Скиапарелли (спускаемый аппарат)

На борту спускаемого аппарата было установлено следующее оборудование[5]:

• COMARS+ (Combined Aerothermal and Radiometer Sensors Instrument Package) — прибор с тремя комбинированными датчиками и широкополосным радиометром для измерения давления, температуры и тепловых потоков на тыльной части кожуха спускаемого аппарата при аэродинамическом торможении и спуске под парашютом в атмосфере Марса.

• AMELIA (Atmospheric Mars Entry and Landing Investigations and Analysis) — датчики телеметрии и служебные системы. Сбор данных от входа в атмосферу Марса (~130 км[11]) до завершения посадки аппарата. Использование полученных данных для исследования атмосферы и поверхности Марса.

• DECA (Descent Camera) — телекамера для съёмки поверхности во время снижения «Скиапарелли» при посадке, а также получения данных о прозрачности атмосферы. Планировалось получить 15 монохромных (чёрно-белых) снимков для отождествления точного места касания поверхности аппаратом[11].

• DREAMS (Dust Characterisation, Risk Assessment, and Environment Analyser on the Martian Surface) — комплекс приборов для измерения параметров окружающей среды на поверхности Марса. Включал в себя приборы:

• MetWind — измерение скорости и направления ветра;
• DREAMS-H — датчик влажности;
• DREAMS-P — датчик давления;
• MarsTem — измерение температуры вблизи поверхности Марса;
• SIS (Solar Irradiance Sensor) — измерение прозрачности атмосферы;
• MicroARES (Atmospheric Radiation and Electricity Sensor) — измерение электрических полей.

• INRRI (Instrument for landing — Roving Laser Retroreflector Investigations) — уголковый отражатель для определения местонахождения Скиапарелли с помощью лидара, расположенного на искусственном спутнике Марса.

Запуск «Скиапарелли» и TGO в составе космического аппарата «ЭкзоМарс» состоялся 14 марта 2016 года в 9:31:42 UTC с космодрома Байконур. После успешного вывода в космос ракетой-носителем «Протон-М» двигатели разгонного блока «Бриз-М» перевели космический аппарат на траекторию полёта к Марсу. Аппарат достиг орбиты красной планеты через семь месяцев, 16 октября.

Отделение демонстрационного десантного модуля «Скиапарелли» от орбитального модуля «Трейс Гас Орбитер» космического зонда «ЭкзоМарс» произошло 16 октября 2016 года[12], за три дня до планируемой посадки на поверхность Марса]. Через 12 часов после отделения, орбитальный модуль провёл коррекцию траектории полёта для предотвращения падения на планету вслед за спускаемым модулем.

Планировалось, что во время своего спуска «Скиапарелли» должен был проводить различные измерения для последующего изучения[13].

19 октября «Скиапарелли» вошёл в атмосферу Марса на скорости в 21 000 км/ч (условная граница атмосферы на высоте примерно в 122,5 км от поверхности). В течение 3−4 минут скорость аппарата снижалась путём аэродинамического торможения — трения о плотные слои атмосферы. Лобовая часть защитного кожуха с теплозащитным экраном предотвратила перегрев аппарата, экран медленно плавился и испарялся, унося поглощённое тепло от основной части спускаемого аппарата, размещённой внутри кожуха.

На высоте 11 км над поверхностью, когда скорость аппарата уменьшилась до 1700 км/ч, над «Скиапарелли» развернулся парашют для дальнейшего снижения скорости спуска. Купол парашюта диаметром 12 метров развернулся менее чем за секунду, и через 40 секунд, в течение которых уменьшалось и прекращалось раскачивание аппарата, была сброшена лобовая часть защитного кожуха с теплозащитным экраном.

Посадка была запланирована на плато Меридиана — относительно гладкой равнине, внутри посадочного эллипса, вытянутого на 100 км с востока на запад и на 15 км с севера на юг. Координаты центра эллипса 6° з.д., 2° ю.ш. Район посадки «Скиапарелли» расположен примерно в 40 км северо-западнее от места посадки марсохода «Оппортьюнити» на Плато Меридиана в 2004 году[14].

