Миссия выполнима!
На снимке — песчаный, усыпанный ноздреватыми камнями гребень холма, за которым открывается коричнево-желтая долина. Робот-исследователь Spirit сфотографировал его с вершины цепи холмов "Коламбия" в начале сентября этого года. А ведь когда ученые из НАСА обнаружили цепь холмов на первых фотографиях, переданных марсоходом Spirit (ей дали название "холмы "Коламбия" в честь астронавтов погибшего шаттла Columbia), они и мечтать не могли о том, что им представится возможность не только добраться до этих возвышенностей, но и увидеть, что находится за ними. Специалисты НАСА хорошо помнили о длинной цепи поражений, буквально преследовавшей большинство современных легендарных "миссий на Марс".
Нашествие с Земли
Как известно, из всех планет Солнечной системы Марс лучше всего подходит в качестве цели для космических экспедиций. Разреженная атмосфера, низкий (более чем в два раза ниже земного) уровень гравитации, сравнительно умеренный климат (среднегодовая температура –60°С) — просто курортные условия по сравнению с высокотемпературным адом кислотных облаков Венеры. Каждые 26 месяцев Марс сближается с Землей, предоставляя отличную возможность как для дистанционных, так и для "контактных" исследований.
Однако за редким исключением большинство экспедиций на Марс потерпело сокрушительную неудачу. Советский "Марс-2" разбился в 1962 г. из-за аварии тормозной системы. "Марс-3" смог впервые осуществить мягкую посадку на Красную планету и даже начал передавать панораму окружающей местности, однако через полторы минуты трансляция оборвалась, а переданную информацию так и не удалось расшифровать. Два десятилетия спустя "Фобос-1" был потерян из-за неверной команды с Земли, а "Фобос-2" загадочно замолчал буквально на подходе к цели (в СМИ активно циркулировали слухи, что на последней переданной им фотографии изображен некий огромный сигарообразный объект). В 1993-м прервался контакт с американским Mars Observer — всего за три дня до выхода на орбиту Марса. В декабре 1998-го погиб уникальный зонд Mars Climate Orbiter: одна из групп по ошибке не перевела данные из дюймовой системы в метрическую, станция слишком глубоко вошла в атмосферу Марса и сгорела. В 1999-м Mars Polar Lander не смог приземлиться на Красную планету — включил посадочные двигатели слишком рано и разбился.
Буквально за неделю до посадки американского марсохода европейский исследовательский аппарат Beagle отделился от орбитального модуля и начал спуск к поверхности Марса. Это было последнее, что известно о его судьбе. Из 33 марсианских экспедиций только 9 можно считать более-менее успешными.
Роботы-геологи
Программа НАСА с бюджетом в $820 млн предполагала высадку на Марс сразу двух роботов-близнецов — Spirit и Opportunity. Первый должен был приземлиться в кратере Гусева — огромной впадине диаметром 144 км. На ее дне, по предположению ученых, некогда плескалось мелкое озеро. Второй марсоход "целился" в плато Меридиани на противоположной стороне планеты — обнаруженная в этой местности с помощью орбитальных спутников высокая концентрация гематитов давала основания предполагать "влажное прошлое".
Именно проверка гипотезы о том, что на Марсе некогда текли реки, и была главной задачей марсианской экспедиции.
"Водный вопрос" впервые возник в 1877 г. — астроном Джованни Скиапарелли обнаружил на поверхности Марса около сорока прямых линий и дал им название "каналы". Версия о том, что марсианская пустыня покрыта сетью каналов, созданных разумными обитателями Марса, почти сто лет возбуждала воображение человечества. Увы, на первых фотографиях Марса "вблизи", сделанных аппаратом "Маринер" в 1965 г., никаких каналов не обнаружилось. Однако последующее изучение планеты дало веские основания предполагать: если на Марсе и не было каналов, то вода все-таки была, и в немалых количествах. На снимках обнаружились глубокие каньоны, словно промытые реками. Подобный "размытый" рельеф присутствовал на краях некоторых кратеров. Изучение химического состава марсианских пород показало, что в ряде случаев на них могла воздействовать влажная среда. Вопрос "есть ли жизнь на Марсе" сменился другим — есть ли (или была в далеком прошлом) на Марсе вода.
