Машини-дослідники

У цих трьох історіях ми хочемо показати, наскільки різні умови в Сонячній системі вимагають унікальних технічних рішень. На астероїді надмала гравітація змушує використовувати роботів-стрибунів, на Місяці -- колісні ровери, здатні пережити екстремальні перепади температур, а на Марсі -- важкі апарати з радіоізотопними джерелами енергії та повноцінними бортовими лабораторіями. Кожна історія ілюструє, як інженери адаптують дизайн, енергопостачання та наукові прилади під конкретне середовище, доводячи, що універсального ровера для всіх небесних тіл поки що не існує.

Мене звати MINERVA-II, і я являюся одним із мініроверів, відомих також як хопери, в рамках місії Hayabusa2. Моя вага становить приблизно 1 кг, а габарити – близько 18 на 7 см. Разом із посадковим модулем MASCOT ми були надіслані космічними агентствами JAXA з Японії та DLR з Німеччини на астероїд Рюгу, щоб вперше дослідити цю крихітну небесну істоту безпосередньо на її поверхні. Я хочу поділитися своєю захопливою історією — розповісти про те, як я потрапив на Рюгу 21 вересня 2018 року, як досліджував його поверхню та які дані вдалося зібрати під час моїх досліджень.

Виникнення та підготовка до старту в космос.

Під час мого перебування в земних лабораторіях інженери мали на меті зробити мене максимально малогабаритним і легким. Для переміщення по поверхні маленького астероїда звичайні колеса не підходили через недостатню гравітацію. Тому мені були встановлені спеціальні маховики, відомі як "торкерні механізми" або magnetic torquers. Коли ці механізми розкручуються, моє тіло трохи зміщує центр ваги, що дозволяє мені стрибати.

Мій колега з команди MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout) обладнаний аналогічним комплектом інструментів, серед яких є камери MASCam, радіометр MARA, магнітометр MASMag та спектрометр MicrOmega. Крім того, у нього є унікальна система для корекції орієнтації на поверхні.

Для підтримки всієї цієї електроніки нам надали акумулятори. У MASCOT була літій-іонна батарея, що забезпечувала близько 17 годин безперервної роботи, що цілком вистачало для проведення ряду важливих експериментів. У мене також були компактні акумулятори і сонячні панелі, які дозволяли підзаряджатися, якщо пощастить опинитися на сонячному боці астероїда.

Дорога до Рюгу.

Ми обидва були зафіксовані на космічному апараті Hayabusa2 в спеціально призначених контейнерах: перед спуском нас буквально "прикрутили" до зонда, щоб не загубитися під час подорожі. Таким чином, разом ми подолали мільйони кілометрів у межах Сонячної системи, прямуячи до нашої мети – астероїда Рюгу. Політ тривав кілька років. Керування апаратом здійснювалося з Землі з затримкою в кілька хвилин, а іноді і більше, в залежності від позицій планет.

Посадка: вирішальний етап

Після прибуття до Рюгу Hayabusa2 почав обережно зближуватися з ним, буквально "зависаючи" на невеликій висоті над поверхнею. Гравітація в астероїда настільки мала, що за найменшого різкого руху можна полетіти назад у космос. Тому зонд максимально знизив швидкість, а потім подав мені команду на відстикування.

MASCOT висадився окремо, трохи пізніше, зі своєю системою "підстрибування і перевертання", щоб лягти на поверхню в потрібній орієнтації. У нього (як і в мене) не було коліс, а пересування поверхнею здійснювалося короткими стрибками.

Скакання по поверхні

Після посадки я почав свою основну роботу:

1. Активував маховики. Їхнє обертання зміщувало мій центр тяжіння, дозволяючи мені здійснити точний стрибок на декілька метрів по поверхні.

2. На кожному новому "зупинному пункті" дослідження я виявлявся в новій локації, де робив ряд фотографій, вимірював температуру реголіту та перевіряв наявність магнітних аномалій. Крім того, я активував інфрачервоний спектрометр, щоб з'ясувати, з яких саме мінералів складається поверхня астероїда Рюгу.

3. Безмежна обережність. Якщо надати занадто потужний імпульс, є ризик вирушити у космос через незначну гравітацію. Тому всі мої "хопи" були ретельно сплановані заздалегідь і виконувалися дуже обережно.

У MASCOT процеси проходили аналогічно, проте у нього була власна система навігації та одноразова батарея без можливості підзарядки. Його метою було здійснити повний набір вимірювань за 17 годин, до того моменту, як акумулятор вичерпає свій ресурс.

Передача інформації та комунікація

Ми обидва не мали потужних антен для прямого зв'язку із Землею. Усі відомості про те, що ми бачили й вимірювали на Рюгу, йшли через Hayabusa2. Коли космічний апарат "зависав" недалеко над поверхнею або проходив по траєкторії поруч зі мною, я "скидав" фото, телеметрію, результати спектрального аналізу. Hayabusa2 потім ретранслював ці дані в Центри управління на Землі.

