Программа исследования Марса - Mars Exploration Program

Часть серия на
Космическая программа США
Большой герб США.svg
Космическая политика

Программа исследования Марса (MEP) - это долгосрочные усилия исследовать планету Марс, финансируется и возглавляется НАСА. Созданная в 1993 г., MEP использовала орбитальные космический корабль, посадочные места, и Марсоходы изучить возможности жизнь на Марсе, а также планеты климат и природные ресурсы.[1] Программа управляется НАСА Управление научной миссии к Дуг Маккуистион из Отделение планетологии.[2] В результате сокращения бюджета НАСА на 2013 финансовый год на 40%, Группа планирования программы Mars (MPPG) была создана, чтобы помочь переформулировать MEP, объединив руководителей НАСА в области технологий, науки, операций человека и научных миссий.[3][4]

Управление

Группа анализа программы исследования Марса (MEPAG), впервые созвавшаяся в октябре 1999 года, дает возможность научному сообществу внести свой вклад в планирование и определение приоритетов Программы исследования Марса. Миссии по исследованию Марса, как и большинство миссий НАСА, могут быть довольно дорогостоящими. Например, НАСА Любопытство марсоход (высадился на Марс в августе 2012 года) имеет бюджет, превышающий 2,5 миллиарда долларов.[5] У НАСА также есть цели сотрудничества с Европейское космическое агентство (ESA), чтобы провести миссию по возвращению на Землю образца марсианской почвы, которая, вероятно, будет стоить не менее 5 миллиардов долларов и займет десять лет.[6]

Цели

Астробиология, климатология, и геология были обычными темами в миссиях программы исследования Марса, например Марсоход для исследования Марса (слева) и Марсианская научная лаборатория (верно)

По данным НАСА, у Европарламента есть четыре широкие цели, и все они связаны с пониманием потенциала жизнь на Марсе.[7]

  • Определите, возникала ли когда-нибудь жизнь на Марсе - Чтобы понять Марс » потенциал обитаемости, необходимо определить, было ли когда-либо жизнь на Марсе, который начинается с оценки пригодности планеты для жизни. Основная стратегия в отношении MEP, получившая название «Следуй за водой», - это общая идея о том, что там, где есть жизнь, есть вода (по крайней мере, в случаях на Земле). Вполне вероятно, что если бы жизнь когда-либо и возникла на Марсе, потребовался бы запас воды, который существовал бы в течение значительного количества времени. Таким образом, главная цель MEP - найти места, где вода есть, была или могла быть, например, высохшие русла рек, под поверхностью планеты и в полярных ледяных шапках Марса. Помимо воды, жизни также нужны источники энергии для выживания. Обилие супероксиды делает жизнь на поверхности Марса маловероятной, что, по сути, исключает солнечный свет как возможный источник энергии для жизни. Поэтому необходимо искать альтернативные источники энергии, такие как геотермальный и химическая энергия. Эти источники, которые оба используются формами жизни на Земле, могут быть использованы микроскопические формы жизни живущие под поверхностью Марса. Жизнь на Марсе также можно искать, находя следы прошлой и настоящей жизни или биосигнатуры. Относительное содержание углерода, а также расположение и формы, в которых он может быть найден, могут сообщить, где и как могла развиться жизнь. Также наличие карбонатные минералы, наряду с тем, что Атмосфера Марса состоит в основном из углекислый газ, сказал бы ученым, что вода, возможно, была на планете достаточно долго, чтобы способствовать развитию жизни.[8]
  • Охарактеризуйте климат Марса - Еще одна цель евродепутата - дать характеристику как настоящего, так и прошлого климат Марса, а также факторы, влияющие на изменение климата на Марсе. В настоящее время известно, что климат регулируется сезонными изменениями ледяных шапок Марса, перемещением пыли в атмосфере и обменом водяного пара между поверхностью и атмосферой. Чтобы понять эти климатические явления, нужно помочь ученым более эффективно моделировать прошлый климат Марса, что дает более глубокое понимание динамики Марса.[9]
  • Охарактеризуйте геологию Марса - The геология Марса отличается от Земли, среди прочего, своими чрезвычайно большими вулканами и отсутствием движения коры. Цель MEP - понять эти отличия от Земли вместе с тем, как ветер, вода, вулканы, тектоника, кратер и другие процессы сформировали поверхность Марса. Камни могут помочь ученым описать последовательность событий в истории Марса, определить, было ли на планете изобилие воды, путем определения минералов, которые образуются только в воде, и сказать, был ли когда-то Марс магнитное поле (который указывает на Марс, который в какой-то момент является динамичной планетой, подобной Земле).[10]
  • Приготовьтесь к исследованию Марса человеком - А человеческая миссия на Марс представляет собой серьезную инженерную проблему. Поскольку поверхность Марса содержит супероксиды и не имеет магнитосфера и озоновый слой Чтобы защитить себя от излучения Солнца, ученым нужно будет как можно больше понять динамику Марса, прежде чем можно будет предпринять какие-либо действия в направлении высадки людей на Марс.[11]

