15.11.2021

«Тяньвэнь» и «Чжужун» в работе

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.


Первая панорама Марса, отснятая 19-21 мая 2021 г.

Фрагмент панорамы с хвостовым обтекателем и парашютом.

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…

Кадр передней технической камеры во время схода с трапа 22 мая 2021 г

Кадр кормовой технической камеры после схода с трапа 22 мая 2021 г

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!

Кадр камеры "Тяньвэня-1", сделанный 2 июня 2021 г.

Фрагмент того же кадра с посадочным аппаратом и ровером

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.

Положение ровера на снимке MRO от 6 июня 2021 г.

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.

Посадочная ступень, вид сбоку. Снято 26 мая, опубликовано 11 июня 2021 г.

Два китайских изделия на поверхности Марса. Снято 1 июня, опубликовано 11 июня 2021 г.

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.

Положение ровера на снимке MRO от 11 июня 2021 г.

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.

Фрагмент панорамы, опубликованной 27 июня 2021 г., со следами ровера

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.

Марсианский камень крупным планом. Опубликовано 9 июля 2021 г.

След китайского марсохода. Опубликовано 9 июля 2021 г.

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.

Снимок панорамной камеры ровера, опубликованный 9 июля 2021 г.

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.

Снимок панорамной камеры ровера, опубликованный 15 июля 2021 г.

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.

Снимок панорамной камеры ровера, опубликованный 23 июля 2021 г.

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.

Маршрут движения "Чжужуна" по состоянию на 23 июля 2021 г.

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.

Снимок технической камеры ровера, опубликованный 6 августа 2021 г.

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.

Снимок панорамной камеры ровера, опубликованный 17 августа 2021 г.

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.

След "Чжужуна" на снимке с орбиты от 23 августа 2021 г.

Маршрут движения "Чжужуна" по состоянию на 23 августа 2021 г.

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.

Набор памятных монет в честь первой китайской миссии к Марсу

Правая половина панорамы, опубликованной 30 августа 2021 г.

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.

Марс вступает в соединение с Солнцем

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.

Маршрут движения "Чжужуна" по состоянию на 8 ноября 2021 г.

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 265x10700 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.

Орбита КА "Тяньвэнь-1" по состоянию на 11 ноября 2021 г. (D.Estevez)

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.

"Тяньвэнь-1" изучает Марс

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

 

Поделиться в соц. сетях
305