Оскільки у нас було мало часу, зв'язку доводилося чекати "за розкладом": материнський зонд не завжди перебував наді мною, а на будь-яку команду із Землі потрібен був час, щоб дійти до астероїда.

Що я дізнався.

За свою коротку, але продуктивну місію я разом із напарником встиг:

Дослідження виявили, що температура поверхні астероїда коливається в межах від -50 до +30 °C, причому в тіньових зонах та під час "нічного" періоду вона знижується до нижче -100 °C. Це свідчить про низьку теплопровідність або "теплову інерцію", властиву крихкій та "пористій" структурі реголіту.

За результатами вимірювань не виявлено сильного локального або глобального намагнічування; тобто яскраво виражених магнітних мінералів (здатних створити помітне поле) на Рюгу немає.

Спектральний аналіз показав, що астероїд Рюгу відноситься до класу вуглецевих (C-type) астероїдів. Його поверхня містить значну кількість вуглецю та, ймовірно, гідратованих мінералів. Деякі отримані дані свідчать про наявність органічних сполук і речовин, пов'язаних із водою, що підкріплює гіпотезу про те, що подібні астероїди могли бути джерелами води та органічних речовин для ранньої Землі.

Ці дані дали науковцям унікальну інформацію про те, як формувалися малі тіла в Сонячній системі та як речовини на їхній поверхні пов'язані з історією Землі.

Фінал моєї пригоди

Для мене історія завершилася тоді, коли запаси енергії в акумуляторах добігли кінця, а для моїх сонячних панелей стало мало світла. MASCOT теж успішно відпрацював свій "робочий день" -- 17 годин, зібравши безцінні дані. Ми залишимося на Рюгу назавжди, немов крихітні космічні дослідники, які, попри свої скромні розміри, зробили величезний внесок у науку. Наша пригода показала, що навіть найменші та найлегші апарати можуть працювати в таких екстремальних умовах і розкривати таємниці далеких астероїдів.

Моє ім'я Праг'ян. На санскриті воно означає "мудрість", і я -- місячний ровер місії Chandrayaan-3, розробленої Індійською організацією космічних досліджень (ISRO). Сьогодні я хочу розповісти про себе, як я прибув на поверхню Місяця 23 серпня 2023-го, і про свою пригоду, яка тривала до самого початку місячної ночі в першій половині вересня 2023 року.

Шлях до Місяця і посадка

Моя подорож розпочалася в компанії посадкового модуля Вікрам. На відміну від апаратів, які можуть використовувати парашути під час посадки (наприклад, на Марсі, де є хоча б розріджена атмосфера), ми покладалися лише на реактивні двигуни. Оскільки Місяць практично не має атмосфери, без активації гальмівних двигунів "м'яка" посадка була б неможлива — ми просто врізалися б у його поверхню.

Вікрам повільно наближався до поверхні, здійснюючи маневри завдяки даним, отриманим від лазерних далекомірів і камер. Бортовий комп'ютер вказував шлях до максимально рівної ділянки, щоб я міг безпечно висадитися, не побоюючись перекидання. Це була по суті повністю автоматизована процедура посадки. Мої розміри 91,7 × 75,0 × 39,7 см та вага близько 26 кг мали забезпечити м'яке приземлення. Коли ми нарешті доторкнулися до реголіту — суміші місячного пилу і каміння, я ще не до кінця усвідомлював, що чекає на мене далі, залишалося лише покладатися на тих, хто створив мене на Землі.

Перші хвилини на місячному ґрунті

Спустившись по спеціально спроектованій апареллі, я відчув легкість, адже сила тяжіння тут була лише шостою частиною від земної. Це додало мені відчуття свободи, хоча я усвідомлював, що колесам, незважаючи на те, що їм не потрібно проявляти велику потужність, доведеться боротися з підступним місячним пилом. Цей дрібний, абразивний реголіт прилипав до всього, і з часом міг завдати шкоди механізмам. На щастя, я маю надійний захист для рухомих частин: спеціальні ущільнювачі та матеріали, які стійкі до такого типу пилу.

Моя розробка та цілі.

Я використовую сонячну енергію: мої сонячні панелі заряджають акумулятори протягом місячного циклу, що триває близько 14 днів на Землі. Водночас місячна ніч також триває приблизно 14 діб, і якщо я не зможу пережити цей період у режимі сну, моя місія може закінчитись.

