Созданный инженерами НАСА марсоход Curiosity продолжает двигаться по заданному маршруту на поверхности Марса, изучая особенности атмосферы и литосферы соседней планеты. Сейчас общее расстояние, пройденное устройством, составляет уже 16 километров. В целом, ровер в хорошем состоянии, хотя проблема с его колесами продолжает ухудшаться. На алюминиевых «шинах» появляются новые трещинки, трещины и пробоины.
Проверка состояния колес аппарата проводится регулярно с тех пор, как были замечены первые вмятины и царапины на них. Спустя некоторое время оказалось, что оболочка колес разрушается быстрее, чем планировали специалисты. В этом году ученые НАСА, изучив состояние колес ровера, сделали вывод, что колесная часть на 60% исчерпала свой ресурс. Но марсоход находится в отличном состоянии, и может продолжать выполнять свою миссию.
«Все шесть колес находятся более чем в приемлемом состоянии для того, чтобы марсоход продолжал двигаться в любом из запланированных направлений для продолжения миссии», — заявил руководитель программы Curioisty Джим Эриксон. — «Для нас это не было неожиданностью, но сейчас уже понятно, что левое среднее колесо приближается к максимальной точке износа». Агентство уже заявило, что износ колес не поменяет научные планы касательно изучения минералогии горы Шарп.
Сейчас ровер находится на песчаных холмах Мюррея, изучая геологию региона. В дальнейшем Curiosity должен посетить богатый гематитом район горного хребта Веры Рубин. Здесь много глины, сульфатов, и ученые хотели бы получить больше информации об этом месте.
Марсоход постепенно забирается все выше, изучая более молодые слои подножья горы Шарп. Ученые рассчитывают на то, что благодаря данным, набранным в этом районе, удастся получить информацию о смене климата Марса миллиарды лет назад. Горные породы несут на себе следы этих изменений, и по ним можно судить о том, как в целом менялась планета. Curiosity уже доказал то, что ранее в некоторых районах Марса условия были подходящими для жизни, хотя бы микробной. Более высокая, чем сейчас, температура делала возможным существование на поверхности Марса жидкой воды. По мнению современных ученых, вода — важнейший критерий существования жизни.
До богатого гематитом региона осталось проехать еще 6 километров. Участники программы Curiosity считают, что это расстояние будет преодолено без труда — ресурс марсохода достаточен. Кроме того, за последние четыре года ученые научились планировать продвижение устройства, отмечая потенциально опасные места с острыми кусками острой породы для того, чтобы избежать повреждения колес устройства.
Внешний диаметр каждого из колес составляет 50 сантиметров. «Покрышки» сделаны из алюминия. Они не слишком толстые, поэтому большинство кусков горной породы оказывается не в состоянии проткнуть слой алюминия. Повреждения колес марсохода делятся на несколько основных типов. Это пробоины, царапины, вмятины и разрывы металла.
Состояние колес марсохода на 708 сол. Фотографии были сделаны при помощи манипулятора MAHLI с камерой. Источник: NASA / JPL / MSSS / Emily Lakdawalla
Сильнее всего повреждено левое центральное колесо. На фото ниже показано развитие повреждений с сол 546 по сол 708
Из-за чего колеса повреждаются?
После того, как ученые узнали, что колеса марсохода сильно повреждаются в процессе продвижения аппарата, они стали искать причину. Ее выявили не сразу. При разработке ровера ученые предусматривали возможные пробоины и повреждения, но не в таком количестве.
Притом и размер повреждений был больше расчетного. «Когда мы увидели фотографии колес, мы поняли, что одна из дыр гораздо больше, чем мы рассчитывали. Этого не случалось ни в одном из пройденных тестов. Мы не знали, что было причиной. Мы не знали, будет ли это продолжаться», — говорит один из операторов марсохода Мэтт Хеверли. — «Это был момент, когда мы поняли, что способ передвижения нужно кардинально менять. Но как? Этого нельзя было сказать до проведения новых тестов».
Тесты проводились целый год — как на Земле, так и на Марсе, в полевых условиях. Выяснилось, что одна из причин, которая приводит к повреждению алюминиевых шин марсохода — это усталость материала. Колеса постоянно проходят по неровной местности. Тонкий алюминий подвергается деформациям и в конце концов лопается. Хорошей иллюстрацией случившемуся может быть поломка обычной канцелярской срепки, которую постоянно изгибают в разные стороны в одном и том же месте. Колеса были спроектированы таким образом, чтобы в случае наезда на камень деформироваться с возвратом в обычное состояние. Но, как известно, планируемый срок службы марсохода в несколько десятков раз меньше текущего срока эксплуатации Curiosity. Испытания, которым подвергали колеса, показали, что расчетный срок службы они должны продержаться. Но после этого срока материал колес начал постепенно «уставать».
Что касается пробоин, то их оставляют острые края горной породы, встречающиеся во многих регионах Марса.
Понятно, что наличие таких обломков на Марсе вовсе не сюрприз для команды марсохода. Проектировщики прекрасно знали, что на поверхности планеты немало таких камней, но не ожидали, что некоторые из них будут крепче расчетных параметров. В тестах на Земле аппарат катался по обломкам разной крупности и остроты, но особых проблем не было. Металл на колесах рассчитан на частые наезды на камни разной величины, поэтому сам факт наезда на острый кусок породы еще не означает пробоину. Причина здесь в другом.
