Спирит (марсоход)

Спускаемый аппарат со «Спиритом» успешно приземлился на поверхность Марса в 4:35 UTC 4 января 2004 года. Это было началом его миссии планируемой продолжительностью в 90 сол. Очистка солнечных батарей позволила продлить его миссию, и она продолжалась до 2010 года.

«Спирит» был направлен в кратер Гусева, который раньше, возможно, был озером. Ровер приземлился примерно в 10 км от центра эллипса планируемой посадки в точке с координатами 14°34′18″ ю. ш. 175°28′43″ в. д.14,5718° ю. ш. 175,4785° в. д. / -14.5718; 175.4785

После того, как сработали подушки безопасности и посадочная платформа остановилась, ровер выехал и начал передавать панорамные изображения. Они дают ученым необходимую информацию для выбора геологических объектов, перспективных для научных исследований.

Данное панорамное изображение показывает холмы на горизонте до 27 км. Команда MER назвала посадочную платформу «Мемориальная станция шаттла Колумбия» в честь семи астронавтов, погибших в космической катастрофе шаттла Колумбия.

Панорама с места посадки, видны Аполлоновы холмы.

Первый цветной снимок, составлен из нескольких изображений «Спирита».

«Сонная лощина» — мелкое углубление, кратер (в правой части фото) диаметром 9 метров, заинтересовавший учёных из НАСА. Ровер покинул посадочную платформу и был направлен для исследования этого кратера, находящегося на расстоянии 12 метров.

Справа первое цветное изображение, составленное из нескольких снимков, полученных панорамной камерой «Спирита». У снимка было самое высокое разрешение, когда-либо принятое с поверхности другой планеты. «Мы видим мозаику из четырёх снимков Pancam: одно в высоту и три в ширину», сказал конструктор камеры Джим Белл из Корнеллского университета. Показанный снимок имел разрешение 4000 на 3000 пикселей. Тем не менее, Pancam камера может делать снимки 8 раз больше этого, также они могут быть сняты в стереоформате (например, в два слоя, что делает разрешение в два раза больше). Цвета являются достаточно точными.

Камера Pancam делает чёрно-белые снимки. Тринадцать вращающихся фильтров производят одно изображение в разных цветовых спектрах. После получения на Земле, эти снимки могут быть скомбинированы для получения цветного изображения.

21 января 2004 года (18-й сол с момента посадки) «Спирит» неожиданно перестал общаться с центром управления. На следующий день ровер на скорости 7,8 бит/с передал сигнал, подтверждающий, что марсоход принял сообщение с Земли, но находится в режиме сбоя, ответы на команды будут передаваться только периодически. Было заявлено, что возникла серьёзная неисправность, однако потенциально восстановимая в случае, если причиной проблемы является программная ошибка, а не аппаратный сбой. «Спириту» была дана команда передать данные о его техническом состоянии. 23 января ровер сначала отправил несколько коротких сообщений на очень низкой скорости, после чего, наконец, произвел передачу 73 мегабит (~9,1 мегабайт) в X-диапазоне через ретранслятор «Марс Одиссей». Эти данные показали, что марсоход не перешёл в спящий режим, а значит, он продолжает расходовать энергию в аккумуляторах и перегреваться, что потенциально может окончательно вывести его из строя, если проблема не будет исправлена в ближайшее время. На 20-й сол инженеры отправили команду SHUTDWN_DMT_TIL («Shutdown Dammit Until …», «отключиться к черту до …»), чтобы ровер отключился до заданного времени и перестал расходовать энергию, однако он проигнорировал эту команду.

Основной версией о сложившейся неполадке стало то, что марсоход застрял в т. н. «перезагрузочной петле». Марсоход был запрограммирован на перезагрузку, если в системе обнаружится неисправность. Однако, если ошибка происходила непосредственно в процессе перезагрузки, то система начинала циклически перезагружаться снова и снова. Тот факт, что проблема оставалась даже после перезагрузки, мог означать, что ошибка была не в оперативной памяти, а во флэш-памяти или в аппаратном сбое EEPROM. Последний случай, вероятнее всего, означал бы выход ровера из строя. Предполагая, что ошибка может быть именно во флэш-памяти или EEPROM, инженеры предприняли действия по перезагрузке ровера без использования флэш-памяти. Имелась возможность передавать ограниченный набор команд по радио, достаточный, однако, для того, чтобы приказать марсоходу перезагрузиться без использования флэш-памяти, что, в конечном итоге, привело к разрыву «перезагрузочной петли» и восстановлению работоспособности.

