Введение

Марсоход NASA, активный с 2004 по 2010 год. Программа = NASA Mars rovers. Предыдущая миссия = Sojourner. Следующая миссия = Opportunity.

Spirit, также известный как MER A (Mars Exploration Rover – A) или MER 2, – это марсоход-робот, работавший с 2004 по 2010 год, обеспечивая более детальный геологический анализ марсианских пород и особенностей поверхности планеты. Первоначальные научные результаты первого этапа миссии (90 сол основного этапа) были опубликованы в специальном выпуске журнала Science. 1 мая 2009 года (5 лет, 3 месяца и 27 земных дней после посадки, что в 21 раз превышает запланированную продолжительность миссии) Spirit застрял в рыхлом песке. Это было не первое "застревание" в ходе миссии, и в течение последующих восьми месяцев NASA тщательно анализировала ситуацию, проводя теоретические и практические симуляции на Земле и, в конечном итоге, программируя марсоход для выполнения маневров освобождения в попытке выбраться. Эти усилия продолжались до 26 января 2010 года, когда представители NASA объявили, что марсоход, вероятно, необратимо заблокирован из-за своего местоположения в рыхлом песке, хотя он продолжал проводить научные исследования, находясь на месте. Марсоход продолжал функционировать в качестве стационарной научной платформы до прекращения связи с Spirit 22 марта 2010 года (сол). JPL продолжала попытки восстановить связь до 24 мая 2011 года, когда NASA объявила о прекращении попыток связаться с не отвечающим марсоходом, объявив миссию завершенной. Вскоре после этого в штаб-квартире NASA состоялась официальная церемония прощания.

График выполнения задания

Роверы Opportunity и Spirit были частью программы Mars Exploration Rover, входящей в долгосрочную программу исследования Марса. Четыре основные цели программы исследования Марса заключались в определении возможности существования жизни на Марсе (в частности, обнаружения извлекаемой воды), характеризации климата и геологии Марса, а также подготовке к потенциальной пилотируемой миссии на Марс. Марсоходы должны были перемещаться по поверхности Марса, проводя периодические геологические анализы для определения, существовала ли когда-либо вода на Марсе, какие типы минералов там доступны, и подтверждая данные, полученные аппаратом Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Оба ровера были рассчитаны на работу в течение 90 солов (92 земных дня), однако оба проработали значительно дольше. Миссия Spirit продлилась в 20 раз дольше запланированного срока и была завершена 25 мая 2011 года после того, как ровер застрял в рыхлом песке и исчерпал свои энергетические ресурсы, пытаясь выбраться. Opportunity проработал в 55 раз дольше, чем его запланированные 90 солов, функционируя в течение 5498 дней с момента посадки до окончания миссии. Архив еженедельных отчетов о состоянии ровера доступен в Архиве обновлений Opportunity.

