Посадка марсохода Curiosity [по-английски – любознательность] намечена на понедельник 6 августа [9:31 мск]. Марсоход массой 900 кг проработает на Красной планете по меньшей мере один марсианский год [687 земных дней]. Данная статья рассказывает о наиболее сложном этапе миссии – о посадке на поверхность Марса. На рисунке представлена схема космического аппарата. (Изображение НАСА) (кликните картинку для увеличения)

24.07.2012 (12:01)
Просмотров: 15613
Рейтинг: 1.67
Голосов: 12

Теги:
НАСА, марс, жизнь, MSL, curiosity,

Естественные науки >> Астрономия

26 ноября [19:02 мск] 2011 года с базы ВВС США на мысе Канаверал была запущена миссия Mars Science Laboratory. Посадка марсохода Curiosity [по-английски – любознательность] намечена на понедельник 6 августа [9:31 мск].

Этап входа в атмосферу, спуска и посадки – сокращенно EDL [entry, descent and landing] – будет, пожалуй, самым напряженным периодом миссии. Он начнется, когда космический аппарат достигнет верхнего края атмосферы Марса, мчась на скорости 5,9 км/с, и закончится приблизительно 7 минут спустя стоящим на поверхности Красной планеты марсоходом. С момента непосредственно перед отделением перелетной ступени, за 10 минут до входа в атмосферу, и до отцепления строп ракетной посадочной ступени от марсохода космический аппарат пройдет через шесть различных конфигураций, использовав 76 пиротехнических устройств для расцепления частей, которые должны быть отделены или развернуты.

Верхний край атмосферы Марса представляет собой постепенный переход в межпланетное пространство, а не резкую границу. Точка входа в атмосферу – целевая точка для системы навигации во время полета к Марсу – расположена в 3522,2 км от центра Красной планеты. Это 131,1 км над уровнем поверхности места посадки в кратере Гейла, следует отметить, что точка входа не расположена точно над местом посадки. По мере спуска с данной высоты на поверхность планеты космический аппарат будет двигаться в восточном направлении относительно поверхности Марса, покрывая от точки входа в атмосферу до места посадки линию по поверхности планеты длиной в 630 км.

За 10 минут до входа космического аппарата в атмосферу он сбросит перелетную ступень. Набор инструментов входа в атмосферу, спуска и посадки [MEDLI, Mars Science Laboratory Entry, Descent and Landing Instrument] начнет проводить измерения. MEDLI даст данные по атмосфере и характеристикам теплового щита, которые помогут при разработке будущих систем посадки аппаратов на Марс [описание инструментов миссии читайте в статье Миссии 2011-го года: Mars Science Laboratory].

Через минуту после отделения перелетной ступени, за 9 минут до входа в атмосферу, расположенные на заднем обтекателе двигатели малой тяги остановят вращение космического аппарата [два оборота в минуту], которое он сохранял в течение этапов перелета к Марсу и захода на посадку. После этого те же двигатели на заднем обтекателе сориентируют аппарат таким образом, чтобы расположить тепловой щит спереди.

После поворота на вход с заднего обтекателя будут сброшены два сплошных вольфрамовых груза. Масса каждого из них – 75 кг. Выброс этих устройств изменит положение центра масс космического аппарата. До этого момента, в течение этапов перелета к Марсу и захода на посадку, центр масс расположен на оси стабилизации вращения аппарата. Смещение центра масс на период, во время которого космический аппарат испытывает скоростной напор от взаимодействия с атмосферой, даст Mars Science Laboratory возможность создать подъемную силу, по сути, позволяя аппарату лететь в атмосфере. Возможность создания подъемной силы во время данного этапа увеличивает способность данной миссии осуществить посадку более тяжелого аппарата в сравнении с предыдущими миссиями на поверхность Марса.

Космический аппарат будет управлять этой подъемной силой, используя технику, получившую название “управляемый вход", чтобы компенсировать непредсказуемые изменения в плотности атмосферы Марса, повышая тем самым точность посадки в заданный район.

В течение управляемого входа двигатели малой тяги на заднем обтекателе смогут регулировать угол атаки и направление подъемной силы, позволяя космическому аппарату контролировать то, как далеко он пролетит. Кроме того, аппарат совершит серию “S"-образных поворотов для контроля того, насколько сильно он отклоняется влево или вправо от заданного района посадки. Эти маневры позволят космическому аппарату скорректировать ошибки в местоположении, которые могут быть вызваны атмосферными явлениями, например, ветром, или ошибками моделирования космического аппарата. Все эти маневры управляемого входа будут осуществляться автономно, под управлением компьютера космического аппарата в ответ на информацию, которую даст содержащий гироскопы блок инерциальных измерений, о торможении и направлении, косвенных показателях ветров и плотности атмосферы.

