Спирит (марсоход)

«Спи́рит», «Spirit» (), или «MER-A» (сокр. от Mars Exploration Rover — A) — первый марсоход космического агентства НАСА из двух запущенных США в рамках проекта Mars Exploration Rover. Старт миссии состоялся 10 июня 2003 года. Спускаемый аппарат с марсоходом совершил мягкую посадку на Марс 4 января 2004 года за три недели до прибытия его близнеца «Оппортьюнити» (MER-B), который был успешно доставлен в другой район Марса, смещённый по долготе примерно на 180 градусов. В мае 2009 года марсоход застрял в песчаной дюне. Последняя связь с Землёй была 22 марта 2010 года.

Марсоход работал гораздо дольше, чем запланированные 90 солов (марсианских солнечных суток). Благодаря очистке солнечных батарей естественным ветром Марса выработка электроэнергии значительно повысилась, из-за чего «Спирит» продолжал эффективно функционировать долгое время, в конечном итоге значительно превысив запланированный срок службы. «Спирит» проехал 7,73 км вместо запланированных 600 м, что позволило сделать более обширные анализы геологических пород Марса.

1 мая 2009 года (через 5 лет, 3 месяца, 27 земных суток после посадки, что в 21,6 раза больше, чем запланированные 90 солов), «Спирит» застрял в песчаной дюне. Это была не первая такая ситуация с роверами, и в течение последующих восьми месяцев НАСА тщательно её анализировало; выполнялось моделирование участка, программирование, продолжались усилия по освобождению. Эти усилия продолжались до 26 января 2010 года, когда НАСА объявило, что высвобождению марсохода препятствует его расположение в мягком грунте, хотя научные исследования данного места продолжались.

Ровер продолжали использовать как стационарную платформу, общение со «Спиритом» прекратилось на 2210-й сол (22 марта 2010 года). JPL продолжала попытки восстановить контакт с ровером до 24 мая 2011 года, когда НАСА объявило, что усилия не принесли результатов, ровер молчал. Прощание со «Спиритом» состоялось в штаб-квартире НАСА и транслировалось на NASA TV.

Название марсоходу было дано в рамках традиционного конкурса НАСА 9-летней девочкой русского происхождения Софи Коллиз, родившейся в Сибири и удочерённой американской семьёй из Аризоны.

Цели миссии

Ракета-носитель

«Спирит» был запущен ракетой-носителем «Дельта II 7925». Это чуть менее мощная ракета-носитель, чем «Дельта-2 7925-H», с помощью которой был запущен его близнец — марсоход «Оппортьюнити».

Семейство ракет-носителей «Дельта-2» на тот момент находилось в эксплуатации уже более 10 лет. С их помощью успешно запущены 90 проектов, в том числе и последние шесть миссий НАСА на Марс: «Mars Global Surveyor» и «Mars Pathfinder» в 1996 году, «Mars Climate Orbiter» в 1998 году, «Mars Polar Lander» в 1999 году, «Марс Одиссей» в 2001 году и «Феникс» в 2007 году.

Конструкция

Сравнение Спирита c другими марсоходами Кьюриосити MER Соджорнер Запуск 2011 2003 1996 Масса (кг) 899 174 10,6 Размеры (в метрах, Д×Ш×В) 3,1 × 2,7 × 2,1 1,6 × 2,3 × 1,5 0,7 × 0,5 × 0,3 Энергия (кВт·ч/сол) 2.5-2,7 0,3—0,9 < 0,1 Научные инструменты 10 5 4 Максимальная скорость (см/сек) 4 5 1 Передача данных (МБ/сутки) 19—31 6—25 < 3,5 Производительность компьютера (MIPS) 400 20 0,1 Оперативная память (МB) 256 128 0,5Расчётный район посадки (км) 20×7 80×12 200×100

Обзор миссии

Основная задача «Спирита» заключалась в том, чтобы марсоход продержался (92,5 земных суток), за это время проводя многочисленные исследования Марса. Миссия получила несколько расширений и продолжалась в течение . «Спирит» стал вторым аппаратом по сроку функционирования на поверхности Марса — , предыдущий рекорд принадлежал спускаемому аппарату «Викинг-2». «Викинг-2» использовал ядерную энергию, в то время как «Спирит» питался только от солнечных батарей. «Оппортьюнити» стал самым долго функционирующим аппаратом в истории Марса, предыдущий рекорд в принадлежал спускаемому аппарату «Викинг-1». 22 марта 2010 года «Спирит» передал своё последнее сообщение; таким образом, ему не хватило 1 месяца, чтобы превзойти аппарат «Викинг-1» по сроку службы.

