Всего через каких-то десять лет маленький спускаемый аппарат в форме летающей тарелки вернется из космоса и приземлится в пустыне штата Юта. Внутри спускаемого аппарата, снабженного амортизаторами, будет храниться драгоценный груз — около полукилограмма грунта, собранного на Марсе. После долгих лет мечтаний и надежд проект Mars Sample Return (MRS) стоимостью семь миллиардов долларов, разработанный совместно НАСА и Европейским космическим агентством (ЕКА), наконец, обретает форму. В рамках этого проекта предстоит запустить с Земли три тяжелые ракеты, два марсохода, осуществить первый в истории запуск ракеты с другой планеты и организовать стыковку между контейнером с образцами марсианского грунта и космическим кораблем, который доставит его на Землю. «Это столь же сложно, как отправить людей на Луну», — утверждает Брайан Мьюрхед (Brian Muirhead), ведущий специалист по планированию в рамках проекта MSR из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, штат Калифорния.
В случае успеха, MSR выполнит задачу в области изучения Солнечной системы, которая в отчете Национальной академии наук, инженерного дела и медицины за 2011 год значится как одна из приоритетных. Современные марсоходы типа «Кьюриосити» (Curiosity) представляют собой робота размером с автомобиль. Они становятся все более и более современными, но их мобильные лаборатории не подходят для исследований марсианского грунта. Подобно образцам, доставленным в свое время «Аполлоном» с поверхности Луны, марсианский грунт будет представлять такую же ценность для нас и для последующих поколений: изучив его, можно выяснить, каким образом теплый и влажный климат Марса вдруг стал холодным и сухим. Быть может, ученым даже повезет, и они найдут, наконец, доказательства жизни. «Это одна из величайших задач освоения космоса», — говорит ученый в области космонавтики Эндрю Коутс (Andrew Coates) из Университетского колледжа Лондона.
На следующей неделе министры из 22 стран-членов Европейского космического агентства (ЕКА) проведут встречу в испанской Севилье, чтобы утвердить бюджет агентства на следующие три года. Ожидается, что будет утверждена сумма первоначального взноса. По сообщению Дэвида Паркера (David Parker), директора ЕКА по исследованиям человека и робототехники в Нордвейке (Нидерланды), вклад Европейского космического агентства в проект длительностью десять лет составит около 1,5 миллиарда евро, и эта сумма «должна быть по силам государствам-членам агентства». На совещании министров Паркер попросит выделить чуть меньше 600 миллионов евро на первые несколько лет реализации проекта MSR, а также на финансирование заключительного этапа проекта по созданию марсохода ExoMars, который должен начаться в следующем году. Паркер уверен, что требуемые суммы будут выделены. «Все это позволит Европе выйти на передний план и приступить к реализации следующего этапа космических исследований», — полагает он.
Первый этап MSR почти завершен и марсоход NASA стоимостью 2,5 миллиарда долларов США уже почти готов. Его запустят в июле 2020 года, и он опустится на поверхность Марса в кратере Джезеро, рядом с окаменелой дельтой реки, возраст которой составляет почти 4 миллиарда лет. Задачи у марсохода достаточно широки — выполнять научные эксперименты и осуществлять забор небольших кернов из аргиллитовых и других пород, в которых возможно содержатся признаки жизни. Каждый образец грунта весом до 20 граммов будет храниться в маленьком контейнере размером с фонарик на авторучке. НАСА, вероятно, оставит часть контейнеров на марсианской поверхности, а другие загрузит в марсоход.
Следующий этап проекта MRS запланирован на 2028 год, когда NASA запустит еще один посадочный модуль, на борту которого будет находиться возвращаемая ракета и собранный ЕКА марсоход. Ракете с посадочным модулем на борту после запуска в 2026 году предстоит проделать длинный путь к Марсу; величина полезной нагрузки ракеты довольно большая — 2100 килограммов. Это больше, чем два вместе взятых марсохода — «Кьюриосити» и «Марс 2020» (Mars 2020). Посадка на поверхность намечена на август 2028 года, сразу по окончании сезона марсианских пылевых бурь, и скорее всего будет осуществлена с помощью тормозной двигательной установки, в которой будет применена новая технология осуществления навигации по местности. Во время посадки спускаемый аппарат будет использовать подфюзеляжную камеру, ее задача — анализировать рельеф местности с целью предотвращения внештатных ситуаций; корабль осуществит посадку в радиусе 10 километров от собранных ранее контейнеров с образцами грунта.
Затем, из посадочного аппарата выкатится марсоход, размером с журнальный стол, и начнет искать контейнеры с образцами, которые за несколько лет до этого были оставлены на поверхности. Марсоход будет подпитываться солнечной энергией, которой ему должно хватить примерно на шесть месяцев, чтобы собрать контейнеры с образцами грунта, добытыми ранее и успеть прежде, чем зимние солнечные дни пойдут на убыль. Чтобы выполнить намеченную программу, марсоходу придется проходить до двухсот метров в день, производя ориентацию в автономном режиме. «Это единственный способ преодолеть такие расстояния», — говорит Санджай Вижендран (Sanjay Vijendran), представитель ЕКА и руководитель проекта MSR в Нордвейке.
