На изображении этого художника марсоход НАСА Curiosity опускают на поверхность планеты с помощью маневра Sky Crane. Изображение предоставлено: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.
Двенадцать лет назад НАСА удалось посадить свою шестиколесную научную лабораторию, используя смелую новую технологию, которая опускала марсоход с помощью роботизированного реактивного ранца.
Миссия НАСА Curiosity Rover отмечает свое 12-летие на Красной планете, где шестиколесный ученый продолжает делать важные открытия, медленно поднимаясь к подножию марсианской горы. Успешная посадка на Марс в одиночку — это подвиг, но 5 августа 2012 года миссия «Кьюриосити» пошла еще дальше, применив смелую новую технику: маневр «Небесный кран».
Пикирующий роботизированный реактивный ранец доставил «Кьюриосити» в зону приземления и опустил его на поверхность с помощью нейлоновых тросов, затем перерезал тросы и улетел, чтобы совершить управляемую аварийную посадку, благополучно вне досягаемости марсохода.
Конечно, все это было вне поля зрения команды инженеров Curiosity. Находясь в центре управления полетами Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, он подождал семь мучительных минут, прежде чем разразиться криками радости, когда получил сигнал об успешной посадке марсохода.
Маневр Skycrane возник по необходимости: Curiosity был слишком большим и слишком тяжелым, чтобы приземлиться, как его предшественники, заключенные в подушки безопасности, которые подпрыгивали по поверхности Марса. Этот метод также позволил добиться большей точности, что привело к уменьшению эллипса приземления.
Когда в феврале 2021 года приземлился новейший марсоход НАСА Perseverance, технология Skycrane оказалась еще более точной: благодаря добавлению так называемой навигации с учетом местности, марсоход размером с внедорожник смог безопасно приземлиться на дно древнего озера, которое Окружен был изрешечен камнями и кратерами.
Спускаемая ступень с ракетным двигателем, которая доставила Curiosity НАСА на поверхность Марса, управляется над марсоходом техническими специалистами Космического центра Кеннеди агентства в сентябре 2011 года, за два месяца до запуска миссии. Фото предоставлено: НАСА/Ким Шифлетт.
Разработка посадки на Марс
Лаборатория реактивного движения (JPL) участвует в посадках НАСА на Марс с 1976 года. В то время лаборатория работала с исследовательским центром агентства в Лэнгли в Хэмптоне, штат Вирджиния, над двумя стационарными посадочными модулями «Викинг», которые приземлились с помощью дорогих дросселированных посадочных двигателей.
Для приземления миссии Mars Pathfinder в 1997 году Лаборатория реактивного движения (JPL) предложила что-то новое: пока посадочный модуль свисал на парашюте, вокруг него надувались гигантские подушки безопасности. Затем три тормозные ракеты на полпути между подушками безопасности и парашютом остановят космический корабль над поверхностью, и космический корабль, обернутый подушками безопасности, упадет примерно на 20 метров к Марсу, столкнувшись несколько раз — иногда на высоте до 15 метров — прежде чем он достигнет Марса. отдохнуть.
Это сработало настолько хорошо, что НАСА использовало ту же технику для посадки марсоходов Spirit и Opportunity в 2004 году. Однако в то время на Марсе было мало мест, где инженеры были уверены, что космический корабль не столкнется с местностью, которая могла бы пробить подушки безопасности или заставить связку бесконтрольно скатиться вниз по склону.
«Мы едва нашли три места на Марсе, которые мы могли бы безопасно рассмотреть», — сказал Эл Чен из Лаборатории реактивного движения, сыгравший решающую роль в группах входа, спуска и посадки «Кьюриосити» и «Настойчивости».
Также стало ясно, что подушки безопасности просто невозможны для такого большого и тяжелого марсохода, как «Кьюриосити». Если НАСА хотело посадить более крупные космические корабли в более интересных с научной точки зрения местах, нужны были более совершенные технологии.
Ровер на веревке
В начале 2000 года инженеры начали работать над концепцией «умной» системы посадки. Появились новые типы радаров, которые обеспечивали измерение скорости в реальном времени — информацию, которая могла помочь космическому кораблю контролировать свой спуск. Новый тип двигателя может быть использован для направления космического корабля к определенным местам или даже для обеспечения некоторой подъемной силы, чтобы увести его от опасности. Маневр небесного крана принял форму.
Сотрудник Лаборатории реактивного движения Роб Мэннинг работал над оригинальной концепцией в феврале 2000 года и до сих пор помнит реакцию людей, когда они увидели, что реактивный ранец установлен над марсоходом, а не под ним.
«Это сбило людей с толку», — сказал он. «Они предполагали, что двигатель всегда будет находиться под ними, как в старых научно-фантастических рассказах, когда ракета приземляется на планету».
Мэннинг и его коллеги хотели обеспечить как можно большее расстояние между землей и этими двигателями. Двигатели посадочного модуля не только будут поднимать обломки, но и вырыть ямы, из которых марсоход не сможет выбраться. И хотя в предыдущих миссиях использовался посадочный модуль, в котором размещались марсоходы и удлинялась рампа, чтобы они могли скатиться вниз, размещение двигателей над марсоходом означало, что его колеса могли приземляться прямо на поверхность, эффективно действуя как шасси и дополнительный вес при приземлении. платформа привезенная с собой сохранена.
Но инженеры не знали, как подвесить большой марсоход на веревках, чтобы он не раскачивался бесконтрольно. Когда они посмотрели, как была решена проблема гигантских транспортных вертолетов на Земле (так называемых небесных кранов), они поняли, что реактивный ранец Curiosity должен быть способен чувствовать и контролировать раскачивание.
«Со всеми этими новыми технологиями у нас есть реальный шанс добраться до нужного места на поверхности», — сказал Чен.
Самое приятное то, что эту концепцию можно использовать и для более крупных космических кораблей – не только на Марсе, но и в других частях Солнечной системы. «Если вы захотите в будущем воспользоваться услугами по транспортировке полезной нагрузки, вы можете легко использовать эту архитектуру, чтобы добраться до поверхности Луны или куда-либо еще, даже не касаясь земли», — сказал Мэннинг.
