Новый марсоход НАСА готов к использованию космических лазеров

Perseverance — один из немногих космических аппаратов для исследования Марса, оснащенных лазерными световозвращателями. Эти устройства могут обеспечить новые научные данные и более безопасную посадку на Марс в будущем.

Когда астронавты «Аполлона» приземлились на Луне, они принесли с собой устройства, называемые ретрорефлекторами, которые по сути представляют собой небольшие массивы зеркал. План состоял в том, чтобы ученые на Земле направили на них лазеры и вычислили время, необходимое для возвращения лучей. Это обеспечило исключительно точные измерения орбиты и формы Луны, включая то, как она немного изменилась в зависимости от гравитационного притяжения Земли.

Perseverance
На врезке слева вверху и около центра марсохода НАСА Perseverance на этой иллюстрации виден купол размером с ладонь, который называется Laser Retroreflector Array (LaRA). В далеком будущем на орбитальных аппаратах Марса, оснащенных лазером, можно будет использовать такой отражатель для научных исследований.
Фото: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех

Исследования с использованием этих лунных ретрорефлекторов эпохи Аполлона продолжаются и по сей день, и ученые хотят провести аналогичные эксперименты на Марсе. Марсоход НАСА Perseverance, который должен приземлиться на Красной планете 18 февраля 2021 года, несет на себе лазерный ретрорефлектор размером с ладонь (LaRA). Есть также небольшой на борту посадочного модуля, который называется Laser Retroreflector for InSight (LaRRI). А ретрорефлектор будет на борту марсохода ExoMars ЕКА (Европейского космического агентства), который будет запущен в 2022 году.

Хотя в настоящее время нет лазера для такого рода исследований Марса, устройства ориентированы на будущее: подобные отражатели однажды могут позволить ученым, проводящим так называемые исследования с лазерной дальностью, измерить положение марсохода на поверхности Марса, проверить общую теорию относительности Эйнштейна и помочь сделать будущие высадки на Красную планету более точными.

«Лазерные ретрорефлекторы — это блестящие точечные маркеры положения, — заявила Симоне Дель’Анджелло, руководившая разработкой всех трех ретрорефлекторов в Национальном институте ядерной физики Италии, который создавал устройства от имени Итальянского космического агентства. — Поскольку они просты и не требуют обслуживания, они могут работать десятилетиями».

Лазерный ретрорефлектор для InSight
Лазерный ретрорефлектор для InSight (LaRRI) — это медный полукупол на палубе посадочного модуля НАСА InSight. На этом изображении показано расположение LaRRI под целью калибровки InSight.
Фото: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех

Коробка с зеркалами

Эти устройства работают как велосипедные отражатели, отражая свет в направлении его источника. Например, LaRA представляет собой купол шириной 2 дюйма (5 сантиметров), испещренный полудюймовыми отверстиями, содержащими стеклянные ячейки. В каждой ячейке три зеркальные грани расположены под углом 90 градусов друг к другу, так что свет, попадающий в отверстия, направляется обратно в том же направлении, откуда он исходил.

LaRA намного меньше, чем ретрорефлекторы на Луне. Самые ранние из них, доставленные миссиями «Аполлон-11» и «Аполлон-14», имеют размер типичного компьютерного монитора и оснащены 100 отражателями; те, которые поставляет Apollo 15, еще больше и оснащены 300 отражателями. Это потому, что лазеры должны преодолеть расстояние в 770 тысяч километров до Луны и обратно. На обратном пути лучи настолько слабые, что их не может обнаружить человеческий глаз.

Лучи, которые были построены для отражения LaRA от Perseverance и LaRRI от InSight, на самом деле будут иметь гораздо более короткое путешествие, несмотря на то, что Марс находится на расстоянии около 401 миллион километров до самой дальней точки от Земли. Вместо того, чтобы путешествовать туда и обратно с Земли, что потребовало бы огромных ретрорефлекторов, лазерным лучам просто нужно было бы перемещаться туда и обратно с будущего орбитального аппарата Марса, оснащенного соответствующим лазером.

