ЭкзоМарс: Поиски жизни на Марсе и международное сотрудничество.

Введение

Астробиологическая программа ExoMars (Экзобиология на Марсе) — это астробиологическая программа Европейского космического агентства (ЕКА) и Российского космического агентства (Роскосмос). Цели ExoMars — поиск признаков прошлой жизни на Марсе, изучение изменений марсианской воды и геохимической среды, исследование атмосферных микрогазов и их источников, а также демонстрация технологий для будущей миссии по возврату образцов с Марса. Первая часть программы — это миссия, запущенная в 2016 году, которая вывела орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter на орбиту Марса и спустила посадочный модуль Schiaparelli EDM. Орбитальный аппарат функционирует, но посадочный модуль потерпел крушение на поверхности планеты. Запуск второй части программы был запланирован на июль 2020 года, когда посадочный модуль «Казачок» должен был доставить марсоход «Розалинд Франклин» на поверхность, обеспечивая поддержку научной миссии, которая, как ожидалось, продлится до 2022 года или позже. 12 марта 2020 года было объявлено о переносе второй миссии на 2022 год из-за проблем с парашютной системой, которые не удалось решить к моменту открытия окна запуска. Орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter (TGO) и испытательный стационарный посадочный модуль Schiaparelli были запущены 14 марта 2016 года. Посадка была разработана для тестирования ключевых технологий, необходимых для безопасной доставки последующей миссии с марсоходом. В июне 2023 года посадочный модуль «Казачок» («маленький казак», название отсылает к народному танцу), разработанный Роскосмосом, должен был доставить марсоход «Розалинд Франклин» ESA на поверхность Марса. Марсоход также должен был включать в себя некоторые инструменты, созданные Роскосмосом. Операциями и связью второй миссии должен был руководить Центр управления ровером ALTEC в Италии. 17 марта 2022 года ESA приостановила миссию в связи с продолжающимся вторжением России в Украину. ESA полагает, что возобновление миссии с использованием новой посадочной платформы, не разработанной в России, вряд ли состоится до 2028 года. Миссия получила дополнительное финансирование для перезапуска и завершения. Контракт был заключен с компанией Thales Alenia Space, а запуск запланирован на 2028 год.

Astrobiology programme

ExoMars (Exobiology on Mars) is an astrobiology programme of the European Space Agency (ESA) and the Russian space agency (Roscosmos). The goals of ExoMars are to search for signs of past life on Mars, investigate how the Martian water and geochemical environment varies, investigate atmospheric trace gases and their sources and, by doing so, demonstrate the technologies for a future Mars sample return mission. The first part of the programme is a mission launched in 2016 that placed the Trace Gas Orbiter into Mars orbit and released the Schiaparelli EDM lander. The orbiter is operational but the lander crashed on the planet's surface. The second part of the programme was planned to launch in July 2020, when the Kazachok lander would have delivered the Rosalind Franklin rover on the surface, supporting a science mission that was expected to last into 2022 or beyond. On 12 March 2020, it was announced that the second mission was being delayed to 2022 as a result of problems with the parachutes, which could not be resolved in time for the launch window. The Trace Gas Orbiter (TGO) and a test stationary lander called Schiaparelli were launched on 14 March 2016. The landing was designed to test new key technologies to safely deliver the subsequent rover mission. In June 2023, a Roscosmos lander named Kazachok ("little Cossack", referring to a folk dance), was due to deliver the ESA Rosalind Franklin rover to the Martian surface. The rover would also include some Roscosmos built instruments. The second mission operations and communications would have been led by ALTEC's Rover Control Centre in Italy. On 17 March 2022, ESA suspended the mission due to the ongoing invasion of Ukraine by Russia. ESA expects that a restart of the mission, using a new non Russian landing platform, is unlikely to launch before 2028. The mission received additional funding to restart and deliver complete the mission. The award went to Thales Alenia Space and scheduled for 2028.

