Ледокол Жизнь
 | |
| Тип миссии | Марс приземляется |
|---|---|
| Оператор | НАСА |
| Продолжительность миссии | только 90 |
| Свойства космического корабля | |
| Автобус | На основе Phoenix и InSight . посадочных модулей |
| Производитель | Локхид Мартин Спейс Системс |
| Стартовая масса | ~ 670 кг (1480 фунтов) |
| Посадочная масса | ~ 350 кг (770 фунтов) |
| Размеры | В развернутом виде: 6,0 × 1,56 × 1,0 м (19,7 × 5,1 × 3,3 фута) [3] |
| Власть | ~450 Вт , Солнечная батарея / NiH 2 аккумулятор |
| Начало миссии | |
| Дата запуска | 2026 г. (предлагается) [4] |
| Марс приземляется | |
| Посадочная площадка | Между 60° и 70° с.ш. ( 68 ° 13' с.ш. 125 ° 42' з.д. / 68,22 ° с.ш. 125,7 ° з.д. предложено - недалеко от в Фениксе. площадки [1] ) |
Icebreaker Life — это концепция миссии спускаемого аппарата на Марс NASA , предложенная в рамках программы Discovery . [5] Миссия включает в себя стационарный посадочный модуль, который будет почти копией успешных космических кораблей Phoenix и InSight 2008 года , но будет нести научную астробиологическую нагрузку, включая буровую установку для отбора проб сцементированного льдом грунта на северных равнинах для проведения поиска биосигнатур текущего состояния. или прошлая жизнь на Марсе . [1] [6]
Научные цели Icebreaker Life сосредоточены на отборе проб сцементированного льдом грунта на предмет его потенциала по сохранению и защите биомолекул или биосигнатур . [2] [7]
Icebreaker Life не был выбран во время соревнований Discovery Program в 2015 и 2019 годах.
Профиль миссии
[ редактировать ]Миссия Icebreaker Life была разработана на основе успешного Phoenix спускаемого аппарата 2008 года с точки зрения платформы и северной посадочной площадки. Icebreaker Life также будет работать на солнечной энергии и сможет вместить бур и остальную полезную нагрузку лишь с небольшими модификациями оригинального посадочного модуля.
Если бы он был выбран для миссии 13 программы Discovery , посадочный модуль был бы запущен не позднее декабря 2021 года. [1] Посадочный модуль прибудет к северным равнинам Марса в 2022 году. Операции на поверхности продлятся 90 солов. Командование, контроль и передача данных созданы по образцу миссии «Феникс» с ретрансляцией на орбитальные аппараты Марса и прямой связью с Землей в качестве резервной копии. Кристофер Маккей — главный следователь.
В 2010 году научная полезная нагрузка Icebreaker была предложена в качестве базовой научной полезной нагрузки для разработки совместной миссии NASA и SpaceX, ныне отмененной, под названием Red Dragon . [8] [9]
Цели
[ редактировать ]Миссия Mars Icebreaker Life направлена на достижение следующих научных целей:
- Поиск конкретных биомолекул, которые могли бы стать убедительным доказательством существования жизни.
- Выполните общий поиск органических молекул в подземном льду.
- Определить процессы образования подземных льдов и роль жидкой воды .
- Изучите механические свойства марсианской полярной ледяной почвы.
- Оцените недавнюю обитаемость (5 миллионов лет назад) окружающей среды в отношении элементов, необходимых для поддержания жизни, источников энергии и возможных токсичных элементов.
- Сравните элементный состав северных равнин со среднеширотными участками.
Чтобы углубить нынешнее понимание обитаемости льда на северных равнинах и провести прямой поиск органики, миссия Mars Icebreaker Life фокусируется на следующих научных целях:
- Поиск конкретных биомолекул, которые могли бы стать убедительным доказательством прошлой жизни. Биомолекулы могут присутствовать, потому что место посадки Феникса , вероятно, было обитаемым в недавней марсианской истории. Подземный лед может защищать органические молекулы на Марсе от разрушения окислителями и радиацией, и в результате органика из биологических или метеоритных источников может быть обнаружена в богатой полярным льдом грунте в значительных концентрациях.