Общее количество пройденного пути по состоянию на () составило .

События

2004 Спускаемый аппарат со «Спиритом» успешно приземлился на поверхность Марса в . Это было началом его миссии планируемой продолжительностью в . Очистка солнечных батарей позволила продлить его миссию, и она продолжалась до 2010 года.

Мемориальная Станция шаттла Колумбия «Спирит» был направлен в кратер Гусева, который раньше, возможно, был озером. Ровер приземлился примерно в от центра эллипса планируемой посадки в точке с координатами

После того, как сработали подушки безопасности и посадочная платформа остановилась, ровер выехал и начал передавать панорамные изображения. Они дают ученым необходимую информацию для выбора геологических объектов, перспективных для научных исследований.

Данное панорамное изображение показывает холмы на горизонте до 27 км. Команда MER назвала посадочную платформу «Мемориальная станция шаттла Колумбия» в честь семи астронавтов, погибших в космической катастрофе шаттла Колумбия.

Сонная лощина

«Сонная лощина» — мелкое углубление, кратер (в правой части фото) диаметром , заинтересовавший учёных из НАСА. Ровер покинул посадочную платформу и был направлен для исследования этого кратера, находящегося на расстоянии .

Первое цветное фото Справа первое цветное изображение, составленное из нескольких снимков, полученных панорамной камерой «Спирита». У снимка было самое высокое разрешение, когда-либо принятое с поверхности другой планеты. «Мы видим мозаику из четырёх снимков Pancam: одно в высоту и три в ширину», сказал конструктор камеры Джим Белл из Корнеллского университета. Показанный снимок имел разрешение 4000 на 3000 пикселей. Тем не менее, Pancam камера может делать снимки 8 раз больше этого, также они могут быть сняты в стереоформате (например, в два слоя, что делает разрешение в два раза больше). Цвета являются достаточно точными.

Камера Pancam делает чёрно-белые снимки. Тринадцать вращающихся фильтров производят одно изображение в разных цветовых спектрах. После получения на Земле, эти снимки могут быть скомбинированы для получения цветного изображения.

Проблемы с флэш-памятью 21 января 2004 года (18-й сол с момента посадки) «Спирит» неожиданно перестал общаться с центром управления. На следующий день ровер на скорости 7,8 бит/с передал сигнал, подтверждающий, что марсоход принял сообщение с Земли, но находится в режиме сбоя, ответы на команды будут передаваться только периодически. Было заявлено, что возникла серьёзная неисправность, однако потенциально восстановимая в случае, если причиной проблемы является программная ошибка, а не аппаратный сбой. «Спириту» была дана команда передать данные о его техническом состоянии. 23 января ровер сначала отправил несколько коротких сообщений на очень низкой скорости, после чего, наконец, произвел передачу 73 мегабит (~9,1 мегабайт) в X-диапазоне через ретранслятор «Марс Одиссей». Эти данные показали, что марсоход не перешёл в спящий режим, а значит, он продолжает расходовать энергию в аккумуляторах и перегреваться, что потенциально может окончательно вывести его из строя, если проблема не будет исправлена в ближайшее время. На 20-й сол инженеры отправили команду SHUTDWN_DMT_TIL («Shutdown Dammit Until …», «отключиться к черту до …»), чтобы ровер отключился до заданного времени и перестал расходовать энергию, однако он проигнорировал эту команду.

