Curiosity Rover: марсоход 3 поколения
Оригинал взят у rykunв Curiosity Rover: марсоход 3 поколения
03.07.11 © NASA/JPL-Caltech
Ровер Curiosity (Любопытство) - марсоход нового поколения, который представляет собой автономную передвижную химическую лабораторию на колесах. Он в несколько раз больше и тяжелее прежних марсоходов Spirit и Opportunity. Curiosity отправится на Марс в конце ноября-начале декабря 2011 года в рамках миссии NASA Mars Science Laboratory. Планируется, что марсоход прибудет на Марс 6-12 августа 2012 года и проработает на красной планете как минимум 1 марсианский год - это 686 земных дней или 2 земных года и пройдет за это время минимум 20км. На деле, теоретический максимум его работы ~14 лет.
В этом посте я расскажу об этом чуде новейшей техники совместного производства корпораций Boeing и Lockheed Martin, а так же, о его основных задачах и технических характеристиках.
12.05.08 © NASA/JPL
Для начала, сравнение 3 видов марсоходов: самый маленький - это Mars Pathfinder (4 июля 1997 - 27 сентября 1997), среднего размера - это Mars Exploration Rover, т.е. марсоходы Spirit (4 января 2004 - 22 марта 2010) и Opportunity (25 января 2004 - настоящее время) и самый большой - это новый Curiosity.
---
Кстати, подолью немного маслица: когда-то и наша страна запускала марсоходы, они назывались ПрОП-М (1971г.). Выглядели они вот так:
1971 © ВНИИТрансМаш
Правда оба запуска марсоходов провалились - первый марсоход разбился при посадке, а со вторым связь была потеряна через 20 секунд после приземления, считается, что из-за пылевой бури. Впрочем, эта советская техника - первые устройства, созданные человеком и достигнувшие Марса. Но, я отвлекся, вернемся к Curiosity.
Самое скучное, основные цели миссии:
Для достижения этих целей перед миссией поставлено восемь основных задач:
29.07.10 © NASA/JPL-Caltech
Инженеры JPL тестируют ровер, пригород Лос-Анджелеса. Обратите внимание на их спецодежду - гигиене при работе с такой техникой уделяют очень большое внимание.
-------------------------------------------------------------------
Краткие технические и не технические характеристики ровера:
Масса: 930 кг + 80 кг научная аппаратура;
Длина: 3 метра;
Скорость: 90м/ч (средняя - 30м/ч);
Источник питания: собранный в лабораториях корпорации Boeing радиоизотопный термоэлектрический генератор, работающий на плутонии-238. Т.е., грубо говоря, ядерная батарейка ядерный генератор. Он способен вырабатывать электроэнергию мощностью 100 вт в течении 14 лет. В день, суммарно, вырабатываемая энергия будет равна приблизительно 2,5 киловатт-час. Предыдущие роверы с помощью солнечных батарей могли вырабатывать только 0,6 киловатт-час. В новом ровере от солнечных батарей решили отказаться, они слишком быстро запыляются в условиях Марса. А дополнительные устройства для протирки от пыли батарей делать как-то глупо нецелесообразно, учитывая срок работы роверов. И самое важное - марсоход будет жизнеспособен марсианской зимой, тогда как предыдущие марсоходы зимой впадали в спячку из-за отсутствия солнечных лучей;
Климат-контроль (heat rejection system): температура в районе посадки ровера может колебаться от +30 до −127°C. Электронные компоненты плохо чувствуют себя при подобных температурах, поэтому в ровере предусмотрена как система обогрева, которая в случае необходимости берет тепло от "ядерной батарейки", так и система охлаждения, работающая от этого же источника;
Компьютеры: 2 уникальных взаимозаменяющих компьютера на базе микропроцессора RAD750, называемые Rover Compute Element, которые способны работать в условиях повышенной радиации. Каждый из двух компьютеров оснащен 256 Кб ПЗУ, 256 Мб ОЗУ, и 2 Гб флеш памяти (в предыдущих роверах использовались компьютеры с 3 Мб ПЗУ, 128 ОЗУ и 256 Мб флеш памяти). Один такой компьютер стоит 200.000$;
Манипулятор: роботизированная рука длиной примерно 1,8 метра, она расположена в передней части марсохода и в default state плотно прижата к нему. Рука достаточно сильна, чтобы выдержать человека, повисшего на ее конце. Рука ровера во многом похожа на руку человека: есть подобия плеча, локтя и кисти, благодаря чему она может вытягиваться и сгибаться подобно руке человека. Здесь необходимо заметить, что лучшего манипулятора, чем придумала природа, человек выдумать пока не может. На конце манипулятора установлено несколько научных инструментов: вышеупомянутая камера для микроснимков, небольшой бур, лопатка для сбора образцов грунта и пыли и другие;
Общая стоимость ровера: 2,3$ млрд.
