Идея погрузить научные приборы поглубже в Марс возникала и раньше, но этим аппаратам до сих пор не везло. «Марс-96» с пенетраторами, которые смогли бы погрузиться на 5-6 метров, не сумел улететь с земной орбиты. Mars Polar Lander с похожими мини-зондами, способными погрузиться на полметра, вошел в атмосферу и бесследно пропал. 5 мая к Марсу отправится новая миссия InSight, одна из целей которой погрузить ленту с термодатчиками на глубину до 5 метров.


InSight на поверхности Марса, рисунок NASA

Аппарат



Вид InSight на разных этапах полета, здесь и далее фото и рисунки NASA

Конструктивно InSight построен на базе успешного зонда Phoenix, благополучно севшего на Марс в 2008 году. Аппарат состоит из перелетной ступени, аэрооболочки с теплозащитой, парашюта и самого зонда. Полная масса — 727 кг, из них сам зонд весит 360 кг. Для экономии веса и денег применено не только повторное использование уже работавших на Марсе конструкций, но и остроумные технические решения — например, на перелетной ступени нет своих двигателей, поэтому в аэрооболочке прорезаны отверстия под выхлопы двигателей, установленных на раме зонда. В двигательной системе отсутствуют баки с газом наддува. Обычно они обеспечивают неизменное давление топлива на входе в двигатели и постоянство их характеристик. На InSight с каждой секундой работы двигателей давление будет падать, и система управления будет пересчитывать ухудшающуюся тягу двигателей.


Перелетная ступень

Перелетная ступень массой 80 кг несет на себе солнечные панели, звездные и солнечные датчики, а также антенны. Солнечные панели не могут поворачиваться, поэтому в первые месяцы полета аппарата, пока он будет находиться недалеко от Солнца, InSight займет положение под углом к нему, а потом переориентируется так, чтобы панели стали перпендикулярны солнечному свету. Интересно, что, в отличие от Curiosity, перелетная ступень не будет стабилизироваться закруткой, вместо этого система управления будет поддерживать постоянную трехосную ориентацию. Перелетная ступень будет сброшена незадолго до входа в атмосферу.


Аэрооблолочка

Аэрооболочка состоит из шестидесятидвухкилограммового теплозащитного щита и задней части массой 110 кг. Конструктивно она является копией аэрооболочки зонда Phoenix, а инженерные решения вроде угла полураствора конуса в 70° восходят аж к «Викингам» 70-х годов 20 века. В качестве теплозащиты используется абляционный (испаряющийся) материал, который применялся на всех американских марсианских аппаратах кроме Curiosity. Толщина теплозащитного слоя немного увеличена по сравнению с Phoenix, потому что ожидалось, что InSight будет садиться в марсианскую пылевую бурю, и теплозащита будет сильнее обдираться песком. Однако перенос старта с 2016 на 2018 год из-за неготовности одного из научных приборов привел к тому, что скорость входа в атмосферу (и нагрузка на теплозащиту) окажутся ниже первоначальных.


Парашют

Парашют в целом аналогичен таковому у Phoenix и отличается только усиленными стропами для того, чтобы выдержать на увеличившуюся на 15% нагрузку. Он должен будет раскрыться на высоте 10,5 км и скорости 1,7М.


InSight в сложенном виде под оболочкой

Конструктивно InSight во многом базируется на Phoenix, и это хорошо заметно — у него похожая шестиугольная рама, такие же круглые солнечные панели и три раскладные посадочные опоры. Самым большим отличием является бортовой компьютер — Phoenix был сделан на основе отмененного Mars Surveyor, который должен был стартовать в 2001 году, поэтому компьютер на нем остался на технологиях 90-х годов. На InSight, по неподтвержденной информации, установлен современный RAD-750, успешно работающий на Juno, MAVEN, GRAIL. А вот литий-ионные аккумуляторы на InSight стоят совершенно такие же, как и на Phoenix, несмотря на прогресс в этой области за последние десять лет.



