Кіріспе

Марста жұмыс істейтін алғашқы робот-роверді қамтитын миссия (1997)

Mars Pathfinder – Жер-Ай жүйесінен тыс жерде жұмыс істейтін алғашқы ровер. 1996 жылдың 4 желтоқсанында NASA-ның Delta II бустерінде, Марс Global Surveyor ұшырылғаннан бір ай өткен соң, 1997 жылдың 4 шілдесінде Марстың Арес Валлисіне, Оксиа Палус төртбұрышындағы Хризе Планития деп аталатын аймаққа қонды. Содан кейін қондырғыш ашылып, марс бетінде көптеген тәжірибелер жүргізген роверді көрсетті. Миссия Марстың атмосферасын, климатын, геологиясын, тау жыныстары мен топырағының құрамын зерттеу үшін бірқатар ғылыми құралдарды алып жүрді. Бұл NASA-ның Discovery бағдарламасының екінші жобасы болды, ол төмен құндылықтағы ғарыш кемелерін пайдалануды және «арзан, жылдам және жақсы» ұранымен жиі ұшыруды қолдады, бұл ұранды сол кездегі әкімші Диниел Голдин ұсынған болатын. Миссияны NASA-ның Марсты зерттеу бағдарламасына жауапты Калифорния технология институтының бөлімшесі – Jet Propulsion Laboratory (JPL) басқарды. Жоба жетекшісі – JPL-дің Тони Спир. Бұл миссия Марсқа роверлерді қоса алғандағы миссиялардың алғашқысы болды және 1976 жылы Марсқа екі «Викинг» қонғаннан бері алғашқы сәтті қондырғыш еді. Кеңес Одағы 1970 жылдары «Луноход» бағдарламасының аясында Айға роверлерді сәтті жібергенмен, Марс бағдарламасында роверлерді пайдалану әрекеттері сәтсіз аяқталды. Ғылыми мақсаттарға қоса, Mars Pathfinder миссиясы әртүрлі технологиялар үшін «концепцияның дәлелі» болды, мысалы, ауа қаптарымен қону және автоматты түрде кедергілерден өту, екеуі де кейіннен Марсты зерттеу ровері миссиясында қолданылды. Mars Pathfinder басқа роботтық ғарыш миссияларына қарағанда өте төмен құнымен де ерекшеленді. Бастапқыда бұл миссия Марстың қоршаған ортаны зерттеу (MESUR) бағдарламасының біріншісі ретінде жоспарланған еді.

Миссияның мақсаттары

"Тез, жақсы және арзан" ғарыш кемесін жасау мүмкін екенін дәлелдеу (қондырғыш құрылысына үш жыл мерзім және 150 миллион доллардан кем шығын, ал ровер үшін 25 миллион доллар). Басқа планетаға ғылыми құралдар жиынтығын қарапайым жүйе арқылы, "Викинг" миссиясынан он есе арзанға жіберуге болатынын көрсету. (Салыстыру үшін, "Викинг" миссиясы 1974 жылы 935 миллион долларға, ал 1997 жылы 3,5 миллиард долларға бағаланған.) НАСА-ның төмен құнды планеталық зерттеулерге берілгендігін көрсету үшін, миссияны ұшыру құралы мен миссиялық операцияларды қоса алғанда, барлығы 280 миллион долларлық шығынмен аяқтау.

Құтқарушы

Жерге түсу орны Марстың солтүстік жарты шарсындағы "Арес Валлис" ("Арес аңғары", ежелгі грек тіліндегі ежелгі рим құдайы Марстың баламасы) деп аталатын ежелгі су тасқыны жазығы болды және Марстың ең тасты бөліктерінің бірі саналады. Ғалымдар оны салыстырмалы түрде қауіпсіз қондыру алаңы ретінде таңдады, сондай-ақ, қатастрофалық су тасқыны кезінде қалдырылған әртүрлі тау жыныстарын тапты. Сәтті қонғаннан кейін, қондырғы астрономның құрметіне Карл Саган ескерткіш станциясы деп аталды. (Шет елдік ескерткіштер тізіміне де қараңыз)

