«Марсианская научная лаборатория» (МНЛ) (, сокр. MSL) — программа НАСА, в ходе выполнения которой на Марс успешно доставлен и эксплуатируется марсоход третьего поколения «Кьюрио́сити». Марсоход представляет собой автономную химическую лабораторию в несколько раз больше и тяжелее предыдущих марсоходов «Спирит» и «Оппортьюнити». Аппарат должен будет за несколько месяцев пройти от 5 до и провести полноценный анализ марсианских почв и компонентов атмосферы. Для выполнения контролируемой и более точной посадки использовались вспомогательные ракетные двигатели.

Запуск «Кьюриосити» к Марсу состоялся 26 ноября 2011 года, мягкая посадка на поверхность Марса — 6 августа 2012 года. Предполагаемый срок службы на Марсе — один марсианский год ( суток). С августа 2012 года по 7 августа 2025 года он прошёл более 35 км.

MSL — часть долговременной программы НАСА по исследованию Марса роботизированными зондами Mars Exploration Program. В проекте, помимо НАСА, участвуют также Калифорнийский технологический институт и Лаборатория реактивного движения. Руководитель проекта — Дуг Маккистион (Doug McCuistion), сотрудник НАСА из отдела изучения других планет. Полная стоимость проекта MSL составляет примерно 2,5 миллиарда долларов.

Специалисты американского космического агентства НАСА решили отправить марсоход в кратер Гейла. В огромной воронке хорошо просматриваются глубинные слои марсианского грунта, раскрывающие геологическую историю красной планеты.

Название «Кьюриосити» выбрано в 2009 году из вариантов, предложенных школьниками, путём голосования в сети Интернет. Среди других вариантов («Приключение»), («Амелия»), («Путешествие»), («Восприятие»), («Стремление»), («Восход»), («Ви́дение»), («Чудо»).

Девятнадцатый марсианский аппарат НАСА, начиная с потерянной при запуске в 1964 году межпланетной станции Mariner 3.

История

В апреле 2004 года НАСА начало отбор предложений по оснащению нового марсохода научным оборудованием, и 14 декабря 2004 года было принято решение об отборе восьми предложений. В конце того же года началась разработка и испытания составных частей системы, включая разработку однокомпонентного двигателя производства компании Aerojet, который способен выдавать тягу в диапазоне от 15 до 100 % от максимальной при постоянном давлении наддува.

Создание всех компонентов марсохода завершилось к ноябрю 2008 года, причём большая часть приборов и программного обеспечения MSL продолжало испытываться. Перерасход бюджета программы составил около долларов. В следующем месяце НАСА отложило запуск MSL на конец 2011 года из-за недостатка времени для испытаний.

С 23 по 29 марта 2009 года на сайте НАСА проводилось голосование по выбору названия для марсохода, на выбор было дано . 27 мая 2009 года победителем было объявлено слово «Кьюриосити» которое предложила шестиклассница из Канзаса Клара Ма.

Марсоход был запущен ракетой «Атлас-5» с мыса Канаверал 26 ноября 2011 года. 11 января 2012 года проведён специальный манёвр, который эксперты называют «самым важным» для марсохода. В результате совершённого манёвра аппарат взял курс, который привёл его в оптимальную точку для десантирования на поверхность Марса.

28 июля 2012 года проведена четвёртая небольшая коррекция траектории, двигатели включили всего на шесть секунд. Операция прошла настолько успешно, что окончательная коррекция, изначально намеченная на 3 августа, не потребовалась.

Посадка прошла успешно 6 августа 2012 года, в 05:17 UTC. Радиосигнал, сообщающий об успешной посадке марсохода на поверхность Марса, достиг Земли в 05:32 UTC.

Задачи и цели миссии

Четыре основных цели MSL:http://marsprogram.jpl.nasa.gov/msl/mission/science/ meet the four main science goals of the Mars Exploration Program: установить, существовали ли когда-либо условия, подходящие для существования жизни на Марсе; получить подробные сведения о климате Марса; получить подробные сведения о геологии Марса; провести подготовку к высадке человека на Марсе.

Для достижения этих целей поставлено шесть основных задач для MSL: определить минералогический состав марсианских почв и припочвенных геологических материалов; попытаться обнаружить следы возможного протекания биологических процессов — по элементам, являющимся основой жизни, какой она известна землянам: (углерод, водород, азот, кислород, фосфор, серу); установить процессы, в которых формировались марсианские камни и почвы; оценить процесс эволюции марсианской атмосферы в долгосрочном периоде; определить текущее состояние, распределение и круговорот воды и углекислого газа; установить спектр радиоактивного излучения поверхности Марса.

Также в рамках исследований измерялось воздействие космической радиации на компоненты АМС во время перелёта к Марсу. Эти данные помогут оценить уровни радиации, ожидающие людей в пилотируемой экспедиции на Марс.

Состав Перелётныймодуль Модуль управляет траекторией Mars Science Laboratory во время полёта с Земли на Марс. Также включает в себя компоненты для поддержки связи во время полёта и обеспечения теплового режима. Перед входом в атмосферу Марса происходит разделение перелётного модуля и спускаемого аппарата. Тыльная частькапсулы Капсула необходима для спуска через атмосферу. Она защищает марсоход от влияния космического пространства и перегрузок во время входа в атмосферу Марса. В тыльной части находится контейнер для парашюта. Рядом с контейнером установлено несколько антенн связи. «Небесный кран» После того, как теплозащитный экран и тыльная часть капсулы выполнят свою задачу, они расстыковываются, тем самым освобождая путь для спуска аппарата и позволяя радару определить место посадки. После расстыковки кран обеспечивает точный и плавный спуск марсохода на поверхность Марса, который достигается за счёт использования реактивных двигателей и контролируется с помощью радиолокатора на марсоходе. Марсоход «Кьюриосити» Марсоход под названием «Кьюриосити», содержит все научные приборы, а также важные системы связи и энергоснабжения. Во время полёта шасси складывается для экономии места. Лобовая частькапсулы с теплозащитным экраном Теплозащитный экран защищает марсоход от крайне высокой температуры, воздействующей на спускаемый аппарат при торможении в атмосфере Марса.