Запуск и посадка

MER A (Spirit) и MER B (Opportunity) были запущены 10 июня 2003 года и 7 июля 2003 года соответственно. Хотя оба зонда были запущены на ракетах Boeing Delta II 7925 9,5 с Космического пускового комплекса 17 на мысе Канаверал (CCAFS SLC 17), MER B использовал тяжелую версию этой ракеты-носителя, нуждаясь в дополнительной энергии для выхода на транс-марсианскую траекторию. Ракеты-носители были интегрированы на стартовых площадках, расположенных рядом друг с другом: MER A – на CCAFS SLC 17A, MER B – на CCAFS SLC 17B. Наличие двух стартовых площадок позволило использовать близкие по времени 15- и 21-дневные периоды запуска к планетам; последний возможный день запуска для MER A был 19 июня 2003 года, а первый день для MER B – 25 июня 2003 года. Программа запуска космических аппаратов НАСА осуществляла управление запуском обоих аппаратов. Spirit успешно приземлился на поверхность Марса 4 января 2004 года в 04:35 по времени космического аппарата (SCET). Это стало началом его 90-сольной миссии, однако события очистки солнечных панелей привели к значительному продлению миссии, которая продолжалась до 2010 года. Spirit был направлен к месту, которое, предположительно, в прошлом подвергалось воздействию жидкой воды – кратеру Гусев, возможно, бывшему озеру в гигантском ударном кратере, примерно в центре целевого эллипса. После того, как защищенная надувными подушками посадочная платформа осела на поверхность, марсоход выехал для получения панорамных изображений. Эти изображения предоставили ученым информацию, необходимую для выбора перспективных геологических объектов и перемещения к ним для проведения научных исследований непосредственно на месте. Команда MER назвала место посадки "Станцией памяти Колумбии" в честь семи астронавтов, погибших в катастрофе космического шаттла "Колумбия". 1 мая 2009 года (сол) марсоход застрял в рыхлом песке, опираясь на залежи сульфата железа (ярозита), скрытые под тонким слоем обычной почвы. Сульфат железа обладает низкой связностью, что затрудняло получение тяги колесами марсохода. 26 января 2010 года (сол), после нескольких месяцев попыток освободить марсоход, НАСА приняло решение изменить характер мобильной миссии робота, определив его как стационарную исследовательскую платформу. Усилия были сосредоточены на обеспечении наиболее благоприятной ориентации платформы относительно Солнца для повышения эффективности подзарядки батарей. Это было необходимо для поддержания работоспособности некоторых систем в течение марсианской зимы. 30 марта 2010 года Spirit пропустил запланированную сессию связи и, как и ожидалось, исходя из последних прогнозов энергоснабжения, вероятно, перешел в режим глубокой гибернации с низким энергопотреблением. Последняя сессия связи с марсоходом состоялась 22 марта 2010 года (сол), и существует высокая вероятность того, что батареи марсохода потеряли значительную часть энергии, что привело к остановке бортовых часов. В предыдущие зимы марсоход мог парковаться на склоне, обращенном к Солнцу, и поддерживать внутреннюю температуру выше 0,9 градуса, но поскольку марсоход застрял на ровной поверхности, предполагается, что его внутренняя температура опустилась до 0,9 градуса. Если бы Spirit пережил эти условия и произошло бы событие очистки солнечных панелей, то с южным летним солнцестоянием в марте 2011 года солнечная энергия могла бы возрасти до уровня, достаточного для пробуждения марсохода. Spirit остается неподвижным в месте, называемом "Троя", на западном склоне Домашней Плиты. После 22 марта 2010 года (сол) с марсоходом не было установлена связь. Вероятно, Spirit испытал неисправность, связанную с низким уровнем энергии, и отключил все подсистемы, включая систему связи, перейдя в глубокий сон в попытке перезарядить батареи. Также возможно, что марсоход столкнулся с ошибкой в работе бортовых часов. В этом случае он потерял бы ориентацию во времени и попытался бы оставаться в спящем режиме до тех пор, пока достаточное количество солнечного света не достигнет солнечных панелей для его пробуждения. Такое состояние называется "Solar Groovy". Если бы марсоход проснулся из-за ошибки в работе бортовых часов, он бы только прослушивал эфир. Начиная с 26 июля 2010 года (сол), была внедрена новая процедура для устранения возможной ошибки в работе бортовых часов.

Конец миссии

JPL продолжал попытки восстановить связь со «Спиритом» до 25 мая 2011 года, когда NASA объявило о прекращении попыток восстановления связи и завершении миссии. По мнению NASA, марсоход, вероятно, столкнулся с чрезмерно низкими «внутренними температурами» из-за «недостатка энергии для работы систем обогрева», что, в свою очередь, стало следствием «тяжелой марсианской зимы с недостаточным количеством солнечного света». Многие критически важные компоненты и соединения могли быть «повреждены из-за холода». Общий пробег «Спирита» составил .