Как оказалось, причина в механической системе балансировки колес во время поездки. Колесо при наезде на камень может выдержать примерно 1/6 массы аппарата. В некоторых случаях, например, при передвижении по крутому склону, основная нагрузка идет на левый или правый ряд колес. При наезде на острый камень нагрузка еще больше увеличивается, а особенности конструкции Curiosity приводят к тому, что максимально нагружается среднее колесо. В итоге оно просто не выдерживает почти полный вес Curiosity и иногда металл пробивается камнем.
Правда, не всякий острый камень, на который марсоход навалился всей массой, обязательно проткнет колесо. Расчет строился на то, что при наезде тяжелый аппарат просто собьет камень, так что острый конец не будет угрожать колесу. Но на пути ровера иногда встречаются очень твердые неподвижные острые камни. Это прочная порода, которая подвергалась выветриванию в течение миллионов или даже десятков миллионов лет. Именно они и представляют особую опасность. Один из инженеров, входящих в состав команды, продемонстрировал проблему, совершив наезд копией Curiosity на Земле на острие навершия копья. Острие проткнуло алюминиевую шину марсохода без особых проблем. Ученые, рассматривая поверхность Марса до отправления туда марсохода, не обнаружили особо острых камней, острие которых направлено точно вверх. К несчастью, оказалось, что они встречаются относительно часто. В ноябре 2014 года ровер проезжал через регион, где много осколков такого типа.
На какой срок работы рассчитаны колеса, и что случится после?
По словам специалистов из НАСА, для того, чтобы колеса полностью разрушились, достаточно проехать всего 8 км по породе, тип которой описан выше. Что именно понимается под «разрушением колеса»?
Как видим, в массе своей повреждения сконцентрированы в центре. Это то, что может случиться и на Марсе — какое-либо колесо может просто раскроить пополам. Если будут перебиты ребра жесткости, то колесо может выйти из строя. К счастью, пока что ситуация не настолько сложная. Колеса работают, хотя некоторые из них сильно повреждены.
Хорошая новость в том, что сейчас Curiosity вышел из района с обломками горной породы. Как уже упоминалось, он едет по склонам песчаных холмов.
Специалисты НАСА подсчитали, сколько может проехать марсоход по поверхностям разного типа до момента разрушения колес:
- Острые и твердые камни: 8 км;
- Большое количество обычных камней: 13-14 км;
- Песчаник: 30-40 километров или больше;
- Обычная твердая поверхность или песок с малым количеством камней: не определено, вероятно, десятки или даже сотни километров.
Как можно продлить срок службы колес?
Конечно, Curiosity уже перевыполнил свою научную программу, но если он в хорошем состоянии, зачем отказываться от его эксплуатации? Поэтому ученые думают, как можно продлить срок жизни колес. Вот несколько способов, предложенных НАСА.
Управлять ровером осторожнее. Стараться проверять каждую точку, которая находится впереди, осматриваться вокруг, избегать острых камней и особенно — проблемных террас с такими камнями.
Планировать маршрут по местам с ровной поверхностью или песком. Один из лучших способов — это проложить маршрут через места, покрытые мягким материалом с минимумом камней. За последний несколько месяцев ученые стараются планировать путь ровера, сверяясь с фотографиями исключительно высокого разрешения. Такие фотографии получают при помощи инструмента CRISM с аппарата MRO (Mars Reconnaissance Orbiter). Специалисты сравнивают снимки с орбиты с фотографиями поверхности, которые получены самим марсоходом.
Модификация программного обеспечения марсохода, с целью «научить» аппарат определять нагрузку на колеса. Эта часть еще не реализована, хотя ее уже начали выполнять. Речь идет о том, чтобы при движении ровера все данные о различных параметрах его элементов анализировались специализированным программным обеспечением. В этом случае можно будет избежать ситуаций с сильным давлением острых камней на колеса марсохода.
НАСА далеко не в первый раз собирается менять программное обеспечение на удаленном аппарате. При этом марсоход гораздо более совершенный, на его борту находится относительно современный компьютер с современным же софтом. Так что обновление не должно быть проблемным. С другой стороны, участники миссии озабочены тем, что это же программное обеспечение довольно сложное. «Чем более сложное ПО, тем больше вероятность, что что-то пойдет не так. Вы получите сюрпризы как во время тестов, так и при выполнении различных операций», — заявил один из представителей миссии. Тем не менее, ученые надеются на то, что все пройдет хорошо.
Что касается наследника Curiosity, ровера Mars 2020, то в НАСА уже заявили, что учтут ошибки прошлой миссии. При этом, скорее всего, колеса не будут значительно модифицировать. Вместо этого ученые просто сократят возможный путь, который нужно проехать роверу. Если в случае с Curiosity он сначала сел, а потом уже начал искать интересные цели, то Mars 2020 планируют посадить поблизости от интересующих ученых целей. Дело в том, что на орбите сейчас работает сразу несколько орбитальных зондов, способных получать фотографии поверхности Марса высокого разрешения. И это облегчает задачу выбора цели для изучения. Новый марсоход предназначен для астробиологических исследований древней среды на Марсе, поверхности планеты, геологических процессов и истории, в том числе оценки прошлой обитаемости планеты и поиска доказательств жизни в пределах доступных геологических материалов.
