Цього тижня, 7 листопада, минає тридцять років відтоді, як до Марса стартував апарат, що мав замінити зниклого за три роки до того попередника. На його борту були майже такі самі прилади, тож вдалося виконати більшу частину запланованих досліджень, а сам апарат пропрацював ще кілька років понад план. За його знімками обирали місця посадок марсоходів, а за вимірюваннями з’ясували, що колись планета мала глобальне магнітне поле. Жоден апарат до нього не працював біля Марса так довго.
Другий шанс
Наприкінці серпня 1993 року інженери Лабораторії реактивного руху NASA кожні двадцять хвилин надсилали команди апарату, який перестав відповідати. Зв’язок із Mars Observer обірвався 21 серпня, коли до виходу на орбіту Марса залишалося три дні. З цієї невдачі згодом виросла інша місія, на якій трималося дослідження планети наступні десять років.
Відповіді так і не надійшло, і 27 вересня місію офіційно визнали втраченою. Майже 11 місяців польоту і роки підготовки, здавалося, були марними.
Але на Землі лишився запасний екземпляр камери, яка мала знімати поверхню планети. Більшість інших приладів уже розробили, тож їхні копії можна було виготовити майже без змін. Серед них були лазерний висотомір, що вимірює висоту рельєфу, магнітометр для пошуку слідів магнітного поля і спектрометр, що визначає склад поверхні за її тепловим випромінюванням. Прилади зробили. Бракувало апарата, який доставив би їх до Марса.
Дешевший спосіб повернутися на Марс
Для NASA і Лабораторії реактивного руху повернення до Марса стало головним завданням, адже Mars Observer мав стати першим американським апаратом біля цієї планети за 17 років. Програму перебудували за іншим принципом. Замість одного дорогого апарата NASA планувала відправляти до Марса дешевші кожні 26 місяців, коли Земля і Марс розташовані найзручніше для польоту.
Першим із них став Mars Global Surveyor. На його борт поставили запасну камеру й копії трьох інших приладів Mars Observer, а ще два відклали для наступних запусків.
Де ж зекономити, якщо завдання залишаються ті самі? Найбільше заощадили на тому, що вже існувало. Корпус спроєктували наново, а частину бортової електроніки, як і камеру, взяли із запасних блоків Mars Observer. Розробка і будівництво коштували приблизно 154 млн доларів, ще близько 65 млн пішло на запуск. Без витрат на керування польотом це майже 220 млн, тоді як уся програма Mars Observer коштувала понад 800 млн.
Опівдні 7 листопада 1996 року ракета Delta II стартувала з мису Канаверал у Флориді. Попереду був шлях завдовжки майже 750 млн км, уп’ятеро довший за відстань від Землі до Сонця. Цю відстань апарат подолав за 300 днів.
Магазин від Universe Space Tech
Комплект журналів Сонце, Місяць та Марс
До товаруВихід на робочу орбіту
Після прибуття 12 вересня 1997 року апарат опинився на дуже витягнутій орбіті. Найдальша її точка лежала за 54 тис. км від поверхні, тобто більш ніж за чотири діаметри Землі, а один оберт тривав 45 годин. Для картографування така орбіта не підходила. З великої висоти знімки виходять менш детальними, а коли висота весь час інша, плаває й масштаб кадрів. Потрібна була майже колова орбіта над полюсами на висоті близько 400 км, тоді вся поверхня проходила б під апаратом приблизно раз на тиждень.
Чому б просто не загальмувати двигуном? Для цього знадобилося б набагато більше пального, а з ним і важча та дорожча конструкція. Тож інженери обрали аерогальмування. Найближчу до планети точку орбіти опустили у верхні шари марсіанської атмосфери, й на кожному оберті апарат ненадовго проходив крізь них. Опір розрідженого газу трохи сповільнював його, тож із кожним проходом найдальша точка орбіти опускалася нижче. На все відводили чотири місяці.
Але вже через три тижні після початку гальмування з’ясувалося, що одна із сонячних панелей пошкоджена. Ще під час розкриття вона не зафіксувалася як слід, а під навантаженням гальмування відхилилася далі за робоче положення. Причиною виявився зламаний демпфер, деталь, яка гасить коливання панелі. Продовжувати в тому самому темпі означало ризикувати живленням апарата, тож команда перейшла на м’якший режим з меншим тиском на панель.
Процес розтягнувся більш ніж на рік, із п’ятимісячною перервою навесні та влітку 1998 року. Остаточно апарат вийшов з атмосфери 4 лютого 1999 року, а картографування почалося 9 березня, майже на рік пізніше за план. Тепер оберт навколо Марса займав менш ніж дві години.
Біля Марса цей прийом застосували вперше, і згодом ним користувалися наступні орбітальні апарати. Розвідувальний супутник Mars Reconnaissance Orbiter після прибуття в березні 2006 року так само кілька місяців сповільнювався об атмосферу.
Низькі проходи крізь атмосферу мали й несподівану користь. Магнітометр тоді опинявся значно ближче до поверхні, ніж дозволила б робоча орбіта. За його даними, в корі Марса знайшли сліди, які з висоти 400 км розгледіти не вдалося б.
Перші відкриття з робочої орбіти
Слідами, які вдалося розгледіти з низьких проходів, виявилися смуги намагніченої кори, причому сусідні з них намагнічені у протилежних напрямках. Земля має глобальне магнітне поле й зараз, а в Марса воно було колись. Магнітне поле Марса, як і земне, створювало планетарне динамо. Розплавлене залізо з домішками в ядрі перемішувалося, бо гарячіша речовина підіймалася, а холодніша опускалася. Коли така електропровідна рідина рухається в магнітному полі, у ній виникають електричні струми, й вони підтримують те саме поле, тож воно не згасає. Науковці припускають, що час від часу поле Марса розверталося на протилежне.