Дизайн и строительство

Spirit (и его близнец, Opportunity) – это шестиколесные роботы, работающие на солнечной энергии, высотой, шириной и длиной, и весом. Шесть колес, установленных на системе «качающаяся тележка», обеспечивали передвижение по пересеченной местности. Каждое колесо имело свой двигатель. Управление автомобилем осуществлялось как передними, так и задними колесами, а конструкция была рассчитана на безопасную работу при наклонах до 30 градусов. Максимальная скорость составляла , хотя средняя скорость была около . На обеих машинах, Spirit и Opportunity, установлены фрагменты металла из разрушенного Всемирного торгового центра, которые были "преобразованы в экраны для защиты кабелей буровых установок". Солнечные панели генерировали около 140 Вт в течение до четырнадцати часов в сол, а перезаряжаемые литий-ионные аккумуляторы накапливали энергию для использования в ночное время. Бортовой компьютер Spirit использует процессор RAD6000 с частотой 20 МГц, 128 МБ оперативной памяти DRAM и 3 МБ энергонезависимой памяти EEPROM. Рабочий температурный диапазон марсохода составляет от до , а базовый уровень обогрева обеспечивается радиоизотопными нагревателями, с возможностью дополнительного использования электрических нагревателей при необходимости. Связь осуществлялась с помощью всенаправленной антенны с низким коэффициентом усиления, работающей на низкой скорости передачи данных, и управляемой антенны с высоким коэффициентом усиления, обе находились в прямой связи с Землей. Антенна с низким коэффициентом усиления также использовалась для ретрансляции данных на орбитальные аппараты, вращающиеся вокруг Марса.

Мощность

Ровер использует комбинацию солнечных элементов и перезаряжаемой химической батареи. Этот класс марсоходов оснащен двумя перезаряжаемыми литиевыми батареями, каждая из которых состоит из 8 ячеек емкостью 8 ампер-часов. В начале миссии солнечные панели могли обеспечивать до 900 ватт-часов (Вт⋅ч) в день для подзарядки батареи и питания системы за один сол, однако это значение могло меняться из-за различных факторов. Как и на Земле, на Марсе наблюдаются сезонные изменения, приводящие к уменьшению солнечного света зимой. Однако, поскольку марсианский год длиннее земного, смена сезонов происходит примерно раз в два земных года. К 2016 году MER B пережил семь марсианских зим, в течение которых уровень энергии снижался, что заставляло марсоход избегать энергоемких операций. Пылевые бури возникают довольно часто, когда Марс находится вблизи Солнца, но после того, как буря утихла в начале октября, связь была потеряна.

Открытия

Скалы на равнинах Гусева представляют собой разновидность базальта. Они содержат минералы оливин, пироксен, плагиоклаз и магнетит. Они похожи на вулканический базальт, поскольку имеют мелкозернистую структуру с неправильными порами (геологи назвали бы их везикулами и воггами). Большая часть почвы на равнинах образовалась в результате разрушения местных пород. В некоторых почвах обнаружены относительно высокие концентрации никеля, вероятно, из-за метеоритов. Анализ показал, что породы подверглись незначительным изменениям под воздействием небольшого количества воды. Наружные покрытия и трещины внутри пород указывают на отложения минералов, возможно, соединений брома. Все породы покрыты тонким слоем пыли и одной или несколькими твердыми корками. Один тип корки можно удалить, отслаивая, а другой потребовалось отшлифовать с помощью инструмента для абразивной обработки пород (Rock Abrasion Tool, RAT). Пыль в кратере Гусева идентична пыли, обнаруженной по всей планете. Вся пыль оказалась магнитной. Более того, Spirit установил, что магнетизм обусловлен минералом магнетитом, особенно магнетитом, содержащим титан. Один магнит смог полностью отклонить всю пыль, поэтому предполагается, что вся марсианская пыль обладает магнитными свойствами. Спектры пыли схожи со спектрами ярких областей с низкой тепловой инерцией, таких как Тарсис и Арабия, обнаруженных с помощью орбитальных спутников. Все поверхности покрыты тонким слоем пыли, толщина которого, возможно, составляет менее миллиметра. В составе пыли содержится небольшое количество химически связанной воды.