- Выполните общий поиск органических молекул в подземном льду. Если бы существовали пригодные для жизни условия, то любая органика могла бы иметь недавнее (<10 миллионов лет) биологическое происхождение.
- Определить природу образования подземных льдов и роль жидкой воды . образовалась жидкая вода Возможно, в течение последних <10 миллионов лет в поверхностных почвах северных полярных регионов из-за орбитальных изменений инсоляции .
- Изучите механические свойства марсианской полярной ледяной почвы. Полярный лед может стать ресурсом для исследований человеком, а его механические свойства будут отражать стратиграфию льда и почвы, что может служить основой для моделей истории климата.
- Оцените недавнюю пригодность окружающей среды для жизни в отношении элементов, необходимых для поддержания жизни, источников энергии и возможных токсичных элементов. Перхлорат, присутствующий на объекте в Финиксе, может стать полезным источником энергии, если в нем присутствует двухвалентное железо. источник фиксированного азота, например нитраты . Для обитаемости необходим
- Сравните элементный состав северных равнин со среднеширотными участками.
Дубликаты образцов могут быть закешированы в качестве цели для возможного возвращения в ходе миссии по возврату образцов с Марса . [6] Если бы было доказано, что образцы содержат органические биосигнатуры , интерес к их возвращению на Землю был бы высоким.
Наука
[ редактировать ]Результаты предыдущих миссий, и в частности миссии «Феникс» , показывают, что сцементированная льдом земля на северных полярных равнинах, вероятно, является последним обитаемым местом, которое в настоящее время известно на Марсе. Приповерхностный лед, вероятно, обеспечивал достаточную активность воды (a w ) в периоды высокого наклона 5 миллионов лет назад, когда наклон орбиты Марса составлял 45° по сравнению с нынешним значением 25°, а подземный лед, возможно, растаял достаточно, чтобы сохранять органические молекулы, включая органические биосигнатуры .
Два «Викинг» спускаемых аппарата провели в 1976 году первый и пока единственный поиск современной жизни на Марсе. Биологические эксперименты были направлены на обнаружение живых организмов, основываясь на гипотезе о том, что микробная жизнь будет широко присутствовать в почвах, как и на Земле, и что она будет реагировать на питательные вещества, добавляемые с жидкой водой. « Викинг» Биологические эксперименты успешно прошли на обоих спускаемых модулях, при этом прибор продемонстрировал признаки активного бактериального метаболизма , но этого не произошло с дублирующим образцом, подвергнутым термообработке. [10]
Другие приборы дали отрицательные результаты в отношении присутствия органических соединений. Результаты миссии «Викинг» , касающиеся жизни, широким экспертным сообществом рассматриваются в лучшем случае как неубедительные. [10] [11] Ученые пришли к выводу, что неоднозначные результаты могли быть вызваны окислителем в почве. [12] Прибор органического анализа на Фениксе ( TEGA ) также не сработал из-за присутствия в почве окислителя, но этот посадочный модуль смог его идентифицировать: перхлорат . [13] Инструмент SAM ( анализ проб на Марсе Марсианской научной лаборатории Curiosity ), который в настоящее время используется на борту марсохода , имеет три возможности, которые должны позволить ему обнаруживать органические вещества, несмотря на помехи от перхлората.
Нулевой результат подтвердит, что земноподобная жизнь, скорее всего, не присутствует в подземном льду, возможно, самой пригодной для жизни среде, известной в настоящее время на Марсе, подразумевая, что земноподобная жизнь отсутствует на Марсе в целом. Это снизит риск биологических опасностей во время исследования человеком или возврата образцов. Однако это не исключает жизни, не имеющей земных биомаркеров.
Сохранение биомолекул
[ редактировать ]Одна из ключевых целей миссии Icebreaker Life — проверить гипотезу о том, что богатая льдом почва в полярных регионах имеет значительные концентрации органики из-за защиты льда от окислителей и радиации . [2] Небиологическая органика из падающих метеоритов может быть обнаружена в богатой полярным льдом земле в значительных концентрациях, поэтому ее можно использовать в качестве индикаторов того, что лед действительно защищает и сохраняет органические молекулы, биологические или нет.