Камери, що використовуються для навігації та зйомки, дозволяють моїм операторам на Землі спостерігати за моїм маршрутом та об'єктами, що мене оточують. Спектрометри, призначені для аналізу складу місячного ґрунту, надають мені можливість інформувати про елементи, які містяться в породах під моїми колесами. Теплові датчики, або радіометри, вимірюють температуру поверхні, що допомагає науковцям зрозуміти, як швидко місячний ґрунт нагрівається і охолоджується, а також які можуть бути температурні коливання. Моє шасі спроектоване з урахуванням невеликої ваги в умовах місячної гравітації. Протектори на колесах забезпечують надійне зчеплення з крихким реголітом, запобігаючи сильному пробуксовуванню. Я пересуваюся повільно та обережно, щоб уникнути застрягання чи пошкодження.

Про взаємодію та комунікацію з нашою планетою

Відстань між Місяцем і Землею становить приблизно 384 000 км, а радіосигнал подорожує цю відстань за 1-1,3 секунди. Це робить можливим отримання команд і передачу фотографій та даних з приладів майже в режимі реального часу.

На відміну від роверов, що працюють на тильній стороні Місяця, де необхідний ретрансляційний супутник, я можу встановлювати зв'язок безпосередньо, коли Вікрам і я знаходимося в полі зору Землі. Це забезпечує високу швидкість і обсяг переданої інформації.

Коли на Місяці настає ніч або обставини стають складними, я можу зупинити свою діяльність і відпочити. Також зменшуються комунікації — моїм розробникам важливо економити енергію, щоб я міг функціонувати якнайдовше.

У денний час на освітленій стороні Місяця температура може сягати понад +100°C, тоді як у тіні та вночі вона може опуститися до -170°C або навіть нижче. Мої пристрої повинні бути здатні витримувати такі різкі коливання температури, а електроніка повинна функціонувати без збоїв.

Мікроскопічні частинки місячного пилу легко пристають до мене через електризацію. Поступово це може впливати на рухливість та ефективність сонячних панелей. Але спеціально розроблені матеріали та покриття допомагають справлятися з проблемою.

Моя місія

Основна задача Chandrayaan-3 полягає у демонстрації можливості безпечної посадки та пересування на поверхні Місяця, а також у виконанні ряду наукових досліджень. Мене звуть Праг'ян, і я займаюся збором інформації про склад ґрунту, здійснюю фотозйомку кратерів та рівнин. Це дозволить вченим на Землі краще зрозуміти особливості місячного рельєфу та визначити найбільш підходящі локації для наступних місій.

Окрім цього, я сприяю розробці технологій, які можуть бути корисними під час зведення постійної бази на Місяці. Це включає дослідження можливостей видобутку цінних ресурсів, таких як вода або мінерали.

Заключення

Мої творці зробили звіт про мою подорож. Хоча моє перебування на Місяці може бути відносно коротким за земними мірками, але для роботизованої місії щодня це величезне досягнення. У той час як на астероїді ровер стрибає і живе години чи дні, а на Марсі марсохід може працювати роками, місячне середовище -- особливий світ, що потребує точної адаптації та акуратних рішень.

Мене звуть Curiosity, і я — марсохід, який NASA відправило на червону планету ще у 2012 році. З того часу я досліджую марсіанський ландшафт, проходячи через складні схили та піщані дюни, здійснюючи геологічні відкриття в пошуках свідчень того, що колись Марс міг бути населеним. Моя історія — це розповідь про захопливу подорож та складні технології, які дозволяють мені працювати вже багато років. Я маю значні розміри, важу близько 900 кг, а мої габарити становлять приблизно 3×2,7×2,2 метри. У мене також є молодший брат — гелікоптер на ім'я Ingenuity, який прибув у лютому 2021 року. Він справжній малюк, важить лише 1,8 кг і має висоту приблизно 49 см.

Вхід в атмосферу та посадка "Sky Crane"

Я прибув на Марс у капсулі, яка захищала мене під час входу в атмосферу. Хоча марсіанська атмосфера і розріджена -- лише близько 1% від земної, -- вона все ж таки дозволила використовувати теплозахисний екран і погасити більшу частину швидкості. Після скидання екрана відкрився парашут, спеціально розрахований на ці умови. Однак і його було недостатньо, щоб здійснити м'яку посадку, тому завершальну стадію висаджування виконувала унікальна система Sky Crane:

Отже, 6 серпня 2012 року я потрапив у кратер Гейл — місце, яке стало об'єктом моїх наукових досліджень.

Як я розвиваюся та які знання здобуваю.

Мої шість коліс – це не просто металеві диски. Кожен з них здатен рухатися незалежно, а унікальна система підвіски Rocker-Bogie забезпечує відмінну стійкість під час пересування кам'янистими ділянками. Оскільки марсіанська поверхня вкрита уламками порід і інколи має піщані дюни, я пересуваюся дуже обережно і не поспішаю – лише кілька десятків сантиметрів за секунду. Кожен мій крок ретельно продуманий, щоб уникнути застрягання у підступних пісках, як це сталося колись з моїм попередником Spirit.

