ЭКЗОМАРС | Space Research Institute

ЭКЗОМАРС / EXOMARS

В поисках воды и жизни на Красной планете

«ЭкзоМарс» (ExoMars) — совместный российско-европейский проект по исследованию Марса с орбиты искусственного спутника и поверхности планеты.

Проект предполагалось реализовать в два этапа с запусками космических аппаратов в 2016 и 2022 годах. Реализация первого этапа проекта успешно началась в 2016 г. С 17 марта 2022 г. ЕКА приостановило реализацию второго этапа проекта из-за политических причин, после чего он был остановлен. Решение ЕКА было обнародовано 12 июля 2022 г.

Научные задачи

исследовать состав атмосферы и климат планеты с орбиты, в том числе ответить на вопрос о том, сколько и как распределен в атмосфере метан;
изучить возможный вулканизм Марса с орбиты, измеряя содержание вулканических газов в атмосфере;
изучить с орбиты распространенность воды в подповерхностном слое вещества с высоким разрешением;
изучить внутреннее строение и климат Марса с его поверхности;
определить, являются ли условия на поверхности Марса теоретически пригодными для существования жизни;
разведать районы посадки;
провести мониторинг радиационной обстановки на пути к Марсу, на орбите и поверхности планеты;
создать объединенный с ЕКА наземный комплекс приема данных и управления межпланетными миссиями.

Миссия

Два этапа проекта «ЭкзоМарс» — две миссии, включающие несколько космических аппаратов с различными комплексами научных приборов.

Соглашение по проекту и реализация

Соглашение о сотрудничестве в области исследования Марса и других тел Солнечной системы робототехническими средствами между Федеральным космическим агентством России (Роскосмос) и Европейским космическим агентством (ЕКА) было подписано 14 марта 2013 г.

Соглашение закрепляет участие России в проекте «ЭкзоМарс» и подразумевает дальнейшие возможные проекты в области исследований Юпитера и Луны.

Соглашение предусматривает полноправное участие российских ученых и инженеров во всех международных научных и технических группах, которые создаются в рамках проекта «ЭкзоМарс», а также равные права российских и европейских участников проекта на научные данные. Россия участвует в выведении аппаратов в космос и в научной программе проекта. В рамках обоих этапов в России будет создан объединенный с ЕКА наземный научный комплекс проекта «ЭкзоМарс» для приёма и обработки научной информации.

Проект предполагалось реализовать в два этапа с запусками космических аппаратов в 2016 и 2018 годах. Реализация первого этапа проекта успешно началась в 2016 г. Сроки запуска аппаратов второго этапа сдвигались на 2020 и 2022 г. С 17 марта 2022 г. ЕКА приостановило реализацию второго этапа проекта из-за политических причин, после чего он был остановлен. Решение ЕКА было обнародовано 12 июля 2022 г.

Ниже представлена информация по второму этапу проекта, бывшая актуальной до 17 марта 2022 г.

«ЭкзоМарс-2016»

Главная цель миссия — изучение Марса с орбиты его искусственного спутника. Миссия состоит из двух аппаратов:

Trace Gas Orbiter (TGO, «Орбитальный аппарат для исследования малых составляющих атмосферы»). Разработка ESA, участие России в комплексе научной аппаратуры
«Скиапарелли» (Schiaparelli или EDM, «Entry, Descent, and Landing Demonstrator Module», «Модуль для демонстрации возможности входа в атмосферу, спуска и посадки») — экспериментальный аппарат для отработки технологий посадки. Разработка ESA

Схема перелёта «Земля — Марс» аппарата TGO миссии «ЭкзоМарс-2016» с 14 марта по 19 октября 2016 г. Коррекции траектории были выполнены 28 июля, 11 августа и 14 октября. Изображение: А. Ледков, ИКИ РАН

14 марта 2016 связка аппаратов миссии «ЭкзоМарс-2016» была успешно выведена в космос. 19 октября 2016 орбитальный аппарат TGO вышел на высокоэллиптическую орбиту вокруг Марса c высотой 101 000 х 3 691 км и периодом 4,2 сола (марсианских суток). Посадка модуля «Скиапарелли» на Марс в тот же день завершилась нештатно, научная аппаратура не дала результатов.

