Чего ожидать от посадки InSight на Марс?

9377
94
20 ноября 2018 в 13:50
Источник: Эмили Лакдавалла

Чего ожидать от посадки InSight на Марс?

Меньше чем через неделю, 26 ноября, NASA совершит первую за последние 6 лет посадку на Марс (не считая неудачу ESA Schiaparelli EDM). Посадочная геологическая платформа NASA InSight врежется в атмосферу примерно в 22:47 по минскому времени, после чего для нее начнутся «7 минут ужаса». Мы подготовили для вас перевод тайминга посадки, написанный шеф-редактором блога Planetary Society Эмили Лакдавалла.

Платформа InSight была запущена к Марсу 5 мая 2018 года в компании с двумя кубсат-спутниками MarCO. Они фактически являются экспериментальными аппаратами, задача которых доказать, что небольшой формат кубсатов способен пережить межпланетный перелет. Непосредственно у Марса они будут выполнять роль ретрансляторов связи, передавая данные платформы на Землю. InSight не марсоход. Это статичная платформа, построенная «по образу и подобию» аппарата Phoenix. Она не будет ездить по Марсу и весь срок своей службы проведет на месте посадки. На Марсе она займется исследованием геологии Красной планеты. Срок миссии рассчитан на два года.

Эмили Лакдавалла, автор оригинальной статьи, — шеф-редактор блога The Planetary Society, автор нескольких работ в геологии, топографии Марса и образовании. Эмили частый автор блога и энтузиаст космических исследований. Мы слегка адаптировали оригинальный текст под географию Восточной Европы. В таймлайне приземления ниже вы найдете временные отметки для зон PST (зона ЦУПа InSight) UTC, UTC+2 (Киев) и UTC+3 (Минск, Москва). Также в день приземления InSight мы, скорее всего, будем вести стрим посадки с упоминанием ключевых событий согласно таймингу и переводом их подтверждений из ЦУПа аппарата.


Если все пройдет хорошо, волнующиеся фанаты космонавтики на Земле узнают о том, что InSight успешно совершил посадку на Марсе 26 ноября 2018 года в 19:53 UTC (22:53 по минскому времени, далее UTC+3. — Прим. Onliner). Как это бывает во время всех приземлений на Марс, никто из наблюдающих не сможет сделать что-то, что может повлиять на результат. Все, что мы можем делать, — это ждать и надеяться, что все сработает как надо. JPL опубликовали прекрасное видео с участием специалиста по посадкам на Марс Роба Мэннинга, которое объясняет, как там все будет устроено. А я сделала для вас инфографику, чтобы вы могли следить за ее этапами.

Эмили Лакдавалла для Planetary Society. Перевод и адаптация Никиты Ляшкевича

InSight будет садиться, как аппараты из прошлого: проще, чем Curiosity, и идентично посадке Phoenix. Он будет использовать теплозащитный экран, парашют и реактивную посадку, но тут мы не увидим модной корректировки спуска или работы платформы Skycrane. Оттого что процесс посадки будет проще, менее пугающим он не станет: это отрезок времени, в котором десятилетия работы сконцентрированы в нескольких минутах автоматических маневров, превращающих летающую тарелку из космоса в уверенно стоящий на поверхности посадочный аппарат.

Все события развернутся в мире, который находится от нас в 8,1 минуты полета на скорости света. В то время, когда мы на Земле получим сигнал о том, что InSight почувствовал атмосферу Марса, в том или ином смысле на Марсе весь процесс уже подойдет к концу. Тех, кто сейчас решит напомнить мне об иллюзии одновременности, прошу: пожалуйста, не стоит.