Если небиологическая органика будет обнаружена, то северные полярные регионы станут привлекательной целью для будущих астробиологических миссий, особенно из-за потенциальной недавней обитаемости (5 миллионов лет назад) этого льда. мишенями Биомолекулами- будут аминокислоты , белки , полисахариды , нуклеиновые кислоты ( например , ДНК , РНК ) и некоторые их производные, НАД. + участвует в окислительно-восстановительных реакциях, цАМФ для внутриклеточных сигналов и полимерных соединениях, таких как гуминовые кислоты и полиглутаминовая кислота , образующихся в результате бактериальной ферментации .
- Ионизирующее излучение
Ионизирующее излучение и фотохимические окислители более разрушительны для сухого реголита, поэтому может потребоваться достичь глубины ~ 1 м (3 фута 3 дюйма), где органические молекулы могут быть защищены льдом от поверхностных условий. Оптимальная скорость отложения на месте посадки должна быть такой, чтобы бур диаметром 1 м (3 фута 3 дюйма) мог взять пробу через отложения возрастом 6 миллионов лет.
- Перхлорат
Перхлорат — наиболее окисленная форма элемента хлора , но он не является реактивным в условиях окружающей среды на Марсе. Однако при нагревании до температуры выше 350 °C перхлорат разлагается и выделяет активный хлор и кислород. Таким образом, викингами и фениксами термическая обработка почв уничтожила бы ту самую органику, которую они пытались обнаружить; таким образом, отсутствие обнаружения органических веществ Viking и обнаружение хлорированных органических соединений может отражать присутствие перхлоратов, а не отсутствие органических веществ.
Особое значение имеет тот факт, что некоторые микроорганизмы на Земле растут посредством анаэробной восстановительной диссимиляции перхлората, и один из специфических используемых ферментов, перхлоратредуктаза , присутствует во всех известных примерах этих микроорганизмов. Кроме того, перхлораты токсичны для человека, поэтому понимание химии и распределения перхлоратов на Марсе может стать важной предпосылкой перед первой миссией человека на Марс .
Обитаемость
[ редактировать ]Хотя солнечный свет является мощным источником энергии для жизни, он вряд ли будет биологически полезен на современном Марсе, поскольку требует, чтобы жизнь на поверхности находилась под воздействием чрезвычайно смертоносной радиации и засушливых условий. [14] [15] [16] [17]
По оценкам команды, если 5 миллионов лет назад сцементированный льдом грунт на месте приземления действительно был поднят до температуры выше -20 °C, то возникшая в результате активность воды (a w = 0,82) могла способствовать микробной активности в тонком слое воды. пленки незамерзшей воды, образующиеся на защищаемой границе под почвой и льдом при температуре выше −20 °С. Icebreaker Life будет изучать концентрацию и распределение двухвалентного железа , нитратов и перхлоратов как биологически полезных окислительно-восстановительных пар (или источников энергии) в подземном льду. Маккей утверждает, что подповерхностная хемоавтотрофия является реальной энергетической альтернативой марсианской жизни. Он предполагает, что перхлорат и нитрат могли бы образовывать окислительные партнеры в окислительно-восстановительной паре, если бы был доступен подходящий восстановленный материал.
- Фиксация азота
После углерода азот , возможно, является наиболее важным элементом, необходимым для жизни. Таким образом, для решения вопроса о его распространении и распространении необходимы измерения содержания нитратов в диапазоне от 0,1% до 5%. ) в атмосфере присутствует Азот (в виде N 2 в небольших количествах, но этого недостаточно для поддержания фиксации азота для биологического включения. Азот в форме нитрата , если он присутствует, может быть ресурсом для изучения человеком как в качестве питательного вещества для роста растений, так и для использования в химических процессах.
На Земле нитраты коррелируют с перхлоратами в пустынной среде, и это также может быть верно и на Марсе. Ожидается, что нитрат на Марсе стабилен и образуется в результате ударных и электрических процессов. На данный момент данных о его наличии нет.
