Mars Science Laboratory (скорочено MSL, Марсіанська наукова лабораторія) — успішна місія НАСА з доставки на Марс й експлуатації марсохода нового покоління «К'юріосіті» ( — цікавість, допитливість), який оснащено хімічною лабораторією в кілька разів більшою й важчою, ніж у попередніх марсоходів «Спірит» і «Оппортьюніті».

Загальна характеристика

Апарат повинен за кілька місяців пройти від 5 до 20 км і здійснити повноцінний аналіз марсіанських ґрунтів і компонентів атмосфери. Космічний корабель доставки було обладнано допоміжними ракетними двигунами для точнішої контрольованої посадки, які раніше для спуску марсоходів не використовувалися. Метою експедиції є визначення життєпридатності Марса, вивчення його клімату та планетології, а також збір даних для майбутнього польоту людини на цю планету. У розробці апарата крім НАСА взяли участь також Caltech і JPL. Назву Curiosity було обрано 2009 року шляхом інтернет-голосування серед варіантів, запропонованих школярами.

Запуск апарата до Марса здійснено 26 листопада 2011 року. Він успішно приземлився на Марс 6 серпня 2012 року о 05:31 UTC (08:31 за київським часом) у кратері ГейлCuriosity здійснив посадку на Марс rbc.ua, 06.08.2012.

Фахівці американського космічного агентства НАСА вирішили надіслати марсохід у кратер Ґейла. У цій величезній воронці добре проглядаються глибинні шари марсіанського ґрунту, що розкривають геологічну історію червоної планети. Плановий термін служби на Марсі становить 1 марсіанський рік (686 земних днів), однак за сприятливих обставин можна сподіватися набагато довшого терміну.

Завдання та цілі місії

MSL має чотири основні цілі: З'ясувати, чи існувало коли-небудь життя на Марсі. Отримати докладні відомості про клімат Марса. Отримати докладні відомості про планетологію Марса. Здійснити підготовку до висадки людини на Марс.

Для досягнення цих цілей перед MSL поставлено вісім основних завдань:

Виявити та встановити природу марсіанських органічних вуглецевих сполук. Виявити речовини, необхідні для існування життя: вуглець, водень, азот, кисень, фосфор, сірку. Виявити можливі сліди перебігу біологічних процесів. Визначити хімічний склад марсіанської поверхні. Встановити процес формування марсіанських каменів і ґрунту. Оцінити процес еволюції марсіанської атмосфери в довгостроковому періоді. Визначити поточний стан, розподіл і кругообіг води та вуглекислого газу. Встановити спектр радіоактивного випромінювання на поверхні Марса.

Характеристики

Космічний апарат складався з трьох модулів — перельотного, посадкового й ровера-марсохода. Маса космічного апарата — 3,4 т, ровера — 930 кг, маса наукової апаратури, встановленої на ровері — 80 кг.

Марсохід «К'юріосіті» 3 м завдовжки, 2,1 м заввишки (з розкладеною камерою) і 2,7 м завширшки. Діаметр коліс становить приблизно 51 см. Маса марсохода — 900 кг (зокрема, 80 кг дослідницького устаткування).

На поверхні Марса марсохід здатен долати перешкоди до 75 см заввишки. Максимальна очікувана швидкість на пересічній місцевості становить 90 м/год у разі автоматичної навігації. Середня же швидкість становитиме 30 м/год. Очікується, що за час дворічної місії MSL здолає не менше 19 км.

Конструкція апарата подібна до тих, що застосовувалися раніше — платформа з науковими приладами на шести колесах, кожне з яких має свій електродвигун. Два передні й два задні колеса повертаються, що дасть апарату змогу розвертатися на 360° на місці. Новий марсохід втричі важчий за попередні марсоходи й набагато дорожчий — коштує 2,3 мільярда доларів. Замість сонячних батарей як джерело енергії використано радіоізотопний термоелектричний генератор (РІТЕГ, ), що дає змогу позбутися проблеми запилення панелей сонячних батарей і простоїв апарата в нічний час. Обраний багатоцільовий радіоізотопний термоелектричний генератор () нового покоління здатен забезпечувати марсохід енергією протягом 14 років.