Стоит отметить, что в 2008 году предполагаемая цена миссии варьировала в районе 235$ млн, т.е. за 3 года она увеличилась примерно в 10 раз. Как обычно, аналитики оказались правы.
-------------------------------------------------------------------
Дополнительное/научное оборудование:
1. Камеры:
MastCam - двойная система, способная фотографировать и снимать видео в true color и в спектральном диапазоне с разрешением фото 1600x1200 и видео HDTV 1280x720 10 fps;
Mars Hand Lens Imager (MAHLI) - камера на манипуляторе робота. Камера способна делать фотографии с разрешением 1600x1200 и 14,5 мкм/п. Камера предназначена для получения микрофотографий ландшафта, камней и грунта;
MSL Mars Descent Imager (MARDI) - мощная экспозиционная камера, с размером внутреннего буфера 8Гб, она способна хранить в нем 4.000 необработанных (RAW) фотографий. Во время спуска на поверхность Марса камера начнет работать на высоте ~3,7 км и будет получать изображения разрешением 1600х1200 со скоростью 5 кадров в секунду вплоть до приземления ровера на поверхность. Спуск должен составить около 2 минут. Эта информация очень пригодится ученым, чтобы провести рекогносцировку местности и в будущем направлять ровер в обход возможных препятствий или ям;
2. ChemCam представляет собой набор инструментов дистанционного зондирования, в том числе лазерно-искровой эмиссионный спектрометр для анализа грунта и пород. Это уникальный и самый дорогой прибор на ровере, его суммарная стоимость составила 11,5$ млн, хотя изначально бюджет был 10$ млн.;
3. Alpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS) - рентгеновский спектрометр альфа-частиц. Этот прибор излучает высокоэнергетические альфа-частицы (они состоят из двух протонов и двух нейтронов) на образцы и при помощи отражаемых спектров рентгеновских лучей определяет их химический состав;
4. CheMin - прибор, который позволяет проводить рентгеноструктурный и рентгенофлуоресцентный анализы с целью получения элементного состава изучаемых образцов. Прибор предназначен для исследования марсианских минералов - полученные прибором данные позволят определить, как давно и в каких условиях они сформировались. Эта информация поможет ученым узнать, какой климат был у Марса в прошлом;
5. Sample Analysis at Mars (SAM) - набор инструментов SAM будет анализировать органические вещества и газы из атмосферы и твердых образцов. Твердые образцы для анализа в недро ровера будет доставлять манипулятор;
6. Radiation Assessment Detector (RAD) - этот инструмент будет изучать спектр излучения радиации на поверхности Марса. Эти данные пригодятся при разработке защиты для первых людей, которые окажутся на Марсе. До сих пор учеными точно не установлено, подойдут ли скафандры NASA, применяемые сейчас в открытом космосе, к атмосфере на Марсе;
7. Dynamic Albedo of Neutrons (DAN) - импульсный излучатель нейтронов и детектор для изучения наличия водорода, льда и воды на поверхности Марса, разработан Росавиакосмосом;
8. Rover Environmental Monitoring Station (REMS) - метеорологический датчик от испанского Министерства Образования и Науки и финского Метеорологического Института. Он будет измерять атмосферное давление, влажность, скорость и направление ветра, температуры воздуха и земли, а так же, уровень ультрафиолетового излучения;