24 января 2004 года инженеры ровера объявили, что проблема была во флэш-памяти и программном обеспечении, использовавшем её для записи. Было заявлено, что аппаратная часть флэш-памяти работала нормально, а программный модуль управления файлами оказался «недостаточно отказоустойчивым» для выполняемых «Спиритом» операций, подчеркивая, что проблема была вызвана именно ошибкой в программном обеспечении, а не неисправностью оборудования. Инженеры НАСА обнаружили, что в файловой системе содержалось слишком много файлов, что было классифицировано как незначительная проблема. Большинство из них содержали данные, собранные во время полета, и не были нужны для дальнейшей работы. Придя к этому выводу, инженеры удалили часть файлов и переформатировали файловую систему на флэш-памяти. 6 февраля (33-й сол) марсоход был приведён в рабочее состояние, и научные исследования возобновились.

Камень Адирондак после бурения инструментом RAT

Круглое неглубокое отверстие на изображении образовано в ходе первого бурения породы на Марсе. Инструмент RAT на марсоходе Спирит проделал углубление в камне, названном Адирондак, 6 февраля 2004 года (34-й сол). Глубина отверстия составляет 2,65 мм, а диаметр — 45,5 мм. Оно открывает свежие горные породы для ближайшего исследования с помощью микроскопической камеры и двух спектрометров, которые находятся на руке-манипуляторе. Этот снимок был сделан панорамной камерой, с помощью его можно быстро определить успешность бурения.

«RAT превзошел все наши ожидания», — сказал Стив Горевэн, ведущий ученый инструментов соскабливания породы на обоих роверах. «С такими параметрами сверления, я не думал, что оно будет настолько глубоким. На самом деле, когда мы увидели практически идеальный круг, я был взволнован; я мог о таком только мечтать. Также отверстие было хорошо очищено от пыли».

Камень Мими в искусственных цветах

Это цветное изображение, сделанное панорамной камерой «Спирита» на 40-й сол (13 февраля 2004 года). На снимке камень под названием Мими. Мими — всего лишь один из множества камней в этой области. Область носит название Stone Council (Братство Камня, от одноимённого романа), но камень отличается от всех любых камней, которые ученые увидели в кратера Гусева до сих пор. Чешуйчатая поверхность камня Мими приводит ученых к ряду гипотез. Мими, возможно, был подвергнут высокому давлению вследствие захоронения в глубоких слоях или ударного воздействия, или он когда-то был частью дюны, спрессовавшейся в виде чешуйчатых слоёв, процесс, который иногда связан с действием воды.

Ровер на 85-й сол, снимок сделан аппаратом «Марс Глобал Сервейор»

5 марта 2004 года НАСА объявило, что «Спирит» нашёл указания на наличие воды в прошлом в камне под названием «Хамфри». Доктор Раймонд Арвидсон, профессор университета МакДоннела, кафедры планетарных наук в Университете Вашингтона, Сент-Луисе, сообщил во время конференции НАСА, прессе: «Если бы мы нашли этот камень на Земле, мы бы сказали, что он вулканический, и в нём побывало немного жидкости, которая двигалась по его трещинам». В отличие от камня, найденного марсоходом «Оппортьюнити», этот образец сформировался из магмы, а затем в его небольших трещинах появился ярко окрашенный материал, который выглядит как кристаллизовавшиеся минералы. Если эта интерпретация верна, то минералы, скорее всего, возникли из водного раствора, который воздействовал на него после того, как камень сформировался.