Порівняння «Mars Science Laboratory» з іншими марсоходами

К'юріосіті MER Sojourner Запуск 2011 2003 1996 Маса (кг) 899 174 10,6 Розміри (у метрах, Д × Ш × В) 3,1 × 2,7 × 2,1 1,6 × 2,3 × 1,5 0,7 × 0,5 × 0,3 Енергія (кВт/сол) 2,5—2,7 0,3—0,9 < 0,1 Наукові інструменти 10 5 4 Максимальна швидкість (см/с) 4 5 1 Передача даних (МБ/добу) 19—31 6—25 < 3,5 Продуктивність (MIPS) 400 20 0,1 Пам'ять (МБ) 256 128 0,5Розрахунковий район посадки (км) 20 × 7 80 × 12 200 × 100

Дослідницькі прилади

Наукові прилади апарата дають змогу ефективно виявляти органічні молекули й визначати їх структуру, а також зондувати товстий шар ґрунту в пошуках слідів води за допомогою нейтронного детектора, створеного Роскосмосом. За допомогою інфрачервоного лазера можна буде видаляти з мінералів зайві нашарування (пил, продукти корозії) й одразу здійснювати лазерний хімічний аналіз на відстані до 10 метрів. «Серце» наукової апаратури — прилад SAM. Він буде визначати хімічний склад ґрунту й шукати в ньому органічні молекули. Цей прилад буде передавати п'яту частку всіх даних з Марса.

Список основних приладів на марсоході:

Три спеціальні камери було розроблено компанією Malin Space Science Systems. Вони використовують однакові компоненти, зокрема модуль обробки зображень, світлочутливі елементи (ПЗС-матриці — 1600 × 1200 пікселів) та RGB-фільтри Байєра. MastCam: Система складається з двох камер, і містить багато спектральних фільтрів. Можливе отримання знімків у природних кольорах розміром 1600 × 1200 пікселів та відео з роздільною здатністю 720p (1280 × 720), апаратною компресією та з частотою до 10 кадрів на секунду. Перша камера (Medium Angle Camera — MAC), має фокусну відстань 34 мм і 15-градусне поле зору, 1 піксель дорівнює 22 см на відстані 1 км. Друга камера (Narrow Angle Camera — NAC) має фокусну відстань 100 мм, 5,1-градусне поле зору, 1 піксель дорівнює 7,4 см на відстані 1 км. Кожна камера має по 8 Гб флешпам'яті, яка здатна зберігати більше 5500 необроблених зображень, є підтримка JPEG-компресії й стискання без втрати якості. В обох камерах є функція автоматичного фокусування, яка дає змогу їм сфокусуватися на об'єктах, від 2,1 м до нескінченності. Попри наявність у виробника конфігурації з трансфокатором, камери не мають зуму, оскільки часу для тестування не залишалося. Кожна камера має вбудований фільтр Баєра RGB і по 8 ІЧ-фільтрів. У порівнянні з панорамної камерою, яка стоїть на «Спірит» і «Оппортьюніті» (MER) і отримує чорно-білі зображення розміром 1024 × 1024 пікселів, камера MAC MastCam має кутовий дозвіл в 1,25 раза вище, а камера NAC MastCam — у 3,67 раза вище.

Mars Hand Lens Imager (MAHLI): складається з камери, закріпленої на роботизованій руці марсохода й застосовується для отримання мікроскопічних зображень гірських порід та ґрунту. Камера отримує зображення розміром 1600 × 1200 пікселів із роздільною здатністю до 14,5 мкм на піксель. Має фокусну відстань від 18,3 до 21,3 мм і поле зору від 33,8 до 38,5 градусів. Для роботи в темряві є вбудована світлодіодна підсвітка (звичайна біла й ультрафіолетова). Ця камера здатна сфокусуватися на об'єктах від 1 мм. Система може також зробити серію зображень для подальшої обробки знімка. Є можливість зберегти необроблене фото без втрати якості або ж зробити стиснення в JPEG форматі.

Mars Descent Imager (MARDI) передавала під час спуску на поверхню Марса кольорове зображення розміром 1600 × 1200 пікселів із витримкою 1,3 мс та з частотою 5 кадрів на секунду. Камера почала знімання на висоті 3,7 км і закінчила на висоті 5 м над поверхнею Марса, знімання тривало близько 2 хвилин. Містить 8 Гб вбудованої пам'яті, яка може зберігати більше 4000 фотографій. Знімки з камери дали змогу побачити навколишній рельєф на місці посадки.

