XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Кто такой "кьюриосити" и что он делает на Марсе?

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Татарников И.А. 1

---

1ГБОУ школа 1583 города Москвы

Цымаркина Т.А. 1

---

1ГБОУ школа 1583 города Москвы

Работа в формате PDF

6 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

В прошлой своей работе я изучал космический аппарат "Луноход-1". Решив продолжить изучение космических аппаратов, исследующих космос, мой выбор пал на марсоход "Curiosity", созданный американскими учеными в НАСА (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства). Хоть этот марсоход и не разработан российскими учеными, он успешно работает уже более 3000 сол (сол - марсианские сутки, 24 часа 40 мин.) на поверхности Марса, и является рекордсменом в длительности пройденного по чужой планете расстояния после "Лунохода-1".

Планеты Луна и Марс являются наиболее часто исследуемыми учеными по всей Земле. Луна, как спутник Земли, а Марс, как близлежайшая планета с наибольшей возможностью, подходящей для проживания на ней человека. Что также явилось одним из критериев выбора в изучении мной марсохода "Curiosity".

Итак, перед марсоходом "Curiosity" учеными был поставлен ряд задач, при отправке его на Марс:

выяснить существовала/существует ли жизнь на Марсе;

охарактеризовать климат Марса;

охарактеризовать геологию Марса;

подготовить платформу для высадки человека на Марс (изучение радиации на поверхности планеты).

Справился ли "Curiosity" с поставленными задачами? И как он это делал? На сколько успешным является деятельность "Curiosity"? Чтобы ответить на эти вопросы, нужно вернуться во времени, когда ученые впервые отправили исследовательские аппараты на Марс.

Цель проекта: изучить особенности устройств марсоходов, ранее успешно выполнявших миссии на Марсе, разработать прототип 3 D модели марсохода «Curiosity».

Задачи проекта:

Собрать научный и практический материал по теме работы.

Изучить историю марсоходов и особенности их устройства.

Изучить создание, структуру и деятельность марсохода «Curiosity».

Создать 3 D модель марсохода «Curiosity».

Результат изучения:«3D прототип действующей модели марсохода Curiosity »

1. Что такое марсоход? История создания.

Марсоход — планетоход, передвигающийся по поверхности Марса. Мягкая посадка марсоходов осуществляется с помощью спускаемых аппаратов.

ПрОП-М.

Первый полноценный марсоход сконструировали в СССР в 1971 году. Назывался он «прибором оценки проходимости – Марс», сокращенно – ПрОП-М. Первая попытка запуска состоялась в ноябре 1971 года. Межпланетная станция Марс-2 должна была спустить марсоход на поверхность планеты. Из-за ошибки в работе аппарат разбился о поверхность планеты.

Несколькими неделями позже межпланетная система Марс-3 доставила марсоход ПрОП-М. В этот раз посадка вышла более удачной. Аппарат успешно приземлился на поверхность и успел передать на Землю нечеткое изображение местности. Однако через 14 секунд связь с марсоходом была прервана навсегда. Основная гипотеза выхода из строя - попадание в пылевую бурю, повредившую систему аппарата.

ПрОП-М с Марса-3 стал первым в истории искусственным аппаратом, удачно спустившимся на поверхность Марса. Этот марсоход также отличился наличием уникальной системы передвижения – лыж, скорость передвижения была - 1 м/ч. Такой необычный выбор был сделан из-за слабо изученной поверхности Марса. Помимо научных устройств и камер, ПрОП-М был оборудован механическим совком для поиска органических материалов и признаков жизни. Данные марсоход передавал через кабель, которым был соединен со спускаемым модулем.

После неудачных запусков планетоходов, программа освоения Марса в СССР была на некоторое время заморожена.

Викинги.

Исследовательский центр NASA руководил проектом Viking по разработке двух космических аппаратов, которым предстояло стать в своем роде легендами космологии. Каждый из них состоял из орбитального аппарата, а также спускаемого аппарата.

О сновными задачами миссии "Викингов" были размещение двух орбитальных аппаратов вокруг Марса и двух посадочных аппаратов на его поверхности в 1976 году. Главными задачами ученых было:

- получить полные изображения марсианской поверхности с высоким разрешением;

- определить физико-химические свойства атмосферы и поверхности;

- поиск признаков жизни.

Посадочный модуль "Viking-1" был спущен с помощью 3 двигателей и парашюта в западный район равнины Христа. Работал он за счет атомной энергии. Его время работы на поверхности Марса - с 20 июля 1976 по 13 ноября 1982 г. "Викинг-1" обнаружил, что в течение марсианского года меняется атмосферное давление. Он также взял пробу грунта для поиска признаков жизни, но их обнаружено не было.