Вызовы

Более тонкая атмосфера Марса делает вход, спуск и посадка операции по прибытию наземных космических кораблей более сложны

Миссии по исследованию Марса исторически имели одни из самых высоких показателей отказов для миссий НАСА.[12] что можно объяснить огромными инженерными проблемами этих миссий, а также некоторым невезением.[двусмысленный ][13] Для многих целей MEP, включая вход, спуск и посадку космических кораблей (EDL) на поверхность Марса, в игру вступают такие факторы, как атмосфера планеты, неровность поверхности и высокая стоимость воспроизведения марсианской среды для испытаний. .[14]

По сравнению с Землей атмосфера Марса примерно в 100 раз тоньше. В результате, если бы десантный аппарат спустился в атмосферу Марса, он бы замедлился на гораздо меньшей высоте и в зависимости от массы объекта, возможно, не успел бы достичь предельной скорости. Чтобы задействовать супер- или дозвуковые замедлители, скорость должна быть ниже пороговой, иначе они не будут эффективными. Следовательно, необходимо разработать технологии, позволяющие замедлить десантное судно настолько, чтобы было достаточно времени для выполнения других необходимых процессов посадки перед посадкой.[14] Атмосфера Марса значительно меняется в течение Год Марса, что не позволяет инженерам разработать систему EDL, общую для всех миссий. Часто возникающие пыльные бури повышают более низкую температуру атмосферы и уменьшают плотность атмосферы, что в сочетании с чрезвычайно изменчивой высотой на поверхности Марса вынуждает консервативный выбор места посадки, чтобы обеспечить достаточное замедление корабля.[14] Поскольку последовательности Mars EDL длятся всего 5–8 минут, соответствующие системы должны быть несомненно надежными. В идеале это должно быть подтверждено данными, полученными путем проведения широкомасштабных испытаний различных компонентов систем EDL при наземных испытаниях. Однако затраты на воспроизведение сред, в которых эти данные будут актуальны с точки зрения среды Марса, значительно высоки, что приводит к тому, что испытания проводятся исключительно на земле или имитируются результаты испытаний с использованием технологий, полученных из прошлых миссий.[14]

Часто неровная и каменистая местность Марса делает посадку и пересечение поверхности планеты серьезной проблемой.

Поверхность Марса чрезвычайно неровная, содержащая горные породы, гористая местность и кратеры. Для десантного корабля идеальная площадка для приземления должна быть ровной и свободной от мусора. Так как эту местность на Марсе найти практически невозможно, шасси должно быть очень устойчивым и иметь достаточный дорожный просвет, чтобы предотвратить проблемы с опрокидыванием и нестабильностью при приземлении. Кроме того, системы замедления этих спускаемых аппаратов должны включать подруливающие устройства, направленные на землю. Эти двигатели должны быть спроектированы таким образом, чтобы они работали только в течение очень короткого промежутка времени; если они активны и направлены на каменистую почву более чем на несколько миллисекунд, они начинают рыть траншеи, запускать небольшие камни в шасси и вызывать дестабилизирующее противодавление на посадочный модуль.[14]