История

С момента своего создания ExoMars прошла несколько этапов планирования с различными предложениями по посадочным модулям, орбитальным аппаратам, ракетам-носителям и планированию международного сотрудничества, таким как несостоявшаяся совместная инициатива по исследованию Марса (MEJI) с Соединенными Штатами в 2009 году. Изначально концепция ExoMars состояла из большого роботизированного марсохода, являющегося частью программы Aurora ESA в качестве флагманской миссии, и была одобрена министрами Европейского космического агентства в декабре 2005 года. Первоначально задуманный как ровер со стационарной наземной станцией, ExoMars планировалось запустить в 2011 году на борту российской ракеты "Союз-Фрегат". ExoMars началась в 2001 году в рамках программы ESA Aurora для исследования Марса с участием человека. Первоначальный замысел предусматривал отправку ровера в 2009 году, а затем – миссию по возвращению образцов с Марса. Aurora – это необязательная программа, и каждое государство имеет право решать, в какой части программы оно хочет участвовать и в какой степени (например, какой объем финансирования оно готово выделить). В июле 2009 года NASA и ESA подписали Совместную инициативу по исследованию Марса, которая предлагала использовать ракету-носитель Atlas вместо "Союза", что существенно изменило технические и финансовые параметры миссии ExoMars. 19 июня, когда запуск ровера планировался совместно с орбитальным аппаратом Trace Gas Orbiter, стало известно, что предварительное соглашение потребует уменьшения массы ExoMars для размещения на ракете-носителе Atlas вместе с орбитальным аппаратом NASA. Впоследствии миссия была объединена с другими проектами в многоаппаратную миссию, разделенную на два запуска Atlas V: ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) был включен в проект, одновременно с ним планировался запуск стационарного метеорологического посадочного модуля в январе 2016 года. Также предлагалось включить второй ровер – MAX C.

В августе 2009 года было объявлено, что Российское федеральное космическое агентство (ныне Роскосмос) и ESA подписали контракт, предусматривающий сотрудничество в двух проектах по исследованию Марса: российском проекте "Фобос-Грунт" и ExoMars ESA. В частности, ESA обеспечила российскую ракету "Протон" в качестве "запасной ракеты-носителя" для марсохода ExoMars, который должен был включать в себя компоненты российского производства. 17 декабря 2009 года правительства ESA дали окончательное одобрение двухэтапной миссии по исследованию Марса, проводимой совместно с NASA, подтвердив свою готовность выделить 850 миллионов евро (1,23 миллиарда долларов США) на миссии в 2016 и 2018 годах. В апреле 2011 года, в связи с бюджетным кризисом, было предложено отменить ровер MAX C и запустить только один, более крупный ровер в 2018 году. Одно из предложений заключалось в том, что новый аппарат будет построен в Европе и нести на борту смесь европейских и американских приборов. NASA должна была предоставить ракету для доставки на Марс и систему посадки типа "небесный кран". Несмотря на предложенную реорганизацию, цели миссии 2018 года в целом остались бы прежними. С отменой финансирования NASA для этого проекта, большинство этих планов пришлось пересмотреть. 14 марта 2013 года представители ESA и Российского космического агентства (Роскосмос) подписали соглашение, в соответствии с которым Россия стала полноправным партнером. Роскосмос предоставит обеим миссиям ракеты-носители "Протон" с разгонными блоками "Бриз-М" и услуги по запуску, а также дополнительный модуль для входа, спуска и посадки для миссии марсохода в 2018 году. Роскосмос предоставит два ракеты-носителя "Протон" в качестве оплаты за партнерство. Полезная нагрузка орбитального аппарата Trace Gas Orbiter будет включать два российских прибора, первоначально разработанных для "Фобос-Грунта". Все научные результаты должны быть интеллектуальной собственностью Европейского космического агентства и Российской академии наук (т.е. Роскосмос будет участвовать во всех проектных командах и иметь полный доступ к исследовательским данным). Первоначально ESA установила потолок стоимости проектов ExoMars в 1 миллиард евро (1,3 миллиарда долларов США), но выход космического агентства США (NASA) и последовавшая за этим реорганизация проектов, вероятно, увеличит собранную сумму на несколько сотен миллионов евро. Возможно, что другие научные мероприятия в ESA придется отложить, чтобы сделать ExoMars приоритетным. В сентябре 2012 года было объявлено, что новые члены ESA, Польша и Румыния, внесут до 70 миллионов евро в миссию ExoMars. ESA не исключает возможности частичного возвращения NASA к участию в миссии ExoMars 2018 года, хотя и в относительно незначительной роли. Финансирование ExoMars со стороны России может быть частично покрыто страховыми выплатами в размере 1,2 миллиарда рублей (40,7 миллиона долларов США) за потерю "Фобос-Грунта". 25 января 2013 года Роскосмос полностью профинансировал разработку научных приборов для первого запуска, орбитального аппарата Trace Gas Orbiter (TGO). По состоянию на март 2014 года ведущий разработчик марсохода ExoMars, британское подразделение Airbus Defence and Space, начал закупку критически важных компонентов. Последовали четыре включения ракетных двигателей в течение следующих 10 часов перед отделением спускаемого модуля и орбитального аппарата. Сигналы от орбитального аппарата были успешно получены в 21:29 GMT того же дня, что подтвердило успешность запуска и то, что космический аппарат направляется к Марсу. Вскоре после отделения от зондов, разгонный блок "Бриз-М", предположительно, взорвался в нескольких километрах, однако, по-видимому, не повредил орбитальный аппарат или посадочный модуль. Космический аппарат, на котором размещены орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter и посадочный модуль "Скиапарелли", вышел на расчетную орбиту в направлении Марса и, по всей видимости, функционировал нормально. В течение следующих двух недель специалисты продолжали проверять и вводить в эксплуатацию его системы, включая системы электропитания, связи, звездные трекеры, а также систему управления и навигации.