" Викинг-2" спустился в равнину Утопия на Марсе 3 сентября 1976 г, его батарея вышла из строя, и связь прервалась 11 апреля 1980 г.

"Викинги" - первые марсоходы успешно выполнившие свою миссию. Вместе вернули 4500 фотографий с двух посадочных площадок.

Аппарат "Викинг-1" удерживал рекорд по продолжительности работы космического аппарата на поверхности Марса-2307 земных суток (более шести лет) до 19 мая 2010 года, когда марсоход Opportunity не пришел сменить "старичка".

Соджорнер ("Пришелец").

П ервая полностью успешная марсоходная миссия состоялась только в 1997 году. Это была часть американской программы «Марс Патфайндер». Целью программы стала доставка и спуск марсохода «Соджорнер» на поверхность красной планеты. Посадка вышла не слишком мягкой – после сильного столкновения с поверхностью, марсоход несколько раз отскакивал от нее, прежде чем остановиться. Несмотря на все опасения, аппарат не получил серьезных повреждений и был полностью готов к работе. Однако появилась проблема со связью Патфайндера с космической сетью NASA. Но и тут все обошлось – связь была налажена уже через сутки, и марсоход приступил к выполнению своих целей.

Соджорнер должен был выполнить следующие задачи:

•Провести анализ пород
•Сделать фотоснимки по указанным координатам
• Исследовать состав атмосферы

Связь с Землей марсоходу обеспечивала антенна, транслирующая сигнал к орбитальной станцией, имевший прямую связь с научным центром NASA.

Энергию для работы марсоход черпал из солнечных батарей, установленных на его поверхности. Вместительность батарей позволяла ему работать в течение нескольких часов даже ночью.

Марсоход Соджорнер имел 3 камеры. Две из них использовались для создания широких панорамных снимков. Всего аппарат сделал более 500 фотографий поверхности.

Анализ почвы проведенный Соджорнером показал, что Марс содержит химический состав близкий к земному. Исследование камней подтвердило теорию ученых о высокой вулканической активности в далеком прошлом.

Миссия Соджорнера была рассчитана на 7 дней, с возможным продлением до 30 в случае успеха. Однако марсоход превзошел все ожидания, оставаясь в рабочем состоянии 83 дня. До выхода из строя Соджорнера, расстояние, пройденное марсоходом составило 100 метров.

Спирит ("Дух") и Опортьюнити ("Благоприятная возможность").

После успеха Патфайндера, НАСА принялись за подготовку новой и более масштабной миссии на Марсе. Новая космическая программа получила название MER, что расшифровывается как Mars Exploration Rover. 2 новых марсохода получили названия «Спирит» и «Оппортьюнити». В январе 2004 года оба марсохода были успешно доставлены на планету. Это стало первым случаем, когда удалось мягко приземлить планетоходы.

Мягкая посадка была обеспечена новыми инженерными решениями:

Увеличенный парашют
• Подушки безопасности из прочного синтетического материала
• Вспомогательные ракетные двигатели для замедления скорости приземления

А ппараты были доставлены в разные районы Марса. Их главной задачей стало изучение осадочных пород в кратерах. Марсоходы должны были проводить анализ и классификацию минералов. На основании полученных результатов, ученые смогли оценить вероятность существования жизни на Марсе, которая оказалась неоднозначной. Каналы на поверхности планеты указывают на наличие в них воды в прошлом, а анализ почвы имеет близкий химический состав к земному. Химический анализ одного из камней стал первым полноценным доказательством существования воды на Марсе. Отталкиваясь от этих открытий, самой популярной гипотезой стала теория о существовании жизни на Марсе миллионы лет назад, которая была уничтожена в результате высокой тектонической активности на планете.

Аппараты полностью идентичные по конструкции друг с другом.

Как и Солджорнер, питание марсоходам обеспечивают солнечные батареи. В этот раз их конструкция была усовершенствована и выполнена в ячеистом стиле. Такой подход повышает отказоустойчивость системы. Если из строя выйдет одна или несколько ячеек, то остальные будут продолжать свою работу. Емкость самих батарей была также увеличена. Теперь марсоходы могли выполнять продолжительную работу в пасмурную погоду и ночью.

Камеры марсоходов программы MER способны делать самые качественные снимки Марса. Камеры способны делать стереоснимки с углом зрения в 360 градусов. Эта особенность позволила марсоходам автоматически создавать карты поверхности планеты.

Еще одной инновацией стали камеры избегания опасности, получившие название Hazcam. Компьютер с их помощью может автоматически избегать потенциально опасных зон на планете.