Найти подходящую площадку для посадки - значит оценить размер камня с орбиты. Технология для точного определения размера горных пород диаметром менее 0,5 метра с орбиты еще не разработана, поэтому вместо этого распределение размеров горных пород выводится на основе их отношения к тепловой инерции на основе теплового отклика места посадки, измеренного спутниками, которые в настоящее время вращаются вокруг Марса. В Марсианский разведывательный орбитальный аппарат также помогает этому делу в том смысле, что его камеры могут видеть камни диаметром более 0,5 м.[14] Наряду с возможностью опрокидывания посадочного модуля на наклонных поверхностях большие топографические особенности, такие как холмы, холмы, кратеры и траншеи, создают проблему помех для наземных датчиков. Радар и доплеровский радар могут ошибочно измерять высоту во время спуска, а алгоритмы, нацеленные на точку приземления посадочного модуля, могут быть «обмануты», чтобы освободить посадочный модуль слишком рано или поздно, если корабль проходит над столами или траншеями при спуске.[14]

История

Фон

Потери из Марсианский наблюдатель в 1993 году спровоцировал создание единой программы исследования Марса.

Хотя в древности это наблюдалось Вавилоняне, Египтяне, Греки, и другие, это было только до изобретения телескоп в 17 веке Марс был глубоко изучен.[15] Первая попытка отправки зонда на поверхность Марса по прозвищу «Марсник 1», г. был СССР в 1960 г. Зонд не смог достичь земной шар орбите, и миссия в конечном итоге не увенчалась успехом. Невыполнение задач миссии было обычным явлением в миссиях, предназначенных для исследования Марса; примерно две трети всех космических кораблей, предназначенных для полета на Марс, потерпели неудачу до того, как могли начаться какие-либо наблюдения.[12] Сама программа исследования Марса была официально сформирована после провала Марсианский наблюдатель в сентябре 1992 г.,[1] который был первой миссией НАСА на Марс после Викинг 1 и Викинг 2 в 1975 году. Космический корабль, созданный на базе модифицированной околоземной коммерческой связи. спутник (т. е. SES Астра 1А спутник), несший полезную нагрузку инструментов, предназначенных для изучения геологии, геофизики и климата Марса с орбиты. Миссия закончилась в августе 1993 года, когда связь была потеряна за три дня до запланированного выхода космического корабля. орбита.[16]

2000-е

В 2000-х годах НАСА учредило Программа Mars Scout в качестве кампании в рамках программы исследования Марса по отправке серии небольших недорогих роботизированных миссий в Марс, отобранных на конкурсной основе из инновационных предложений научного сообщества с максимальным бюджетом в 485 миллионов долларов США. Первый роботизированный космический корабль в этой программе было Феникс, который использовал спускаемый аппарат изначально изготовлен для отмененного Марс-сюрвейер 2001 миссия. Феникс был одним из четырех финалистов, выбранных из 25 предложений.[17] Четыре финалиста: Феникс, МАРВЕЛ, SCIM (Сбор образцов для исследования Марса ), а АРЕС ("Аэрофотосъемка окружающей среды регионального масштаба") Самолет "Марс".[17] SCIM был миссией по возврату образцов, в которой использовалась траектория свободного возврата и аэрогель для захвата марсианской пыли и ее возвращения на Землю.[17] (см. также: Звездная пыль миссия). MARVEL был орбитальным аппаратом, который занимался поиском вулканизма, а также анализировал различные компоненты атмосферы Марса.[17] Название является аббревиатурой от Марсианские вулканические выбросы и Life Scout, и он был предназначен для обнаружения газов от жизни, если она там была.[17] ARES был концепцией летательного аппарата Марса для изучения нижних слоев атмосферы и поверхности.[17] 15 сентября 2008 года НАСА объявило, что выбрало MAVEN для второй миссии.[18][19][20] Бюджет этой миссии составлял не более 475 миллионов долларов США.[21] После всего двух выборов Управление науки НАСА объявило в 2010 году, что Mars Scout будет включен в состав Программа открытия, который был изменен, чтобы можно было предлагать миссии на Марс.[22] На виду, миссия по сейсмологии и геологии на Марс, была в конечном итоге выбрана в качестве двенадцатой миссии программы Discovery.