Научные наблюдения на борту орбитального аппарата TGO начались весной 2018 года. С 15 марта 2017 по 20 февраля 2018 г. аппарат находился на стадии «аэробрейкинга» — торможения с помощью атмосферы для понижения высоты орбиты. Круговая рабочая орбита с высотой примерно 400 км над поверхностью планеты была сформирована к середине апреля 2018 г.

Основная научная миссия TGO началась в августе 2018 г.

В рамках этого этапа был создан Российский комплекс приема научной информации, дальнейшее развитие которого привело к созданию нового российского комплекса приема научной информации и резервного управления (РКПНИиРУ) для обеспечения передач команд управления на космические аппараты.

Научные задачи TGO

регистрация малых составляющих марсианской атмосферы, в том числе метана;
картирование распространенности воды в верхнем слое грунты с высоким пространственным разрешением порядка десятков км;
стереосъёмка и подготовка к посадке марсохода в рамках второго этапа проекта.

Комплекс научной аппаратуры TGO

Спектрометрический комплекс АЦС/ACS (Atmospheric Chemistry Suite) для исследования атмосферы. Разработка ИКИ РАН. Научный руководитель: член-корреспондент РАН Олег Игоревич Кораблев (ИКИ РАН)
Нейтронный детектор ФРЕНД/FREND (Fine Resolution Epithermal Neutron Detector) для поиска водородсодержащих соединений в верхнем слое грунта. Разработка ИКИ РАН. Научный руководитель: д.ф.-м.н. Игорь Георгиевич Митрофанов (ИКИ РАН)
Спектрометрический комплекс NOMAD (Nadir and Occultation for MArs Discovery) для исследования атмосферы
Камера для проведения цветной стереосъёмки поверхности CaSSIS (Colour and Stereo Surface Imaging System)

Два из четырех научных приборов на борту TGO созданы в ИКИ РАН и представляют российский вклад в проект. Подробнее о приборах можно узнать на сайте проекта «ЭкзоМарс-2016», который был создан ИКИ РАН.

«ЭкзоМарс-2022»

В ходе второго этапа исследования Марса планировалось продолжить уже на поверхности планеты. Миссия также включала два аппарата:

Автоматический марсоход «Розалинд Франклин» («Rosalind Franklin») с комплексом научной аппаратуры «Пастер» («Pasteur»). Разработка ESA, участие России в комплексе научной аппаратуры
Посадочная платформа «Казачок» («Kazachok»), которая должна была доставить марсоход на поверхность Марса. После схода марсохода платформа должна была работать как долгоживущая автономная научная станция для изучения состава и свойств поверхности и атмосферы планеты. Разработка России, участие ЕКА в научной нагрузке

Научные приборы миссии «ЭкзоМарс-2022». Таблица

Комплекс научной аппаратуры «Пастер» на борту марсохода «Розалинд Франклин»

Задачей экспериментов на борту марсохода было тщательное изучение района посадки марсохода с геологической точки зрения, с помощью оптических камер различного разрешения, спектрометров, радара и аналитических приборов. Бур на борту марсохода был способен брать образцы грунта с глубины до 2 метров.

Два из девяти научных приборов были созданы в ИКИ РАН и представляли российский вклад в проект:

