Кіріспе

2005 жылдан бері белсенді жұмыс істеп келе жатқан НАСА ғарыш кемесі мәселені жеңілдетті. Дегенмен, оның себебі әлі белгісіз және қайта оралуы мүмкін. HiRISE 2008 жылдың 25 мамырында (солн.) «Феникс» қондырғысының «Ваститас Бореалис» аймағына парашютпен түсірілуін суретке түсірді. Орбиталық аппарат 2009 жылы қайталанатын проблемаларға тап болды, оның ішінде төрт рет спонтанды түрде қайта жүктеліп, тамыз бен желтоқсан аралығында төрт айға ғарыш кемесі тоқтатылды. 2010 жылдың 3 наурызында MRO тағы бір маңызды кезеңді бастан кешірді – ол Жерге 100 терабиттен астам дерек жіберді, бұл Жерден жіберілген барлық басқа планетааралық зондтардың жіберген дерегінен көп. 2010 жылдың желтоқсанында бірінші кеңейтілген миссия басталды. Оның мақсаттары маусымдық процестерді зерттеу, беткейдегі өзгерістерді іздеу және басқа Марс ғарыш кемелеріне қолдау көрсету болды. Бұл 2012 жылдың қазанына дейін жалғасты, содан кейін НАСА MRO-ның екінші кеңейтілген миссиясын бастады, ол 2014 жылдың қазанына дейін созылды. 2012 жылдың 6 тамызында (солн.) орбиталық аппарат EDL кезеңінде «Марс ғылыми зертханасы» миссиясының қонған жері – Гейл кратерінің үстінен өтті. HiRISE камерасы арқылы «Curiosity» марсоходының артқы қабығы мен үстіңгі парашютымен түсіп келе жатқандағы суретін түсірді. 2014 жылдың желтоқсаны мен 2015 жылдың сәуірінде HiRISE Гейл кратеріндегі «Curiosity» марсоходының тағы да суретін түсірді. 2014 жылдың 9 наурызында MRO бір компьютерден екіншісіне жоспарланбаған ауысудан кейін өзін қауіпсіз режимге қойды, соның салдарынан тағы бір компьютерлік аномалия орын алды. MRO төрт күннен кейін қалыпты ғылыми жұмысты қайта бастады. Бұл 2015 жылдың 11 сәуірінде қайталанды, содан кейін MRO бір аптадан кейін толыққанды жұмысқа кірісті. «Mars Odyssey» және «MAVEN» орбиталық аппараттары 2014 жылдың 19 қазанында Сиддинг Спринг кометінің жанынан өтуін зерттеу мүмкіндігіне ие болды. Кометтен түскен материалдың зақымдауынан қорғану үшін MRO 2014 жылдың 2 шілдесі мен 27 тамызында орбиталық түзетулер жасады. Комет жанынан өтіп бара жатқанда MRO Оорт бұлтынан кометтің ең жақсы суреттерін түсірді және зақымдануға ұшырамады. 2016 жылдың қазан айында MRO «Schiaparelli EDM» жоғалған ғарыш кемесінің апат орнын CTX және HiRISE камераларын пайдалана отырып суретке түсірді. Маневр кезіндегі қозғалтқыштың жұмысы 75 секундқа созылды. «InSight» ұшыруы кешіктіріліп, 2016 жылғы ұшыру терезесінен қалып қойды, бірақ келесі терезеде 2018 жылдың 5 мамырында сәтті ұшырылды және 2018 жылдың 26 қарашасында қонды. Миссияның ұзақтығына байланысты MRO компоненттерінің бірқатары тозуды бастады. 2005 жылдан 2017 жылға дейін миссия басталғаннан бастап MRO биіктігі мен бағдарын басқару үшін миниатюралық инерциялық өлшеу құрылғысын (MIMU) пайдаланды. 58 000 сағат пайдаланғаннан кейін және өмірдің шектеулі белгілері болғаннан кейін, орбиталық аппарат резервтік құрылғыға ауысты, ол 2018 жылға қарай 52 000 сағатқа жетті. Резервтік құрылғының қызмет ету мерзімін ұзарту үшін НАСА 2018 жылы MIMU-дан «барлық жұлдызды» режимге ауысты. «Барлық жұлдызды» режим камералар мен үлгіні тану бағдарламалық жасақтамасын жұлдыздардың орналасуын анықтау үшін пайдаланады, содан кейін оларды MRO-ның бағдарын анықтау үшін қолдануға болады. HiRISE суреттеріндегі бұлдырлау және батареяның нашарлауы мәселелері 2017 жылы туындады, бірақ содан бері шешілді. 2023 жылдың тамызында HiRISE CCD RED4 сенсорындағы электрондық құрылғылар да істен шыға бастады, бұл суреттерде көрінетін артефактілерге әкеп соқты. 2017 жылы CRISM қолданған криоқылдырғыштар өмірлік циклін аяқтады, бұл құралдың мүмкіндіктерін толық толқын ұзындығы диапазонының орнына көрінетін толқын ұзындығымен шектеді. 2022 жылы НАСА CRISM-ді толығымен тоқтатуды жариялады, ал құрал 2023 жылдың 3 сәуірінде бұрынғы деректерді және криоқылдырғыштарды қажет етпейтін шектеулі екінші спектрометрді пайдаланып екі соңғы, жақын жаһандық карта жасағаннан кейін ресми түрде зейнеткерлікке шықты.

