После почти 20 лет работы орбитальный аппарат НАСА Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) находится на подъёме и выполняет новый манёвр, чтобы выжать ещё больше данных из занятого научными делами космического аппарата, который кружит вокруг Красной планеты. Инженеры, по сути, научили зонд переворачиваться так, что он оказывается почти «вверх ногами». Это позволит MRO заглянуть глубже под землю в поисках жидкой и замёрзшей воды, а также других объектов.

Новая возможность подробно описана в статье, недавно опубликованной в журнале Planetary Science Journal, где описаны три «очень больших крена», как их называет миссия, выполненные в период с 2023 по 2024 год.

«Вы можете не только научить старый космический аппарат новым трюкам, но и открыть для него совершенно новые регионы недр», — говорит один из авторов статьи Гарет Морган из Института планетарных наук в Тусоне (штат Аризона).

Изначально орбитальный аппарат был спроектирован таким образом, чтобы он мог поворачиваться на 30° в любом направлении, чтобы направлять свои приборы на цели на поверхности планеты — потенциальные места посадки, ударные кратеры и многое другое.

На этой анимации показано, как орбитальный аппарат НАСА Mars Reconnaissance Orbiter выполняет крен на 120°, что увеличивает силу сигнала его радара в 10 и более раз.

«Аппарат уникален тем, что и он сам, и его программное обеспечение разработаны таким образом, чтобы допускать крен», — говорит Рид Томас, руководитель проекта MRO в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии.

Процесс крена не так прост. На борту космического аппарата находятся пять действующих научных приборов, которые имеют разные требования к наведению. Чтобы навестись на точное место на поверхности с помощью одного прибора, орбитальный аппарат должен накрениться в определённую сторону, что означает, что другие приборы во время манёвра будут видеть Марс не с самого удобного ракурса.

Именно поэтому каждый очередной крен планируется за несколько недель до старта, а команды, работающие с приборами, договариваются о том, кто и когда будет заниматься исследованиями. Затем алгоритм проверяет положение MRO над Марсом и автоматически даёт команду орбитальному аппарату накрениться так, чтобы соответствующий инструмент был направлен в нужную точку на поверхности. В то же время алгоритм приказывает солнечным батареям космического аппарата поворачиваться и следить за Солнцем, а его антенне с высоким усилением — следить за Землёй, чтобы поддерживать связь.

Очень большие крены, составляющие 120°, требуют ещё большего планирования для обеспечения безопасности космического аппарата. В результате новый манёвр позволяет одному из приборов, неглубокому радару (SHARAD), получить более глубокий обзор Марса, чем когда-либо прежде.

Больше кренов, лучше наука

Радар SHARAD, предназначенный для заглядывания под поверхность планеты на глубину до 2 км, позволяет учёным различать такие материалы, как камень, песок и лёд. Радар был особенно полезен при определении мест, где лёд выходит достаточно близко к поверхности, чтобы будущие астронавты могли однажды получить к нему доступ. Лёд будет играть ключевую роль в производстве ракетного топлива для полёта домой и важен для получения новых знаний о климате, геологии и возможности существования жизни на Марсе.

Но как бы ни был хорош SHARAD, команда знала, что он может работать ещё лучше.

Чтобы обеспечить камерам, таким как High-Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE), лучший обзор в передней части MRO, два сегмента антенны SHARAD были установлены в задней части орбитального аппарата. Хотя такая установка помогает камерам, она также означает, что радиосигналы, которые SHARAD отправляет на поверхность внизу, сталкиваются с частями космического аппарата, что создаёт помехи для сигналов и приводит к менее чётким изображениям.

«Прибор SHARAD был разработан для работы в ближнем подповерхностном слое, а на Марсе есть регионы, которые нам просто недоступны», — говорит Морган, один из соисследователей в команде SHARAD. «Пристальное изучение этих регионов может принести много пользы».

В 2023 году команда решила опробовать 120-градусные крены, чтобы обеспечить радиоволнам беспрепятственный путь к поверхности. Они обнаружили, что этот манёвр может усилить сигнал радара в 10 раз и более, что позволит получить гораздо более чёткое представление о марсианском «подземелье».

Но тогда крен получается настолько большим, что антенна связи космического аппарата не направлена на Землю, а его солнечные батареи не могут следить за Солнцем. «Очень большие крены требуют специального анализа, чтобы убедиться, что у нас будет достаточно энергии в батареях для безопасного выполнения крена», — говорит Томас.

Учитывая затраты времени, миссия ограничивается одним или двумя очень большими кренами в год. Но инженеры надеются использовать их чаще, оптимизировав процесс.

Пока учёные SHARAD пользуются новыми возможностями, команда, работающая с другим прибором MRO, Mars Climate Sounder, использует стандартные возможности MRO.

Прибор, созданный JPL, представляет собой радиометр, который служит одним из самых подробных источников информации об атмосфере Марса. Измеряя тонкие изменения температуры в течение многих сезонов, Mars Climate Sounder раскрывает внутреннюю работу пылевых бурь и образования облаков. Пыль и ветер очень важно изучать. Они постоянно меняют марсианскую поверхность, а пыль, переносимая ветром, покрывает солнечные панели и представляет опасность для здоровья будущих астронавтов.

Mars Climate Sounder был спроектирован на кардановом подвесе, что позволяет ему получать виды марсианского горизонта и поверхности. С него также открывается вид на космос, который учёные используют для калибровки прибора. Но в 2024 году устаревший карданный шарнир потерял надёжность. Теперь Mars Climate Sounder полагается на стандартные крены MRO.

«Раньше крен ограничивал нашу науку, — говорит временный главный исследователь Mars Climate Sounder Армин Кляйнбойл из JPL, — но теперь мы добавили его в наши регулярные планы, как для наблюдения за поверхностью, так и для калибровки приборов».