15 ноября исполнилось полгода с начала работы на Марсе китайского марсохода «Чжужун». Что же было сделано на равнине Утопия и на орбите вокруг Марса за это время?
Напомним, что первый китайский комплекс для изучения Марса стартовал на ракете CZ-5 с космодрома Вэньчан 23 июля 2020 г. ( https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/75042.html ) и вышел на орбиту спутника Марса 10 февраля 2021 г. ( https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/78782.html ).
После необходимых испытаний и маневров 15 мая 2021 г. в 04:18:54 пекинского времени (14 мая в 20:18:54 UTC) на специально сформированной для этого незамкнутой орбите было произведено отделение десантного комплекса, который в 07:08:54 вошел в атмосферу Марса. 279 секунд продолжался управляемый спуск в атмосфере с аэродинамическим торможением, после чего на высоте около 13 км при скорости около 450 м/с была введена парашютная система. Еще через 20 сек был сброшен донный теплозащитный экран и развернуты опоры посадочной платформы.
На высоте 1.3 км при скорости 95 м/с был отстрелен хвостовой конус с парашютом, и посадочный аппарат продолжил управляемый спуск на тяге бортовых ЖРД. После оценки посадочной площадки в зависании на высоте 100 м и бокового смещения в выбранную бортовым компьютером точку на 537-й секунде от входа в атмосферу, то есть в 07:17:51 пекинского времени, аппарат выполнил мягкую посадку. Это произошло на марсианской равнине Утопия в точке с координатами 25.066°с.ш., 109.925°в.д.; перелет расчетного места составил 3.1 км, боковое отклонение – 1.2 км.
В первые же минуты и часы после посадки ровер «Чжужун» провел запланированную серию операций по приведению себя в рабочее состояние – поднял мачту с камерами и ориентируемую антенну, развернул две откидные секции солнечных батарей, расфиксировал подвеску колес. Лишь после этого настало время для съемки окрестностей.
Тем временем 15 мая орбитальный аппарат «Тяньвэнь-1» спешно покинул временную траекторию попадания в Марс, а уже 17 мая, в следующем перицентре, сманеврировал на новую орбиту с расстоянием в апоцентре около 16000 км и периодом обращения 8.2 часа, то есть 1/3 марсианских суток. Это давало два ежесуточных «окна» для связи с посадочным аппаратом: одно вблизи перицентра, рассчитанное на радиосистему ближнего действия УКВ-диапазона, второе вблизи апоцентра, под радиосистему X-диапазона.
Однако до того, как эти маневры закончились, марсоход располагал лишь прямым радиоканалом X-диапазона на Землю с мизерной пропускной способностью 16 бит/с. По нему можно было передать только низкоскоростную телеметрию, подтверждающую прохождение необходимых операций. Первые фотографии с поверхности поступили на Землю лишь 18 мая ( https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/80013.html ) и были опубликованы на следующий день.
Первую панораму с Красной планеты стоящий на посадочном аппарате марсоход отснял в течение 19-21 мая, но опубликовали ее лишь 11 июня, а видеозапись развертывания парашюта во время спуска – и вовсе 24 июня. А вот короткое видео отделения десантного комплекса появилось уже 19 мая, так как оно было записано на «Тяньвэне» и без проблем ушло с него по хорошему каналу связи. Кстати, 25 мая на орбитальном аппарате развернули штангу магнитометра, чтобы можно было запустить в работу этот прибор, созданный в Университете науки и техники Китая в Хэфэе.
Тем временем 22 мая в 10:40 пекинского времени марсоход «Чжужун» массой 240 кг спустился на грунт Красной планеты и остановился в 0.52 м от рампы. Китайцы опубликовали снимки со служебных камер, сделанные перед сходом, во время него и сразу после, и надолго замолчали…
Лишь 7 июня Китайская национальная космическая администрация CNSA опубликовала детальные снимки района посадки, сделанные камерой высокого разрешения MHC на «Тяньвэне» до и после десантирования на Марс. На том, что сделали 2 июня около 18:00 пекинского времени, была видна марсианская равнина с редкими кратерами и песчаными дюнами и все попавшие на поверхность планеты объекты: посадочный аппарат, хвостовой обтекатель в 1600 м на юго-запад от него, хвостовой обтекатель с парашютом примерно в 350 метрах к югу и ровер метрах в пяти южнее лэндера. А поскольку сходил на грунт он в восточном направлении, вывод был железный: «Чжужун» не умер, как начали было голосить сетевые кликуши, он движется!
10 июня эстафету подхватили исследователи из Университета Аризоны, опубликовавшие цветное изображение района посадки на основе снимка, сделанного 6 июня камерой HiRISE на американском спутнике MRO с высоты 287 км. Парашют и посадочная платформа, разумеется, были найдены на тех же местах, а вот ровер за четверо суток заметно сместился к югу.