Құралдар

Орбиталық аппаратта үш камера, екі спектрометр және радармен қатар үш инженерлік құрал және екі "ғылыми жабдық эксперименттері" бар. Олар ғылыми деректерді жинау үшін инженерлік жүйелерден алынған деректерді пайдаланады. Екі инженерлік құрал болашақ миссиялар үшін жаңа жабдықтарды сынау және көрсету мақсатында қолданылады.

HiRISE

Жоғары ажыратымды суретке түсіру ғылыми эксперименті (HiRISE) камерасы – бұл терең ғарыш миссиясында тасымалданған ең үлкен рефлекторлық телескоп, және оның ажыратымдылығы 1 микрорадиан, немесе. Жердің спутниктік суреттері әдетте мұндай ажыратымдылықпен қолжетімді. HiRISE үш түсті жолақта суреттерді жинайды: 400-ден 600 нм-ге дейін (көк-жасыл немесе КЖ), 550-ден 850 нм-ге дейін (қызыл) және 800-ден 1000 нм-ге дейін (жақын инфрақызыл).

CTX

Контексттік камера (CTX) 500-ден 800 нм-ге дейінгі толқын ұзындығындағы ақ-сұр суреттерді, пикселдік ажыратымдылығы шамамен қамтамасыз етеді. CTX HiRISE және CRISM бақылаулары үшін контексттік карталар жасау мақсатымен жобаланған, сонымен қатар Марстың кең аудандарын мозаикалауға, уақыт өте келе өзгерістерді бақылауға және маңызды аймақтар мен болашақ қонуға ықтимал жерлердің стереоскопиялық (3D) суретін алуға қолданылады.

MARCI

Марс түстерін бейнелейтін камера (MARCI) – кең бұрышты, салыстырмалы түрде төмен ажыратымдылыққа ие камера, ол Марс бетін бес көрінетін және екі ультракөк сәулелену жолағында қарастырады. Әр күні MARCI шамамен 84 сурет жинап, пикселдік ажыратымдылығы бар жаһандық карта жасайды. Бұл карта Марстың апталық ауа райы туралы ақпаратты ұсынады, оның маусымдық және жылдық өзгерістерін сипаттауға көмектеседі, сондай-ақ атмосферадағы су буы мен озонның таралуын картаға түсіреді. Осы MARCI камерасы 1998 жылы ұшырылған Марс климаттық орбиталық аппаратында да орналасқан болатын.

CRISM

Марс үшін компактты барлауды бейнелеу спектрометрі (CRISM) – Марстың беткі минералогиясының егжей-тегжейлі карталарын жасауға қолданылатын көрінетін және жақын инфрақызыл спектрометр. CRISM Марс бетінде судың бұрынғы немесе қазіргі кезде болуын көрсететін минералдар мен химиялық заттарды анықтау үшін пайдаланылады. Осы материалдардың ішінде темір оксидтері, филлосиликаттар және карбонаттар бар, олардың көрінетін инфрақызыл энергияда ерекше белгілері болады. CRISM құралы 2023 жылдың 3 сәуірінде жұмысын тоқтатты.

МКҚ

Марстың климаттық зерттеуіші (MCS) атмосфераның вертикальді өзгерістерін анықтау үшін атмосфераны төменге және көлденең бағытта зерттейді. Бұл спектрометр бір көрінетін/жақын инфрақызыл канал (0,3-тен 3,0 мкм-ге дейін) және сегіз алыс инфрақызыл (12-ден 50 мкм-ге дейін) каналдан тұрады, олар осы мақсат үшін таңдалған. MCS Марстың көкжиегіндегі атмосфераны (MRO-дан көрініп тұрғандай) тік кесінділерге бөліп, әр кесіндідегі өлшемдерді қадамдық түрде жүргізеді. Бұл өлшемдер күнделікті жаһандық ауа райы карталарына жинақталып, Марс ауа райының негізгі көрсеткіштерін көрсетеді: температура, қысым, ылғал және шаңның тығыздығы.