Предполагаемая продолжительность работы обоих аппаратов составляла 90 суток. Но марсоходы превысили все ожидания в десятки раз. «Spirit» проработал 6 лет. В 2009 году он застрял в песчаной дюне и через год уже не смог выходить на связь. Его близнец марсоход «Opportunity» вовсе побил все рекорды. В 2007 году попав в пылевой шторм, он потерял связь с Землей. Но «Оппортьюнити» вышел на связь уже через сутки.

"Opportunity" не пережил пыльную бурю, которая началась 30 мая 2018 года, охватила всю планету и продолжалась более 3 месяцев. Солнечные батареи марсохода, лишенные света, перестали вырабатывать энергию. Усугубил ситуацию сильный мороз. Аккумуляторы разрядились. Аппаратура, «умерла». Как ныне выяснилось, «умерла» бесповоротно. Попытки реанимировать ее результата не дали. И были прекращены 13 февраля 2019 года. После чего в NASA объявили, что марсоход приказал долго жить.

2. Запуск, спуск, посадка марсохода "Curiosity".

К началу 2002 г. США было решено, что целесообразно делать долгоживущую мобильную лабораторию с питанием от радиоизотопного генератора. Для этих целей была создана марсианская научная лаборатория,  Mars Science Laboratory (MSL), состоящая из ученых NASA и университетов США.

 В августе 2005 г. начался этап реализации проекта, то есть детального проектирования, изготовления и испытаний космического корабля¹. Создание системы, обеспечивающей его вход в атмосферу Марса и безопасное торможение в ней, началось в марте 2006 г.

 Перелетная ступень¹ выполнена в виде цилиндрического «бублика» диаметром 4.50 м и высотой около 0.90 м.  В течение всего полета до Марса она управляется бортовым компьютером ровера. Ступень оснащена звездным датчиком и двумя блоками солнечных датчиков для определения текущей ориентации.На перелетной ступени установлена антенна, с помощью которой большую часть полета осуществляется связь с Землей.

 Десантный комплекс ¹ можно разделить на лобовой экран, хвостовой обтекатель, находящуюся внутри них посадочную ступень и собственно полезный груз - ровер. Все его системы также управляются компьютером марсохода.

Лобовой экран² в виде тупого конуса - наибольший из всех подобных изделий для межпланетных аппаратов. Хвостовой обтекатель² покрыт пробочно-силиконовой теплозащитой. На нем смонтированы восемь двигателей управления спуском, сбрасываемые балансировочные грузы, парашютная система и три антенны - для связи с Землей и со спутниками Марса.

Посадочная ступень³ MSL, несет полезный груз не на себе, а под собой: марсоход крепится к ней пироболтами. Ступень оснащена восемью посадочными двигателями - по два на четырех углах платформы. Посадочный радиолокатор с шестью дисковидными антеннами измеряет ориентацию, горизонтальную и вертикальную скорость. Посадочная ступень оснащена приемопередатчиком, усилителем и антеннами X- и УКВ-диапазона.
     Ровер Curiosity («Любопытство») получил свое имя в мае 2009 г. по результатам всеамериканского конкурса, который выиграла 12-летняя Клара Ма из городка Ленекса в штате Канзас. Его часто сравнивают с небольшим автомобилем. Действительно, длина ровера⁴ без учета манипулятора достигает 3.00 м, ширина - 2.77 м, а высота с мачтой с телекамерами - 2.13 м.

26 ноября 2011 года состоялся запуск миссии Марсианской научной лаборатории, на борту которой находится марсоход Curiosity. Старт произошел со станции ВВС на мысе Канаверал на борту ракеты Atlas V⁵.

Путешествие Curiosity на Марс заняло более восьми месяцев⁶. Путешествие составило около 570 миллионов километров! Ах да, потом была посадка⁷.

Фаза входа, спуска и посадки началась, когда космический корабль достиг марсианской атмосферы, на высоте около 125 километров над поверхностью, и закончился с марсоходом в целости и сохранности на поверхности Марса в 6 августа 2012 г. в 1:32 по восточному поясному времени. Марсианская научная лаборатория использовала систему приземления небесного крана. Он поставил марсоход на колеса, готовый начать свою миссию в Кратере Гейла .

3. Конструкция марсохода "Curiosity".

Как же выглядел опустившийся на поверхность Марса ровер - "Curiosity"?

В некотором смысле части марсохода Марсианской научной лаборатории похожи на то, что потребуется любому живому существу, чтобы он оставался «живым» и мог исследовать.

Марсоход " Curiosity"⁸ имеет:

Тело - структура, которая защищает «жизненно важные органы» марсоходов.

Корпус марсохода называют теплым блоком электроники, или сокращенно WEB. Подобно кузову автомобиля, корпус марсохода представляет собой прочный внешний слой, который защищает компьютер и электронику марсохода. Палуба оборудования марсохода делает его похожим на автомобиль-трансформер, позволяя разместить мачту марсохода и камеры.