С момента, когда InSight врежется в верхний слой атмосферы Марса, до момента, когда его опоры коснутся почвы, пройдет всего 6 минут и 45 секунд. Внимательные читатели сейчас заметят, что это немного меньший отрезок времени, чем «7 минут ужаса» марсохода Curiosity. Есть две причины, по которым посадка InSight пройдет немного быстрее. Во-первых, Curiosity использовал интеллектуальную систему помощи в снижении, которая могла управлять его полетом, добавляя секунды к времени, проведенному в атмосфере. Посадка InSight — баллистическая. Во-вторых, Curiosity совершил посадку в глубокой впадине, на 1800 метров ниже, чем место посадки InSight. Высота места посадки Curiosity была на 4501 метр ниже марсианского среднего — центр эллипса места посадки InSight на 2655 метров. У Марса нет «уровня моря», поэтому после того, как Mars Global Surveyor исследовал топографию Марса, ученые приняли средний радиус 3396 километров за нулевую высоту на Марсе. Все места посадок всегда были ниже этого значения, потому что тепловым щитам и парашютам нужно много атмосферы, чтобы они успели затормозить падающий корабль.

Здесь для вас есть детальный таймлайн ожидаемых на Марсе в этот день событий, в котором учитываются разные временные зоны. Все указанное в таблице время — это время, когда сигнал будет принят на Земле. Это значит, что к фактическому времени события для корабля прибавлены 8 минут и 7 секунд — время, необходимое сигналу, чтобы преодолеть пространство, разделяющее Марс и Землю.