ШАРАД

Марс мұздықтарының ішкі құрылымын зерттеу үшін MRO-дағы Шағын радар (SHARAD) құрылымы орналастырылған. Ол сонымен қатар, жер бетінен қолжетімді болуы мүмкін жер астындағы реголит, тау жыныстары және мұз қабаттары туралы планета бойынша ақпарат жинақтайды. SHARAD 15 және 25 МГц аралығында жоғары жиілікті радио толқындарын шығарады, бұл диапазон оған максималды тереңдікке дейін, шамамен қалыңдығы бар қабаттарды анықтауға мүмкіндік береді. Оның көлденең ажыратымдылығы құрайды.

Инженерлік құралдар мен тәжірибелер

МРО бейнелеу жабдығымен қатар үш инженерлік құралды да алып жүреді. Electra байланыс пакеті – эволюцияланатын релелік мүмкіндіктер үшін икемді платформаны ұсынатын бағдарламалық қамтамасыз етумен анықталған UHF радиосы. Ол Марсқа жақындаған, қонған және жұмыс істеген кезде басқа ғарыш кемелерімен байланыс орнатуға арналған. 1 кбит/с-тан 2 Мбит/с-қа дейінгі протоколмен басқарылатын ғарыш кемелері арасындағы деректер байланысынан өзге, Electra Доплер деректерін жинау, ашық циклды жазу және ультратұрақты осцилляторға негізделген жоғары дәлдікті уақыт қызметін де қамтамасыз етеді. Жақындап келе жатқан аппараттардың Доплер ақпараты соңғы түсуді нысанаға алу немесе түсу және қону траекториясын қайта құру үшін пайдаланылуы мүмкін. Қонған аппараттардағы Доплер мәліметтері ғалымдарға Марсқа қонған қондырғылар мен марсоходтардың жер бетіндегі орнын дәл анықтауға мүмкіндік береді. Екі Марсты зерттеу ровері (MER) ғарыш кемесі бұрынғы ұрпақтың UHF релелік радиосын пайдаланды, ол Марс Одиссея орбитасы арқылы ұқсас функцияларды қамтамасыз етті. Electra радиосы MER ғарыш кемесіне, Феникс қондырғысына және Curiosity марсоходына ақпарат жіберді. Круиз кезеңінде MRO Жермен байланыс орнатудың аз қуатты әдісін көрсету үшін телекоммуникациялық эксперимент пакетін де қолданды. Оптикалық навигациялық камера МРО орбитасын дәл анықтау үшін Марстың Фобос және Деймос серіктерін фондық жұлдыздарға қарсы түсіреді. Бұл маңызды болмаса да, болашақта ғарыш кемелерін орбитаға шығару және қондыру технологиясын сынау ретінде қосылды.

Құрылымы

Денвердегі Lockheed Martin Space Systems компаниясының қызметкерлері ғарыш кемесінің құрылымын құрастырып, құралдарды орнатты. Құралдар реактивті қозғалтқыш зертханасында, Аризона университетінің Ай және планеталар зертханасында (Тусон, Аризона), Джонс Хопкинс университетінің қолданбалы физика зертханасында (Лаурел, Мэриленд штаты), Италия Ғарыш агенттігінде (Рим) және Малин Ғарыш ғылымдары жүйелерінде (Сан-Диего) жасалды. Ғарыш кемесінің жалпы массасы отынсыз құрғақ массасынан кем, ал Электра байланыс пакетімен бірге жүйеде өте үлкен антенна бар, ол деректерді 8.41 ГГц жиілігіндегі X жолағы арқылы Терең ғарыш желісі арқылы жіберуге қолданылады. Сондай-ақ, ол 32 ГГц Ka жолағын жоғары дерек беру жылдамдығы үшін пайдалану мүмкіндігін көрсетеді. Марстан берілетін максималды жылдамдық 6 Мбит/с-қа жете алады, бірақ орташасы 0,5 мен 4 Мбит/с аралығында. Төтенше жағдайлар мен арнайы іс-шаралар кезінде төмен жылдамдықты байланыс үшін екі кішкентай антенна да бар. Бұл антенналарда фокустау тарелкалары жоқ және кез келген бағыттан дерек жіберуге және қабылдауға болады. Олар MRO-ға негізгі антенна Жерден алыс болған жағдайда да әрқашан қол жеткізуге болатынын қамтамасыз ететін маңызды резервтік жүйе болып табылады. Ka жолақтың кіші жүйесі болашақта ғарыш кемелері үшін осы жүйені қалай пайдалануға болатынын көрсету үшін қолданылды. 8.41 ГГц X жолағында спектрдің жетіспеуіне байланысты болашақ жоғары жылдамдықты ғарыш миссиялары 32 ГГц Ka жолағын пайдаланады. NASA Deep Space Network (DSN) өзінің үш кешенінде (Goldstone, Canberra және Madrid) 34 метрлік сәулелі толқын жетекші (BWG) антенналық желісі арқылы Ka жолағын қабылдау мүмкіндіктерін іске қосты.