Для поиска ответа на этот вопрос марсоходы-водоискатели получили весьма солидное оснащение. В отличие от малыша Pathfinder (размером примерно с две обувные коробки), который покатался по Марсу в 1997 г., Spirit и Opportunity были значительно крупнее — примерно как электромобиль для игроков в гольф. Шесть колес гарантировали отличную проходимость и маневренность, а ресурса солнечных батарей, электромоторов и аккумуляторов должно было хватить как минимум на три месяца марсианских путешествий. Установленная на штанге высотой 1,5 м панорамная стереоскопическая камера обеспечивала круговой обзор окружающей местности, позволяя определять наиболее интересные объекты для последующего изучения. Инструментарий для этого изучения — спектрометры, микроскопическая камера, магниты, и даже специальный абразивный инструмент для "зачистки" поверхности камней — был установлен на роботизированной "руке"-манипуляторе робота.
Руководителем группы из 170 ученых и 600 специалистов, разработавших научный инструментарий марсоходов, стал Стивен Сквайрз — весьма примечательная личность. Являясь одним из ведущих специалистов в мире по изучению космических объектов, он постоянно использовал в своих исследованиях данные, полученные с помощью межпланетных аппаратов, но при этом испытывал ощущения, что пользуется чужим трудом. Сокровенной мечтой Сквайрза стало создание собственного космического аппарата — и к ее воплощению в жизнь он шел 17 лет. Так, в 1987 г. он разработал камеру для проекта Mars Pathfinder, но ее не приняли. Затем он создавал научное оборудование для аппарата Mars Observer, но тот так и не добрался до Марса. В середине 1990-х Сквайрз возглавил проект по созданию мобильной геологической лаборатории Athena. Именно она была установлена на марсоходах-близнецах.
Сигнал от Земли до Марса даже в период максимального сближения планет идет более 8 мин, так что управление марсоходами с Земли в режиме "реального времени" было полностью невозможным. Поэтому для передвижения по марсианской поверхности разработали систему автономного передвижения: после изучения окружающей местности, определения маршрута и "точки остановки" марсоход получает команду на движение — и самостоятельно едет к цели, "по ходу" определяя наличие препятствий и способ их объезда. Ну а если возникли серьезные проблемы — останавливается и ждет инструкций с Земли. Благодаря такому "полуавтономному" принципу марсоходы смогли преодолевать внушительные по меркам чужой планеты расстояния. Рекордный "пробег" Opportunity на Марсе составил более 140 м за сутки.
Марсоход: перезагрузка
Прежде чем поездить по Марсу, Spirit и Opportunity вдоволь по нем попрыгали. Как известно, наиболее рискованным и непредсказуемым этапом межпланетных исследовательских экспедиций является посадка. Преодолев за месяцы или даже годы полета миллионы километров, дорогущий аппарат может выйти из строя лишь потому, что в точке приземления по роковой случайности его поджидал массивный камень. Чтобы минимизировать риск, инженеры НАСА снабдили марсоходы остроумной системой защиты, по принципу действия напоминающей автомобильные подушки безопасности. На финальном этапе посадки вокруг посадочных модулей раскрылась "гроздь" надувных шаров. Само же приземление превратилось в последовательность прыжков: первый марсоход Spirit внутри надувной защитной оболочки скакал по поверхности Марса, как детский мяч. А поскольку гравитация на Марсе небольшая, прыжки продолжались несколько минут, за которые посадочный модуль "отпрыгивал" от первоначальной точки касания на несколько сотен метров.
Этому триумфу предшествовало чудовищное нервное напряжение последних предпосадочных дней. По словам руководителя НАСА Сина О'Кифа, в ночь посадки Spirit 3 января 2004 г. его можно было буквально "резать ножом".
За такой поистине "мягкой" посадкой последовали не менее важные стадии, на которые ушло 12 дней: подушки "сдулись" и с помощью электромоторов были втянуты под посадочную платформу, в центре которой находился сам марсоход. "Осмотр" окрестностей с помощью панорамной камеры показал, что место посадки оказалось удачным. Снимки практически сразу же появились в интернете, и наплыв желающих их посмотреть был настолько высок, что "обрушил" сайт НАСА. Затем Spirit "приподнялся" на колесах и съехал на марсианский грунт. Ученые определили первую "мишень" — скалу под кодовым именем Адирондак. Марсоход подъехал к камню, получил команду на выдвижение инфракрасного спектрометра и… замолчал. Не вышел на связь в положенное время и не отзывался на команды с Земли. Это случилось 21 января — всего через 18 дней после посадки.
За сдержанно-пессимистичным тоном пресс-релизов НАСА в те драматичные дни явственно ощущалось отчаяние. Потеря связи — это практически наверняка потеря всего аппарата. Особо неприятным было то, что авария произошла уже после того, как марсоход приземлился и начал свою исследовательскую миссию. Это почти наверняка означало, что ее причины кроются в самом устройстве робота — а ведь именно в те дни "на подходе" к Марсу был второй аппарат, Opportunity (он приземлился 25 января).