Предлагаемая полезная нагрузка
[ редактировать ]
Ледокол «Жизнь» будет оснащен роторно-ударным буром, а предлагаемые научные инструменты уже прошли испытания в соответствующих аналоговых средах и на Марсе. [2] [6]
- Прибор Signs Of LIfe Detector (SOLID) может обнаруживать целые клетки, специфические сложные органические молекулы и полимеры с помощью флуоресцентного иммуноанализа . [18] [19] Используя один чип обнаружения жизни (LDCHIP) размером в несколько квадратных сантиметров, [20] Библиотека антител SOLID может обнаруживать до 300 различных органических молекул. Прибор будет оснащен 16 чипами обнаружения жизни.
- Лаборатория влажной химии (WCL) [21] является мощным аналитическим инструментом, который измеряет pH , E h , проводимость и растворенные ионы, присутствующие в сцементированном льдом грунте. WCL успешно использовался в миссии спускаемого аппарата «Феникс» в 2007 году . [22] [23]
- Масс- спектрометр с лазерной десорбцией (LDMS) позволит обнаружить и охарактеризовать широкий спектр нелетучих органических соединений. В LDMS используется процесс импульсной лазерной десорбции/ионизации (LDI), при котором молекулярные ионы отбираются непосредственно из образцов твердых частиц при атмосферном давлении Марса, без необходимости вакуумной нагрузки. На метод LDMS не влияет присутствие перхлората.
- Роторно-ударная дрель и подобранный набор инструментов. Бур проникает на глубину 1 м (3 фута 3 дюйма) в ледяной цементированный грунт, а пробы шлама из этого бура отбираются с помощью роботизированной системы обработки проб. [18]
- В посадочном аппарате используется стереоизображитель поверхности Phoenix (SSI) для мониторинга операций бурения и доставки проб. Это предоставит важную контекстную информацию для оценки глубины льда, а также для понимания любых поверхностных условий, которые могут повлиять на операции миссии и размещение буровых установок.
Планетарная защита
[ редактировать ]Миссия должна соответствовать требованиям планетарной защиты , установленным НАСА и международным комитетом по космическим исследованиям (КОСПАР).
См. также
[ редактировать ]- Астробиология
- Биологический окислитель и обнаружение жизни
- ЭкзоМарс
- Исследование Марса
- Марс 2020
- Вода на Марсе
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д Чой, Чарльз К. (16 мая 2013 г.). «Миссия жизни ледокола» . Журнал астробиологии . Архивировано из оригинала 23 сентября 2020 г. Проверено 1 июля 2013 г.
{{cite news}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б с д Гронсталь, Аарон Л. (18 апреля 2014 г.). «Подробное описание предлагаемой миссии «Ледокол» на Марс» . Физическая орг . Проверено 13 октября 2014 г.
- ^ «Литография InSight» (PDF) . НАСА. Июль 2015 г. LG-2015-07-072-HQ. Архивировано из оригинала (PDF) 9 февраля 2017 г. Проверено 06 февраля 2019 г.
- ^ Манн, А (2018). «Внутренняя работа: охота за микробной жизнью по всей солнечной системе» . Proc Natl Acad Sci США . 115 (45): 11348–11350. дои : 10.1073/pnas.1816535115 . ПМК 6233070 . ПМИД 30401758 . Цитата: […] готовит «Ледокол» к участию в следующем раунде финансирования НАСА «Дискавери», и миссия может быть выбрана в ближайшие несколько лет и будет готова к 2026 году.
- ^ Маккей, Кристофер П.; Кэрол Р. Стокер; Брайан Дж. Гласс; Арвен И. Даве; Альфонсо Ф. Давила; Дженнифер Л. Хелдманн; Маринова Маргарита Михайловна; Альберто Дж. Файрен; Ричард К. Куинн; Крис А. Закни; Гейл Полсен; Питер Х. Смит; Виктор Парро; Дейл Т. Андерсен; Майкл Х. Хехт; Денис Ласель и Уэйн Х. Поллард (5 апреля 2013 г.). « Миссия ледокола Life на Марс: поиск биомолекулярных доказательств существования жизни». Астробиология . 13 (4): 334–353. Бибкод : 2013AsBio..13..334M . дои : 10.1089/ast.2012.0878 . ПМИД 23560417 .