Детектор оценки радиации (RAD)⁹ - находится на "спине" марсохода. RAD измеряет и идентифицирует все высокоэнергетические излучения на поверхности Марса, такие как протоны, энергичные ионы различных элементов, нейтроны и гамма-лучи. Это включает не только прямое излучение Солнца и космоса, но и вторичное излучение, возникающее при взаимодействии излучения с марсианской атмосферой, поверхностными породами и почвой. RAD собирает данные, которые позволяют ученым вычислить эквивалентную дозу (мера воздействия излучения на людей), которой люди будут подвергаться на поверхности Марса. RAD также оценивает опасность, которую представляет радиация для потенциальной микробной жизни в прошлом и настоящем как на поверхности Марса, так и под ней.

Динамическая альбедо нейтронов (DAN)¹⁰ - это активный / пассивный нейтронный спектрометр. Принцип работы нейтронного детектора заключается в том, что он облучает поверхность планеты нейтронами высоких энергий, затем по свойству потока вторичных нейтронов и определяет содержание тех или иных веществ. Он сможет «почувствовать» присутствие воды в грунте, даже если ее содержание там будет минимальным.ДАН способен определить на планете содержание водорода, а значит и воды, а также гидратированных минералов. Зоны с большой концентрацией этих веществ наиболее интересны ученым.ДАН проводит измерения вдоль трассы движения марсохода во время длительных стоянок и остановок, чтобы оперативно оценивать содержание воды и гидратированных соединений в грунте. При обнаружении участков с повышенным содержанием воды, будут проводиться детальные исследования грунта другими приборами.

Примичательно, что ДАН является прибором-иностранцем, он разработан российскими учеными, Институтом космических исследований РАН.

Мозги¹¹- компьютеры для обработки информации.

Компьютер ровера (его «мозг») находится внутри модуля под названием «Вычислительный элемент ровера» (RCE), внутри корпуса ровера. Коммуникационный интерфейс, который позволяет главному компьютеру обмениваться данными с приборами и датчиками ровера, называется «шиной». 

Как и человеческий мозг, компьютер марсохода регистрирует признаки состояния здоровья, температуры и другие характеристики, которые поддерживают марсоход «живым». Он постоянно проверяет его, чтобы убедиться, что он всегда остается термически стабильным (не слишком горячим или слишком холодным). Он делает это путем периодической проверки температуры, особенно в корпусе марсохода.

Такие действия, как фотографирование, вождение и управление приборами, выполняются по командам, передаваемым группами инженеров.

Марсоход имеет два «компьютерных мозга», один из которых обычно спит. В случае проблем другой компьютерный мозг может быть разбужен, чтобы взять на себя управление и продолжить миссию.

Глаза и другие "чувства" - камеры и инструменты, которые дают марсоходу информацию об окружающей среде.

У марсохода семнадцать «глазков» камеры.  Каждая камера оснащена специальным набором оптики: инженерные и научные камеры, камеры для спуска.

Инженерные камеры¹² - камеры предотвращения опасности и навигационные камеры.

HazCams - четыре пары черно-белых камер, установленных в нижней части передней и задней части марсохода, используют видимый свет для захвата трехмерных изображений. Эти изображения предохраняют марсоход от потери или непреднамеренного столкновения с неожиданными препятствиями и работают в тандеме с программным обеспечением, которое позволяет марсоходу делать собственный выбор безопасности и «думать самостоятельно».

NavCams¹³ - две пары черно-белых инженерных навигационных камер, установленные на мачте марсохода, используют видимый свет для получения панорамных трехмерных (3D) изображений. Блок навигационной камеры представляет собой стереопару камер, каждая с полем обзора 45 градусов, что позволяет ученым и инженерам планировать навигацию. Они работают в сотрудничестве с камерами предотвращения опасности, обеспечивая дополнительный обзор местности.

Научные камеры - 4 камеры для научных исследований.

Mastcam¹⁴ принимает цветные изображения, трехмерные изображения и цветные видеокадры марсианской местности, имеет мощный зум - объектив. Конструкция Mastcam состоит из двух дублирующих систем камер, установленных на мачте марсохода. Камеры работают так же, как человеческие глаза, создавая трехмерные стереоизображения, комбинируя два расположенных рядом изображения, снятых из немного разных положений. Mastcam можно использовать для изучения марсианского ландшафта, скал и почвы; для просмотра погодных явлений; и для поддержки операций по вождению и взятию проб марсоходом. Mastcam имеет внутренний буфер данных для хранения тысяч изображений или нескольких часов видео высокой четкости для передачи на Землю.