Наконец, 11 июня на специальной пресс-конференции в Пекине были представлены детальная цветная панорама, собранная из кадров топографической камеры TC на «Чжужуне», «парадный» снимок посадочного аппарата с юго-юго-восточного направления с дистанции около 6 м, сделанный 26 мая, и «гвоздь программы» – совместное «селфи» лэндера и ровера. Как пояснили специалисты, еще 1 июня, отойдя на 10 метров к югу, «Чжужун» сбросил на грунт автономную камеру, размещенную под днищем марсохода, а после этого вновь сместился к северу и встал в кадре рядом с лэндером. Уникальный снимок двух земных «гостей» с красными флагами на каждом был сделан 1 июня в 16:09 пекинского времени. Фотографии и видеозапись движения ровера были переданы на него по линии беспроводной связи, затем с «Чжужуна» на «Тяньвэнь», а с орбитального аппарата – уже на Землю.
К этому дню ровер прошел уже более 80 м по поверхности Марса, причем максимальный дневной переход составил 12 м. Подобно американскому марсоходу MSL, он оставлял в марсианской пыли собственную метку, впечатывая в грунт с каждым поворотом колеса иероглиф 中 как символ Срединного государства. Помимо символического, она имела и вполне практическое значение, позволяя выявить проскальзывание и более точно измерить пройденный путь. При отсутствии проскальзывания метки ложились с интервалом в 1 метр.
Заинтересованные наблюдатели гадали, куда же направится «Чжужун». В 3 км к северу от точки посадки и на снимках с орбиты, и на панораме виднелся грязевой вулкан, конус которого был до краев заполнен застывшим грунтом. Быть может, именно он будет наилучшим объектом для исследования?
12 июня в интервью Глобальной телевизионной сети Китая CGTN главный конструктор наземной прикладной системы проекта «Тяньвэнь-1» Лю Цзяньцзюнь (刘建军) сообщил, что руководители проекта приняли решение идти на юг. В этом направлении повышался уровень рельефа Марса, обозначая переход от дна древнего океана к суше, и именно там ученые рассчитывали найти такие объекты, как грязевые вулканы и подповерхностный лед. Главный конструктор марсианского комплекса «Тяньвэнь-1» Сунь Цзечжоу (孙泽洲), в свою очередь, добавил, что ровер находится в отличном состоянии – отчасти благодаря прекрасным погодным условиям в районе посадки.
На снимке MRO, сделанном 11 июня и опубликованном 24 июня, «Чжужун» находился примерно в 70 м южнее посадочного аппарата. Следующая отметка появилась на общедоступных картах 27 июня, когда Синьхуа сообщило, что марсоход прошел уже 236 метров, и опубликовало новую панораму, а также фрагменты видео с автономной камеры и звукозапись шума марсианского ветра и работы механизмов ровера.
Очередное путевое сообщение гласило, что 26 июня «Чжужун» остановился возле красной дюны длиной около 40 метров, шириной до 8 м и высотой 0.6 м. Это был первый подобный объект на пути на юг, так что марсоход задержался здесь на несколько дней, однако опубликован был лишь детальный снимок дюны навигационной камерой с шестиметровой дистанции.
Руководители проекта сообщили, что на переходах работают метеокомплекс MMM и подповерхностный радар MRSER, в точках стоянок включается магнитометр MMFD, а если встретились интересные камни и участки дюн, используются мультиспектральная камера MSC и лазерный спектрометр MSCD для определения состава пород.
4 июля, в 50-й день работы на Марсе, марсоход проследовал мимо первой дюны на юг и вновь отснял ее «с тыла». В кадр попал и хвостовой обтекатель, до которого оставалось еще примерно 130 м пути, в то время как посадочный аппарат находился в 210 м позади.
8 июля «Чжужун» прошел 300-й метр маршрута, к вечеру 11 июля был на отметке 410.025 м, а 15 июля перевалил за 450 м. В этот 60-й марсианский день ровер проследовал мимо хвостового экрана и парашюта, оставив их в 30 метрах сбоку от маршрута без детального осмотра.
Существенный прирост скорости был связан с изменением графика работы: вместо первоначального трехсуточного цикла (съемка, планирование, движение, исследования) группа управления перешла на семидневную неделю с ежесуточным циклом планирования и исследований. Сеансы связи с ровером проводились один или два раза в сутки, причем на случай сбоя бортового компьютера марсоход был «обучен» определению времени сеанса по Солнцу. Время начала и конца дневной работы он определял самостоятельно, а активная подвеска и алгоритмы планирования пути и уклонения от препятствий сводили к минимуму необходимость вмешательства с Земли. Ночной обогрев обеспечивала специальная химическая «печка»: днем под действием солнечного тепла в специальном контейнере на верхней плоскости ровера плавился n-ундекан, а ночью он застывал, отдавая тепло.