Событие Время до посадки PST UTC UTC+2 UTC+3
Последнее уточнение параметров входа, снижения и посадки  –3ч  08:47  16:47  18:47  19:47
Это последний шанс для навигаторов, чтобы точно настроить начало спуска InSight в атмосферу Марса. Здесь они могут обратиться к данным о погоде от MRO, MAVEN или Curiosity и решить, как откорректировать свою прицельную мушку, опираясь на новые данные.
Начало эфира NASA TV –1ч  11:00  19:00  21:00  22:00
Нагреватели начинают готовить двигатели к посадке –1ч  11:00  19:00  21:00  22:00
У вас есть выбор, какой эфир посадки смотреть: NASA TV с комментариями или чистый эфир посадки без комментариев на сайте NASA или на канале YouTube.
Отстыковка перелетного модуля. Теперь связь работает только на передачу данных. –0ч 13м 45с  11:40  19:40  21:40  22:40
На перелетном модуле установлены солнечные панели и двигатели, которые InSight использовал в своей дороге к Марсу. Они не рассчитаны пережить повторный вход в атмосферу и не могут замедлять свое падение. Перелетный модуль просто разрушится, а его обломки упадут где-нибудь дальше (восточнее) места посадки InSight. InSight начинает питаться от аккумуляторов до посадки, когда он сможет раскрыть собственные солнечные панели.
Начало связи с Mars Reconnaissance Orbiter –0ч 13м 43с  11:40  19:40  21:40  22:40
После отстыковки перелетного модуля радиокомплекс Electra спутника Mars Reconnaissance Orbiter начнет получать данные  корабля, связываясь с антенной на аэродинамическом щите InSight в дециметровом диапазоне.
Начало разворота корабля –0ч 13м 15с  11:40  19:40  21:40  22:40
Маневр развернет корабль так, чтобы он встретил атмосферу теплозащитным экраном.
Завершение разворота корабля –0ч 11м 45с  11:42  19:42  21:42  22:42
Начало дециметровой передачи телеметрии посадки –0ч 8м 45с  11:45  19:45  21:45  22:45
Пытаться принять сигнал корабля будут кубсаты MarCO, MRO и земные радиотелескопы.
Начало входа в атмосферу –6ч 6м 45с  11:47  19:47  21:47  22:47
Атмосфера Марса не имеет строгой границы, но в этот момент времени в этом месте InSight должен находиться в строго определенном положении. За этой точкой атмосфера может начать влиять на его траекторию полета.
Максимальный нагрев (1500°C) –0ч 5м 15с  11:48  19:48  21:48  22:48
Жарче, чем лава, и достаточно горячо, чтобы плавить сталь. Но период пикового нагрева не долгий, жар не успеет навредить больше, чем обуглить и сорвать внешний слой теплозащитного экрана. Ионизированный газ вокруг корабля может вызвать временные перебои в получении радиопередачи InSight.
Максимальная перегрузка (7.5 G) –0ч 4м 50с  11:49  19:49  21:49  22:49
Трение между атмосферой и теплозащитным экраном погасит 99,5% кинетической энергии InSight даже до раскрытия его парашютов.
Начало получения фотографии посадки камерой HiRISE –0ч 3м 8с  11:50  19:50  21:50  22:50
HiRISE — это камера высокого разрешения, установленная на спутнике Mars Reconnaissance Orbiter. С помощью нее снимали посадку аппарата Phoenix и марсохода Curiosity. Такие фотографии нужны, чтобы задокументировать состояние парашюта. На этот раз она попробует снять посадку InSight, но по причине сложного угла съемки фотография может быть смазанной. Для создания одной полосы изображения HiRISE необходимо около 100 секунд.
Раскрытие парашюта  –0ч 3м 7с  11:50  19:50  21:50  22:50
Пиропатрон отстреливают крышку парашюта из верхней аэродинамической оболочки, после чего он полностью раскрывается за две секунды.
Сброс теплозащитного экрана  –0ч 2м 52с  11:51  19:51  21:51  22:51
Теплозащитный экран упадет на поверхность дальше (восточней) места посадки InSight, но ближе, чем обломки перелетного модуля.
Выдвигаются посадочные опоры –0ч 2м 42с  11:51  19:51  21:51  22:51
Завершение получения фотографии посадки камерой HiRISE –0ч 1м 28с  11:52  19:52  21:52  22:52
Если камера HiRISE снимет область траектории посадки InSight в тот момент, когда аппарат будет проходить через ее поле зрения, на фото мы увидим корабль, спускающийся на парашюте. Фотография будет передана на Землю в период от 2 до 48 часов.
Радарная разведка поверхности –0ч 1м 0с  11:52  19:52  21:52  22:52
Отделение посадочной платформы –0ч 0м 45с  11:53  19:53  21:53  22:53
На секунду платформа начнет падать, как камень, чтобы отдалиться от парашюта и верхней защиты. В этот момент возможна небольшая потеря сигнала, так как аппарат будет переключаться с антенны, расположенной на защите, на собственную. Защита и парашют упадут ближе по траектории полета (западней) и, возможно, слегка сместятся на юг или север.
Зажигание двигателей посадки –0ч 0м 44с  11:53  19:53  21:53 22:53
После работы радара двигатели посадки компенсируют необходимые корректировки по горизонтальной и вертикальной осям. Если посадочная платформа почувствует, что она слишком быстро двигается горизонтально, она выполнит маневр смещения в сторону, чтобы не столкнуться с верхней защитой, и затем откорректирует скорость. Также корабль развернет себя таким образом, чтобы солнечные панели после посадки были ориентированы на запад и восток, а рабочие инструменты на юг.
Начало спуска с постоянной скоростью –0ч 0м 15с  11:53  19:53  21:53  22:53
Корабль замедлится и начнет снижаться со скоростью 2,4 м/с до посадки.
Посадка –0ч 0м 0с  11:53  19:53  21:53  22:53
InSight почувствует касание с поверхностью, выключит посадочные двигатели и изменит частоту сигнала, давая нам знать, что эти шаги успешно выполнены. В течение нескольких минут после посадки InSight должен выполнить ряд действий, в том числе сделать первые фотографии.
Потеря связи с Mars Reconnaissance Orbiter +0ч 4м 27с  11:58  19:58  21:58  22:58
Как только MRO опустится примерно до 10 градусов над горизонтом, он потеряет контакт с посадочной платформой. Точное время, когда это произойдет, зависит от точного места посадки InSight внутри эллипса, насколько низко он окажется по отношению к горизонту и будет ли наклонен.
Начало раскрытия солнечных панелей +0ч 16м 0с  12:09  20:09  22:09  23:09
Завершение раскрытия солнечных панелей +0ч 32м 0с  12:25  20:25  22:25  23:25
Окончание эфира NASA TV +0ч 36м 2с  12:30  20:30  22:30  23:30
InSight подождет достаточно долго перед раскрытием солнечных панелей, чтобы после посадки улеглась пыль. Этот шаг крайне важен для выживания космического аппарата, который после отделения от перелетного модуля питался только от аккумуляторов.
Конференция после посадки (неточное время) +2ч  14:00  22:00  00:00  01:00
Восход Mars Odyssey над горизонтом +5ч 4м 32с  16:58  00:58  02:58  03:58
Заход Mars Odyssey +5ч 21м 12с  17:15  01:15  03:15  04:15
Odyssey начнет сеанс связи с InSight, который должен передать посадочную телеметрию и, возможно (но не точно), некоторые фото, в том числе те, которые он смог сделать сразу после того, как пыль улеглась.