9. MSL Entry Descent and Landing Instrumentation (MEDLI) - аэротермический датчик, он будет собирать информацию о плотных слоях атмосферы Марса. Ученые утверждают, что данные, собранные этим прибором, очень пригодится для проектирования последующих миссий на Марс;
10. Hazard Avoidance Cameras (Hazcams) - специальные стереоскопические черно-белые камеры, расположенные над колесами ровера, которые предназначены для поворотов (первые и последние 4 колеса). Эти камеры легко увидеть на первой фотографии, они находятся над колесами. Эти приборы позволяют более ласково и точно вести ровер по поверхности Марса и не попадать в ямы и зыбучие пески;
11. Navigation Cameras (Navcams) - стереоскопические черно-белые камеры, предназначенные для навигации и установленные на мачте ровера. Без них ровер будет слеп, поэтому две камеры дублируют друг друга. Сама мачта умеет поворачиваться на 360o.
--
Ох, неужели все... Если где не так перевел, простите, голова уже кипит.
2008 © NASA/JPL
Сравнение колес всех трех видов роверов.
© NASA/JPL
Сравнение колес роверов с диском автомобиля 14".
Для доставки перелетного модуля ровера на Марс будет использована ракета-носитель Атлас-5:
12.08.05 © NASA
Посадочный модуль отделится от перелетного модуля перед входом в атмосферу. Для торможения посадочного модуля сначала будет использоваться сопротивление воздуха, затем парашют, и наконец, тормозные двигатели. Сам посадочный модуль не сразу коснется поверхности планеты - на определенной высоте ровер опустится на тросах, которые затем отстрелятся, а посадочный модуль отлетит в сторону, чтобы не загрязнять реактивными выхлопами место посадки ровера. Схематично это будет выглядеть так:
28.04.09 © NASA/JPL
А визуально для марсиан примерно так:
2010 © NASA/JPL
Кроме всего прочего, посадочный модуль ровера снабжен вспомогательными ракетными двигателями для контролируемой и более точной посадки, которые до этого при спуске марсоходов не использовались.
22.07.11 © NASA/JPL-Caltech/ASU/UA
По итогам долгих совещаний и голосований специалисты приняли решение, что целью аппарата станет кратер Гейла. Самые интересные места с точки зрения исследования отмечены стрелочками. Диаметр воронки Гейла составляет около 150 километров, а внутри нее располагается насыпь из древних осадочных пород высотой около 5 километров.
Весь полет ровера - как это будет выглядеть с точки зрения оптимизма. Процесс полета - 8 месяцев ожидания и 10 минут отчаянного напряжения. Мне кажется, вглядевшись в минуты посадки ровера, даже чувствуются переживания ученых и всего человечества, вместе с ними. Любое лишнее движение, любой отказ какой-нибудь мелкой детали, любая мелкая ошибка в расчетах математиков - и он труп.
© GEOHACK
Если специалисты не успеют отправить марсоход в начале декабря, то им придется ждать почти год для открытия следующего "окна" - времени, когда Марс будет наиболее близок к Земле на своей орбите.
Пожелаем ему удачи!
P.S. Следующий ровер, ExoMars, будет запущен не раньше 2018 года.