Кора, що застигала в різні періоди, зберегла орієнтацію того поля, яке існувало саме тоді. Схожий візерунок є на дні земних океанів, де нова кора постійно утворюється і з часом розходиться в сторони, тому науковці припустили, що на давньому Марсі могли відбуватися подібні процеси. Коли ядро охололо, глобальне магнітне поле зникло, але відбиток лишився в найдавніших ділянках кори південної півкулі.
Інші прилади розкрили свої можливості вже на робочій орбіті. Під час картографування лазерний висотомір вимірював висоту поверхні під апаратом, і з цих вимірів склали карту рельєфу всієї планети. За перші три роки роботи на Землю надійшло більше даних про Марс, ніж від усіх попередніх місій разом.
Про яри науковці сперечалися роками. У червні 2000 року команда камери повідомила про вузькі канали на схилах кратерів, схожі на сліди потоків. Багато науковців припустили, що їх промила рідка вода. Відповідь могли дати лише роки спостережень, тож понад сто місць з ярами знімали повторно, щоб помітити зміни. І на схилі однієї з піщаних дюн з’явилися нові яри, яких у 2002 році ще не було. Вони утворилися у сипкому піску, а не в скельній стінці кратера, і Майкл Малін, керівник досліджень із камерою, вважав, що рідина тут, імовірно, ні до чого. Тож сама форма яру ще не доводить, що на Марсі тече вода, а щодо походження різних ярів науковці тривалий час не могли дійти згоди.
Детальні знімки закрили й давню легенду. На знімку апарата Viking 1 1976 року пагорб в області Кідонія нагадував людське обличчя, і його роками називали слідом давньої цивілізації. Знімки камери Mars Global Surveyor з високою роздільною здатністю показали звичайний пагорб природного походження. Камера розрізняла на поверхні деталі розміром кілька метрів, і така роздільність згодом знадобилася, коли для марсоходів шукали рівні й безпечні ділянки.
Розвідник для марсоходів
У січні 2001 року завершилася основна програма Mars Global Surveyor, розрахована на один марсіанський рік, тобто 687 земних діб. Проте апарат працював далі, й подовження місії ухвалювали одне за одним. Тим часом NASA готувала до запуску два марсоходи — Spirit і Opportunity, — і для них шукали місця посадки.
Тут особливо знадобилися дані спектрометра. За ними, на рівнині Меридіані знайшли скупчення гематиту, мінералу на основі оксиду заліза, який подекуди становив до п’ятої частини поверхневої речовини. Гематит часто утворюється за участі рідкої води, тож рівнина могла зберегти сліди давньої води, тож її обрали для Opportunity.
Для Spirit мінеральні карти допомогли визначити інше місце — кратер Гусєв. Згодом за допомогою Spirit там знайшли насамперед вулканічні породи, багаті на олівін. У воді цей мінерал швидко руйнується, тож ці породи, найімовірніше, довго з водою не контактували.
Влітку 2003 року обидва марсоходи вирушили до Марса. Spirit сів у кратері Гусєв 4 січня 2004 року, а Opportunity — на рівнині Меридіані через три тижні, 25 січня. Mars Global Surveyor ще працював на орбіті, й через нього на Землю передавали частину даних із марсоходів. Рівнина Меридіані виправдала вибір, бо за допомогою Opportunity там знайшли в породах ознаки того, що колись вони утворювалися у воді або тривалий час перебували в ній.
Подовжена робота дала й те, чого за один марсіанський рік не встигли б побачити. Так само, як нові яри на дюні, на повторних знімках помітили свіжий кратер від удару і сліди каменів, що скотилися схилом іншого кратера між 2003 і 2004 роками. Отже, поверхня Марса змінюється й тепер, причому настільки помітно, що різницю видно на знімках, зроблених із проміжком у кілька років. «Більшість відкриттів, які ми зробили, припала на подовжену місію», — говорив Майкл Малін у 2005 році.
Останні дні на орбіті
Апарат перебував на орбіті вже дев’ятий рік, коли в червні 2006-го йому надіслали оновлення параметрів наведення антени. Через помилку частину даних записали не в ту ділянку пам’яті. Через це перестали діяти обмеження на поворот сонячних панелей і збився резервний напрямок антени. Наступні п’ять місяців цього ніхто не помічав.
Наслідки проявилися 2 листопада. Після чергової команди на поворот одна з панелей уперлася в обмежувач. Спрацювала система захисту, розрахована на заклинювання панелі, й перевела апарат у резервне положення. Того ж дня надійшов останній сигнал.
У резервному положенні одна з батарей опинилася під прямим сонячним промінням і почала перегріватися. За бортовим алгоритмом перегрів відповідав ознаці перезаряду, тож заряджання автоматично вимкнулося. Антена тим часом була спрямована не на Землю, і передати дані про проблему не вдавалося. Приблизно за 11 годин батареї розрядилися, і підтримувати орієнтацію апарата вже не було чим. Комісія NASA згодом встановила, що команда діяла за інструкціями, але вони не передбачали перевірки, яка виявила б такі збої.
На робочій орбіті Mars Global Surveyor пропрацював майже вісім років. Коли зв’язок обірвався, біля Марса і на його поверхні діяли ще п’ять апаратів, і він був найстаршим із них. Серед них був і розвідувальний супутник Mars Reconnaissance Orbiter, який переніс на себе картографування й передачу даних з поверхні. Місія Mars Global Surveyor почалася з невдачі попередника, а завершилася через помилку, яку не виявили тодішні процедури. За роки між цими подіями науковці отримали точну карту рельєфу всієї планети, тож наступні апарати летіли до ділянок, які заздалегідь детально вивчили з орбіти.