In August 2009 it was announced that the Russian Federal Space Agency (now Roscosmos) and ESA had signed a contract that included cooperation on two Mars exploration projects: Russia's Fobos Grunt project and ESA's ExoMars. Specifically, ESA secured a Russian Proton rocket as a "backup launcher" for the ExoMars rover, which would include Russian made parts. On 17 December 2009, the ESA governments gave their final approval to a two part Mars exploration mission to be conducted with NASA, confirming their commitment to spend €850 million ($1.23 billion) on missions in 2016 and 2018. In April 2011, because of a budgeting crisis, a proposal was announced to cancel the accompanying MAX C rover, and fly only one rover in 2018 that would be larger than either of the vehicles in the paired concept. One suggestion was that the new vehicle would be built in Europe and carry a mix of European and U. S. instruments. NASA would provide the rocket to deliver it to Mars and provide the sky crane landing system. Despite the proposed reorganisation, the goals of the 2018 mission opportunity would have stayed broadly the same. With NASA's funding for this project completely cancelled, most of these plans had to be restructured. On 14 March 2013, representatives of the ESA and the Russian space agency (Roscosmos), signed a deal in which Russia became a full partner. Roscosmos will supply both missions with Proton launch vehicles with Briz M upper stages and launch services, as well as an additional entry, descent and landing module for the rover mission in 2018. Roscosmos will contribute two Proton launch vehicles as payment for the partnership. The Trace Gas Orbiter payload shall include two Russian instruments that were originally developed for Fobos Grunt. All scientific results must be intellectual property of the European Space Agency and the Russian Academy of Sciences (i. e. Roscosmos will be part of all the project teams and will have full access to research data). ESA had originally cost capped the ExoMars projects at €1 billion, (USD 1.3 billion) but the withdrawal of the U. S. space agency (NASA) and the consequent reorganisation of the ventures will probably add several hundred million euros to the sum so far raised. One possibility is that other science activities within ESA may have to step back to make ExoMars a priority. In September 2012 it was announced that new ESA members, Poland and Romania, will be contributing up to €70 million to the ExoMars mission. ESA has not ruled out a possible partial return of NASA to the 2018 portion of ExoMars, albeit in a relatively minor role. Russia's financing of ExoMars could be partially covered by insurance payments of 1.2 billion roubles (US$40.7 million) for the loss of Fobos Grunt, On 25 January 2013, Roscosmos fully funded the development of the scientific instruments to be flown on the first launch, the Trace Gas Orbiter (TGO). As of March 2014, the lead builder of the ExoMars rover, the British division of Airbus Defence and Space, had started procuring critical components, Four rocket burns occurred in the following 10 hours before the descent module and orbiter were released. Signals from the Orbiter were successfully received at 21:29 GMT of the same day, which confirmed that the launch was fully successful and that the spacecraft was on its way to Mars. Shortly after separation from the probes, the Briz M upper booster stage possibly exploded a few kilometers away, however apparently without damaging the orbiter or lander. The spacecraft, which housed the Trace Gas Orbiter and the Schiaparelli lander, took its nominal orbit towards Mars and was seemingly in working order. Over the next two weeks, controllers continued to check and commission its systems, including the power, communications, startrackers, and guidance and navigation system.

Задержки и приостановка

В январе 2016 года было объявлено, что финансовое положение миссии 2018 года "может" потребовать отсрочки на 2 года. Италия является крупнейшим участником финансирования ExoMars, а Великобритания – вторым по величине финансовым спонсором миссии. Запуск марсохода планировался на 2018 год, а посадка на Марс – на начало 2019 года, но в мае 2016 года ESA объявило о переносе запуска на 2020 год из-за задержек в европейской и российской промышленной деятельности и поставки научного оборудования. 28 февраля 2022 года было объявлено, что запуск второй миссии в 2022 году "крайне маловероятен" из-за санкций, введенных против России в ответ на вторжение в Украину. 17 марта 2022 года запуск ExoMars в 2022 году был отменен, а сотрудничество с Роскосмосом было окончательно приостановлено. Однако в ноябре страны-члены Европейского космического агентства выделили 360 миллионов евро на ровер "Розалинд Франклин", включая покрытие расходов на замену российских компонентов. В настоящее время запуск марсохода запланирован на 2028 год, и он будет оснащен масс-спектрометром нового поколения – Марсовым органическим молекулярным анализатором, или MOMA.