ChemCam¹⁵ запускает лазер и анализирует элементный состав испаренных материалов на участках размером менее 1 миллиметра на поверхности марсианских горных пород и почв, глядя на камни и почвы на расстоянии. Бортовой спектрограф обеспечивает детализацию минералов и микроструктур в горных породах, измеряя состав образующейся плазмы - чрезвычайно горячего газа, состоящего из свободно плавающих ионов и электронов. ChemCam также использует лазер для удаления пыли с марсианских камней и удаленную камеру для получения чрезвычайно подробных изображений.  В случае, если марсоход не сможет достичь интересующей скалы, ChemCam имеет возможность анализировать его на расстоянии. Так, на расстоянии 7 метров ChemCam может:

быстро определить вид исследуемой породы (например, вулканическая она или осадочная);

определять состав грунтов и гальки;

измерить содержание всех химических элементов, включая микроэлементы и элементы, которые могут быть опасны для человека;

распознавать лед и минералы с молекулами воды в их кристаллических структурах;

измерить глубину и состав корок выветривания на скалах; 

оказывать визуальную помощь при бурении горных пород.

ChemCam также снимает изображения в оттенках серого с помощью своего удаленного устройства формирования изображений.

MAHLI¹⁶ - является эквивалентом ручной линзы геолога и обеспечивает крупный план на минералы, текстуры и структуры в марсианских породах, а также поверхностный слой каменных обломков и пыли. С помощью этого нового устройства геологи, привязанные к Земле, могут видеть марсианские объекты размером меньше человеческого волоса. Линза MAHLI расположена на манипуляторе марсохода.

Камера для спуска (MARDI)¹⁷ - визуализатор спуска на Марс. Он снял цветное видео местности внизу, когда марсоход спускался к месту посадки. Видео помогло планировщикам миссий выбрать лучший путь для Curiosity, когда марсоход начал исследовать кратер Гейла. Помимо помощи проектировщикам, работающим с Земли, в выборе оптимального пути исследования, тепловизор Mars Descent Imager позволил ученым и инженерам наблюдать геологические процессы в различных масштабах, делать выборки горизонтального профиля ветра, создавать подробные геологические, геоморфологические планы и карты рельефа места посадки.

«Рука»¹⁸ - способ расширить сферу охвата и собрать образцы горных пород для изучения.

Роботизированная рука удерживает инструменты и маневрирует, помогая ученым ближе познакомиться с марсианскими камнями и почвой. Подобно человеческой руке, роботизированная рука обладает гибкостью благодаря трем суставам: плечу марсохода, локтю и запястью. Рука позволяет инструментальной ленте, состоящей из инструментов ученых, вытягиваться, изгибаться и наклоняться точно по отношению к скале, чтобы работать так, как это сделал бы человек-геолог: шлифуя слои, делая микроскопические изображения и анализируя элементный состав скал и почвы.

На конце руки расположена турель в форме креста. Эта револьверная головка, имеющая форму руки, вмещает 5 различных инструментов, которые могут вращаться в диапазоне 350 градусов. Два из этих устройств: рентгеновский спектрометр альфа-частиц (APXS) и визуализатор с ручной линзой Марса (MAHLI) . Остальные три устройства связаны с функциями сбора и подготовки образцов: сбор и обработка для анализа марсианских горных пород на месте (CHIMRA); система сверления; инструмент для удаления пыли (DRT).

CHIMRA¹⁹- инструмент, помогающий Curiosity сортировать собранные горные породы. У него есть совок в форме раковины для сбора образцов почвы с поверхности Марса. Он также имеет систему камер и лабиринтов, используемых для сортировки, просеивания и порционирования образцов. Curiosity сортирует образцы, изменяя положение своей «руки» (турели), используя вибрационное устройство для перемещения материала через камеры, проходы и сита. Вибрационное устройство также создает порции нужного размера для сброса материала во входные отверстия для инструментов анализа горных пород (SAM и CheMin²⁰).

SAM ищет соединения углеродного элемента, включая метан, которые связаны с жизнью, и исследует способы их образования и разрушения в марсианской экосфере. SAM также ищет и измеряет содержание других легких элементов, связанных с жизнью, таких как водород, кислород и азот. Поскольку эти соединения необходимы для жизни, какой мы ее знаем, понимание их относительного содержания необходимо для оценки того, мог ли Марс поддерживать жизнь в прошлом или в настоящем.

Система сверления²¹ - буровая система для сбора образцов породы для углубленного анализа двумя приборами внутри марсохода (SAM и CheMin). Он может собирать образец с глубины 5 сантиметров под поверхностью камня. Сверло проникает в породу и измельчает образец до необходимого размера зерна. Порошок поднимается по шнеку в сверле для передачи в механизмы обработки образцов. Если сверло застревает в породе, марсоход может отсоединить сверло и заменить его запасным: рука Curiosity перемещает дрель, чтобы захватить одно из двух запасных сверел в ящиках для них (Bit boxes)²², установленных на передней части марсохода.