Кіру, түсу және қону

Марс Пафайндері Марс атмосферасына кірді және инновациялық жүйе арқылы қонды, оған кіру капсуласы, үстіркілді парашют, содан кейін қатты ракеталар және соққыны жұмсарту үшін үлкен ауа қаптары кірді. Марс Пафайндері түпнұсқалық Viking Mars қондырғысының дизайнынан алынған атмосфераға кіретін аэрошелл (капсула) арқылы гиперболалық траекториядан кері бағытта Марс атмосферасына тікелей кірді. Аэрошелл артқы қабықтан және арнайы жасалған абляциялық жылу қалқанынан тұрады, онда қонушының борттағы компьютері марстың жұқа атмосферасы арқылы төмен түсуін баяулату үшін үстіркіштің үстіркіштің арақашықтығы жоғарғы жылдамдықты парашютпен үрленді. 20 секундтан кейін жылу қалқаны пиротехникалық жолмен босатылды. Тағы 20 секундтан кейін қондырғыш бөлініп, артқы қабығынан төмен түсірілді. Жерге түсіру аппараты жер бетінен жоғары жеткенде, борттағы компьютер радиолокатор арқылы биіктікті және төмендеу жылдамдығын анықтады. Бұл ақпаратты компьютер кейіннен жерге қону оқиғаларының нақты уақытын анықтау үшін қолданды. Жерге қонғаннан кейін, үш газ генераторы арқылы ауа қаптары бір секундтан аз уақыт ішінде толтырылды. Ауа қаптары тетраэдрлік қондырғының айналасын қоршап тұрған төрт өзара байланысқан көп қабатты вектрандық қаптардан жасалды. Олар тік бұрышты соқтығыстарға төтеп беру үшін жобаланған. Алайда, ауа қаптары тік соқтығыстарға ғана арналған болғандықтан, үш қатты ретроракет қондырғының артқы қабығында орнатылды. Бұл жер бетінен жоғары атылды. Жерге түсіру аппаратының компьютері ракеталарды атудың ең жақсы уақытын есептеп, қондырғыш жылдамдығын жерге тигенге дейін шамамен нөлге дейін төмендетті. 2,3 секундтан кейін, ракеталар әлі де атылып жатқанда, қонушы жерден тежегішті кесіп тастады және жерге құлады. Ракеталар артқы қабығы мен парашютымен бірге ұшып кетті (олар орбиталық суреттер арқылы байқалды). Қондырғыш 18G үдеумен соқтығысты және соқтығысуды тек 18G-қа дейін шектеді. Бірінші секіру жоғары болды және кем дегенде 15 қосымша секіруді жалғастырды (акселерометр деректерін жазу барлық секірулер арқылы жалғастырылмады). Барлық кіру, түсіру және қону процесі 4 минутта аяқталды. Қондырғыш тоқтағаннан кейін, ауа қаптары төрт винч арқылы қондырғышқа қарай түсірілді. Кез келген бастапқы бағыттан туралау үшін жасалған қондырғыш оң жаққа қарай өзінің негізгі жапырағына айналды. Жерге түскеннен 87 минут өткен соң, жапырақтар ашылып, Сожурнер марсоходы және оның ішіне күн батареялары орнатылды.

Соjourner-ді орналастыру

Соджурнер 1997 жылдың 4 шілдесінде қонудан кейін 2-ші сол күні қону платформасынан шықты. Келесі солдарда ол ғалымдардың атақты мультфильмдерден алған есімдермен – "Барнакл Билл", "Йоги" және "Скуби Ду" деп атаған бірнеше тастарға жақындады. Марсоход осы тастар мен Марс топырағындағы элементтерді өлшеді, ал қону платформасы Соджурнердің және айналасындағы ландшафттың суреттерін түсірді, сондай-ақ климаттық байқаулар жасады. Соджурнер – алты дөңгелекті, ұзын, ені, биіктігі және салмағы бар көлік. Оның максималды жылдамдығы шамамен жетті. Соджурнер барлығы шамамен жүрді, Pathfinder станциясынан ешқашан артық емес. 83 солдық жұмыс істеу кезеңінде ол Жерге 550 фотосурет жіберіп, қону платформасының жанындағы 16 жердің химиялық қасиеттерін талдады. (Сондай-ақ Ғарышты зерттеу марсоходтарын қараңыз)