11 марта 2004 года (65-й сол) «Спирит» достиг кратера Бонневиль, проехав 370 м. Кратер имеет около 200 метров в диаметре, его поверхность на 10 м ниже окружающей поверхности. В Лаборатории реактивного движения решили, что нет смысла отправлять марсоход внутрь кратера, так как они не видят в нём интересных для исследования объектов. «Спирит» поехал вдоль южного края кратера и направился на юго-запад к холмам Колумбии.

Панорама кратера Бонневиль.

На 105-й сол «Спирит» достиг кратера Миссула с приблизительным диаметром 100 м и глубиной около 20 м. Кратер Миссула не был сочтён приоритетной целью для исследования, поскольку он не содержит горных пород, более древних, чем ранее изученные. Ровер обогнул его по северному краю и направился на юго-восток.

Панорама кратера Миссула.

Кратер Лахонтен, снятый на 120-й сол.

«Спирит» достиг кратера Лахонтен на 118-й сол и ехал по его краю до 120-го сола. Кратер Лахонтен имеет около 50-60 метров в диаметре и около 10 метров в глубину. Длинная дюна простирается далеко от его юго-западного края; марсоход обошёл её, так как неизвестные дюны представляют большой риск для колёс ровера, которые могут забуксовать в мягком грунте.

На 159-й сол «Спирит» достиг одной из многих целей на Холмах Колумбии — места, названного Западный Отрог (West Spur). Лощина Хэнка (Hank’s Hollow)[20] у подножия Холмов Колумбии изучалась в течение 23 солов; в ней был обнаружен необычный камень, названный «Горшок с Золотом» (Pot of Gold).

«Спирит» взял путь к скале под названием «Шерстяная Заплатка» (Wooly Patch) и изучал её с 192-го по 199-й сол. На 203-й сол «Спирит» ехал на юг, вверх по склону, и прибыл к обнажению скальных пород, названному «Кловис» (Clovis). Скала изучалась с 210-го по 225-й сол. После Кловис ровер изучал другие цели — Авен (226—235 сол), Тетл (Tetl, «камень» на языке майя, 270 сол), Учбен (Uchben — «древний») и Паленке (Palenque, 281—295 сол), Лютефиск (Lutefisk, 296—303 сол). В течение 239—262 сол «Спирит» был остановлен из-за верхнего соединения Марса, так как в это время Солнце находится между Землёй и Марсом и связь между ними невозможна.

«Спирит» ездил вокруг холма Хасбанда (Husband Hill, назван в честь астронавта Р. Хасбанда, погибшего в катастрофе шаттла «Колумбия»), и в 344 сол был готов направиться к «Cumberland Ridge», «Larry’s Lookout» и «Tennessee Valley».

Цветная панорама места "Larry's Lookout".

На 371 сол «Спирит» прибыл к камню под названием «Спокойствие» в верхней части хребта Камберленд. «Спирит» исследовал камень с помощью инструмента RAT на 373 сол.

К 390 сол (в середине февраля 2005 г.) «Спирит» поехал в направлении места «Larry’s Lookout», под гору в обратном направлении. Инженеры пытались сохранить столько энергии, сколько бы хватило для подъёма в гору.

«Спирит» в пути выполнил ряд задач, в том числе исследовал почву, под названием «Пасо Роблес», в ней ровер обнаружил наибольшую концентрацию соли, которое было найдено на Красной планете. Также почва содержала большое количество фосфора, однако не так много, как у камня «Wishstone». Скваерс сказал насчёт открытия: «Мы все ещё пытаемся разобраться, что это означает, но, очевидно, что с большой концентрацией соли вокруг, раньше здесь был рукав воды».

• 
  Камень «Горшок с Золотом»
• 
  «Спирит» поднимается к «Husband Hill»
• 
  Искусственное изображение — «Спирит» на месте «Larry’s Lookout»
• 
  Закат на Марсе, «Спирит» в кратере Гусева, 19 мая 2005 года

К 9 марта 2005 года производительность солнечных панелей марсохода снизилась до 60 %, тогда как изначально было 93 %. 10 марта ровер наблюдал за пыльными дьяволами. Ученые НАСА предполагают, что пыльные дьяволы должны очистить солнечные панели от пыли, тем самым значительно увеличив продолжительность миссии. Это первый пыльный дьявол, который когда-либо замечали «Спирит» или «Оппортьюнити», также это один из лучших моментов миссии. Ранее их сфотографировал только зонд «Пасфайндер» с марсоходом «Соджорнер».