03.07.11 © NASA/JPL-Caltech
Ровер Curiosity (Любопытство) - марсоход нового поколения, который представляет собой автономную передвижную химическую лабораторию на колесах. Он в несколько раз больше и тяжелее прежних марсоходов Spirit и Opportunity. Curiosity отправится на Марс в конце ноября-начале декабря 2011 года в рамках миссии NASA Mars Science Laboratory. Планируется, что марсоход прибудет на Марс 6-12 августа 2012 года и проработает на красной планете как минимум 1 марсианский год - это 686 земных дней или 2 земных года и пройдет за это время минимум 20км. На деле, теоретический максимум его работы ~14 лет.
В этом посте я расскажу об этом чуде новейшей техники совместного производства корпораций Boeing и Lockheed Martin, а так же, о его основных задачах и технических характеристиках.
12.05.08 © NASA/JPL
Для начала, сравнение 3 видов марсоходов: самый маленький - это Mars Pathfinder (4 июля 1997 - 27 сентября 1997), среднего размера - это Mars Exploration Rover, т.е. марсоходы Spirit (4 января 2004 - 22 марта 2010) и Opportunity (25 января 2004 - настоящее время) и самый большой - это новый Curiosity.
---
Кстати, подолью немного маслица: когда-то и наша страна запускала марсоходы, они назывались ПрОП-М (1971г.). Выглядели они вот так:
1971 © ВНИИТрансМаш
Правда оба запуска марсоходов провалились - первый марсоход разбился при посадке, а со вторым связь была потеряна через 20 секунд после приземления, считается, что из-за пылевой бури. Впрочем, эта советская техника - первые устройства, созданные человеком и достигнувшие Марса. Но, я отвлекся, вернемся к Curiosity.
Самое скучное, основные цели миссии:
- Установить, существовала ли когда-либо жизнь на Марсе;
- Получить подробные сведения о климате Марса;
- Получить подробные сведения о геологии Марса;
- Провести подготовку к высадке человека на Марсе;
Для достижения этих целей перед миссией поставлено восемь основных задач:
- Обнаружить и установить природу марсианских органических углеродных соединений;
- Обнаружить вещества, необходимые для существования жизни: углерод, водород, азот, кислород, фосфор, серу;
- Обнаружить следы возможного проистекания биологических процессов;
- Определить химический состав марсианской поверхности;
- Установить процесс формирования марсианских камней и почвы;
- Оценить процесс эволюции марсианской атмосферы в долгосрочном периоде;
- Определить текущее состояние, распределение и круговорот воды и углекислого газа;
- Установить спектр радиоактивного излучения поверхности Марса.
29.07.10 © NASA/JPL-Caltech
Инженеры JPL тестируют ровер, пригород Лос-Анджелеса. Обратите внимание на их спецодежду - гигиене при работе с такой техникой уделяют очень большое внимание.
-------------------------------------------------------------------
Краткие технические и не технические характеристики ровера:
Масса: 930 кг + 80 кг научная аппаратура;
Длина: 3 метра;
Скорость: 90м/ч (средняя - 30м/ч);
Источник питания: собранный в лабораториях корпорации Boeing радиоизотопный термоэлектрический генератор, работающий на плутонии-238. Т.е., грубо говоря, ядерная батарейка ядерный генератор. Он способен вырабатывать электроэнергию мощностью 100 вт в течении 14 лет. В день, суммарно, вырабатываемая энергия будет равна приблизительно 2,5 киловатт-час. Предыдущие роверы с помощью солнечных батарей могли вырабатывать только 0,6 киловатт-час. В новом ровере от солнечных батарей решили отказаться, они слишком быстро запыляются в условиях Марса. А дополнительные устройства для протирки от пыли батарей делать как-то глупо нецелесообразно, учитывая срок работы роверов. И самое важное - марсоход будет жизнеспособен марсианской зимой, тогда как предыдущие марсоходы зимой впадали в спячку из-за отсутствия солнечных лучей;