К вечеру 17 июля пройденная дистанция достигла 509 м. Ровер миновал дефиле между двумя новыми крупными дюнами и остановился возле той, что лежала слева от маршрута.
23 июля исполнился год со дня запуска «Тяньвэня». По этому случаю агентство Синьхуа сообщило, что «Чжужун» находится на 585-метровой отметке, и впервые была опубликована официальная карта пройденного пути.
30 июля Синьхуа со ссылкой на Центр исследования Луны и космической программы сообщило, что марсоход достиг зоны сложного рельефа, где много камней, ударных кратеров и дюн. Тем не менее благодаря ежесуточному планированию пути на основе навигационных снимков «Чжужун» продолжал двигаться достаточно быстро, и 6 августа достиг отметки 808 м.
15 августа закончился 90-й сол работы марсохода; тем самым было выполнено его основное задание. «Чжужун» прошел за это время 889 м, а его приборы собрали около 10 Гбит «сырых» научных данных. В частности, радар MRSER позволил получить вертикальный разрез подповерхностных слоев по маршруту.
CNSA объявила, что ровер продолжит движение к границе древнего моря и суши в южной части Утопии, выполняя дополнительную программу.
23 августа «Чжужун» достиг километровой отметки, а к 30 августа прошел 1064 м и находился примерно в 800 м к югу от места посадки. Последние несколько дней он шел на запад, чтобы обогнуть очередную крупную дюну. 24 августа марсоход и его путь были отсняты с орбиты «Тяньвэнем» с разрешением около 1 м, что позволило уточнить карту пути.
30 августа по случаю юбилейного, 100-го марсианского дня «Чжужуна», Народный банк Китая выпустил набор памятных монет из драгоценных металлов. В него вошли серебряная монета массой 30 г и номиналом 10 юаней, малая золотая монета массой 8 г и номиналом 100 юаней и большая золотая монета массой 150 г и номиналом 2000 юаней.
Европейские радиолюбители, которые выполнили блестящую работу по сопровождению «Тяньвэня» на пути к Марсу и в первые недели после посадки, 3 июня утратили свое основное средство слежения – 20-метровая антенна в Бохумской обсерватории была повреждена бурей. Ремонт сервомеханизмов удалось провести лишь в конце августа, и сопровождение «Тяньвэня» возобновилось 1 сентября.
Как мы помним, в Бохуме принималась незашифрованная телеметрия китайского аппарата, содержавшая в числе прочих данных текущие параметры орбиты «Тяньвэня». Анализируя их, Даниэль Эстевес (Daniel Estevez) установил, что за время отсутствия данных орбита довольно заметно изменилась. Нет, ее общая форма осталась прежней: наклонение 87°, высота в перицентре 330 км, радиус в апоцентре 15854 км, что соответствовало высоте 12464 км. Иной, однако, стала ориентация орбиты в пространстве. Если 17 мая аргумент перицентра был 175.6°, то есть большая ось орбиты лежала почти в плоскости экватора, то к 8 сентября он уменьшился до 121.8°.
Было ли это следствием маневра, как сначала предположил Д.Эстевес, или же стало результатом естественной эволюции орбиты? Маневр со сменой ориентации большой оси потребовал бы большого приращения скорости и существенной затраты топлива. Между тем у Марса, как и у Земли, полярный радиус меньше экваториального на 20 км. Как следствие, вторая зональная гармоника J2 гравитационного потенциала Марса должна вызывать поворот линии апсид и прецессию перицентра орбиты с теми же закономерностями, что и на Земле, хотя и с несколько меньшей скоростью. А для почти полярной орбиты этот поворот происходит навстречу движению КА – аргумент перицентра линейно уменьшается со временем, что мы и наблюдаем.
Как следствие эволюции орбиты, изменились условия ретрансляции данных по УКВ-каналу и съемки поверхности Марса с орбиты. 3 июня такой сеанс продолжался около 15 минут, и за это время расстояние до марсохода уменьшалось с 2500 до примерно 400 км и вновь увеличивалось до 1500 км. К 7 сентября продолжительность сеанса достигла получаса, и теперь расстояние до спутника в начале было около 1500 км, а в конце – около 5000 км.
Впрочем, «Тяньвэнь» и «Чжужун» все равно ждали вынужденные каникулы – Марс в своем орбитальном движении подходил к точке соединения с Солнцем, а это означало перерыв в связи из-за радиопомех, которые вносило наше светило. Для китайской группы управления это было впервые, и операторы исходили из самой консервативной оценки: период вынужденного отсутствия связи может наступить 13 сентября при угле 5° между Солнцем и Марсом и продолжится в течении 50 суток, вплоть до конца октября 2021 г. На самом деле он начался в третьей декаде сентября и продолжался до середины октября. На это время оба объекта перевели в так называемый безопасный режим работы, а Земля вела прием с целью изучения реального уровня помех и определения электронной плотности вдоль луча зрения.
