Жизнь после развода: как и когда «Розалинд Франклин» попадет на Марс

Судьба европейского ровера «Розалинд Франклин», оставшегося без ракеты и посадочного модуля после развода участников проекта «ЭкзоМарс» — «Роскосмоса» и Европейского космического агентства (ЕКА), — начинает проясняться. ЕКА решило выделить средства на другую ракету и посадочный модуль, которые доставят марсоход к месту назначения — на Марс. Рассказываем, что сейчас известно о будущем пока безлошадного ровера.

Начало и конец прекрасной дружбы

«Роскосмос» присоединился к европейскому проекту «ЭкзоМарс» в 2013 году, после потери «Фобос-Грунта», заняв место NASA. Американцы в тот момент решили, что бюджет агентства, перегруженный из-за «Джеймса Уэбба», не потянет еще и эту миссию. В 2016 году начался первый этап проекта: российский «Протон» успешно вывел в космос аппарат Trace Gas Orbiter, который до сих пор работает на околомарсианской орбите. Правда отправившийся вместе с ним посадочный аппарат «Скиапарелли» был потерян при посадке.

Второй этап — отправка на Марс марсохода «Розалинд Франклин» на российской посадочной платформе — несколько раз переносился, с 2018 года на 2020 — из-за проблем с парашютами, потом с 2020 на 2022 год — из-за пандемии. Наконец, дату старта ракеты с зондом назначили на 22 сентября 2022 года. Но после того, как российские войска начали боевые действия на территории Украины, ЕКА заявило, что считает запуск в срок маловероятным. Чуть позже — что прекратило сотрудничество с Россией по проекту «ЭкзоМарс» и будет пытаться осуществить миссию самостоятельно.

Ни «Роскосмос», ни ЕКА не могут отправить экспедицию на Марс с помощью оставшегося у них оборудования. У европейцев есть марсоход и перелетный модуль, но нет ракеты-носителя и посадочной платформы. У «Роскосмоса» есть ракета и посадочная платформа, но нет перелетного модуля, посадочных парашютов и, в частности, бортового компьютера для платформы. Подробнее о разделе «ЭкзоМарса» можно прочитать в материале «Вступление в наследство».

Судьба российской посадочной платформы «Казачок» пока неясна. В марте тогдашний глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин заявлял, что Россия осуществит марсианскую миссию самостоятельно, но эти слова не были подкреплены никакими решениями, да и сам Рогозин в середине июля покинул космическое агентство.

Европейцы же решили не сдавать марсоход на склад. На прошлой неделе на заседании Совета ЕКА на министерском уровне было утверждено решение увеличить бюджет агентства на 17 процентов по сравнению с прошлым бюджетом, утвержденным в 2019 году. И в этом бюджете дополнительные 360 миллионов евро были отведено на программы «ЭкзоМарс», иначе говоря, на ракету и посадочный модуль для марсохода.

«Мы счастливы, что министерская конференция ЕКА подтвердила, что финансирование, необходимое, чтобы „ЭкзоМарс“ двигался вперед, будет выделено. Благодаря этому мы можем начать конструировать новый посадочный модуль, который необходим нам, чтобы опустить ровер „Розалинд Франклин“ на марсианскую поверхность», — сказал N + 1 научный руководитель «ЭкзоМарса» Хорхе Ваго (Jorge Vago).

На чем лететь?

Новый посадочный модуль, на котором «Розалинд» опустится на поверхность Марса, европейцы будут делать сами. «За исключением посадочных двигателей, которые мы надеемся получить из США», — сказал Ваго.

Но стартовать будущий аппарат будет с территории США. Другие варианты, по словам Ваго, не рассматриваются, поскольку на европейский марсоход будут установлены американские радиоизотопные нагревательные элементы — взамен тех, что предоставил «Роскосмос». Такие элементы размером в несколько сантиметров на базе диоксида плутония устанавливают на космических аппаратах, чтобы не приходилось тратить слишком много энергии на поддержание теплового режима. Например, на марсоходах «Спирит» и «Оппортьюнити» стояли восемь RHU (Radioisotope Heater Units), а на борту «Кассини» — 117.