Сожоунерс тау жыныстарының талдауы

Тас туралы алғашқы талдау 3-ші күні «Барнакл Билл» тасымен басталды. Оның құрамын анықтау үшін Альфа бөлшектік рентген спектрометрі (APXS) қолданылды, спектрометрге үлгіні толық сканерлеу үшін он сағат уақыт кетті. Ол сутектен басқа барлық элементтерді тапты, ал сутек тас немесе топырақтың массасының тек 0,1 пайызын құрайды. APXS тау жыныстары мен топырақ үлгілерін альфа бөлшектерімен (екі протоннан және екі нейтроннан тұратын гелий ядролары) сәулелендіру арқылы жұмыс істейді. Нәтижелер «Барнакл Билл» тасы Жердің андезиттеріне ұқсас екенін көрсетті, бұл бұрынғы жанартаулық белсенділікті растайды. Андзиттердің табылуы Марстағы кейбір тау жыныстары қайта балқып, қайта өңделгенін көрсетеді. Жерде андезит магма тау жыныстарының қуыстарында тұрып, темір мен магнийдің бір бөлігі төмен қонғанда пайда болады. Осының салдарынан, соңғы тау жынысында темір мен магнийдің мөлшері азайып, кремнийдің мөлшері артады. Вулканикалық тау жыныстары әдетте сілтілердің (Na2O және K2O) мөлшерін кремний диоксидінің (SiO2) мөлшерімен салыстыру арқылы жіктеледі. Андизит Марстан келген метеориттердегі тау жыныстарынан ерекшеленеді. APXS-ті пайдаланып «Йоги» тасын талдау оның базальтты тас екенін көрсетті, ол «Барнакл Билл» тасынан қарағанда көнерек. «Йоги» тасының пішіні мен текстурасы оның су тасқынымен әкелінгенін көрсетеді. «Мое» деп аталған тас бетінде желдің әсерінен пайда болған эрозия белгілері табылды. Талданған тау жыныстарының көпшілігінде кремнийдің жоғары құрамы байқалды. «Rock Garden» деп аталатын аймақта «Sojourner» Жердегі айға ұқсас ай тәрізді құм төбелерін кездестірді. Миссияның соңғы нәтижелері «Science» журналында (1997 жылдың 5 желтоқсаны) жарияланған мақалалар сериясында сипатталды, сонда «Йоги» тасының бетінде шаң қабаты бар екені, бірақ ол «Барнакл Билл» тасына ұқсас екені айтылды. Есептеулер екі тас негізінен ортопироксен (магнийлі темір силикаты), фельдшпарт (калий, натрий және кальций алюминий силикаттары) және кварц (силицил диоксиді) минералдарынан тұратынын, сондай-ақ аз мөлшерде магнит, илменит, темір сульфиді және кальций фосфаты бар екенін көрсетті. Intel 80C85 процессоры 512 КБ жад және 176 КБ флэш-жадпен, циклдық басқарумен жұмыс істейді. «Pathfinder» қондырғысының компьютері радиацияға төзімді IBM Risc 6000 Single Chip (Rad6000 SC) процессорынан, 128 МБ жадтан және 6 МБ EEPROM-нан тұрды, ал оның операциялық жүйесі VxWorks болды. Миссияға қауіп тудырған мәселе – қондырғыдағы бағдарламалық жасақтамадағы қателік еді, ол ұшу алдындағы сынақтарда анықталған, бірақ ол қате деп есептелген және сондықтан төмен басымдыққа ие болған, өйткені ол тек кейбір күтпеген ауыр жүктеме жағдайларында ғана пайда болды, ал назар кіру және қону кодын тексеруге аударылды. Ұшу бағдарламалық жасақтамасындағы журналдау және жөндеу мүмкіндіктерінің арқасында Жердегі зертханалық үлгіде қайта жаңғыртылған және түзетілген мәселе, басымдық инверсиясынан туындаған компьютердің қайта іске қосылуына байланысты болды. Компьютерді қайта іске қосқаннан кейін ғылыми немесе инженерлік деректер жоғалмады, бірақ келесі операциялардың барлығы келесі күнгі дейін тоқтатылды. Миссия барысында төрт рет қайта іске қосылу (5, 10, 11 және 14 шілдеде) болды, содан кейін 21 шілдеде басымдық мұрагерлігін қосу үшін бағдарламалық жасақтама жаңартылды.