Мої пристрої: від фотоапаратів до лазерних технологій.

Залежно від розташування планет, зв'язок із Землею може тривати від 3 до 22 хвилин в один бік. Тому, якщо я зустрічаю камінь на своєму шляху, не варто очікувати миттєвих вказівок від операторів. Я здатний самостійно оцінювати навколишнє середовище, вибирати безпечний маршрут і уникати великих каменів або ям. Після того, як я проїду кілька метрів, я надсилаю звіт на Землю через один із орбітальних супутників Марса, таких як Mars Reconnaissance Orbiter або Mars Odyssey.

Моє джерело енергії

На відміну від деяких моїх сонячних побратимів (Spirit, Opportunity, Zhurong), які покладаються на сонячну енергію та зазнають труднощів під час пилових бур, я маю радіоізотопний генератор (RTG). Цей пристрій перетворює тепло, що виділяється при розпаді плутонію-238, на електричну енергію, що дозволяє мені працювати незалежно від погодних умов на Марсі. Я можу функціонувати навіть у темряві ночі або під час піщаних бур, які закривають сонячне світло. Звісно, у мене також є акумулятори, які забезпечують енергію в моменти найбільшого навантаження, коли потрібно рухатися або активувати лазер.

Молодший брат — це вертоліт Ingenuity.

Хоча ми не брали участі в одній місії, я сприймаю гелікоптер Ingenuity (який прибув разом із марсоходом Perseverance у 2021 році) як свого молодшого брата. Він став першою машиною, яка успішно здійснила польоти в розрідженій атмосфері Марса. Інженерам довелося довгий час розмірковувати, чи можливо піднятися в повітря при тиску, що у 100 разів нижчий за земний. Але Ingenuity довів, що це цілком можливо!

Я з захопленням спостерігаю, як він підноситься над рудуватими пісками, і згадую, як колись багато людей вважали, що польоти на Марс — це всього лише мрія. Тепер, завдяки Ingenuity, ми отримали перший практичний досвід повітряної розвідки цієї загадкової Червоної планети.

Існування і взаємозв'язок з планетою Земля

Кожен день на Марсі я називаю "сол", і його тривалість дещо перевищує 24 години, становлячи 24 години та 39 хвилин. Упродовж дня я виконую наукові експерименти, фотографую навколишнє середовище, бурю ґрунт і аналізую отримані зразки. Ввечері, або коли над моєю головою проходить орбітальний ретранслятор, я передаю зібрані дані додому. На Землі вчені детально вивчають мої знімки, результати аналізу порід і погодні показники. Наступного ранку я отримую нові вказівки: куди рухатися, що досліджувати і де проводити буріння.

Моя місія

Моя головна мета -- зрозуміти, чи існували колись на Марсі умови, сприятливі для життя. Я досліджував русла стародавніх річок, відкладення, подібні до озерних, шукав органічні молекули -- і вже зараз зрозуміло, що Марс колись мав воду в рідкому стані і, можливо, атмосфера була щільнішою. З кожним днем, з кожним сантиметром, який я проїжджаю, я наближаюся до відповіді на запитання: "Чи було колись життя на Марсі?".

Перспектива на завтрашній день

Мої відкриття та дані, які я відправляю назад на Землю, є частиною великої наукової програми, яка веде до того, що одного разу люди ступлять на Марс. Мій молодший брат Ingenuity показує, що ми зможемо використовувати літальні апарати для розвідки майбутніх посадкових майданчиків та маршрутів. А мій колега Perseverance зараз збирає зразки порід для їхнього можливого доставлення на Землю у майбутньому.

Ми всі -- частина однієї команди, що працює на поверхні Червоної планети, попри мільйони кілометрів і суворі умови. Моє ім'я Curiosity, і, хоча я тут уже багато років, моя цікавість до цієї загадкової планети не слабшає ні на мить.

Of course! Please provide the text you'd like me to make unique, and I'll be happy to help.

Кожен ровер є спеціалізованим пристроєм, що адаптований до унікальних умов свого середовища. Наприклад, астероїдні хопери можуть за лічені години здійснити стрибок у мікрогравітації та передати цінні дані. Натомість місячний ровер "Праг'ян" витрачає тижні на дослідження холодного супутника Землі, долаючи пил і екстремальні температури. А ровер Curiosity, обладнаний потужним радіоізотопним генератором та повноцінною "лабораторією на колесах", вже багато років детально вивчає марсіанські породи.

Це приклад того, як для кожної космічної місії створюються унікальні рішення, й універсального ровера, що підходить одночасно для астероїда, Місяця та Марса, просто не існує.