Комплекс камер для панорамной съёмки поверхности PanCam (The Panoramic Camera)
Инфракрасный спектрометр ИСЕМ/ISEM (Infrared Spectrometer for ExoMars) для исследования поверхности Марса. Разработка ИКИ РАН. Научный руководитель: член-корреспондент РАН Олег Игоревич Кораблев (ИКИ РАН)
Камера CLUPI (Close - UP Imager) для съемки области бурения с близкого расстояния
Радар для исследования подповерхностной структуры и распространения льда WISDOM (Water Ice and Subsurface Deposit Observation On Mars)
Нейтронный спектрометр АДРОН-РМ/ADRON-RM для регистрации нейтронного альбедо и поиска водорода и водородсодержащих соединений в грунте. Разработка ИКИ РАН. Научный руководитель: д.ф.-м.н. Игорь Георгиевич Митрофанов (ИКИ РАН)
Спектрометрический прибор Ma_MISS (Mars Multispectral Imager for Subsurface Studies) для исследования состава грунта в скважине в процессе бурения
Видимый и инфракрасный спектрометр MicrOmega
Рамановский спектрометр RLS (Raman Spectrometer)
Аналитический комплекс MOMA (Mars Organic Molecule Analyser)

Комплекс научной аппаратуры на борту посадочной платформы «Казачок»

Посадочная платформа должна была доставить на поверхность планеты марсоход, а после и после его схода — работать как автономная научная станция, чтобы:

провести фотосъёмку в месте посадки;
выполнить долговременный мониторинг климата и атмосферные исследования;
исследовать распределение подповерхностной воды в месте посадки;
изучить круговорот летучих веществ между грунтом и атмосферой;
провести мониторинг радиационной обстановки;
исследовать внутреннее строение Марса.

Комплекс научной аппаратуры на посадочной платформе включал тринадцать научных приборов, большинство из которых были созданы в России. Два прибора были созданы в Европе и представляли европейский вклад в проект.

Камеры для служебной и научной съёмки ТСПП/TSPP
Блок электроники БИП/BIP для сбора научных данных и управления научной аппаратурой
МТК (Метеокомплекс) — комплекс датчиков для измерений на спуске и собственно метеокомплекс с датчиками температуры, давления, ветра, влажности, пыли, освещенности, датчик магнитного поля, и микрофон для записи звуков Марса
Фурье-спектрометр ФАСТ/FAST для атмосферных исследований: регистрации малых составляющих атмосферы (метан и т.д.), мониторинга температуры и аэрозолей, исследования минералогического состава поверхности
Многоканальный диодно-лазерный спектрометр М-ДЛС/M-DLS для мониторинга химического и изотопного состава атмосферы
Пассивный радиометр РАТ-М/RAT-M для измерения температуры поверхности до глубины 1 м
Нейтронный и гамма-спектрометр АДРОН-ЭМ/ADRON-EM с блоком дозиметрии для исследования распределения воды в поверхностном слое грунта, элементного состава поверхности на глубине 0,5–1 м, и дозиметрии
Сейсмометр СЕМ/SEM
Пылевой комплекс ПК/PK для изучения пыли вблизи поверхности; включает ударный датчик, нефелометр, электростатический детектор
Газовый хроматограф и масс-спектрометр МГАК/MGAK для измерения малых составляющих атмосферы, инертных газов, и их изотопных отношений
Магнитометр МЕГРЭ/MAIGRET
Радиоэксперимент для исследований внутреннего строения Марса LARA. Разработка ESA
Эксперимент HABIT по изучению обитаемости Марса, нацеленный на поиск жидкой воды, исследований УФ-излучения и температуры. Разработка ESA

Головные организации и руководители

Государственная корпорация по космической деятельности «Роскосмос» (ГК «Роскосмос»)
Европейское космическое агентство (European Space Agency, ESA/ЕКА)
АО «Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина» (АО «НПО Лавочкина»): головная организация по техническому обеспечению проекта «ЭкзоМарс» с российской стороны
Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) — головная организация по научной нагрузке проекта «ЭкзоМарс» с российской стороны
Научный руководитель проекта с российской стороны: академик РАН Лев Матвеевич Зелёный (ИКИ РАН)
Научный руководитель проекта, миссия «ЭкзоМарс-2016» с европейской стороны: Хакан Сведхем (ESA), с 2022 г. Колин Уилсон (ESA)
Научный руководитель проекта, миссия «ЭкзоМарс-2020» с европейской стороны: Хорхе Ваго (ESA)