Светящаяся наука

Такой орбитальный аппарат мог бы определить точное положение ретрорефлектора на поверхности Марса. А поскольку Perseverance будет мобильным, он может предоставить несколько точек отсчета. Между тем, положение орбитального аппарата также будет отслеживаться с Земли. Это позволило бы ученым проверить общую теорию относительности Эйнштейна, как они это сделали с ретроотражателями на Луне. На орбиту каждой планеты большое влияние оказывает изгиб пространства-времени, создаваемый большой массой Солнца.

«Этот вид науки важен для понимания того, как гравитация формирует нашу Солнечную систему, всю Вселенную и, в конечном итоге, роли темной материи и темной энергии», — отметила Делл’Анджелло.

В случае посадочного модуля InSight, который приземлился 26 ноября 2018 года, наука о лазерной локации также может помочь основной миссии космического корабля по изучению глубоких недр Марса. InSight полагается на радиоприбор для обнаружения тонких различий во вращении планеты. Изучая с помощью прибора, как планета колеблется с течением времени, ученые могут, наконец, определить, является ли ядро ​​Марса жидким или твердым.

И если бы научная группа могла использовать ретрорефлектор посадочного модуля, они могли бы получить даже более точные данные о местоположении, чем предоставляет радиостанция InSight. LaRRI также может определять, как ландшафт смещается во времени и в каком направлении, показывая, как марсианская кора расширяется или сжимается.

Лазерный дальномер ретро-рефлектор
Снимок крупным планом, сделанный 5 февраля 1971 года, на лазерный рефлектор дальнего действия (LR3), который астронавты «Аполлона-14» развернули на Луне во время своих выходов в открытый космос.
Фото: НАСА

Улечшение посадки на Марс

Посадка на Марс сложна. Чтобы безопасно спуститься на поверхность, миссия будет полагаться на Terrain-Relative Navigation, новую технологию, которая сравнивает изображения, сделанные во время спуска, с бортовой картой. Если космический корабль видит, что приближается слишком близко к опасности (например, обрыв утеса или песчаные дюны), он может отклониться.

Но в таком критически важном событии у вас никогда не может быть слишком много резервных копий. В будущих миссиях, устремляющихся к поверхности Красной планеты, можно было бы использовать серию контрольных точек от лазерных световозвращателей в качестве проверки работы их систем относительной навигации по местности — и, возможно, даже повысить их точность до нескольких сантиметров. Когда разница между успешной посадкой возле привлекательного геологического образования или скольжением по крутому склону стены кратера может быть измерена в простых футах, световозвращатели могут иметь решающее значение.

«Лазерная локация может открыть новые возможности для исследования Марса», — сказала Делл’Анджелло.

Подробнее о миссии

Ключевой целью миссии Perseverance на Марсе является астробиология, включая поиск признаков древней микробной жизни. Марсоход также будет изучать климат и геологию планеты, проложит путь для исследования Красной планеты людьми и станет первой планетарной миссией по сбору и хранению марсианских камней и реголита (битых камней и пыли). Последующие миссии, которые в настоящее время рассматриваются НАСА в сотрудничестве с Европейским космическим агентством, будут отправлять космические аппараты на Марс, чтобы собрать эти кэшированные образцы с поверхности и вернуть их на Землю для углубленного анализа.

Марсоход Mars 2020 Perseverance, управляемый для НАСА JPL, подразделением Калифорнийского технологического института в Пасадене, штат Калифорния, является частью более крупной программы, которая включает миссии на Луну как способ подготовки к исследованию Красной планеты человеком. В задачу НАСА входит возвращение астронавтов на Луну к 2024 году, а к 2028 году НАСА обеспечит устойчивое присутствие человека на Луне и вокруг нее в рамках планов НАСА по исследованию Луны.

Сверхконкурентный Realme 7 Pro с Super AMOLED, 64 Мп квадрокамерой и зарядкой 65W SuperDart уже доступен в Украине.

Для развития своего сайта рекомендуем использовать Sitechecker.

-->