Процесс посадки InSight аналогичен Phoenix (на видео выше именно он). На высоте 5,5 км должен включиться посадочный радар, на 1,1 км зонд отделится от верхней части аэрооболочки с парашютом и начнет спуск на 12 двигателях, работающих в импульсном режиме. Вблизи от поверхности ему нужно будет затормозить и сесть со скоростью не выше 2,4 м/с. Посадочные опоры должны выдержать одновременно уклон 16° и камни до 40 см.


Один из аппаратов MarCO

Интересно, что InSight будет лететь к Марсу не один — вместе с ним отправятся два первых в истории межпланетных кубсата MarCO — «WALL-E» и «EVA». Их задачей будет технологическая демонстрация работы кубсатов в дальнем космосе — оба аппарата должны будут ретранслировать на Землю телеметрию InSight во время посадки.

Научные приборы


На борту InSight установлены три научных прибора.



SEIS – Seismic Experiment for Interior Structure — это самый чувствительный сейсмометр из всех когда-либо установленных на космических зондах. На Марс сейсмометры отправляли и раньше, но, например, на «Викингах» один отказал, а второй оказался практически бесполезным из-за того, что стоял на самом аппарате и фиксировал порывы ветра и вибрацию техники вместо полезных данных. Поэтому в случае InSight сейсмометр выгрузят на поверхность и накроют специальным колпаком для защиты от помех из-за ветра и перепадов температуры.


Колпак SEIS в разрезе

Главными чувствительными элементами SEIS являются два типа сенсоров, расположенных внутри вакуумной сферы — три широкополосных сейсмометра с обратными маятниками дополняются тремя сенсорами, фиксирующими короткопериодические события. Основные сенсоры дополняются множеством других датчиков и метеостанцией, аналогичной Curiosity, для учета и исключения метеорологических помех. Прибор разработан вместе учеными и инженерами США, Франции, Великобритании и Швейцарии и стал главной головной болью миссии — из-за нарушения его герметичности старт пришлось задержать на два года. Отдельной сложной задачей стала защита этого очень чувствительного прибора на старте от вибраций ракеты-носителя.



HP3 – Heat-Flow and Physical Properties Probe представляет собой по сути пятиметровую ленту с термометром на каждые 35 см. Для того, чтобы она смогла погрузиться в Марс, создан специальный «крот», который работает по принципу забивания свай — груз на пружинке будет ударять в нижнюю часть конструкции, погружая ее все глубже. Цикл займет 200 миллисекунд и должен будет погружать «крота» на 0,1-1 мм. Каждые 50 см «крот» будет останавливаться на трое суток, чтобы измерить температурную проводимость на этой глубине.


«Крот» и лента с датчиками крупным планом

Кроме этого, на раме зонда установлен радиометр, который будет измерять температуру на поверхности. Полученные данные дадут геологам крайне ценную информацию об истории Марса и о жизненном цикле каменистых планет в целом. Также температурный профиль может помочь узнать, как именно Марс терял свое магнитное поле.


Вид сверху на раму InSight, антенны отмечены стрелкой

RISE – Rotation and Interior Structure Experiment — этот эксперимент предназначен для очень точного определения параметров вращения Марса вокруг своей оси. Технически это реализовано через транспондер и две антенны, передающие сигнал на Землю. Антенны направлены в стороны, потому что когда Земля находится невысоко над горизонтом, измерения наиболее точны. Знание того, как вращается Марс, какие прецессию и нутацию он испытывает, поможет узнать больше о ядре планеты, находится ли оно в жидком или же твердом состоянии.





Для того, чтобы переставить с рамы на поверхность Марса сейсмометр RISE и термометр HP3, потребовалась специальная рука-манипулятор, которая конструктивно аналогична манипулятору отмененного зонда Mars Surveyor. Также на InSight стоят две камеры — одна на манипуляторе, другая на раме, там, где она сможет увидеть установленные на поверхности приборы.