Члены миссии «Спирита» сообщили, что 12 марта 2005 года счастливая встреча с пыльным дьяволом очистила солнечные батареи от пыли. Уровень вырабатываемой энергии резко вырос, ежедневные исследования будут расширены.

Видео пыльного дьявола на Марсе, сфотографировал марсоход «Спирит». Счётчик в левом нижнем углу указывает время в секундах, фотографии были смонтированы в видео. На заключительном кадре можно увидеть, что пыльный дьявол оставил след на поверхности Марса.

На 582 сол, 21 августа 2005 года «Спирит» достиг вершины холма Хасбанда, была получена 360-градусная панорама.

Панорама холма Хасбанда.

В 2006 году «Спирит» отправился к плато под названием Домашняя плита (англ. Home Plate), и достиг её в феврале.

Скалы возле выступающей части Домашняя плита

Фото «Спирита», также видны следы от колёс ровера, изображение снято с помощью аппарата Mars Reconnaissance Orbiter

«Спирит» прибыл к северо-западной части Домашней плиты и поднялся на слоистые обнажения к 744 сол (7 февраля 2006 года), приложив для этого большие усилия. С помощью манипулятора были проведены научные исследования.

В 2007 году «Спирит» провел несколько месяцев у основания Домашней плиты. К 1306 сол марсоход взобрался на восточный край Домашней плиты. В сентябре и октябре ровер исследовал горную породу и грунт в разных местах южной части Домашней плиты. 6 ноября «Спирит» достиг западного края Домашней плиты и начал передавать панорамные снимки плато.

Возможные метеориты, найденные на хребте «Небольшой приют»

Следующая остановка «Спирита» была запланирована на северном склоне холма МакКула, где «Спирит» будет получать достаточное количество солнечного света во время марсианской зимы. На 16 марта 2006 года, JPL объявило, что у «Спирита» начались проблемы с правым передним колесом, вскоре оно вообще перестало работать. Несмотря на это, «Спирит» по-прежнему делает успехи в исследовании холма МакКула, в связи со сломанным колесом, инженеры перепрограммировали ровер, теперь он будет ехать задом, волоча за собой поломанное колесо. В конце марта «Спирит» столкнулся с рыхлой почвой, которая препятствует исследованию холма МакКула. Было принято решение о прекращении исследования холма МакКула и вместо этого его отправили исследовать соседний хребет под названием «Небольшой приют».

Добравшись до хребта 9 апреля 2006 года, ровер припарковался на гребне с углом наклона в 11° к северу, «Спирит» провел восемь месяцев на гребне, в это время он наблюдал за ближайшими окрестностями. Ровер не передвигался, так как у него был низкий уровень энергии, проблемы с энергией он испытывал во время марсианской зимы. Ровер сделал своё первое движение, когда совершил короткий манёвр к камню, чтобы он был в пределах досягаемости роботизированной руки, в начале ноября 2006 года, после коротких дней верхнего соединения Марса, связь с Землёй была ограничена.

Во время нахождения «Спирита» на хребте «Небольшой приют» он исследовал два камня и получил химический анализ, подобный составу метеорита «Heat Shield Rock», который нашёл марсоход «Оппортьюнити». Названный «Чжун Шань» в честь людей: Сунь Ят-сена и Аллан Хиллз, за место в Антарктиде, где было найдено несколько марсианских метеоритов, они выделялись на фоне снега, так как были темнее его. Далее проводилось спектрографическое тестирование, чтобы определить точный состав пород, которые могут оказаться метеоритом.

4 января 2007 года, к 3-й годовщине посадки, программное обеспечение марсоходов было обновлено. Теперь марсоход мог самостоятельно принимать решение о необходимости передачи изображения, изучения горной породы, протягивания манипулятора и т. д., без участия операторов с Земли. Это существенно ускорило исследования, так как отпала необходимость согласования действий аппарата, который больше не ждал радиосигнала из НАСА, и упростило работу исследователей, до этого самостоятельно анализировавших сотни изображений, приходящих от марсохода.