Pathfinder-дің нәтижелері

Жерге түскен аппарат 2,3 миллиард бит (287,5 мегабайт) ақпарат жіберді, оның ішінде 16 500 сурет және атмосфералық қысымды, температураны және желдің жылдамдығын 8,5 миллион рет өлшеді. Күннен әртүрлі қашықтықтағы аспанның бірнеше суретін түсіру арқылы ғалымдар қызғылт түсті тұманның бөлшектерінің радиусы шамамен бір микрометр екенін анықтады. Кейбір топырақтардың түсі темір оксид-гидроксидіне ұқсас болды, бұл бұрынғы жылы және ылғалды климат теориясын қолдайды. "Патфайндер" топырақтың магниттік құрамын зерттеу үшін бірнеше магнит алып жүрді. Соңында, бір магниттен басқа барлық магниттер шаңмен жабылды. Ең әлсіз магнит топырақты тартпағандықтан, ауадағы шаңда таза магнетит немесе тек бір типті маггемит болмайтындығы қорытындыланды. Шаң, мүмкін, темір оксидімен (Fe2O3) байланысқан агрегат болған. "Марс Спирит" ровері әлдеқайда күрделі құралдарды пайдаланып, магнетит Марстағы шаң мен топырақтың магниттік қасиеттерін түсіндіре алатынын анықтады. Топырақта магнетит табылды және топырақтың ең магнитті бөлігі қараңғы болды. Магнетит өте қараңғы. Допплерлік бақылау және екі жақты қашықтық өлшеулерді пайдалана отырып, ғалымдар "Викинг" қондырғысынан алынған бұрынғы өлшемдерді қосып, полярлық инерция сәтінің гидростатикалық емес компоненті Тарсис дөңгелегіне байланысты екенін және ішкі қабаты ерімегенін анықтады. Орталық металл ядросы радиусы бойынша белгілі бір аралықта орналасқан.

Миссияның аяқталуы

Миссия бір аптадан бір айға дейін жоспарланғанмен, ровер үш айға жуық сәтті жұмыс істеді. 7 қазаннан кейін байланыс үзілді. Миссия бірінші айдың өзінде жоспарланған мақсаттарын асып түсті. 2007 жылдың қаңтар айында Марс сарқып айналасы Pathfinder қондырғысын анықтады (суретке қараңыз).

Ровердің атауы

«Соджурнер» деген атау Марс Пафайндер роверіне Коннектикут штатының Бриджпорт қаласынан 12 жасар Валерия Амбройз бір жылдық, бүкіл әлемдік байқауда жеңіске жеткеннен кейін тағайындалды. Байқауда 18 жасқа дейінгі оқушылар қаһармандығын таңдап, оның тарихи жетістіктері туралы эссе жазуға шақырылды. Оқушылардан эсселерінде олардың қаһармандығының атымен аталған планеталық ровердің осы жетістіктерді Марс ортасына қалай жеткізерін талқылаулары сұралды. 1994 жылдың наурыз айында Калифорния штатының Пасадена қаласындағы Планеталық қоғам, НАСА-ның Реактивтік қозғалтқыш зертханасымен (JPL) бірлесіп, байқауды бастады. Байқау туралы хабарлама 1995 жылдың қаңтар айында Ұлттық ғылым мұғалімдері қауымдастығының «Ғылым және балалар» журналында жарияланды, ол ел бойынша 20 000 мұғалім мен мектепке таратылды. Амбройздың жеңімпаз эссесі, ол 19 ғасырдағы әйелдер құқығын қорғаушы Соджорнер Трут есімiмен роверді атауды ұсынды, 3500 эссе ішінен таңдалды. Бірінші орынды Мэриленд штатының Роквилл қаласынан келген 18 жасар Дипти Рохатги иеленді, ол ғалым Мари Кюриді ұсынды. Екінші орынды Техас штатының Раунд-Рок қаласынан келген 15 жасар Адам Шиди иеленді, ол 1986 жылы «Челленджер» ғарыш кемесінің жарылысында қаза болған астронавт Джудит Ресниктің есімін ұсынды. Басқа да танымал ұсыныстарға зерттеуші және жетекші Сакаджевеа және авиатор Амелия Эрхарт кірді.

Танымал мәдениетте

Star Trek: Enterprise телесериалының бастапқы титрлерінде Марс бетіндегі «Sojourner» роверінің кадрлары, адамзаттың әуе және ғарышқа ұшу эволюциясын көрсететін басқа да бейнелермен біріктірілген. 2000 жылғы «Қызыл планета» фильмінде Марста қиын жағдайда қалған астронавттар «Pathfinder» құралдарынан импровизациялық радио жасап, оның көмегімен ғарыш кемесімен байланысқа түседі. Энди Уэйрдің 2011 жылғы «Марсиан» романы мен 2015 жылғы оның фильмге бейімделуінде, Марста жалғыз қалған басты кейіпкер Марк Уотни ұзақ уақыттан бері тоқтап тұрған «Pathfinder» орнына барады (романда «Екілік шыңдарды» бағдаршам ретінде көрсетеді) және Жермен байланыс орнату үшін оны базасына қайтарады.