2010-е

В 2013 финансовом году произошло значительное сокращение бюджета отдела планетарной науки НАСА на 300 млн долларов США, что привело к отмене участия агентства в программе ЕКА. ЭкзоМарс программа, и переоценка программы исследования Марса в целом.[33][34][35] В феврале 2012 года в Вашингтоне, округ Колумбия, была созвана группа планирования программы Mars (MPPG) для обсуждения концепций миссий-кандидатов на период запуска 2018 или 2020 года.[36][35] в инициативе, известной как Mars Next Generation.[36][37][38] Целью MPPG было разработать основы для архитектуры программного уровня для роботизированного исследования Марса, которая соответствует Администрация Обамы задача отправки людей на орбиту Марса в 2030-е годы,[35] тем не менее, по-прежнему отвечают основным научным целям Десятилетнего обзора планетарной науки NRC 2011 года.[39] MPPG использовала неконсенсусные, индивидуальные вклады как государственных служащих НАСА, так и сотрудников подрядчиков, поэтому окончательные решения являются исключительной ответственностью НАСА.

Непосредственное внимание MPPG было сосредоточено на сборе нескольких вариантов концепции миссий для окна запуска на Марс 2018 и 2020 годов.[35] При бюджете в 700 миллионов долларов доллар США, включая ракета-носитель предполагалось, что миссия ограничится орбитальный аппарат.[37][40] Краткосрочные идеи были приняты во внимание при раннем планировании миссии на период 2018–2024 годов, а среднесрочные и долгосрочные идеи послужили основой для планирования архитектуры программного уровня на 2026 год и далее.[41] Стратегии, разработанные для такой миссии, включали миссия по возврату образцов где образцы почвы помещаются на орбиту Марса в конце 2020-х или начале 2030-х годов, анализ почвы на месте и изучение поверхности и глубин Марса перед миссией по возврату образцов и / или миссией с экипажем.[35] Изученные концептуальные миссии, соответствующие бюджетным требованиям в размере от 700 до 800 миллионов долларов США, включали Next Mars Orbiter (NeMO) для замены стареющих спутниковых служб электросвязи и стационарного посадочного модуля для исследования и отбора образцов, подходящих для последующего возвращения на Землю.[35] До выводов MPPG, Комитет по жилищным ассигнованиям Подкомитет по коммерции, правосудию и науке утвердил бюджет в апреле 2012 года, который восстановил 150 миллионов долларов США в бюджете планетарной науки с оговоркой, что будет обязательна миссия по возврату образцов.[33] Окончательный отчет MPPG был составлен в августе 2012 года и опубликован в сентябре.[42][43][44] В конечном счете, одобрив миссию по возврату образцов, эта рекомендация повлияла на бюджетный процесс НАСА на 2014 финансовый год.[45]

Миссии

Список

МиссияПластырьСредство передвиженияЗапускСтартовая площадкаРакета-носитель[а]Положение делПродолжительность
Mars Global Surveyor
Mars Global Surveyor - патч transparent.png
Mars Global Surveyor7 ноября 1996 г., 17:00 UTCмыс Канаверал LC-17AДельта II 7925Завершенный3647 дней
Марс-сюрвейер '98
M98patch.png
Марсианский климатический орбитальный аппарат11 декабря 1998 г., 18:45 UTCМыс Канаверал LC-17AДельта II 7425Отказ286 дней
Марс полярный посадочный модуль3 января 1999 г., 20:21 UTCМыс Канаверал LC-17AДельта II 7425Отказ334 дня
2001 Марс Одиссея
2001 Марс Одиссея - mars-odyssey-logo-sm.png
Марс Одиссея7 апреля 2001 г., 15:02 UTCМыс Канаверал LC-17AДельта II 7925-9,5Оперативный7175 дней
Марсоход для исследования МарсаДух10 июня 2003 г., 17:58 UTCМыс Канаверал LC-17AДельта II 7925-9,5Завершенный2695 дней
Возможность7 июля 2003 г., 03:18 UTCМыс Канаверал LC-17BДельта II 7925H-9.5Завершенный5498 дней
Марсианский разведывательный орбитальный аппарат
Марсианский разведывательный орбитальный аппарат insignia.png
Марсианский разведывательный орбитальный аппарат12 августа 2005 г., 11:43 UTCмыс Канаверал LC-41Атлас V 401 (AV-007 )Оперативный5 584 дня
Феникс[b]
Phoenix mission logo.png
Феникс4 августа 2007 г., 09:26 UTCМыс Канаверал LC-17AДельта II 7925Завершенный457 дней
Марсианская научная лаборатория
Логотип миссии Марсианской научной лаборатории.png
Любопытство26 ноября 2011 г., 15:02 UTCМыс Канаверал LC-41Атлас В 541 (AV-028 )Оперативный2924 дня
MAVEN[b]
MAVEN Mission Logo.png
MAVEN18 ноября 2013 г., 18:28 UTCМыс Канаверал LC-41Атлас В 401 (AV-038 )Оперативный2567 дней
Марс 2020
Марс 2020 НАСА insignia.svg

