Феникс был одним из четырех финалистов, выбранных из 25 предложений. В четверку финалистов вошли компании Phoenix, MARVEL, SCIM ( сбор образцов для исследования Марса ) и марсианский самолет ARES («воздушное исследование окружающей среды регионального масштаба»). SCIM представляла собой миссию по возврату образцов, в которой использовалась бы траектория свободного возврата и аэрогель для улавливания марсианской пыли и возвращения ее на Землю. (см. также: миссия «Звездная пыль» ). MARVEL был орбитальным аппаратом, который должен был искать вулканизм, а также анализировать различные компоненты атмосферы Марса. Название является аббревиатурой от Mars Volcanic Emission и Life Scout , и он был предназначен для обнаружения газов жизни, если она там была. ARES представлял собой концепцию самолета для Марса для изучения нижних слоев атмосферы и поверхности. 15 сентября 2008 года НАСА объявило, что выбрало MAVEN для второй миссии. Бюджет этой миссии составлял не более 475 миллионов долларов США. После всего лишь двух выборов Управление науки НАСА объявило в 2010 году, что Mars Scout будет включен в программу Discovery , объем которой был изменен, чтобы позволить предлагать миссии на Марс. InSight , миссия по сейсмологии и геологии Марса, в конечном итоге была выбрана в качестве двенадцатой миссии программы Discovery.

показывать Предлагаемые миссии программы Mars Scout (2003–10 гг.)
Mission Name	Description
The Great Escape (TGE)	The mission would have directly determined the basic processes in Martian atmospheric evolution by measuring the structure and dynamics of the upper atmosphere. In addition, potentially biogenic atmospheric constituents such as methane would have been measured. The principal investigator is Alan Stern, Southwest Research Institute, Boulder, Colorado. Southwest Research Institute, San Antonio, would have provided project management.
Artemis	This mission would launch up to four saucer-shaped landers, two feet (0.61m) in diameter, from a "mother ship" orbiting Mars. Each would parachute onto the surface, analyzing the soil and atmosphere. Two of the four landers would be targeted at the polar regions.
ARES	This mission concept proposed to send an unmanned airplane into the Martian atmosphere to observe the planet.
Chronos	This mission would consist of a probe designed to melt through a polar ice cap using heated jets. It would travel up to 100 yards (91m) below the surface, analyzing the melted water to determine the climatic history of Mars.
KittyHawk	This mission would create three or four winged gliders with approximately six-foot (1.83m) wingspans and would explore the Valles Marineris canyon system. The gliders would carry infrared spectrometers and cameras.
MOO	With infrared telescopes on Earth and a spectrometer on the Mars Express Orbiter, methane was discovered in the Martian atmosphere. The presence of methane on Mars is very intriguing, since as an unstable gas it indicates that there must be an active source of the gas on the planet. The latest research suggests that the methane destruction lifetime is as long ~4 Earth years and as short as ~0.6 Earth years. In either case, the destruction lifetime for methane is much shorter than the timescale (~350 years) estimated for photochemical (UV radiation) destruction. The Mars Organics Observer would use an orbiter to characterize the Martian methane: where it is being emitted, how much is being emitted and how often it is being emitted.
The Naiades	Named for nymphs of springs, lakes, and rivers from Greek mythology, this mission would send two landers to a region which likely holds groundwater. The landers would search for the groundwater using low-frequency electromagnetics and other instruments.
SCIM	A sample return mission that would briefly pass into the Martian atmosphere to scoop up about 1000 dust grains and a few liters of air without slowing from escape velocity.
THOR	Similar to NASA's Deep Impact, this mission would impact two copper spheres into Mars' surface to create craters in a region known to have water ice, and maybe liquid water, a few meters under the surface. An accompanying orbiter would analyze the craters from orbit. Although this mission was not selected, ice was later observed in fresh natural impacts.
Urey	This mission calls for a lander/rover pair designed to analyze the ages of rocks. It would be targeted for the Cerberus Highlands region, and would look for specific minerals to help scientists compare the cratering of Mars with that of the Moon.
MARVEL	Orbiter with spectrometers would look for volcanic emissions and life
CryoScout	Melt probe for ice caps
Pascal	24 mini weather stations. Also proposed in the Discovery Program.
MEO	Mars Environmental Orbiter—study atmosphere and hydrology
MACO	Mars Atmospheric Constellation Observatory—a network of microsatellites study the atmosphere
MSR	Mars Scout Radar—Synthetic Aperture Radar (SAR) to study sub-surface

2010-е годы

В 2013 финансовом году произошло значительное сокращение бюджета подразделения планетарных наук НАСА на 300 миллионов долларов США, что привело к отмене участия агентства в программе ЕКА ExoMars , а также к переоценке программы исследования Марса в целом. В феврале 2012 года Группа планирования марсианской программы (MPPG) была созвана в Вашингтоне, округ Колумбия, для обсуждения концепций возможных миссий на период запуска в 2018 или 2020 году. в инициативе, известной как Mars Next Generation. Целью MPPG была разработка основ для архитектуры программного уровня для роботизированного исследования Марса, которая соответствовала бы задаче администрации Обамы по отправке людей на орбиту Марса в десятилетии 2030-х годов . но при этом оставаться отзывчивыми к основным научным целям Десятилетнего исследования планетарной науки NRC 2011 года. MPPG использовала неконсенсусные индивидуальные предложения как государственных служащих НАСА, так и сотрудников подрядчиков, при этом за окончательные решения несет исключительную ответственность НАСА.