Ровер открывает почву, богатую кремнезёмом

Нерабочее колесо «Спирита» принесло пользу для программы. Ровер с декабря 2007 года тянет за собой неработающее колесо, которое соскабливает верхний слой марсианского грунта, открывая новые участки земли. Учёные считают, что такие срезы содержат достаточно сведений о прошлом окружающей среды Марса, которая, по их мнению, могла подходить для жизни микробов.

Она похожа на районы Земли, где вода или пар от горячих источников вступают в контакт с вулканическими породами. «На Земле эти места, как правило, кишат бактериями», — сказал главный оператор марсохода Стив Скуирес. «Мы этому очень рады», — добавил на встрече Американского геофизического союза (AGU). Этот район содержит высокую концентрацию кремнезёма — главного компонента стекла. Исследователи пришли к выводу, что данный материал мог образоваться только двумя способами. Первый: горячие месторождения под землёй, когда вода растворяется с кремнезёмом в одном месте, а затем извергается наружу (например, гейзером). Второй: кислый пар, поднимающийся через трещины в горных породах, впитывает минеральные компоненты, затем оставляет позади них кремнезём. Важная вещь состоит в том, какая из гипотез верна, так как это имеет значение о прошлом среды на Марсе. Скуирес объяснил для BBC News, что горячая вода представляет собой среду, в которой микробы могут свободно развиваться, производя кремнезём. Скуирес добавил: «В любом месте Земли вы можете найти горячие источники, а в ней есть все необходимые компоненты для микробной жизни».

Автопортрет «Спирита» показывает пыль, скопившуюся на солнечных панелях (октябрь 2007 года)

К концу июня 2007 года пылевые бури начали закрывать марсианскую атмосферу пылью. Пыльная буря усилилась, и 20 июля как у «Оппортьюнити», так и у «Спирита» появилась реальная опасность выйти из строя из-за отсутствия солнечного света, который нужен им для выработки энергии. НАСА распространило сообщение для прессы, в котором говорилось: (частично) «Мы верим в наши роверы, и надеемся, что они переживут этот шторм, но они не разрабатывались для таких условий». Основная проблема заключалась в том, что пыльная буря резко снизила поступление солнечного света. В атмосфере Марса находится так много пыли, что она блокирует 99 процентов прямых солнечных лучей, которые должны падать на солнечные панели. Марсоход «Спирит», который работает на другой стороне Марса, получал немного больше света, чем его близнец «Оппортьюнити».

Обычно солнечные батареи на роверах вырабатывали около 700 ватт·час (2,5 МДж) энергии в день. Во время бури они вырабатывали значительно меньше энергии, роверы генерировали только 128 ватт·час (0,48 МДж) в день. Если роверы будут вырабатывать менее 150 ватт·час (0,54 МДж) в день, то они начнут терять заряд аккумуляторов. Если аккумуляторы иссякнут, то основное оборудование, скорее всего, выйдет из строя из-за сильного холода. Инженеры запрограммировали оба ровера на низкое потребление энергии для того, чтобы переждать бурю. В конце августа буря начала ослабевать, что позволило роверам успешно зарядить свои аккумуляторы. Они продолжали находиться в спящем режиме, чтобы переждать остатки бури.

Карта маршрута «Спирита», до 1506 сола (2 апреля 2008 года). Место посадки находится в левом верхнем углу.

10 ноября 2008 года из-за обширных пылевых бурь выработка энергии сократилась до 89 Вт·час в день — критический уровень. Сотрудники НАСА выразили надежду, что «Спирит» переживёт бурю, выработка энергии увеличится, и что ветер очистит солнечные панели от пыли. Инженеры пытались сэкономить энергию за счёт отключения некоторых приборов, включая обогреватели. 13 ноября 2008 года марсоход проснулся и осуществил контакт с ЦУП по расписанию.