Но уже на следующий день Spirit неожиданно снова вышел на связь! Исходя из полученных фрагментов информации, он был в рабочем состоянии, однако с ним явно происходило что-то странное. Последующие сеансы связи показали, что за последние три дня компьютерная система робота перезапускалась более 60 раз. Ситуация была критической: Spirit не выполнял команды с Земли и оставался "бодрствовать" ночью (в ночное время роботы переходили в "спящее" состояние, чтобы экономить энергию батарей). С каждым днем повышался риск потери аппарата из-за разрядки аккумуляторов.
Однако к исходу четвертого дня инженерам НАСА удалось определить вероятную причину сбоев в программном обеспечении робота — переполнение бортовой энергонезависимой флеш-памяти. В процессе полета в ней скопилось большое количество данных, вследствие чего операционная система марсохода не могла работать стабильно и постоянно перезапускалась. После отправки команд "в обход" флеш-памяти марсоход начал откликаться на команды и успешно провел сеанс связи с Землей. Работая в аварийном режиме, операторы постепенно очистили флеш-память Spirit от тысяч "лишних" файлов, затем отформатировали ее и снова загрузили операционную систему. Через 10 дней после "клинической смерти" марсоход полностью выздоровел. Казалось, большего счастья не бывает.
Оказалось, что бывает — это стало ясно, когда на Земле получили фотографии от второго марсохода, Opportunity. О таком удачном месте посадки вряд ли можно было мечтать: робот приземлился на дне небольшого кратера, на одной из стенок которого отчетливо виднелись слоистые участки породы. Именно те, которые по версии ученых, могли образоваться под влиянием воды. И уже в начале марта изучение скальных выступов дало убедительное подтверждение того, что эти безжизненные камни Марса некогда были покрыты водой — под ее воздействием изменилась текстура и химический состав.
Загадки мнимые и настоящие
Марсианские похождения двух роботов не обошлись без загадочных происшествий. Правда, большинство из них возникло вследствие неуемной фантазии журналистов и "искателей сенсаций". Сначала кто-то заметил на одной из фотографий камня "нарисованные цифры". Рассуждения на тему "американской подделки полета на Марс" или о том, что гипотетические марсиане знают земную арифметику, прекратились только тогда, когда на основе других фотографий того же камня было убедительно доказано: "цифры" — случайная игра света и тени. Затем на информационную сцену выпрыгнул "марсианский зайчик" — странный объект на одном из фото, напоминающий игрушечного зайца. Скорее всего, это был обломок защитной оболочки марсохода.
Не обошли "фантазеры" и Стивена Сквайрза. В разгар проблемной ситуации с марсоходом Spirit кто-то пустил слух о том, что связь с ним потеряна из-за того, что Сквайрз забыл пароль доступа к его компьютерной системе. Он якобы держал его в голове из соображений секретности и в одно прекрасное утро не смог вспомнить.
Но в "марсианской жизни" роботов-исследователей были происшествия куда загадочнее. Самое примечательное событие случилось с аппаратом Spirit 9 марта 2005 г., когда он постепенно взбирался к вершине "холма Коламбия". Находясь на северном склоне, Spirit испытывал недостаток в электроэнергии: его запыленные солнечные батареи не могли генерировать достаточно тока. Было похоже, что робот "умрет" по дороге к вершине. Каково же было удивление специалистов, когда они обнаружили, что производительность солнечных батарей Spirit внезапно удвоилась — как будто кто-то неизвестный за ночь протер их от пыли. Скорее всего, батареи очистились под воздействием марсианских вихрей: несколько таких мини-торнадо были зафиксированы камерами робота как раз в этот период. Но ведь было еще и загадочное "самовосстановление" правого переднего колеса марсохода, которое сначала демонстрировало признаки выхода из строя, а потом вновь заработало, как ни в чем не бывало.
Чудеса продолжаются: два марсианских робота-исследователя на сегодняшний день значительно превысили свой ресурс. Вместо запланированных трех месяцев они проработали на Марсе в семь раз дольше — 22 месяца. Роботы могут выйти из строя в любой момент, но пока пребывают в добром здравии. Хотя свою задачу уже выполнили — нашли на Марсе следы воды и доказали, что исследования в этом направлении нужно продолжать. А главное, триумфальное многомесячное ралли показало, что изучение планет с помощью самоходных роботов является сейчас наиболее перспективным. И если в обозримом будущем "на пыльных тропинках далеких планет" появятся следы человечества, то это будут следы "потомков" Spirit и Opportunity.