Американский космодром автоматически означает американскую ракету — ни для каких других носителей стартовых площадок в США нет. Для пусков на Марс NASA традиционно использует ракету Atlas V, именно с ее помощью туда отправились марсоходы «Кьюриосити» и «Персеверанс», орбитальный аппарат MRO и посадочный InSight

Но эта ракета может быть великовата для «Розалинд Франклин». «Атлас» в зависимости от конфигурации может вывести на гелиоцентрическую орбиту груз от четырех до шести тонн, а общая масса аппарата «ЭкзоМарс-2020» составляла не более трех тонн (две тонны — посадочный модуль, включая 350 килограммов массы ровера, около 900 — перелетный модуль с топливом и адаптер, их соединяющий). С новым посадочным модулем масса всего комплекса может оказаться другой, но вряд ли она будет отличаться очень значительно.

Ракета Falcon 9 компании SpaceX выглядит подходящей: она способна вывести на орбиту перелета к Марсу 4,02 тонны (в одноразовом варианте, без попытки посадить первую ступень). Другие американские ракеты — тяжелые Delta IV или Falcon Heavy — уже заведомый перебор.

Не спеша

«Розалинд Франклин» придется ждать старта шесть лет: запуск сейчас планируется на 2028 год. Пока инженеры будут разрабатывать и строить новый посадочный модуль пройдет два «окна», удобных для полета на Марс — в 2024 и 2026 годах. Но и продлится это путешествие необычно долго. Если «Персеверанс» и «Кьюриосити» летели по семь-восемь месяцев, то европейский ровер проведет в пути два года.

«Запуск в 2028 году и посадка — в 2030-м. Мы планируем использовать менее традиционную траекторию, так называемую T3, поскольку она предусматривает три полуоборота вокруг Солнца и позволяет прибыть в момент, когда в северном полушарии [Марса] весна, — так лучше для солнечных панелей и меньше вероятность пылевых бурь. Это займет два года вместо девяти месяцев», — сказал Хорхе Ваго.

Выбор момента старта и траектории перелета требует учитывать много условий. Нужно не только не попасть в сезон пылевых бурь на Марсе, когда резко падает температура и поток энергии от солнечных батарей, но еще и добиться наименьшего расхода топлива. Это означает, что характеристическая скорость, ΔV (модуль изменения скорости аппарата за весь перелет), должна быть минимальной. Скорость входа в атмосферу Марса тоже должна быть наименьшей — так ниже нагрузка на тепловой щит и парашюты.

Прежний план полета предусматривал, что «Протон-М» с «ЭкзоМарсом-2022» стартует с Байконура в период с 25 сентября по 15 октября 2022 года, а дата прилета к Марсу — 11 июня 2023 года — была выбрана, исходя из требования минимальной скорости входа в атмосферу. В эту дату она должна была составить около 5,5 километра в секунду. Общая ΔV для такого перелета составила бы около 7 километров в секунду. К моменту посадки очередной сезон пыльных бурь уже должен был закончиться, а следующий должен будет начаться через полгода — в январе 2024 года.

Хорхе Ваго с полным основанием назвал маршрут перелета, выбранный для миссии 2028 года, «нетрадиционным».

И для «ЭкзоМарса-2022», и для марсианских зондов NASA, и для российского «Фобос-грунта» рассчитывались траектории, которые относились либо к классу T1 (или Type I) — так обозначают орбиту, где точка старта с Земли и точка посадки на Марсе образуют угол не больше 180 градусов (обычно около 150), либо к классу T2 (Type II), где угол попадал в интервал от 180 до 360 градусов (как правило, около 210).