Во время посадки спускаемого аппарата данные с его борта принимали станции дальней связи Европейского космического агентства (система ESTRACK), НАСА (система DSN) и российские наземные станции «Медвежьи озера» и Калязинская[15].

Предполагается, что спуск на парашюте прошёл штатно, однако за 50 секунд до ожидаемой посадки сигнал от «Скиапарелли» пропал[16][17]. Касание аппарата поверхности Марса должно было произойти в 14:48 UTC, но неполные данные от модуля во время посадки на Марс, которые были переданы через спутник-ретранслятор «Марс-экспресс» на Землю, не позволили специалистам сделать выводы о состоянии аппарата[18].

К утру 20 октября была получена вся телеметрия с TGO о маневрах «Скиапарелли» во время посадки. После неполного анализа данных было подтверждено, что, возможно, отстрел парашюта произошёл несколько раньше запланированного, а двигатели мягкой посадки могли выключиться на слишком большой высоте[10][19].

Фотографии MRO места падения «Скиапарелли» 29 мая 2016 и 20 октября 2016

21 октября Европейское космическое агентство официально подтвердило, что «Скиапарелли» разбился о поверхность Марса[20][21]. Аварийная посадка установлена по фотоснимкам с американского спутника «Mars Reconnaissance Orbiter». Сравнив между собой два кадра, сделанных до и после жесткой посадки модуля, специалисты миссии обнаружили тёмное пятно размерами 15x40 метров (вероятно, ударный кратер от аппарата) и светлое, которое может быть парашютом «Скиапарелли». Расстояние между объектами составляет один километр. Место аварии «Скиапарелли» находится всего в 5,4 километрах к западу от планируемого места посадки, то есть внутри намеченного посадочного эллипса[22][20].

Снимок места падения «Скиапарелли», сделанный камерой HiRISE 25 октября 2016 года. Видны ударный кратер и тёмные следы вокруг него (почти в центре слева), парашют и задний теплозащитный экран (слева внизу) и передний тепловой щит (справа вверху)

27 октября опубликованы новые фотографии места падения «Скиапарелли» в высоком разрешении, сделанные зондом MRO[23]. По предварительным данным, на них зафиксированы ударный кратер и тёмные следы (возможно, взрыва топливных баков[24]) вокруг него, парашют, тыловый и лобовой теплозащитные экраны[25]. Также заметны белые точки на поверхности — их происхождение пока точно неизвестно[23]. Благодаря детальным снимкам примерно оценены размеры кратера: 2,4 метра в диаметре и 50 см в глубину. Участники миссии MRO планируют получить новые снимки места аварии «Скиапарелли», которые помогут провести дополнительный анализ зафиксированных объектов: к примеру, учёные хотят разобраться в природе черной дугообразной линии, исходящей от места падения в восточном направлении[26].

Предварительные выводы основаны на результатах технического расследования. Причиной аварии спускаемого модуля стал сбой в инерциальной измерительной системе аппарата. В течение 1 секунды система выдавала отрицательное значение высоты, как если бы аппарат уже достиг поверхности. Этого оказалось достаточно для того, чтобы на высоте 3,7 километра посадочный компьютер отстрелил парашют, на короткое время включил тормозные двигатели модуля, а также включил ряд «наземных» приборов[3][2]. Согласно оценке ЕКА, аппарат совершил свободное падение с высоты от двух до четырёх километров и набрал значительную скорость, которая в момент столкновения составила более 300 км/ч[20].

По данным от мая 2017 года причиной отказа спускаемого аппарата «Скиапарелли» является ошибка программного обеспечения бортового компьютера. Это вызвало преждевременное прекращение выполнения некоторых операций при спуске. К такому выводу пришли специалисты Европейского космического агентства, проводившие независимое расследование[27].

Несмотря на потерю аппарата, в ЕКА отмечают, что «Скиапарелли» выполнил свою главную задачу: тестирование системы посадки на поверхность Марса, и успел передать 80 % от запланированного объёма данных[28].