С 14 ноября 2008 года по 20 ноября 2008 года солнечные панели «Спирита» вырабатывали 169 Вт·час в день. Обогреватель Теплового Эмиссионного Спектрометра (который потреблял около 27 ватт·час энергии в день) был отключен 11 ноября 2008 года, его тестирование показало, что он повреждён, его отключение позволило сэкономить значительную часть энергии, так необходимую для основных обогревателей ровера. Вскоре произошло верхнее соединение Марса (положение, когда Солнце находится между Марсом и Землёй), и поэтому с 29 ноября 2008 года по 13 декабря 2008 года общение с марсоходом было невозможно.

Слева виден рыхлый грунт, в котором застрял ровер.

6 февраля 2009 года ветер удачно сдул часть пыли с солнечных панелей. Это привело к увеличению выработки энергии до 240 ватт·час в день. НАСА заявило, что прибавка энергии будет использоваться преимущественно для передвижения.

С 18 по 28 апреля выработка энергии продолжала увеличиваться, за счёт новых очисток панелей ветром. Выработка энергии поднялась с 223 ватт·час в день (31 марта) до 372 ватт·час в день (29 апреля).

1 мая 2009 года ровер застрял в мягком грунте, богатом сульфатом железа (ярозитом) и скрытом под коркой нормального грунта. Сульфат железа очень рыхлый, и колёса ровера прокручиваются в нём. Члены команды Лаборатории реактивного движения воссоздали ситуацию с помощью макета марсохода на Земле и проводили с ним испытания; также они проводили компьютерное моделирование в попытках найти выход из сложившейся ситуации. Ситуацию трудно воспроизвести на Земле, так как на Марсе меньше сила тяжести и слабее атмосферное давление. Тесты с макетом «Спирита» были проведены в Лаборатории реактивного движения в специальной песочнице, чтобы попытаться сымитировать рыхлый грунт в условиях слабой гравитации. Попытки высвобождения ровера начались 17 ноября 2009 года.

17 декабря 2009 года правое переднее колесо неожиданно отработало в нормальном режиме в течение первых трёх попыток вращения. Было неизвестно, насколько это поможет, так как правое заднее колесо вышло из строя 28 ноября и оставалось неработающим до конца миссии. У ровера оставалось только четыре полностью работающих колеса. Возникла опасность, что если команда не сможет освободить ровер и отрегулировать угол наклона солнечных панелей, то марсоход сможет продержаться только до мая 2010 года.

Цветная панорама места под названием «Троя».

Заключительное путешествие «Спирита» вокруг «Домашней плиты» — конечная точка всего маршрута.

26 января 2010 года, после нескольких месяцев неудачных попыток освобождения марсохода, НАСА решило переименовать миссию ровера, назвав его стационарной платформой для исследований. Усилия были направлены на подготовку более подходящего положения по отношению к Солнцу для обеспечения эффективной подзарядки аккумуляторов ровера. Это было необходимо для сохранения самых нужных инструментов во время марсианской зимы.

Последняя связь с марсоходом была на 2210 сол (22 марта 2010 года). Есть большая вероятность того, что батареи марсохода потеряли так много энергии, что в какой-то момент часы миссии остановились. В предыдущие зимы марсоход смог оставаться в благоприятных условиях освещения и сохранять свою внутреннюю температуру не ниже −40 °C, но так как марсоход застрял в песке и не был под нужным углом на Солнце, по оценкам, его внутренняя температура упала примерно до −55 °C.

30 марта 2010 года «Спирит» не вышел на запланированный сеанс связи, и, как предполагают инженеры, перешёл в спящий режим из-за нехватки энергии.

Лаборатория реактивного движения продолжала попытки восстановить контакт со «Спиритом» до 25 мая 2011 года, когда НАСА объявило о прекращении усилий восстановить с ним контакт, а также о завершении миссии. Основной причиной выхода марсохода из строя считается воздействие низких температур, повредивших важные детали и оборудование. Из-за суровых марсианских зим и недостаточного количества солнечного света марсоход получал недостаточно энергии, поэтому обогреватели работали нестабильно.