«Розалинд Франклин» полетит по маршруту, который относится к классу T3, то есть угол между точкой старта и точкой посадки будет больше 360 градусов, иначе говоря, аппарат в пути совершит примерно полтора оборота вокруг Солнца.

Онлайн-калькулятор на сайте Лаборатории реактивного движения NASA предлагает в качестве самого энергетически выгодного варианта маршрут длиной 2,5 года со стартом в сентябре 2028 года и посадкой в марте 2031-го. С одной стороны, в этом случае общая ΔV составит лишь 4,4 километра в секунду, но с другой — длительный полет сам по себе создает дополнительные риски дополнительных поломок. Пятнадцать вариантов приходится отбросить, поскольку они предусматривают посадку во время сезона пылевых бурь, который приходится на период с сентября 2029 года по май 2030 года.

Из числа оставшихся подходящей выглядит траектория с ΔV в 5,66 километра в секунду и стартом в октябре 2028 года и посадкой в ноябре 2030 года — в период, когда опасный сезон на Марсе уже пройдет.

Однако, как сказал N + 1 баллистик Денис Тучин, ведущий научный сотрудник Института прикладной математики имени Келдыша РАН, этот вариант не учитывает, что для экономии ресурсов можно использовать гравитационные маневры. Гравитационная «поддержка» Венеры, например, позволит серьезно сократить требования к массе топлива. Кроме того, отметил он, возможен вариант перелета не с посадкой «с ходу», а с предварительным выходом на околомарсианскую орбиту, что облегчит задачу выбора места и времени посадки, но потребует дополнительных ресурсов.

Неясно, останется ли актуальным для миссии выбранное в 2018 году место посадки на плато Оксия. Ваго не ответил на уточняющий вопрос по этому поводу.

А вас я попрошу остаться

После того как ЕКА объявило, что прекращает сотрудничество с Россией, российские ученые надеялись, что созданные ими научные приборы не будут убирать с борта марсохода. Теперь становится ясно, что эти надежды были напрасными.

«Нас попросили вернуть российское оборудование, поэтому сейчас ЕКА и „Роскосмос“ обсуждают, как и когда сделать это», — сказал Ваго. «Аппаратура принадлежит России, в перспективе она будет снята с аппарата», — сказал N + 1 представитель «Роскосмоса», отвечая на вопрос о судьбе двух российских научных приборов, установленных на «Розалинд Франклин»: нейтронного детектора «Адрон-РМ» и инфракрасного спектрометра ISEM.

«Адрон-РМ» — продолжатель обширной династии российских нейтронных спектрометров и детекторов, которые создает группа в Институте космических исследований РАН под руководством Игоря Митрофанова. Аналоги этого устройства работают сейчас на зондах «Марс-Одиссей», LRO, TGO, «БепиКоломбо», на марсоходе «Кьюриосити».

Сам Митрофанов в беседе с N + 1 сказал, что пока прибор находится на борту ровера, и ему неизвестно, принято ли решение снять его или оставить. «Если его решат снять, его совершенно точно вернут в Россию. Если европейские коллеги предложат нам оставить его в составе ровера, то мы, безусловно, с этим согласимся», — сказал он.

По его словам, использовать прибор в какой-то другой миссии вряд ли получится. «Концепция, идея останется, но каждая миссия специфическая, у каждого аппарата свои требования, поэтому это „материальное воплощение“ нельзя будет использовать», — сказал он.

Спектрометр ISEM, предназначенный для исследования минералогического и химического состава марсианской поверхности в окрестностях ровера, тоже разработан в ИКИ РАН — группой под руководством Олега Кораблева, который не стал комментировать ситуацию вокруг его инструмента.

Но кое-что марсоход за шесть лет в ожидании старта все же приобретет. Инженеры планируют добавить «Розалинд Франклин» режим «встряхивания» — он позволит роверу избавляться от пыли, которая оседает на солнечных батареях и лишает его электроэнергии. Таким образом, возможно, невольная задержка обеспечит «Розалинд» значительно более долгую марсианскую жизнь.