Орбитальный аппарат для следовых газов

Trace Gas Orbiter (TGO) — телекоммуникационный орбитальный аппарат для изучения Марса и миссия по анализу атмосферных газов, запущенная 14 марта 2016 года в 09:31 UTC. Космический аппарат прибыл на марсианскую орбиту в октябре 2016 года. Он доставил посадочный модуль ExoMars Schiaparelli EDM, а затем приступил к картированию источников метана и других газов на Марсе, что поможет в выборе места посадки для марсохода ExoMars, запуск которого запланирован на 2022 год. Обнаружение метана в атмосфере Марса вызывает интерес, поскольку его происхождение, вероятно, связано либо с современной жизнью, либо с геологической активностью. После прибытия марсохода в 2023 году орбитальный аппарат будет переведен на более низкую орбиту, где он сможет проводить аналитические научные исследования, а также обеспечивать телекоммуникационную связь для марсохода ExoMars. NASA предоставило телекоммуникационную релейную систему Electra и навигационное оборудование для обеспечения связи между аппаратами и марсоходами на поверхности Марса и центром управления на Земле. TGO продолжит функционировать как спутник телекоммуникационной ретрансляции для будущих посадочных миссий до 2022 года.

Ландер Schiaparelli EDM

Модуль демонстрации технологий входа, спуска и посадки (EDM), названный Schiaparelli, был разработан для обеспечения Европейского космического агентства (ESA) и российской корпорации «Роскосмос» технологиями, необходимыми для посадки на поверхность Марса. Он был запущен вместе с орбитальным модулем ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) 14 марта 2016 года в 09:31 UTC и планировался к мягкой посадке 19 октября 2016 года. Сигнал, подтверждающий успешную посадку, не был получен, и 21 октября 2016 года NASA опубликовало изображение, полученное с орбитального аппарата Mars Reconnaissance Orbiter, на котором предположительно видно место крушения посадочного модуля. После посадки модуль должен был измерять скорость и направление ветра, влажность, давление и температуру поверхности, а также определять прозрачность атмосферы. Оборудование DREAMS должно было функционировать как метеорологическая станция в течение 2–3 дней на протяжении всего периода пребывания EDM на поверхности Марса после посадки.

Второй запуск (2028)

Миссия ExoMars 2022 была запланирована к запуску в течение двенадцатидневного стартового окна, начинающегося 20 сентября 2022 года, и должна была приземлиться на Марсе 10 июня 2023 года. В состав миссии должны были войти крейсерский модуль, разработанный в Германии, и спускаемый модуль российского производства. 28 февраля 2022 года ESA объявила, что в результате санкций, связанных с российско-украинским кризисом 2021–2022 годов, запуск в 2022 году "крайне маловероятен". 28 марта 2022 года было подтверждено, что марсоход ExoMars технически готов к запуску, однако стартовое окно 2022 года для миссии больше не представляется возможным из-за вторжения России в Украину. Запуск пересмотренной версии миссии с использованием новой посадочной платформы, не российского производства, ожидается не ранее 2028 года.

Этап круиза

Ландер и ровер «Розалинд Франклин» будут доставлены на Марс внутри модуля спуска. Модуль спуска будет прикреплен к модулю-носителю, который обеспечит электропитание, двигательную установку и навигацию. Модуль-носитель оснащен 16 двигателями, работающими на гидразине, 6 солнечными панелями для выработки электроэнергии, а также солнечными датчиками и звездными трекерами для навигации. Он был разработан и построен компанией OHB System в Бремене, Германия. Модуль-носитель отделится от модуля спуска непосредственно перед тем, как остальная часть космического аппарата достигнет Марса.

Спуск

До отмены сотрудничества ESA и Роскосмоса в проекте ExoMars первоначальный план предусматривал использование российского посадочного модуля "Казачок", разработанного при участии ESA. Изначально предполагалось, что аппарат "Розалинд Франклин" будет спускаться с "Казачка" по рампе. Ожидалось, что посадочный модуль будет вести фотосъемку места посадки, контролировать климат, исследовать атмосферу, анализировать радиационную обстановку, изучать распределение подповерхностных вод в районе посадки и проводить геофизические исследования внутренней структуры Марса. После запроса от марта 2015 года о предоставлении научных приборов для посадочной системы, было запланировано использование 13 приборов. Примеры приборов на посадочном модуле включают в себя комплекс HABIT (HabitAbility: Brine, Irradiation and Temperature), метеорологический комплекс METEO, магнитометр MAIGRET и эксперимент LaRa (Lander Radioscience). Ожидалось, что стационарный посадочный модуль проработает не менее одного земного года, а его приборы будут питаться от солнечных панелей. После отмены проекта в июле 2022 года ESA приступило к разработке собственного посадочного модуля, создание и испытания которого займут от 3 до 4 лет. Многие компоненты европейского посадочного модуля будут повторно использованы из российского спускаемого аппарата. В отличие от "Казачка", европейский посадочный модуль не оснащен солнечными панелями и научными приборами и, как ожидается, будет функционировать лишь в течение нескольких солов.