Непосредственное внимание MPPG было сосредоточено на сборе нескольких вариантов концепции миссии для окна запуска на Марс в 2018 и 2020 годах. При бюджете в 700 миллионов долларов США , включая ракету-носитель , предполагалось, что миссия будет ограничена орбитальным аппаратом . Краткосрочные идеи были приняты во внимание при раннем планировании миссии на период 2018–2024 годов, а среднесрочные и долгосрочные идеи легли в основу планирования архитектуры на уровне программы на 2026 год и последующий период. Стратегии, изучаемые для такой миссии, включали миссию по возврату проб , в ходе которой образцы почвы размещаются на орбите Марса в конце 2020-х или начале 2030-х годов, анализ почвы на месте и исследование поверхности и глубинных недр Марса перед возвратом проб. миссия и/или миссия с экипажем. Были изучены концептуальные миссии, соответствующие бюджетным требованиям в размере от 700 до 800 миллионов долларов США, включая Next Mars Orbiter (NeMO) для замены устаревших телекоммуникационных услуг спутников, а также стационарный посадочный модуль для исследования и отбора образцов, пригодных для последующего возвращения на Землю. . До получения выводов MPPG подкомитет по торговле, правосудию и науке Комитета по ассигнованиям Палаты представителей в апреле 2012 года утвердил бюджет, который восстановил 150 миллионов долларов США в бюджете планетарных наук с оговоркой, что будет обязательно проводиться миссия по возврату образцов. Итоговый отчет MPPG был составлен в августе 2012 года и опубликован в сентябре. В конечном итоге эта рекомендация, одобрившая миссию по возврату образцов, повлияла на бюджетный процесс НАСА на 2014 финансовый год.

Миссии

Список

Миссия	Пластырь	Транспортное средство	Запуск	Орбитальное введение/ Дата посадки	Ракета-носитель	Статус	Продолжительность
Глобальный исследователь Марса		МГС	7 ноября 1996 г., 17:00 UTC	11 сентября 1997 г., 01:17 UTC	Дельта II 7925	Завершенный	3647 дней
Марсианский следопыт		Марсианский следопыт	4 декабря 1996 г., 06:58 UTC	4 июля 1997 г., 16:57 UTC	Дельта II 7925	Завершенный	297 дней
		Временник
Марс сервейер '98		Марсианский климатический орбитальный аппарат	11 декабря 1998 г., 18:45 UTC	23 сентября 1999 г., 09:00 UTC (не удалось)	Дельта II 7425	Отказ	286 дней
		Полярный посадочный модуль Марса	3 января 1999 г., 20:21 UTC	3 декабря 1999 г., 20:15 UTC (не удалось)	Дельта II 7425	Отказ	334 дня
2001 Марсианская одиссея		Марс Одиссея	7 апреля 2001 г., 15:02 UTC	24 октября 2001 г., 12:21 UTC	Дельта II 7925-9,5	Оперативный	8518 дней
Марсоход для исследования Марса		Дух	10 июня 2003 г., 17:58 UTC	4 января 2004 г., 04:35 UTC	Дельта II 7925-9,5	Завершенный	2695 дней
		Возможность	7 июля 2003 г., 03:18 UTC	25 января 2004 г., 05:05 UTC	Дельта II 7925H-9,5	Завершенный	5498 дней
Марсианский разведывательный орбитальный аппарат		ТОиР	12 августа 2005 г., 11:43 UTC	10 марта 2006 г., 21:24 UTC	Atlas V 401 ( AV-007 )	Оперативный	6927 дней
Финикс		Финикс	4 августа 2007 г., 09:26 UTC	25 мая 2008 г., 23:53 UTC	Дельта II 7925	Завершенный	457 дней
Марсианская научная лаборатория		Любопытство	26 ноября 2011 г., 15:02 UTC	6 августа 2012 г., 05:17 UTC	Atlas V 541 ( AV-028 )	Оперативный	4267 дней
МАВЕН		МАВЕН	18 ноября 2013 г., 18:28 UTC	22 сентября 2014 г., 02:24 UTC	Atlas V 401 ( AV-038 )	Оперативный	3910 дней
Понимание		Понимание	5 мая 2018 г., 11:05 UTC	26 ноября 2018 г., 19:52 UTC	Atlas V 401 ( AV-078 )	Завершенный	2076 дней
Марс 2020		Упорство	30 июля 2020 г., 11:50 UTC	18 февраля 2021 г., 20:55 UTC	Atlas V 541 ( AV-088 )	Оперативный	1261 день
		Изобретательность				Завершенный	1026 дней
Картограф льда для исследования Марса		Я-Я	2031	2032	подлежит уточнению	Предложенный	Н/Д

Хронология

См. также

• Исследование Марса
• Список миссий на Марс
• Список миссий НАСА

Ссылки

Примечания

Цитаты

Внешние ссылки

• Программа исследования Марса в Лаборатории реактивного движения
• Группа анализа программы исследования Марса (MEPAG) в Лаборатории реактивного движения