Инструмент для удаления пыли (DRT)²³ - это щеточное устройство с металлической щетиной для удаления слоя пыли с поверхности камня или для очистки смотрового лотка марсохода. Удаление пыли с горных пород позволяет другим инструментам анализировать структуру и состав породы. Эта информация позволяет команде миссии понять, были ли образцы взяты из горных пород, которые либо образовались в воде, либо были ею изменены, и, возможно, даже присутствуют органические вещества, химические строительные блоки жизни!

Рентгеновский спектрометр альфа-частиц (APXS)²⁴ - рентгеновский спектрометр Alpha Particle измеряет содержание химических элементов в горных породах и почвах. Когда рентгеновские лучи и альфа-частицы взаимодействуют с атомами в материале поверхности, они сбивают электроны с их орбит, вызывая выделение энергии путем испускания рентгеновских лучей, которые можно измерить с помощью детекторов. Энергия рентгеновского излучения позволяет ученым идентифицировать все важные элементы, образующие породу, от натрия до более тяжелых элементов.

Колеса и «ножки»²⁵ - части для мобильности.

Curiosity имеет шесть колес, каждое из которых оснащено собственным двигателем.

Два передних и два задних колеса также имеют отдельные двигатели рулевого управления (по одному на каждое). Эта способность рулевого управления позволяет марсоходу поворачиваться на месте на полные 360 градусов. Рулевое управление с четырьмя колесами также позволяет марсоходу отклоняться и поворачиваться, делая изгибы.

Система подвески Curiosity создана по принципу "коромысло", которая поддерживает балансировку корпуса марсохода, позволяя ему «качаться» вверх или вниз в зависимости от различных положений нескольких колес. Когда одна сторона марсохода поднимается, дифференциал или коромысло в системе подвески марсохода автоматически опускает другую сторону, чтобы выровнять весовую нагрузку на шесть колес. Конструкция качающейся тележки марсохода позволяет ему преодолевать препятствия (например, камни) или сквозные отверстия, размер которых превышает диаметр колеса (50 сантиметров). На каждом колесе также есть шипы, обеспечивающие сцепление при лазании по мягкому песку и преодолению скал.

На ровной твердой поверхности марсоход развивает максимальную скорость 4 сантиметра в секунду.

Прямые линии в зигзагообразных следах²⁶ Curiosity представляют собой азбуку Морзе для JPL, что является сокращением от Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, штат Калифорния, где был построен марсоход.

Энергия - батареи и мощность.

Curiosity несет на себе радиоизотопную энергетическую систему²⁷, которая вырабатывает электричество из тепла радиоактивного распада плутония. Этот источник питания обеспечивает работу на поверхности Марса, по крайней мере, полный марсианский год (687 земных дней) или более, а также обеспечивает значительно большую мобильность и оперативную гибкость марсоходу.

Генератор на основе плутония позволяет избежать сбоя миссии из-за оседания пыли на солнечных панелях, а длительный период полураспада плутония (колоссальные 24000 лет!) означает, что он может работать практически бесконечно.

Связь - антенны для «говорения» и «слушания».

Curiosity имеет три антенны, которые служат и его «голосом», и его «ушами». Они расположены на палубе оборудования марсохода (его «спине»).

Антенна сверхвысокой частоты(UNF)²⁸ . Чаще всего Curiosity посылает радиоволны через свою антенну сверхвысокой частоты (UHF) (около 400 мегагерц) для связи с Землей через Mars Odyssey и марсианские разведывательные орбитальные аппараты NASA. Поскольку антенны марсохода и орбитального аппарата находятся на близком расстоянии, они действуют немного как рации. Использование орбитальных аппаратов для ретрансляции сообщений выгодно, потому что они находятся ближе к марсоходу, чем антенны сети дальнего космоса (DSN) на Земле. Это позволяет им отправлять на Землю больше данных с большей скоростью. Орбитальный аппарат Mars Reconnaissance Orbiter передает большую часть данных между марсоходом и Землей.

Антенна с высоким коэффициентом усиления X-диапазона (HGA)²⁹ - шестиугольник диаметром 0,3 метра, установлен в середине кормовой части палубы Curiosity. Curiosity использует свою антенну с высоким коэффициентом усиления для приема команд на Земле. Антенна с высоким коэффициентом усиления может посылать «луч» информации в определенном направлении, и она является управляемой, поэтому антенна может двигаться, направляя себя непосредственно на любую антенну на Земле. Преимущество управляемой антенны заключается в том, что весь марсоход не обязательно должен менять положение, чтобы разговаривать с Землей.