За время этапа входа в атмосферу, спуска и посадки [EDL] более девяти десятых торможения аппарата до его посадки является результатом трения об атмосферу Марса до момента открытия парашюта. Максимум нагрева наступит приблизительно через 75 секунд после входа в атмосферу, тогда температура на внешней поверхности теплового щита достигнет около 2100°C. Еще приблизительно через 10 секунд – пик торможения, перегрузка может достигнуть 15 g, но более вероятен максимум в диапазоне от 10 g до 11 g.

После того как космический аппарат завершит свои маневры управляемого входа, за несколько секунд до открытия парашюта, с заднего обтекателя будет сброшена еще одна группа вольфрамовых грузов, чтобы сместить положение центра масс обратно на ось симметрии. Данная группа состоит из шести грузов, каждый из которых имеет массу около 25 кг. Их сброс перебалансирует космический аппарат для участка спуска на парашюте.

Парашют, составляющий почти 16 м в диаметре, раскроется приблизительно через 254 секунды после входа в атмосферу на высоте около 11 км, скорость аппарат в этот момент будет около 405 м/с. Приблизительно через 24 секунды после раскрытия парашюта тепловой щит отделится и отпадет, в этот момент космический аппарат будет на высоте около 8 км, двигаясь со скоростью около 125 м/c.

После отделения теплового щита начнет видеозапись прибор MARDI [Mars Descent Imager], взирая по направлению полета аппарата. С этого момента запись будет осуществляться им непрерывно на протяжении всей посадки.

Марсоход с его “ракетным ранцем" – посадочной ступенью в этой стадии все еще прикреплен к заднему обтекателю, а тот к парашюту. Расположенная на посадочной ступени радиолокационная система TDS [Terminal Descent Sensor] начнет собирать данные о скорости и высоте.

Приблизительно через 85 секунд после отделения теплового щита задний обтекатель с прикрепленным к нему парашютом отделится от посадочной ступени с марсоходом. В этот момент космический аппарат будет на высоте около 1,6 км от поверхности, несясь к ней со скоростью около 80 м/c. Все восемь тормозных ракетных двигателей с регулируемой тягой начнут работу, осуществляя этап спуска на включенных двигателях.

Двигатели замедлят скорость спуска приблизительно до 0,75 м/с, посадочная ступень будет сохранять эту скорость до посадки марсохода. Четыре из восьми двигателей выключатся непосредственно перед размоткой нейлоновых строп, которые должны будут опустить марсоход под посадочную ступень [маневр “небесного крана"]. Жесткое соединение марсохода с посадочной ступенью будет разъединено на высоте около 20 м приблизительно за 12 секунд до посадки, в это время марсоход все еще будет соединен с посадочной ступенью стропами и отрывным дата-кабелем.

Колеса марсохода и система подвески, складывающиеся подобно шасси самолета, выдвинутся в рабочее положение непосредственно перед касанием поверхности. Удерживающие марсоход стропы размотаются полностью, когда он еще не коснется поверхности, поэтому посадка произойдет на скорости спуска около 0,75 м/c. Когда космический аппарат зафиксирует касание поверхности, соединительные стропы будут отсоединены, посадочная ступень отлетит в сторону и рухнет на поверхность по меньшей мере в 150 м от марсохода, а, возможно, и в два раза дальше.

Вскоре после посадки компьютер марсохода переключится с режима входа в атмосферу, спуска и посадки в режим работы на поверхности. Это инициирует автономную работу в течение первого марсианского дня на поверхности Марса – сол 0. Время суток места посадки – середина дня, около 3 часов после полудня местного [в кратере Гейла] среднего солнечного времени.

Неопределенности хронометража этапа входа в атмосферу, спуска и посадки. Промежуток времени от входа космического корабля в атмосферу до касания марсоходом поверхности не предопределен. Точное время и высота ключевых событий будут зависеть от непредсказуемых факторов состояния атмосферы в день посадки. Техника управляемого входа позволит космическому аппарату отреагировать и приспособиться к текущим на момент посадки атмосферным условиям более эффективно, чем все предыдущие миссии на поверхность Марса. Промежуток времени между моментом прохождения космическим аппаратом точки входа в атмосферу и моментом успешной посадки марсохода в заданной области в кратере Гейла может быть относительно короток – приблизительно в 380 секунд или продолжителен – около 460 секунд. Время на открытие парашюта может варьироваться от 10 до 20 секунд для успешной посадки. Самой большой переменной в течение этапа входа в атмосферу, спуска и посадки является период времени, который космический аппарат проведет, опускаясь на полностью открытом парашюте – от около 55 секунд до приблизительно 170 секунд. Хронометраж, представленный выше, является результатом рассмотрения типичного варианта с посадкой через 416 секунд после входа в атмосферу.

Смотрите прямую трансляцию НАСА ТВ 6 августа с 9:30 [мск].

Ролик НАСА, наглядно демонстрирующий описанные выше стадии

	Читать @SciLibCom Твитнуть Нравится

Николай Никитин

Также по теме:

Источники:

Официальные сайты миссии: НАСА и Лаборатория реактивного движения НАСА
По материалам НАСА – Landing Press Kit [pdf, 5,4 Mb]