Десять лет у Марса: миссия «ЭкзоМарс-2016»

Ровно десять лет назад 19 октября 2016 года орбитальный аппарат ТГО миссии «ЭкзоМарс-2016» (Роскосмос/ЕКА) вышел на эллиптическую орбиту вокруг Марса. На борту орбитального марсианского аппарата ТГО успешно работают два российских научных прибора, созданных в ИКИ РАН. Благодаря им ученые всего мира узнали много нового об атмосфере и залежах льдов на Красной планете.

Космический аппарат ТГО (TGO, Trace Gas Orbiter) — основной аппарат миссии «ЭкзоМарс-2016». На борту ТГО установлены четыре научных прибора, два из них созданы в ИКИ РАН:

спектрометрический комплекс АЦС (ACS, Atmospheric Chemistry Suite) для исследования атмосферы. Научный руководитель: член-корреспондент РАН Олег Игоревич Кораблев, руководитель отдела физики планет ИКИ РАН,
нейтронный детектор ФРЕНД (FREND, Fine Resolution Epithermal Neutron Detector) для поиска водородсодержащих соединений в верхнем слое грунта. Научный руководитель: д.ф.-м.н. Игорь Георгиевич Митрофанов, руководитель отдела ядерной планетологии ИКИ РАН.

Комплекс АЦС включает три спектрометра, работающих в ближнем, среднем и тепловом инфракрасных диапазонах. Они исследуют состав атмосферы планеты с беспрецедентной чувствительностью: иным словами, они способны регистрировать наличие веществ, даже если их концентрация составляет несколько частиц на триллион.

Это необходимо, в том числе, чтобы «поймать» газы — биомаркеры, которые свидетельствуют о возможной современной микробной активности на Марсе. Поиски следов прошлой жизни или свидетельств её существования в наши дни — одна из главных целей проекта «ЭкзоМарс», что отражено и в названии проекта: «экзо-» — от «экзобиология».

До запуска наиболее вероятным кандидатом в биомаркеры считался метан. Однако, как оказалось по данным АЦС, в атмосфере Марса нет значимых концентраций метана — верхний предел на его содержание составляет не более 20 частиц на триллион.

Хлороводород на Марсе в течение марсианского года по данным спектрометрического комплекса АЦС на борту КА ТГО (миссия «ЭкзоМарс-2016», Роскосмос/ЕКА). По горизонтали указано положение Марса на орбите (солнечная долгота), которое соответствует сезону; по вертикали — широта. Кружками обозначены результаты АЦС, ромбами — NOMAD. Цвет кружков и ромбов соответствует количество HCl в атмосфере (шкала справа, ppbv). Градациями коричневого цвета показана интенсивность глобальной пылевой бури. Изображение: Korablev et al (2021)

Но спектрометрам АЦС удалось обнаружить в атмосфере Марса что-то по-настоящему новое — хлороводород. По данным АЦС, этот газ обнаруживается в теплый сезон (в период перигелия), сопровождающийся также высокой пылевой активностью. Согласно исследованиям, хлороводород может участвовать в эффективном разрушении метана, а также служить индикатором продолжающейся геологической активности планеты.

Открытие хлороводорода и новые ограничения на содержание метана в атмосфере — только наиболее «громкие» результаты работы АЦС. Кроме этого, по данным прибора уточнён «круговорот воды» на Марсе, исследованы аэрозоли и марсианские облака, изучены гравитационные волны в атмосфере планеты, открыта новая полоса поглощения углекислого газа.