Как мы будем следить за посадкой InSight?

Есть несколько способов получить радиосигнал InSight, чтобы понимать, как там дела у корабля. Mars Reconnaissance Orbiter будет записывать все полученные данные для дальнейшего анализа, но есть несколько способов получать их вживую. Ни один из них не даст столько информации, сколько метод «запишем и расшифруем позже», но, скорее всего, тем или иным способом мы все равно будем получать что-то «в прямом эфире». (Когда я пишу о «прямом эфире», я помню о 8,1 минуты, необходимых сигналу, чтобы добраться до Земли с Марса.)

Если нам повезет, кубсаты MarCO смогут напрямую получить сигнал InSight, расшифровать его и передать на Землю, используя свои более мощные антенны. Такая ретрансляция сигнала может дать нам интересные детали о том, как корабль оценивает свое состояние, и о прогрессе посадки.

В течение всей посадки на Марс MarCO будут передавать данные InSight на Землю. NASA / JPL-Caltech

Даже если кубсаты MarCO не сработают, у нас все равно остается возможность получать информацию в режиме реального времени. Любая радиосвязь использует несущий сигнал определенной частоты, которая затем изменяется, для того, чтобы передать информацию. Обнаружить несущий сигнал проще, чем рассмотреть в нем небольшие модуляции. Несущий сигнал InSight можно принять на Земле, используя большие радиотелескопы (в частности, обсерватории Green Bank в Западной Вирджинии или Института радиоастрономии имени Макса Планка в Эффельсберге, Германия), но его модуляции будут слишком слабыми, чтобы быть обнаруженными на таком расстоянии.

Что мы можем узнать, получая несущий сигнал InSight в режиме реального времени?

  • Пока InSight передает, мы знаем, что он не разбился и не сгорел. К сожалению, в обратную сторону это не работает. Фактически есть два момента, когда мы ожидаем, что сигнал пропадет, даже если у InSight все хорошо. Первый случится во время пикового нагрева при входе в атмосферу, когда ионизированный газ вокруг InSight будет мешать прохождению радиосигнала. Второй — после того, как аппарат отделится от верхней защиты и начнет переключение с ее антенны на собственную.
  • Доплеровское смещение несущей частоты дает возможность точно измерить скорость, с которой двигается корабль. Навигаторы сравнят ее с расчетной, чтобы понимать, идет ли посадка по предсказанному плану. Заметные изменения скорости расскажут нам, что корабль врезался в атмосферу или выпустил парашют, хотя мы и не услышим отчет об этом напрямую от корабля.
  • В опорах корабля находятся нажимные сенсоры, которые выключат посадочные двигатели, как только платформа почувствует посадку. Когда сенсоры срабатывают, InSight автоматически переключит частоту несущего сигнала на другую, давая нам понять, что он почувствовал посадку. Радиотелескопы на Земле могут зафиксировать это изменение в частоте передачи. (Такой отчет о посадке еще совсем не значит, что корабль в безопасности.)
  • Если InSight все еще будет передавать после предсказанного времени посадки — это явное свидетельство того, что он пережил весь процесс и находится в рабочем состоянии.

Так что даже если кубсаты MarCO по какой-то причине не справятся, а я надеюсь, что они справятся, у нас все равно будет достаточно информации, чтобы следить за происходящим. Предполагая, конечно, что на самом InSight все сработает, как планировалось!