- ^ Перейти обратно: а б с Маккей, CP; Кэрол Р. Стокер; Брайан Дж. Гласс; Арвен И. Даве; Альфонсо Ф. Давила; Дженнифер Л. Хелдманн; Маринова Маргарита Михайловна; Альберто Дж. Файрен; Ричард К. Куинн; Крис А. Закни; Гейл Полсен; Питер Х. Смит; Виктор Парро; Дейл Т. Андерсен; Майкл Х. Хехт; Денис Ласель и Уэйн Х. Поллард (2012). «МИССИЯ «ЛЕДОКОЛ ЖИЗНЬ» НА МАРС: ПОИСК БИОХИМИЧЕСКИХ ДОКАЗАТЕЛЬСТВ ЖИЗНИ» (PDF) . Концепции и подходы к исследованию Марса . Лунно-планетарный институт .
- ^ Гласс, Би Джей; Дэйв, А.; Маккей, CP; Полсен, Г. (2014). «Робототехника и автоматизация для «Ледокола» ». Дж. Филд Робототехника . 31 (1): 192–205. Бибкод : 2013JFRob...2..192G . дои : 10.1002/rob.21487 . S2CID 8971380 .
- ^ Гласс, Би Джей; Дэйв, А.; Полсен, Г.; Маккей, CP (14 ноября 2013 г.). «Робототехника и автоматизация для «Ледокола» ». Журнал полевой робототехники . 31 (1): 192–205. Бибкод : 2013JFRob...2..192G . дои : 10.1002/rob.21487 . S2CID 8971380 .
- ^ Груш, Лорен (19 июля 2017 г.). «Илон Маск предполагает, что SpaceX отказывается от планов по посадке капсул Dragon на Марс» . Грань .
- ^ Перейти обратно: а б Кляйн, Гарольд П.; Горовиц, Норман Х.; Левин, Гилберт В.; Ояма, Вэнс И.; Ледерберг, Джошуа; Рич, Александр; Хаббард, Джерри С.; Хобби, Джордж Л.; и др. (1976). «Биологическое исследование викингов: предварительные результаты». Наука . 194 (4260): 99–105. Бибкод : 1976Наука...194...99К . дои : 10.1126/science.194.4260.99 . ПМИД 17793090 . S2CID 24957458 .
- ^ Чемберс, Пол (1999). Жизнь на Марсе; Полная история . Лондон: Бландфорд. ISBN 978-0-7137-2747-0 .
- ^ Маккей, Кристофер П.; Ф. Дж. Грюнтанер; АЛ Лейн; М. Херринг; Р.К. Бартман; А. Ксендзов; К. М. Мэннинг (1998). «Марсианский окислитель (MOx) для Марса '96» (PDF) . Планетарная и космическая наука . 46 (6/7): 769–777. Бибкод : 1998P&SS...46..169A . дои : 10.1016/S0032-0633(97)00173-6 . ПМИД 11541819 . Архивировано из оригинала (PDF) 12 августа 2017 г. Проверено 2 июля 2013 г.
- ^ Хехт, Миннесота; Кунавес, СП; Куинн, Колорадо; Уэст, С.Дж.; Молодой, SMM; Мин, Д.В.; Кэтлинг, округ Колумбия; Кларк, Британская Колумбия; Бойнтон, Западная Вирджиния; Хоффман, Дж.; Дефлорес, LP; Господинова, К.; Капит, Дж.; Смит, штат Пенсильвания (3 июля 2009 г.). «Обнаружение перхлората и растворимый химический состав марсианской почвы на посадочной площадке Феникс». Наука . 325 (5936): 64–67. Бибкод : 2009Sci...325...64H . дои : 10.1126/science.1172466 . ПМИД 19574385 . S2CID 24299495 .
- ^ Дартнелл, ЛР; Дезоргер, Л.; Уорд, Дж. М.; Коутс, Эй Джей (2007). «Моделирование поверхностной и подземной радиационной среды Марса: значение для астробиологии» . Письма о геофизических исследованиях . 34 (2). Бибкод : 2007GeoRL..34.2207D . дои : 10.1029/2006GL027494 . S2CID 59046908 .
Повреждающее воздействие ионизирующей радиации на клеточную структуру является одним из главных ограничивающих факторов выживания жизни в потенциальных астробиологических средах обитания.