Слева: центральная часть Долин Маринера, белыми контурами отмечены районы 1, 2 и 3 с предельно высоким содержанием воды до 100% по массе, по данным прибора ФРЕНД/ТГО. Эти районы, вероятно, содержат водяной лед вечной мерзлоты. Справа: окружающая эти районы область с умеренным содержанием воды около 14%, в состав грунта которой входят гидратированные минералы. Цветные точки на карте слева: данные прибора CRISM на КА MRO (НАСА). Они подтверждают это предположение и указывают на присутствие разных типов таких минералов. Рельеф поверхности каньона показан оттенками серого. Цветовая шкала внизу соответствует средней доле воды в грунте (Water Equivalent Hydrogen, %). Изображение: ИКИ РАН

Нейтронный телескоп ФРЕНД проводит детальное картирование распространения воды в верхнем слое грунта Марса. На полученных с его помощью картах можно увидеть как обширные «засушливые» районы, так и своеобразные «оазисы», где содержание водорода в грунте превышает 20%. Интересно, что «оазисы» находятся на умеренных широтах, где температура и давление атмосферы не благоприятствуют сохранению воды. В частности, два района находятся относительно близко к экватору — рядом с землёй Аравия (Arabia Terra) и в её центре.

Наибольший интерес представляет область на дне каньона Долины Маринер (Valles Marineris), где по данным прибора ФРЕНД обнаружены районы, в которых содержание воды достигает предельных значений по массе около 100%, что можно интерпретировать как ледники «вечной мерзлоты» (на рисунке). Эти районы окружены территорией, в состав грунта которой входят гидратированные минералы. Ледники и богатые водой минералы, вероятно, сохранились с древней эпохи эволюции Марса, когда на дне каньоне располагалось озеро.

Данные ФРЕНД и входящего в его состав дозиметра гамма-излучения «Люлин-МО» (создан в Болгарской академии наук) используются и для изучения радиационной дозы на орбите и на поверхности планеты. Это важно для планирования будущих экспедиций к Марсу.

«ЭкзоМарсианские хроники»

Успешный старт миссии «ЭкзоМарс-2016» (Роскосмос/ESA) состоялся 14 марта 2016 г. в 12:31 (мск) с космодрома Байконур с помощью ракеты-носителя «Протон-М» с разгонным блоком «Бриз-М». Они вывели в космос связку из двух аппаратов: ТГО (TGO, Trace Gas Orbiter) и «Скиапарелли» (Schiaparelli). После запуска и четырех успешных включений разгонного блока произошло отделение связки космических аппаратов и начался перелет к Марсу. На управление аппараты взял Европейский центр управления космическими полётами (Дармштадт, Германия). Первый сигнал был принят в 00 час 28 мин 15 марта (мск).

16 октября 2016 г. при подлёте к Марсу состоялось разделение аппаратов TGO и «Скиапарелли». 19 октября орбитальный TGO совершил успешный манёвр по выходу на эллиптическую орбиту вокруг Марса. В этот же день посадочный модуль «Скиапарелли» совершил попытку посадки на Марс, которая завершилась нештатно.

До конца 2016 г. TGO находился на высокоэллиптической орбите 101 000 × 3 691 км с периодом 4,2 земных суток. Первые включения научных приборов были проведены уже на этой орбите. Далее, в начале 2017 г. в результате серии манёвров TGO изменил наклонение орбиты с 7 до почти 74 градусов и уменьшил высоту периария и апоария (перицентр и апоцентр орбиты вокруг Марса). С середины марта начался манёвр аэробрейкинга — торможения с помощью атмосферы, с целью сформировать почти круговую орбиту с высотой порядка 400 км. Эта стадия была завершена весной 2018 г. С этого времени и началась штатная работа миссии.

Для миссии «ЭкзоМарс-2016» в России были созданы Наземный научный комплекс и Российский комплекс приема научной информации (РКПНИ). РКПНИ был создан на базе двух антенных систем АО «ОКБ МЭИ» (входит в ГК «Роскосмос») с диаметром зеркал 64 метра, которые расположены в Центрах дальней космической связи (ЦДКС) Медвежьи Озера и Калязин. РКПНИ работает совместно со станциями дальней космической связи ЕКА и НАСА и в настоящее время обеспечивает приём основного объёма данных с КА ТГО.

Name

Используемые в РКПНИ 64-метровые антенны АО «ОКБ МЭИ» (входит в ГК «Роскосмос») в Медвежьих Озёрах (слева) и Калязине (справа). Первые телеметрические данные российских приборов АЦС и ФРЕНД. По клику открывается полное изображение

Тэги

ЭкзоМарс