Когда мы увидим первые фотографии?

Короткий ответ: первые снимки могут быть получены примерно через 10 минут после посадки (около 20:05 UT, или 12:05 PST (или 23:05 по минскому времени. — Прим. Onliner)), но могут и через 20 часов после посадки.

На InSight установлены две камеры: первая (Instrument Context Camera или ICC) нужна, чтобы рассмотреть рабочее пространство перед аппаратом, а вторая (Instrument Deployment Camera или IDC) закреплена на руке-манипуляторе. В первые минуты после посадки камера оценки рабочего пространства сделает снимок. На объективе все еще будет защита, так что снимок будет покрыт пылевыми пятнами от материала, поднятого в воздух во время посадки. Позже, в течение часа, после того как солнечные панели полностью раскроются и защита объектива будет снята, та же камера сделает еще один снимок (это все, что мне смогли подтвердить в офисе JPL). Если опираться на историю хоть в чем-то, первый снимок с закрытой крышкой объектива будет передан маленьким изображением — квадратом со стороной 256 пикселей. Это немного данных, но изображения получают наименьший приоритет по сравнению с остальными типами данных, передаваемых на Землю, так что менеджеры миссии не могут быть уверены, что мы получим что-то еще.

Официальный пресс-кит посадки отлично справляется в объяснении того, когда и как мы получим этот первый снимок, так что я просто скопирую текст оттуда: «Как только InSight коснется Марса, у аппарата будет несколько возможностей, чтобы отправить снимок с поверхности. При каждой из этих возможностей на камере все еще будет установлен защитный чехол, что может сказаться на качестве снимка (первые снимки Curiosity также были выполнены с противопыльным чехлом).

Первое фото марсохода Curiosity, переданное с Марса после посадки. На оптике Hazcam камеры все еще установлена защита от пыли. Пылинки от посадки видны на изображении. NASA/JPL-Caltech

Аппарат был запрограммирован сделать первую фотографию в течение первых нескольких минут после посадки. Передача их на Землю займет больше времени. Инженерные данные имеют больший приоритет, поэтому есть возможность, что в первый час после посадки будет передана только часть изображения (или оно не будет передано вообще). Изображение может быть передано несколькими способами через MarCO, MRO или Odyssey.

Как первые снимки InSight могут быть отправлены на Землю:

  • MarCO, пара экспериментальных кубсат-спутников могут передать первый снимок сразу после фазы входа, снижения и посадки. Если это случится, снимок (или его часть) станет доступен в течение 10—20 минут после посадки.
  • Маловероятно, но передача снимка возможна через MRO. MRO отдаст приоритет передаче инженерных данных, как только взойдет над горизонтом. Снимок, переданный через MRO, будет опубликован во второй половине дня (в США. В Минске — в начале ночи. — Прим. Onliner).
  • Также маловероятно, но передача снимка возможна через Odyssey во время его первого пролета над InSight, который произойдет через несколько часов после приземления. В это время он будет принимать записанные ранее данные о фазе входа, спуска и посадки. Скорее всего, у него не будет возможности передать изображение за время прохождения по горизонту. Если он сможет это сделать, оно станет доступно ранним вечером (в США. В Минске — поздней ночью. — Прим. Onliner).
  • Odyssey также пройдет над InSight 27 ноября, на следующий день после посадки между 18:00 и 20:00 PST (5:00 и 7:00 утра по минскому времени. — Прим. Onliner).
ахроматический рефрактор, диаметр: 90 мм, фокусное расстояние: 910 мм, относительное отверстие: 1/10, азимутальная (AZ) монтировка, окуляры 10 мм/25 мм
рефлектор Ньютона, диаметр: 127 мм, фокусное расстояние: 1000 мм, относительное отверстие: 1/7.9, экваториальная (EQ) монтировка, окуляры 4 мм/20 мм

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Быстрая связь с редакцией: читайте паблик-чат Onliner и пишите нам в Viber!