- ^ Дартнелл, ЛР; Дезоргер, Л.; Уорд, Дж. М.; Коутс, Эй Джей (2007). «Марсианское подповерхностное ионизирующее излучение: биосигнатуры и геология» . Биогеонауки . 4 (4): 545–558. Бибкод : 2007BGeo....4..545D . CiteSeerX 10.1.1.391.4090 . дои : 10.5194/bg-4-545-2007 . S2CID 8888768 .
Это поле ионизирующего излучения вредно для выживания спящих клеток или спор, а также для сохранения молекулярных биомаркеров в недрах и, следовательно, для их характеристики. [..] Даже на глубине 2 метров под поверхностью любые микробы, скорее всего, будут находиться в состоянии покоя, криоконсервированы нынешними условиями замерзания и, следовательно, метаболически неактивны и неспособны восстанавливать клеточную деградацию по мере ее возникновения.
- ^ Дартнелл, Льюис Р.; Майкл С. Сторри-Ломбарди; Ян-Питер. Мюллер; Андрей. Д. Гриффитс; Эндрю Дж. Коутс; Джон М. Уорд (7–11 марта 2011 г.). «Влияние космического излучения на поверхность Марса для выживания микробов и обнаружения флуоресцентных биосигнатур» (PDF) . 42-я конференция по наукам о Луне и планетах (1608 г.). Вудлендс, Техас: 1977. Бибкод : 2011LPI....42.1977D .
- ^ Программа исследования Марса. «Цель 1: Определить, возникла ли когда-либо жизнь на Марсе» . НАСА . Проверено 29 июня 2013 г.
- ^ Перейти обратно: а б Дэйв, Арвен; Сара Дж. Томпсон; Кристофер П. Маккей; Кэрол Р. Стокер; Крис Закни; Гейл Полсен; Болек Меллерович; Брайан Дж. Гласс; Дэвид Уилсон; Розальба Бонаккорси и Джон Раск (апрель 2013 г.). «Система обработки проб для миссии Mars Icebreaker Life: от грязи к данным». Астробиология . 13 (4): 354–369. Бибкод : 2013AsBio..13..354D . дои : 10.1089/ast.2012.0911 . ПМИД 23577818 .
- ^ «SOLID – Детектор признаков жизни» . Центр астробиологии (CAB) . Испанский национальный исследовательский совет (CAB). 2013 . Проверено 2 февраля 2014 г.
- ^ В. Парро; Л.А. Ривас; Э. Себастьян; Ю. Уайт; Х. А. Родригес-Манфреди; Г. де Диего-Кастилья; М. Морено-Пас; М. Гарсиа-Вильядангос; К. Компостизо; П.Л. Эрреро; А. Гарсиа-Марин; Х. Мартин-Солер; Дж. Ромераль; П. Круз-Гил; О. Прието-Баллестерос и Х. Гомес-Эльвира (2012). «ИНСТРУМЕНТ SOLID3 («ЗНАКИ ЖИЗНИ»): БИОСЕНСОР НА ОСНОВЕ АНТИТЕЛ ДЛЯ ПЛАНЕТАРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ» (PDF) . Концепции и подходы к исследованию Марса (2012) .
- ^ «Лаборатория влажной химии WCL» . Проверено 26 ноября 2014 г.
- ^ Кунавес, СП; Хехт, Миннесота; Капит, Дж.; Господинова, К.; ДеФлорес, LP; Куинн, Колорадо; Бойнтон, Западная Вирджиния; Кларк, Британская Колумбия; Кэтлинг, округ Колумбия; Хредзак, П.; Мин, Д.В.; Мур, К.; Шустерман Дж.; Стробл, С.; Уэст, С.Дж.; Молодой, СММ (2010). «Эксперименты по влажной химии в рамках миссии Phoenix Mars Lander 2007: анализ данных и результаты» . Дж. Геофиз. Рез . 115 (Е7): Е00Е10. Бибкод : 2010JGRE..115.0E10K . дои : 10.1029/2009je003424 .
- ^ Кунавес, СП; и др. (2010). «Растворимый сульфат в марсианском грунте на месте посадки Феникса». Геофиз. Рез. Летт . 37 (9): н/д. Бибкод : 2010GeoRL..37.9201K . дои : 10.1029/2010GL042613 . S2CID 12914422 .