Старт


По плану старт должен состояться 5 мая в 14:05 МСК. Для выведения зонда используется ракета Atlas V самой легкой версии 401. Сначала вторая ступень и зонд должны выйти на низкую орбиту, а, спустя виток, двигатель второй ступени включится во второй раз, и InSight должен будет оказаться на пути к Марсу.


Схема выведения, изображение ULA

Комментарии (12)


  1. VIPDC
    03.05.2018 07:31

    Сведущие специалисты объясните зачем парашют отстреливать и садится только на двигателях. Ведь это реально какие лишние затраты на полезную нагрузку и сложность в посадке?
    Уверен что всё продуманно но количество выдвигаемых и раскладываемых деталей пугает. Надежность должна быть действительно космическая.


    1. lozga Автор
      03.05.2018 07:45
      +6

      У Марса очень разреженная атмосфера, парашют используется только на больших скоростях, где он эффективен. Для мягкой посадки на парашюте он должен быть совершенно неадекватной площади, так что двигатели — рациональный выход.


      1. voyager-1
        03.05.2018 13:38
        +1

        Прошлое поколение марсоходов садилось практически как на Землю: телповой щит, парашюты и твердотопливные двигатели мягкой посадки + надувные баллоны. Но Оппортьюнити и Спирит весили порядка 150 кг, а этот почти 900 кг весит — ему парашюта для мягкой посадки уже не хватает. При этом этот парашют уже без особого запаса влазит с самую большую аэродинамическую трубу в мире — так что отказ в SpaceX совсем от парашютов для корабля BFR выглядит вполне разумным.


        1. lozga Автор
          03.05.2018 16:12
          +1

          InSight весит 360 кг, 727 — это все вместе с перелетной ступенью и полными баками. И алгоритм посадки сначала на парашютах, а потом на двигателях, использовался еще на «Викингах». Надувные шары MER были как раз новшеством.


    1. z09
      03.05.2018 07:46
      +1

      Вероятно, парашют отстреливают для того, чтобы зонд в нём не запутался.


    1. Eklykti
      03.05.2018 08:04
      +4

      количество выдвигаемых и раскладываемых деталей пугает

      Вот в JWST действительно пугает, а тут вроде ничего особо необычного.


    1. ProstoUser
      03.05.2018 10:13
      +1

      Я подозреваю, если парашют не сбросить заранее, то плотности атмосферы Марса не хватит, чтобы удержать сам парашют в воздухе. И парашют накроет аппарат, когда тот включит двигатели. Ну и все последующие проблемы с посадкой в накрытом виде и вылезанием из под парашюта.


  1. FedorKalinin36
    03.05.2018 18:37

    Туда надо прямо готовый роботизированный завод запускать, чтобы на месте делал разные модификации исследовательских машин. К подготовке экспедиции надо много всего узнать.


    1. alexoron
      03.05.2018 21:23

      Через несколько лет ИИ такого завода сам себя осознает и начнет военную экспансию для самозащиты своей планеты от кожаных ублюдков-захватчиков.
      Третьей мировой войны не будет её опередит Первая межпланетная война.
      Привет от терминатора!
      PS. это минисценарий к новому фильму Терминатор 7 )))


  1. equinoxe
    03.05.2018 23:59

    Помимо прочего, аппарат заберёт с собой 2 кремниевых чипа, несущих в сумме более 2.4 миллиона имён землян, в рамках акции «Send Your Name to Mars».
    mars.nasa.gov/participate/send-your-name/insight


  1. don_ikar
    04.05.2018 02:57

    А мне вот интересно: зачем парашют делать оранжево-белым? При спускании на Землю
    1) такое сочетание цветов является заметным;
    2) эта заметность оправдана.

    При спуске на Марс
    1) оранжевый цвет является скорее маскировкой (противоположность заметности);
    2) ни заметность, ни маскировка не имеют смысла (в наше время).

    Просто традиция?


    1. lozga Автор
      04.05.2018 11:27

      Скорее всего одна и та же ткань используется в разных миссиях и когда-то делалась для облегчения поиска на Земле, а сейчас специально перекрашивать нет смысла. Исторически сложилось.