Қозғалтқыш пен бағытты басқару

Ғарыш кемесі гидразин монотипімен толтырылған отын багын пайдаланады. Отын қысымы сыртқы бактан қысымды гелий газын қосу арқылы реттеледі. Орбитаға ену үшін отынның 70 пайызы қолданылды. MRO бортында 20 зымырандық қозғалтқыш бар. Әрқайсысы орбитаға ену үшін негізінен арналған алты үлкен қозғалтқыш, олардың жалпы итерме күші құрайды. Бұл қозғалтқыштар бастапқыда 2001 жылғы Mars Surveyor қондырғысы үшін жобаланған. Траекторияны түзету маневрлері мен орбитаға енген кезде бағытты басқару үшін әрқайсысы итерме күші бар алты орта қозғалтқыш. Соңында, әдеттегі жұмыс кезінде бағытты басқару үшін әрқайсысы итерме күші бар сегіз кішкентай қозғалтқыш. Ғарыш кемесінің орбитасын анықтау және маневрлерді жеңілдету үшін орбиталық жүйеге қатысты күннің бағытын калибрлеу үшін ғарыш кемесінің айналасына сегіз негізгі және сегіз қосалқы – барлығы 16 күн сенсоры орналастырылған. Каталогталған жұлдыздардың орналасуын картаға түсіретін цифрлық камералар – екі жұлдызды іздеуші, НАСА-ға ғарыш кемесінің бағыты мен кеңістіктегі орналасуы туралы толық үш осьтік ақпаратты ұсынады. Honeywell ұсынған негізгі және қосалқы Миниатюралық инерциялық өлшеу блогы (MIMU) ғарыш кемесінің бағытындағы өзгерістерді, сондай-ақ оның сызықтық жылдамдығындағы гравитациялық емес өзгерістерді өлшейді. Әрбір MIMU үш акселерометр мен үш сақиналы лазерлік гироскоптың комбинациясы болып табылады. Бұл жүйелердің барлығы MRO үшін өте маңызды, өйткені миссияға қажетті жоғары сапалы суреттерді алу үшін камераны өте жоғары дәлдікпен бағыттау қабілеті болуы керек. Сондай-ақ, ол ғарыш кемесіндегі дірілді азайту үшін арнайы жобаланған, осылайша оның құралдары дірілден туындаған бұрмалауларсыз суретке түсіруге мүмкіндік береді.

Құны

MRO-ның негізгі миссиясы аяқталғанға дейін жұмсалған жалпы құны 716,6 миллион долларды құрады. Бұл соманың 416,6 миллионы ғарыш аппаратын дамытуға, шамамен 90 миллионы оны ұшыруға, ал 210 миллионы 5 жылдық миссиялық операцияларға жұмсалды. 2011 жылдан бері MRO-ның жылдық операциялық шығындары инфляцияға байланысты түзетілгенде, жылына орташа есеппен 31 миллион долларға жетеді.

Мұз

2009 жылдың қыркүйек айында «Science» журналында жарияланған мақалада SHARAD Геллас Планитиясындағы LDA-лардың мұздықтар екенін қуатты дәлелдермен көрсетті. Олардың беті жұқа қалдық қабатымен (яғни тас-шаңмен) жабылған; LDA-лардың үстіңгі және төменгі бөлігінен күшті шағылысу байқалды, бұл формацияның көбінің таза су мұзынан тұратынын (екі шағылысу аралығында) көрсетеді.

Хлорлы шөгінділер және сулы минералдар

Марс ғаламдық зерттеу аппараты, Марс Одиссея және МРО-дан алынған мәліметтерді пайдаланып, ғалымдар хлоридті минералдардың кең таралған қорларын тапты. Дәлелдер бұл қорлар минералдарға қаныққан судың булануынан пайда болғанын көрсетеді. Зерттеулер Марс бетінің үлкен аумақтарында көлдер шашыраңқы орналасқан болуы мүмкін екенін ұсынады. Әдетте, хлоридтер ерітіндіден соңғы минералдар ретінде шығады. Карбонаттар, сульфаттар және кремний тотығы олардан бұрын шөгінуі керек. Марс роверлері бетте сульфаттар мен кремний тотығын тапты. Хлоридті минералдары бар жерлерде бұрын түрлі тіршілік формалары болған болуы мүмкін. Сонымен қатар, мұндай аймақтар көне тіршіліктің іздерін сақтап қалуы мүмкін. Дегенмен, 2017 жылы жасалған қосымша зерттеулер қараңғы жолақтардың судың топырақты қараңғылатуынан емес, құм мен шаңның бөлшектерінің беткейден сығақтап түсуінен пайда болғанын көрсетті.