Марс 2020 JPL второй insignia.svg
Упорство30 июля 2020 г., 11:50 UTCМыс Канаверал LC-41Атлас В 541 (AV-088 )В круизеНет данных
ИзобретательностьВ круизеНет данных

График

Марс 2020MAVENМарсианская научная лабораторияФеникс (космический корабль)Марсианский разведывательный орбитальный аппаратМарсоход для исследования Марса2001 Марс ОдиссеяМарс-сюрвейер '98Mars Global Surveyor

Смотрите также

Рекомендации

Примечания

  1. ^ Серийный номер отображается в скобках.
  2. ^ а б Миссия проводится в рамках программы Mars Scout Program.

Цитаты

  1. ^ а б Ширли, Донна. «Стратегия программы исследования Марса: 1995–2020 годы» (PDF). Американский институт аэронавтики и астронавтики. Архивировано из оригинал (PDF) 11 мая 2013 г.. Получено 18 октября, 2012.
  2. ^ Маккуистион, Дуг. «Дуг МакКуистион, директор программы НАСА по исследованию Марса». НАСА. Архивировано из оригинал 19 октября 2015 г.. Получено 18 октября, 2012.
  3. ^ Хаббард, Дж. Скотт (28 августа 2012 г.). «Марсианская программа следующего десятилетия». The Huffington Post. Получено 18 октября, 2012.
  4. ^ Гарвин, Джеймс. «О группе планирования программы Mars». НАСА. Получено 18 октября, 2012.
  5. ^ Леоне, Дэн. «Марсианской научной лаборатории нужно больше $ 44 млн, чтобы летать, как показывает аудит НАСА». Космические новости. Получено 24 октября, 2012.
  6. ^ де Селдинг, Питер. «Исследование: возврат образца Mars займет 10 лет, а стоимость - 5 миллиардов долларов». Космические новости. Получено 24 октября, 2012.
  7. ^ "Научная тема программы исследования Марса". Программа исследования Марса. НАСА. Получено 18 октября, 2012.
  8. ^ «Цель 1: определить, возникала ли когда-либо жизнь на Марсе». Программа исследования Марса. НАСА. Получено 18 октября, 2012.
  9. ^ «Цель 2: охарактеризовать климат Марса». Программа исследования Марса. НАСА. Получено 18 октября, 2012.
  10. ^ «Цель 3: охарактеризовать геологию Марса». Программа исследования Марса. НАСА. Получено 18 октября, 2012.
  11. ^ «Цель 4: подготовка к исследованию Марса человеком». Программа исследования Марса. НАСА. Получено 18 октября, 2012.
  12. ^ а б «Хронология исследования Марса». Офис программы истории НАСА. Получено 18 октября, 2012.
  13. ^ О'Нил, Ян (22 марта 2008 г.). "Проклятие Марса". Вселенная сегодня. Получено 18 октября, 2012.
  14. ^ а б c d е ж грамм Браун, Роберт (2007). «Проблемы входа, спуска и посадки на Марс» (PDF). Журнал космических аппаратов и ракет. 44 (2): 310. Bibcode:2007JSpRo..44..310B. CiteSeerX  10.1.1.463.8773. Дои:10.2514/1.25116. Архивировано из оригинал (PDF) 26 мая 2010 г.. Получено 18 октября, 2012.
  15. ^ "История исследования Марса". Программа исследования Марса. НАСА. Получено 18 октября, 2012.
  16. ^ "Марсианский наблюдатель". Программа исследования Марса. НАСА. Получено 18 октября, 2012.
  17. ^ а б c d е ж НАСА выбрало для изучения четыре концепции миссии Mars Scout
  18. ^ «НАСА выбирает миссию« MAVEN »для изучения атмосферы Марса». НАСА. 15 сентября 2008 г.