Климат-контроль (heat rejection system): температура в районе посадки ровера может колебаться от +30 до −127°C. Электронные компоненты плохо чувствуют себя при подобных температурах, поэтому в ровере предусмотрена как система обогрева, которая в случае необходимости берет тепло от "ядерной батарейки", так и система охлаждения, работающая от этого же источника;
Компьютеры: 2 уникальных взаимозаменяющих компьютера на базе микропроцессора RAD750, называемые Rover Compute Element, которые способны работать в условиях повышенной радиации. Каждый из двух компьютеров оснащен 256 Кб ПЗУ, 256 Мб ОЗУ, и 2 Гб флеш памяти (в предыдущих роверах использовались компьютеры с 3 Мб ПЗУ, 128 ОЗУ и 256 Мб флеш памяти). Один такой компьютер стоит 200.000$;
Манипулятор: роботизированная рука длиной примерно 1,8 метра, она расположена в передней части марсохода и в default state плотно прижата к нему. Рука достаточно сильна, чтобы выдержать человека, повисшего на ее конце. Рука ровера во многом похожа на руку человека: есть подобия плеча, локтя и кисти, благодаря чему она может вытягиваться и сгибаться подобно руке человека. Здесь необходимо заметить, что лучшего манипулятора, чем придумала природа, человек выдумать пока не может. На конце манипулятора установлено несколько научных инструментов: вышеупомянутая камера для микроснимков, небольшой бур, лопатка для сбора образцов грунта и пыли и другие;
Общая стоимость ровера: 2,3$ млрд.
Стоит отметить, что в 2008 году предполагаемая цена миссии варьировала в районе 235$ млн, т.е. за 3 года она увеличилась примерно в 10 раз. Как обычно, аналитики оказались правы.
-------------------------------------------------------------------
Дополнительное/научное оборудование:
1. Камеры:
MastCam - двойная система, способная фотографировать и снимать видео в true color и в спектральном диапазоне с разрешением фото 1600x1200 и видео HDTV 1280x720 10 fps;
Mars Hand Lens Imager (MAHLI) - камера на манипуляторе робота. Камера способна делать фотографии с разрешением 1600x1200 и 14,5 мкм/п. Камера предназначена для получения микрофотографий ландшафта, камней и грунта;
MSL Mars Descent Imager (MARDI) - мощная экспозиционная камера, с размером внутреннего буфера 8Гб, она способна хранить в нем 4.000 необработанных (RAW) фотографий. Во время спуска на поверхность Марса камера начнет работать на высоте ~3,7 км и будет получать изображения разрешением 1600х1200 со скоростью 5 кадров в секунду вплоть до приземления ровера на поверхность. Спуск должен составить около 2 минут. Эта информация очень пригодится ученым, чтобы провести рекогносцировку местности и в будущем направлять ровер в обход возможных препятствий или ям;
2. ChemCam представляет собой набор инструментов дистанционного зондирования, в том числе лазерно-искровой эмиссионный спектрометр для анализа грунта и пород. Это уникальный и самый дорогой прибор на ровере, его суммарная стоимость составила 11,5$ млн, хотя изначально бюджет был 10$ млн.;
3. Alpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS) - рентгеновский спектрометр альфа-частиц. Этот прибор излучает высокоэнергетические альфа-частицы (они состоят из двух протонов и двух нейтронов) на образцы и при помощи отражаемых спектров рентгеновских лучей определяет их химический состав;
4. CheMin - прибор, который позволяет проводить рентгеноструктурный и рентгенофлуоресцентный анализы с целью получения элементного состава изучаемых образцов. Прибор предназначен для исследования марсианских минералов - полученные прибором данные позволят определить, как давно и в каких условиях они сформировались. Эта информация поможет ученым узнать, какой климат был у Марса в прошлом;
5. Sample Analysis at Mars (SAM) - набор инструментов SAM будет анализировать органические вещества и газы из атмосферы и твердых образцов. Твердые образцы для анализа в недро ровера будет доставлять манипулятор;