Спускаемый аппарат Масса спускаемого аппарата (изображён в сборе с перелётным модулем) составляет . Спускаемый аппарат служит для контролируемого безопасного снижения марсохода при торможении в марсианской атмосфере и мягкой посадки марсохода на поверхность.

Технология полёта и посадки

Перелётный модуль

Траекторию движения Mars Science Laboratory от Земли до Марса контролировал перелётный модуль, соединённый с капсулой. Силовым элементом конструкции перелётного модуля является кольцевая ферма диаметром , из алюминиевого сплава, укреплённая несколькими стабилизирующими стойками. На поверхности перелётного модуля установлены солнечных батарей, подключённых к системе энергоснабжения. К концу полёта, перед входом капсулы в атмосферу Марса, они вырабатывали около электрической энергии с КПД порядка 28,5 %. Для проведения энергоёмких операций предусмотрены литий-ионные аккумуляторы. Кроме того, система электропитания перелётного модуля, батареи спускаемого модуля и энергосистема «Кьюриосити» имели взаимные соединения, что позволяло перенаправить потоки энергии в случае возникновения неисправностей.

Ориентация космического аппарата в пространстве определялась при помощи звёздного датчика и одного из двух солнечных датчиков. Звёздный датчик наблюдал за несколькими выбранными для навигации звёздами; солнечный датчик использовал в качестве опорной точки Солнце. Эта система спроектирована с резервированием для повышения надёжности миссии. Для коррекции траектории применялись , работающих на гидразине, запас которого содержался в двух сферических титановых баках.

Радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) «Кьюриосити» постоянно выделял большое количество тепла, поэтому во избежание перегрева капсулы он должен был находиться на удалении от её внутренних стенок. Некоторые другие компоненты (в частности, аккумуляторная батарея) также нагревалась в процессе работы и требовали отвода тепла. Для этого капсула снабжена десятью радиаторами, переизлучавшими тепло в открытый космос; система трубопроводов и насосов обеспечивала циркуляцию теплоносителя между радиаторами и охлаждаемыми приборами. Автоматическое управление системой охлаждения осуществлялось при помощи нескольких датчиков температуры.

Перелётный модуль не имеет собственных систем связи, однако на нём установлена антенна среднего усиления («Medium Gain Antenna», MGA), которая присоединена к передатчику спускаемого модуля. Бо́льшая часть связи во время полёта, а также на первом этапе посадки проводится с помощью неё. MGA имеет высокую направленность, и для достижения хорошего качества связи требуется её ориентация в направлении Земли. Применение направленной антенны позволяет достичь более высокой скорости передачи данных при такой же мощности передатчика, по сравнению с простой всенаправленной антенной, такой как PLGA. При оптимальной ориентации антенны усиление составляет около , через неё могут передаваться сигналы с левой или правой поляризацией. Передача идёт на частоте , скорость передачи данных — до . Приём происходит со скоростью на частоте .

Капсула

Капсула производства Lockheed Martin массой защищала «Кьюриосити» от влияния космического пространства, а также от воздействия атмосферы Марса при торможении. Кроме того, в капсуле размещался тормозной парашют. На куполе парашюта было размещено несколько антенн для поддержания связи.

Капсула состояла из двух частей — лобовой и тыльной. Капсула сделана из углепластика с алюминиевыми подпорками для придания прочности.

Контроль траектории и совершение манёвров во время входа в марсианскую атмосферу осуществляли восемь небольших двигателей, выпускающих газ. Двигатели развивали тягу около и использовались только для изменения вращения и ориентации капсулы. Эти двигатели не участвовали в торможении.

В тыльной части капсулы размещён контейнер для парашюта, замедлившего спуск в атмосфере. Диаметр парашюта — примерно , он закреплён на и имеет длину свыше . Создаваемое тормозное усилие — .

На лобовой части капсулы размещён теплозащитный экран, защищавший марсоход от воздействия высоких температур (до ) Более точно, в источнике указано: "до 3500 градусов по Фаренгейту", что соответствует 1926° по шкале Цельсия. при снижении в атмосфере Марса. Диаметр теплозащитного экрана — . Это самый большой теплозащитный экран, когда-либо изготовленный для исследовательской миссии. Экран сделан из углеродных волокон, пропитанных фенолформальдегидной смолой (PICA), подобно использованному в миссии «Стардаст». Экран способен выдержать тепловую нагрузку до , деформацию до и давление около .

Семь датчиков давления и температуры, предназначены для сбора высокоточных данных о нагрузках на теплозащитный экран. Эти данные имеют большое значение для проектировщиков: с их помощью в конструкцию будущих теплозащитных экранов могут быть внесены изменения. Тем не менее, экран был оптимизирован именно для земной атмосферы, а не для марсианской (последняя в разреженней и на 95 % состоит из углекислого газа). Необходимая толщина экрана для безопасного входа в атмосферу была неизвестна. По результатам моделирования и в целях безопасности миссии толщину сделали с запасом, однако толщина повышает массу и снижает полезную нагрузку. Результаты применения теплозащитного экрана в составе MSL позволят уменьшить толщину экрана для применения в будущих марсианских миссиях.