Антенна с низким усилением диапазона X (LGA)³⁰ - антенна, предназначенная в первую очередь для приема сигналов. Эта антенна может отправлять и получать информацию в любом направлении, то есть она «всенаправленная». Антенна передает радиоволны с низкой скоростью на антенны сети дальнего космоса на Земле.

Контроль температуры - внутренние обогреватели, слой изоляции и многое другое.

Учитывая, что марсоход трудится в температурном диапазоне от +30 до -127 градусов Цельсия, его оборудовали жидкостной системой термоконтроля для поддержания постоянной оптимальной рабочей температуры компонентов Curiosity.

"Шея и голова" - мачта для камер.

Станция экологического мониторинга (REM)³¹ - станция мониторинга окружающей среды Rover, расположилась на "шее" марсохода. Она представляет собой две небольшие стрелы выступающие из мачты марсохода. REMS измеряет и предоставляет ежедневные и сезонные отчеты об атмосферном давлении, влажности, ультрафиолетовом излучении на поверхности Марса, температуре воздуха и температуре вокруг марсохода.

Заключение: достижения марсохода по поставленным задачам, создание 3D модели "Curiosity"

Как мы можем видеть, марсоход "Curiosity" не зря называют еще Марсианской научной лабораторией. Количество научных приборов на борту марсохода поражает. Но установка и работа с ними оправдана теми результатами, которых "Curiosity" смог достичь в поставленных перед ним задачах.

1. Выяснить существовала/существует ли жизнь на Марсе

Всего через семь недель после посадки ровера NASA сообщило об обнаружении следов древнего марсианского ручья глубиной полметра. Это было первое значительное открытие Curiosity, которое заставило ученых предположить: по крайней мере, некоторые части Марса, где присутствовала жидкая вода, могли быть обитаемыми.

П озднее в кратере Гейла был найден аргиллит – твердая глинистая горная порода, которая свидетельствовала о том, что в этом районе когда-то располагалось озеро. Марсоход пробурил отверстие в куске породы, названном «Джон Клейн», и провел химический анализ. Выяснилось, что среда древнего озера была благоприятна для микробной жизни. Влажная среда была с нейтральным pH и низким уровнем солености, а уровень содержания углерода, водорода, кислорода, серы, азота и фосфора был достаточным для жизнедеятельности бактерий в эпоху, которую ученые назвали «Нойская эра» (примерно 4 млн. лет назад).

Р аньше на Марсе было намного больше кислорода, чем думали ученые. Инструмент ChemCam обнаружил высокие уровни оксида марганца в породах области Кимберли кратера Гейла. Эти данные подтверждают идею, что свободный кислород находился на поверхности Марса в больших количествах в период, когда планета была более теплой, и ее поверхность изобиловала обширными озерами и океанами.

2. Охарактеризовать климат Марса

На пути к горе Шарпа в 2016 году Curiosity обнаружил маленький металлический метеорит овальной формы, который впоследствии окрестили «Камень-яйцо». Хотя метеориты на Марсе распространены, тело с такой гладкой поверхностью – редкость. Чтобы лучше понять, что представляет собой этот необычный метеорит, и каково его происхождение, Curiosity использовал свой бортовой лазер для плавления пород ChemCam . Химический анализ показал, что находка состоит из железа, никеля и фосфора. Такие метеориты образуются из расплавленных ядер астероидов. Собранные данные помогут ученым понять, как метеориты влияли на марсианскую среду.

3. Охарактеризовать геологию Марса.

С uriosity показал, что в прошлом Красная планета могла быть геологически активной, со множеством вулканов. В 2016 году ровер обнаружил на поверхности Красной планеты минерал тридимит, распространенный на Земле. Ученые были удивлены, так как этот минерал ассоциируется с процессами вулканизма, в ходе которых образуется кремниевая лава – для этого требуется высокая температура и большая концентрация диоксида кремния (SiO2). До этого никто не мог предположить, что такие процессы проходили на Марсе: было известно о существовании базальтовых вулканов, однако следов кремниевых вулканов не находили. На Земле подобный вулканизм связан с движением тектонических плит, но доказательств их существования на Марсе также нет. Некоторые исследователи предполагают, что марсианские вулканы могли когда-то сформировать атмосферу, пригодную для жизни, а также что водоемы существовали не постоянно, а лишь в периоды активности вулканов.

Эрозированное образование песчаника на Марсе – настоящая находка для геологов. Оно рассказывает, как менялся марсианский пейзаж с течением времени. В то время как верхняя часть, вероятно, была сформирована ветром, нижняя часть могла быть разрушена водой.

4. Подготовить платформу для высадки человека на Марс (изучение радиации на поверхности планеты).

Л юди, покинув защитные пределы атмосферы Земли и ее магнитного поля, подвергнутся риску радиационного облучения, которое может стать причиной раковых и других заболеваний.