  19. ^ НАСА выбирает предложения для будущих миссий и исследований на Марс
  20. ^ «НАСА откладывает миссию разведки на Марс до 2013 года». НАСА. 21 декабря 2007 г.
  21. ^ JPL.NASA.GOV: Пресс-релиз
  22. ^ Программа NASA Scout прекращена.
  23. ^ Скаутские миссии - Mars News
  24. ^ НАСА ВЫБИРАЕТ ПЕРВЫЕ КОНЦЕПЦИИ MARS SCOUT для дальнейшего изучения (2001 г.)
  25. ^ Предложение Юго-Западного исследовательского института по орбитальной миссии Mars Scout выбрано для изучения НАСА
  26. ^ «АРЕС - Предлагаемая миссия на Марс». НАСА. 17 января 2007 г. Архивировано с оригинал 28 марта 2010 г.
  27. ^ ARES Mars Самолет youtube.com видео модели и тестового полета
  28. ^ ХРОНОС - Путешествие по марсианской истории
  29. ^ а б Мумма, Майкл Дж. (20 февраля 2009 г.). «Сильный выброс метана на Марс северным летом 2003 года» (PDF). Наука. 323 (5917): 1041–1045. Bibcode:2009Научный ... 323.1041M. Дои:10.1126 / science.1165243. PMID  19150811.
  30. ^ Нил Ф. Коминс -Открытие основной Вселенной (2012) - Стр.148
  31. ^ Р. Хаберле и др. - Миссия "Открытие Паскаля": миссия сети климата Марса (2000)
  32. ^ Предложение Hailstorm[постоянная мертвая ссылка ] (.pdf)
  33. ^ а б Браун, Адриан. «MSL и программа NASA по исследованию Марса: где мы были и куда идем». Космический обзор. Получено 24 октября, 2012.
  34. ^ Утро-младший, Фрэнк (14 февраля 2012 г.). «Подразделения НАСА надеются на роботизированную миссию на Марс в 2018 году». Авиационная неделя. Получено 27 февраля, 2012.
  35. ^ а б c d е ж «О группе планирования программы Mars». Получено 20 июля, 2012.
  36. ^ а б Леоне, Дэн (24 февраля 2012 г.). «НАСА совершает набег на бюджет внешних планет для финансирования быстрого старта перезагрузки Марса». Космические новости. Получено 25 февраля, 2012.
  37. ^ а б Эрик Хэнд (28 февраля 2012 г.). «В условиях урезания бюджета ученые США на Марсе надеются на возможную миссию в 2018 году». Природа. Получено 28 февраля, 2012.
  38. ^ Кейт Тейлор (16 апреля 2012 г.). «НАСА призывает идеи для будущих миссий на Марс». TG Daily. Получено 16 апреля, 2012.
  39. ^ "Научная стратегия | НАСА Исследование Солнечной системы". Solarsystem.nasa.gov. Архивировано из оригинал 21 июля 2011 г.. Получено 23 февраля, 2016.
  40. ^ Стивен Кларк (27 сентября 2012 г.). «Возврат образца остается в центре внимания марсианской программы НАСА». Космический полет сейчас. Получено 28 сентября, 2012.
  41. ^ "Концепции будущих миссий на Марс - журнал Astrobiology". Astrobio.net. 29 мая 2012 г.. Получено 23 февраля, 2016.
  42. ^ «Вехи группы планирования программы НАСА - Марс». Nasa.gov. Получено 23 февраля, 2016.
  43. ^ [1][мертвая ссылка ]
  44. ^ «Резюме заключительного отчета» (PDF). Nasa.gov. 25 сентября 2012 г.. Получено 23 февраля, 2016.
  45. ^ «Комитет NRC по астробиологии и планетологии (CAP + S)» (PDF). Nasa.gov. 23 мая 2012 г.. Получено 23 февраля, 2016.

внешняя ссылка