Как только марсоход вернется к посадочному аппарату, роботизированный манипулятор, созданный ЕКА, извлечет контейнеры из специальных стоек, установленных на марсоходе, и поместит их в герметичную сферу размером с баскетбольный мяч, закрепленную на борту возвращаемой ракеты. Всего планируется собрать до 30 контейнеров с общим весом около 0,5 кг. (Если марсоход «Марс 2020» все еще будет работать и переносить контейнеры, то рука тоже сможет их разгружать.) У марсохода «Марс 2020» имеется 43 контейнера, но некоторые из них останутся на Марсе, поскольку это связано с вместимостью ракеты, говорит Мюрхед. Да, кажется, что ученым к ограничениям не привыкать, добавил он: «Дайте нам хотя бы тридцать нормальных контейнеров, и мы будем счастливы, — на этот счет все единодушны».
«Доставить с этой планеты сферу с помещенными в нее контейнерами — задача непростая», — утверждает инженер Энджи Джекман (Angie Jackman), которая руководит разработкой возвращаемой ракеты в Центре космических полетов НАСА им. Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама. «Эта будет вообще первая ракета, которая прилетит на Землю с другой планеты», — подчеркнула Джекман. Специалисты НАСА понимали, что ракета должна быть небольшой, чтобы поместиться на борту корабля, и при этом выдерживать низкие марсианские температуры в течение нескольких месяцев. На протяжении многих лет НАСА разрабатывало гибридную ракету, заправленную парафином и жидким окислителем. Но поскольку был выбран кратер Джезеро, где по меркам Марса климат более мягкий, то это означает, что поставленную задачу можно выполнить с помощью обычной металлической ракеты высотой меньше трех метров, не опасаясь растрескивания корпуса или взрыва топлива.
Ракета со сферой на борту поднимется с поверхности Марса на высоту более 300 километров. Там она должна состыковаться с орбитальным аппаратом, который ЕКА отправит к Марсу вслед за ракетой НАСА. А поскольку на Марсе никакого аналога GPS нет, то орбитальный аппарат будет оснащен камерами для отслеживания и захвата сферы. «У нее специальная конфигурация, поэтому есть очень большая вероятность заметить ее в течение первых нескольких часов», — поясняет Мюрхед.
После стыковки роботизированные механизмы, созданные НАСА, поместят сферу в защищенный модуль, герметично ее закроют, а затем стерилизуют. Модуль будет помещен в тройную защитную оболочку, наподобие русской матрешки, а затем — в четвертый контейнер, который представляет собой диск, способный преодолеть плотные слои земной атмосферы без парашюта и не сгореть.
Чтобы минимизировать количество топлива, необходимого для отправки корабля обратно на Землю, ЕКА будет в основном полагаться на ионные двигатели, использующие электричество солнечных батарей. Эти двигатели создают реактивную тягу (пусть и не большую) на базе ионизированного газа; в результате возникает импульс, который можно поддерживать на протяжении нескольких месяцев. Данный подход использовался зондом ЕКА BepiColombo во время полета к Меркурию. Правда, тяга ионных двигателей настолько мала, что полет на каждой стадии проекта займет около двух лет, вместо обычных девяти месяцев. «Да, это недостаток. Но зато мы покажем, что у Европы хватит собственных сил для осуществления запуска», — уверяет Вижендран.
Ожидается, что корабль с образцами грунта возвратится на Землю в 2031 году. Как только он окажется на земной поверхности, образцы с величайшей осторожностью будут помещены в карантин, чтобы защитить марсианский грунт от воздействия земных микробов, а землян от возможных марсианских болезнетворных микроорганизмов. По словам Мейера, возникает довольно трудная задача разработки инструментов, которые не смогли бы загрязнить образцы грунта. Но задача эта разрешима.
Пока трудно сказать, как именно ученые собираются изучать добытые образцы. Но они наверняка захотят обнаружить с их помощью доказательства жизни. В прошлом году марсоход «Кьюриосити» обнаружил на поверхности Марса два участка со сложными органическими макромолекулами, которые напоминают молекулы нефти на Земле. Но его инструменты не могут определить, являются ли эти молекулы доказательством жизни или они порождены геологическими процессами. Однако ученым вполне хватит нескольких граммов грунта, чтобы на Земле проанализировать изотопы углерода в образцах из кратера Джезеро и затем определить, являются ли они проявлением жизни, поясняет Мария-Пас Зорзано (Maria-Paz Zorzano) из Центра астробиологии в Мадриде. Она принимала участие в определении научных приоритетов проекта MSR и отборе образцов для международной группы экспертов.
А если в образцах грунта из кратера Джезеро признаков жизни обнаружено не будет, ученые захотят узнать причину. «Случилось ли это из-за того, что планета была необитаема, или потому, что жизнь на ней еще не успела эволюционировать?», — задается вопросом Бенджамин Вайс (Benjamin Weiss), ученый-планетолог из Массачусетского технологического института в Кембридже. Ученые полагают, что Марс потерял свое магнитное поле миллиарды лет назад, когда его ядро остыло. Из-за этого атмосфера исчезла, оставив марсианскую поверхность холодной, сухой и подверженной воздействию космической радиации. Определив возраст различных образцов марсианского грунта, а также измерив его магнетизм и условия, в которых он сформировался, ученые могут проверить правильность выдвинутой гипотезы — и, если она верна, то возникает вопрос: а не была ли марсианская среда неблагоприятной для жизни с самого начала?
По мнению Зорзано, более активное изучение Марса, в том числе с помощью отправки туда людей, будет снижать шансы на изучение этой планеты в ее первозданности. «Но пока время еще есть. И я надеюсь, мы не упустим свой шанс, — говорит Зорзано. — Но если мы не будем действовать сейчас, то мы упустим этот уникальный момент».