Магнитное поле, генерируемое электрическими токами в жидком железном ядре Земли простирается далеко в космос, закрывая планету от 99,9 процентов вредного излучения. Атмосфера Земли обеспечивает дополнительную защиту, сравнимую с металлической плитой толщиной около одного метра.

Миссия, включающая 180-дневный полет к Марсу, 500-дневное пребывание на Красной планете и 180-дневный обратный рейс на Землю, приведет к накоплению астронавтами совокупной дозы облучения около 1,01 зиверта - показывают измерения детектора оценки радиации (RAD), установленного на марсоходе Curiosity. Европейское космическое агентство ограничивает своих астронавтов получением предельной дозы облучения в 1 зиверт за всю карьеру, что соответствует 5-процентному увеличению риска развития смертельного рака.

Данные RAD показывают, что астронавты, изучающие поверхность Марса, будут получать 0,64* миллизиверта радиации ежедневно. Во время перелета на Красную планету они будут накапливать почти в три раза больше - 1,84 миллизиверта. Нормальная суточная доза излучения, которую получает в среднем человек, живущий на Земле, составляет 10 мкЗв (0,00001 зиверт).

Марс для человека является радиоактивным, необходимо создание радиационной защиты пилотируемого полета на Марс. Но радиационная обстановка на Марсе является динамической, поэтому измерения Curiosity не следует рассматривать как окончательные.

Вдохновившись необычностью внешнего вида марсохода Curiosity, загадочностью планеты Марс, результами работы марсохода на планете, мною было проведено изучение строения Curiosity и создана его 3D модель³².

Увлекательный процесс строительства 3D модели Curiosity вы можете посмотреть здесь.

Н адеюсь моя работа заинтересовала вас, ведь возможно именно вы можете стать членом экипажа полета человека на Марс или жителем автономной марсианской колонии, возможность которых предрекаются энтузиастами уже к 2050-м годам.

Список литературы

Ресурсы интернет:

Марсианская научная лаборатория. - https://ru.wikipedia.org/wiki

Марсоход Curiosity. - https://mars.nasa.gov/

Марсоход Curiosity. - https://www.lightproduction.ru/

Как отправляли Curiosity на Марс. - https://masterok.livejournal.com/

Марсоход Curiosity:2000 дней на Марсе в фотографиях. - https://www.bbc.com/

История развития марсходов: Curiosity и не только. - https://oplanetah.ru/

Беспилотные миссии на Марс: путь человечества из земной колыбели. - https://marsplaneta.ru/

Открытия Curiosity. - https://cratergale.blogspot.com/

5 лет на Красной планете. Главные открытия марсохода Curiosity. - https://futurist.ru/

П риложение 1

К осмический корабль - это защитный «космический корабль», который позволяет драгоценному грузу (то есть марсоходу!) Перемещаться между Землей и Марсом.

Приложение 2

Х востовой обтекатель космического корабля"Curiosity".

П ередний лобовой экран космического корабля "Curiosity".

Приложение 3

П осадочная ступень космического корабля "Curiosity".

Приложение 4

Р азмер Curiosity (самый большой) в сравнении с другими моделями марсоходов, Соджорнер (самый маленький), Спирит/Оппортьюнити (MER) (средний).

Приложение 5

Р овер был запущен на борту одной из самых больших ракет, доступных для межпланетных полетов, Atlas V 541.

Приложение 6

О сновные стадии полета ракеты-носителя марсохода

П риложение 7

П риложение 8

Марсоход "Curiosity"

DAN

Приложение 9

"Мозг" - вычислительный элемент ровера.

Р асположение инженерных камер HazCams

Приложение 10

Расположение NavCams, MastCams (M-100 и M-34) и ChemCam на марсоходе"Curiosity" .

Л азер ChemCam марсохода "Curiosity" в действии.

Приложение 11

Р асположение камеры MAHLI на марсоходе "Curiosity".

Камера для спуска (MARDI ) "Curiosity".

Приложение 12

Р ука-манипулятор марсохода "Curiosity".

П риложение 13

С троение руки-манипулятора марсохода "Curiosity".

Приложение 14

Р асположение CheMin и SAM на марсоходе Curiosity.

Система сверления на на марсоходе Curiosity.

Приложение 15

К олеса и шасси марсохода Curiosity.

Приложение 16

Р адиоизотопная энергетическая система марсохода Curiosity.

Детектор оценки радиации (RAD) марсохода Curiosity.

Приложение 17

К омплекс антенн, установленных на марсоходе Curiosity, и передача

данных.

Приложение 18

С танция экологического мониторинга (REM) на марсоходе Curiosity.

Приложение 19

С озданная мной 3D модель марсохода Curiosity.