6. Radiation Assessment Detector (RAD) - этот инструмент будет изучать спектр излучения радиации на поверхности Марса. Эти данные пригодятся при разработке защиты для первых людей, которые окажутся на Марсе. До сих пор учеными точно не установлено, подойдут ли скафандры NASA, применяемые сейчас в открытом космосе, к атмосфере на Марсе;
7. Dynamic Albedo of Neutrons (DAN) - импульсный излучатель нейтронов и детектор для изучения наличия водорода, льда и воды на поверхности Марса, разработан Росавиакосмосом;
8. Rover Environmental Monitoring Station (REMS) - метеорологический датчик от испанского Министерства Образования и Науки и финского Метеорологического Института. Он будет измерять атмосферное давление, влажность, скорость и направление ветра, температуры воздуха и земли, а так же, уровень ультрафиолетового излучения;
9. MSL Entry Descent and Landing Instrumentation (MEDLI) - аэротермический датчик, он будет собирать информацию о плотных слоях атмосферы Марса. Ученые утверждают, что данные, собранные этим прибором, очень пригодится для проектирования последующих миссий на Марс;
10. Hazard Avoidance Cameras (Hazcams) - специальные стереоскопические черно-белые камеры, расположенные над колесами ровера, которые предназначены для поворотов (первые и последние 4 колеса). Эти камеры легко увидеть на первой фотографии, они находятся над колесами. Эти приборы позволяют более ласково и точно вести ровер по поверхности Марса и не попадать в ямы и зыбучие пески;
11. Navigation Cameras (Navcams) - стереоскопические черно-белые камеры, предназначенные для навигации и установленные на мачте ровера. Без них ровер будет слеп, поэтому две камеры дублируют друг друга. Сама мачта умеет поворачиваться на 360o.
--
Ох, неужели все... Если где не так перевел, простите, голова уже кипит.
2008 © NASA/JPL
Сравнение колес всех трех видов роверов.
© NASA/JPL
Сравнение колес роверов с диском автомобиля 14".
Для доставки перелетного модуля ровера на Марс будет использована ракета-носитель Атлас-5:
12.08.05 © NASA
Посадочный модуль отделится от перелетного модуля перед входом в атмосферу. Для торможения посадочного модуля сначала будет использоваться сопротивление воздуха, затем парашют, и наконец, тормозные двигатели. Сам посадочный модуль не сразу коснется поверхности планеты - на определенной высоте ровер опустится на тросах, которые затем отстрелятся, а посадочный модуль отлетит в сторону, чтобы не загрязнять реактивными выхлопами место посадки ровера. Схематично это будет выглядеть так:
28.04.09 © NASA/JPL
А визуально для марсиан примерно так:
2010 © NASA/JPL
Кроме всего прочего, посадочный модуль ровера снабжен вспомогательными ракетными двигателями для контролируемой и более точной посадки, которые до этого при спуске марсоходов не использовались.
22.07.11 © NASA/JPL-Caltech/ASU/UA
По итогам долгих совещаний и голосований специалисты приняли решение, что целью аппарата станет кратер Гейла. Самые интересные места с точки зрения исследования отмечены стрелочками. Диаметр воронки Гейла составляет около 150 километров, а внутри нее располагается насыпь из древних осадочных пород высотой около 5 километров.
Весь полет ровера - как это будет выглядеть с точки зрения оптимизма. Процесс полета - 8 месяцев ожидания и 10 минут отчаянного напряжения. Мне кажется, вглядевшись в минуты посадки ровера, даже чувствуются переживания ученых и всего человечества, вместе с ними. Любое лишнее движение, любой отказ какой-нибудь мелкой детали, любая мелкая ошибка в расчетах математиков - и он труп.
© GEOHACK
Если специалисты не успеют отправить марсоход в начале декабря, то им придется ждать почти год для открытия следующего "окна" - времени, когда Марс будет наиболее близок к Земле на своей орбите.
Пожелаем ему удачи!
P.S. Следующий ровер, ExoMars, будет запущен не раньше 2018 года.