Фактически это был большой международный эксперимент по изучению солнечного ветра и его турбулентности, организованный Шанхайской астрономической обсерваторией, Национальным центром космической науки и другими учреждениями Китая, Институтом VLBI в Европе, Университетом Тасмании в Австралии и другими организациями. Со стороны Марса участвовали «Тяньвэнь-1» и ветеран европейской космонавтики Mars Express, запущенный еще в 2003 г. Приемную часть образовали китайские радиотелескопы в районе Шанхая, Куньмина и Урумчи, европейские станции Веттцелл, Йебес и Медичина, российские обсерватории Светлое, Зеленчукская и Бадары, австралийские станции Хобарт, Кат и Ярра и объект Хартебеестхук в ЮАР. Всего было получено более 5 Тбайт данных.
По-видимому, одним из следствий этой совместной работы стал эксперимент по приему и ретрансляции данных с «Чжужуна» через Mars Express. Европейский КА не мог подать сигнал китайскому роверу: «Я здесь, слушаю, начинай передачу», потому частота этого сигнала не входила в диапазон, доступный «Чжужуну». А вот аппаратура Melacom на борту Mars Express могла услышать сигнал китайского ровера и настроиться на него, после чего вести односторонний прием без взаимных «приветствий». Записанный массив информации пересылался через станции дальней космической связи в Европейский центр космических операций, а оттуда – китайской стороне.
Такой вариант ретрансляции был продуман и даже протестирован на Земле более 10 лет назад, но в реальной жизни не использовался. И вот 27 октября CNSA и ЕКА сообщили, что запланировали пять 10-минутных сеансов приема и ретрансляции данных с «Чжужуна» – 7, 16, 18, 20 и 22 ноября. И если в первом планировалось ограничиться скоростью 8 кбайт/с, то к последнему ее предполагалось повысить до 128 кбайт/с.
Тем временем 22 октября Синьхуа отчиталось об окончании периода соединения с Солнцем и о возобновлении нормальной работы «Тяньвэня», а 25 октября – и «Чжужуна». Ведущий конструктор ровера Чэнь Байчао (陈百超) сообщил, что после соединения марсоход продолжит движение к группе грязевых вулканов в 10 км к югу от точки посадки.
8 ноября CNSA объявила о начале нового этапа исследования Марса комплексом из орбитального модуля «Тяньвэнь-1» и марсохода «Чжужун». Это был 174-й марсианский день для ровера, который достиг отметки 1253 м. И в этот же день орбитальный аппарат провел пятую коррекцию орбиты с использованием четырех ЖРД тягой по 120 Н, которые проработали 260 сек и выдали приращение скорости 78 м/с. В результате «Тяньвэнь» перешел на орбиту наклонением около 87° и высотой 265×10700 км, оптимизированную под решение сразу двух задач – глобальное изучение Марса с помощью собственных приборов (основная задача) и продолжение ретрансляции данных с марсохода и на него (дополнительная).
По данным Д.Эстевеса, коррекция была выполнена в 19:30 пекинского времени по бортовым часам, через 41 минуту после прохождения перицентра. Параметры орбит «Тяньвэня» до и после маневра составили:
8 ноября –
- наклонение – 86.3°;
- высота в перицентре – 407 км;
- радиус в апоцентре – 15895 км (высота – 12505 км);
- период обращения – 495.1 мин.
9 ноября –
- наклонение – 86.3°;
- высота в перицентре – 275 км;
- радиус в апоцентре – 14138 км (высота – 10748 км);
- период обращения – 425.6 мин.
Аргумент перицентра после маневра составил 88.4°, то есть орбита «встала вертикально» – «Тяньвэнь» проходит перицентр примерно над северным полюсом планеты и уходит в апоцентр над южным.
Если прежняя орбита имела период, близкий к 1/3 марсианских суток, то новая близка к 2/7. Как следствие, наземная трасса повторяется после семи витков за двое суток, но повторяется не точно, а медленно смещается в западном направлении – на 4.8° за один такой цикл. В зависимости от того, как она проходит в конкретный сол, ровер будет иметь от двух до четырех сеансов связи и ретрансляции.
С учетом дальнейшей эволюции «научной» орбиты на глобальное покрытие Марса потребуется примерно 200 суток, однако в плане работы «Тяньвэня» на это отведено вдвое больше – 14 месяцев. Семь приборов орбитального аппарата будут принимать информацию о рельефе и геологической структуре планеты, составе верхнего слоя грунта и типах почв, включая поиск водного льда, а также об ионосфере и космической среде.
Автор: Liss