ChemCam: це набір інструментів дистанційного дослідження, зокрема спектрометр Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) та камера Remote Micro-Imager (RMI). LIBS генерує 50—75 імпульсів інфрачервоного лазера з довжиною хвилі 1067 нм та загальною тривалістю 5 наносекунд, і фокусується на зразках на відстані до 7 м. Прилад аналізує спектр світла, що випромінюється плазмою зразка, у видимому, ультрафіолетовому й ближньому інфрачервоному діапазонах (240—800 нм). RMI-камера використовує оптику LIBS і дає змогу розгледіти об'єкти розмірами від 1 мм на відстані 10 м, поле зору на таких відстанях становить 20 см. ChemCam було розроблено в Лос-Аламоській національній лабораторії та французькій лабораторії CESR. Вартість ChemCam для НАСА становила близько 10 млн дол., зокрема, перевитрати близько 1,5 млн дол. Роздільна здатність устаткування в 5—10 разів вища, ніж у встановленого на попередні марсоходи. Із семи метрів ChemCam може визначити тип досліджуваної породи (наприклад, вулканічна або осадова), структуру ґрунту й каміння, відстежити домінуючі елементи, розпізнати лід і гідратовані мінерали, дослідити сліди ерозії на каменях і візуально допомогти при дослідженні порід маніпулятором. Інструмент був розроблений Лос-Аламоською національною лабораторією спільно з французькою лабораторією CSR. Розробка була завершена, а обладнання було готове до доставки в Лабораторію реактивного руху в лютому 2008 року. Alpha-particle X-ray spectrometer (APXS): рентгенівський спектрометр на альфа-частинках буде опромінювати альфа-частинками зразки й зіставляти спектри в рентгенівських променях для визначення елементного складу породи. Прилад створено Канадським космічним агентством. MacDonald Dettwiler (MDA) — Аерокосмічна канадська компанія, яка будує Canadarm і RADARSAT, несуть відповідальність за проєктування і будівництво APXS. До складу команди з розробки APXS входять представники Університету Гвельфів, Університету Нью-Брансвік, Університету Західного Онтаріо, НАСА, Університет Каліфорнії в Сан-Дієго і Корнелльського університету. Collection and Handling for In-Situ Martian Rock Analysis (CHIMRA): CHIMRA являє собою ківш 4 × 7 см, який зачерпує ґрунт. У внутрішніх порожнинах CHIMRA він просівається через сито з осередком 150 мікрон, чому допомагає робота вібромеханізму, зайве видаляється, а на просіювання вирушає наступна порція. Усього проходить три етапи паркану з ковша і просіювання ґрунту. У результаті залишається трохи порошку необхідної фракції, який і вирушає в ґрунтоприймач, на тілі ровера, а зайве викидається. У результаті з усього ковша на аналіз надходить шар ґрунту в 1 мм. Підготовлений порошок вивчають прилади CHEMIN і SAM. CheMin: цей спектрометр досліджує хімічний і мінералогічний склад за допомогою рентгенівського флуоресцентного аналізу й рентгенівської дифракції. Chemin дає змогу визначити велику кількість корисних копалин на Марсі. Інструмент було розроблено Девідом Блейком з Ames Research Center та Лабораторії реактивного руху () НАСА. Марсохід буде бурити гірські породи, а отриманий порошок збирається інструментом та опромінюється рентгенівськими променями. Дифракція рентгенівських променів різна для різних мінералів, тому картина дифракції дає змогу визначити структуру речовини. Інформацію про світність атомів і дифракційну картину зніматиме спеціально підготовлена E2V CCD-224 матриця розміром 600 × 600 пікселів. У «К'юріосіті» є 27 осередків для аналізу зразків, після вивчення одного зразка осередок може бути перевикористаний, але аналіз буде мати меншу точність через забруднення попереднім зразком. Таким чином у ровера є всього 27 спроб для повноцінного вивчення зразків. Ще 5 запаяних осередків зберігають зразки з Землі. Вони потрібні, щоб протестувати працездатність приладу в марсіанських умовах. Для роботи приладу потрібна температура −60 °C, інакше будуть заважати перешкоди від приладу DAN.