Основной версией о сложившейся неполадке стало то, что марсоход застрял в т. н. «перезагрузочной петле». Марсоход был запрограммирован на перезагрузку, если в системе обнаружится неисправность. Однако, если ошибка происходила непосредственно в процессе перезагрузки, то система начинала циклически перезагружаться снова и снова. Тот факт, что проблема оставалась даже после перезагрузки, мог означать, что ошибка была не в оперативной памяти, а во флэш-памяти или в аппаратном сбое EEPROM. Последний случай, вероятнее всего, означал бы выход ровера из строя. Предполагая, что ошибка может быть именно во флэш-памяти или EEPROM, инженеры предприняли действия по перезагрузке ровера без использования флэш-памяти. Имелась возможность передавать ограниченный набор команд по радио, достаточный, однако, для того, чтобы приказать марсоходу перезагрузиться без использования флэш-памяти, что, в конечном итоге, привело к разрыву «перезагрузочной петли» и восстановлению работоспособности.

24 января 2004 года инженеры ровера объявили, что проблема была во флэш-памяти и программном обеспечении, использовавшем её для записи. Было заявлено, что аппаратная часть флэш-памяти работала нормально, а программный модуль управления файлами оказался «недостаточно отказоустойчивым» для выполняемых «Спиритом» операций, подчеркивая, что проблема была вызвана именно ошибкой в программном обеспечении, а не неисправностью оборудования. Инженеры НАСА обнаружили, что в файловой системе содержалось слишком много файлов, что было классифицировано как незначительная проблема. Большинство из них содержали данные, собранные во время полета, и не были нужны для дальнейшей работы. Придя к этому выводу, инженеры удалили часть файлов и переформатировали файловую систему на флэш-памяти. () марсоход был приведён в рабочее состояние, и научные исследования возобновились.

Первое бурение на Марсе

Круглое неглубокое отверстие на изображении образовано в ходе первого бурения породы на Марсе. Инструмент RAT на марсоходе проделал углубление в камне, названном Адирондак, (). Глубина отверстия составляет , а диаметр — . Оно открывает свежие горные породы для ближайшего исследования с помощью микроскопической камеры и двух спектрометров, которые находятся на руке-манипуляторе. Этот снимок был сделан панорамной камерой, с помощью его можно быстро определить успешность бурения.

«RAT превзошел все наши ожидания», — сказал Стив Горевэн, ведущий ученый инструментов соскабливания породы на обоих роверах. «С такими параметрами сверления, я не думал, что оно будет настолько глубоким. На самом деле, когда мы увидели практически идеальный круг, я был взволнован; я мог о таком только мечтать. Также отверстие было хорошо очищено от пыли».

Камень Мими (40-й сол)

Это цветное изображение, сделанное панорамной камерой «Спирита» на (). На снимке камень под названием Мими. Мими — всего лишь один из множества камней в этой области. Область носит название Stone Council (Братство Камня, от одноимённого романа), но камень отличается от всех любых камней, которые ученые увидели в кратера Гусева до сих пор. Чешуйчатая поверхность камня Мими приводит ученых к ряду гипотез. Мими, возможно, был подвергнут высокому давлению вследствие захоронения в глубоких слоях или ударного воздействия, или он когда-то был частью дюны, спрессовавшейся в виде чешуйчатых слоёв, процесс, который иногда связан с действием воды.

Камень Хамфри

5 марта 2004 года НАСА объявило, что «Спирит» нашёл указания на наличие воды в прошлом в камне под названием «Хамфри». Доктор Раймонд Арвидсон, профессор университета МакДоннела, кафедры планетарных наук в Университете Вашингтона, Сент-Луисе, сообщил во время конференции НАСА, прессе: «Если бы мы нашли этот камень на Земле, мы бы сказали, что он вулканический, и в нём побывало немного жидкости, которая двигалась по его трещинам». В отличие от камня, найденного марсоходом «Оппортьюнити», этот образец сформировался из магмы, а затем в его небольших трещинах появился ярко окрашенный материал, который выглядит как кристаллизовавшиеся минералы. Если эта интерпретация верна, то минералы, скорее всего, возникли из водного раствора, который воздействовал на него после того, как камень сформировался.

Кратер Бонневиль