Почему миссия «Кьюриосити» оказалась под угрозой
Уже неделю марсоход «Кьюриосити» не может сдвинуться с места, замерев на подходе к горе Шарпа. Все его электронные системы работоспособны, но он стоит, неуклюже вытянув перед собой «руку». Причина остановки серьезная — у марсохода заело бур. Все работы с манипулятором остановлены, инженеры на Земле ищут причину неисправности и пытаются дистанционно отдавать команды инструменту.
В экспедиции «Кьюриосити» наступил довольно скучный этап: живописное нагорье Мюррэя осталось позади, а до ближайшего утеса горы Шарпа остается еще пара километров. Их и преодолевал марсоход, оглядывая окрестные темные пески и гипсовые слоистые отложения.
По пути «Кьюриосити» встретил небольшой метеорит, который хоть немного разнообразил впечатление от унылой равнины.
Хотя в NASA уже неплохо представляют себе строение и состав грунта этой равнины, было решено провести очередной забор грунта, чтобы марсоход изучил его своими внутренними лабораторными приборами: газовым хроматографом SAM и рентгеновским дифрактометром CheMin. Ученые выбрали подходящее удобное место, обстреляли его лазерным спектрометром ChemCam, навели манипулятор и отдали буровому устройству команду приступить к работе.
Проверив марсоход на следующий день, ученые обнаружили, что пробной скважины под буром не оказалось. Произошедший сбой — не первый для бурового устройства, но все предыдущие носили другой характер. Чтобы разобраться в этом подробнее, изучим устройство для забора грунта.
На манипуляторе «Кьюриосити» располагаются два исследовательских прибора и три рабочих инструмента.
Альфа-протонный спектрометр APXS — это канадский прибор, позволяющий определять химический состав образцов, к которым он прижат. Макрокамера MAHLI показывает поверхность в десятикратном увеличении с высочайшим качеством. Она же делает впечатляющие сэлфи марсохода.
Для дополнительной защиты камера MAHLI обладает механической крышкой объектива от пыли.
Металлическая щетка DRT очищает от пыли и песка отдельные участки поверхности, которые изучают при помощи ChemCam, APXS или MAHLI.
Еще два инструмента на манипуляторе предназначены для взятия образцов грунта и подготовки их к погрузке во внутренние лабораторные приборы. Чутким приборам требуются ограниченные объемы сыпучих образцов с размерами крупинок не более 1 и 0,15 миллиметра. Инструмент
осуществляет две смежные функции: собирает грунт ковшом или из грунтосборника бура, а также просеивает и дозирует образцы перед выгрузкой в воронки на корпусе. CHIMRA — это комплекс емкостей, трубок и сит, по которым передвигается сухой грунт, разделяясь на образцы и ненужный шлам. Перемещение и просеивание происходит под действием силы притяжения Марса, движений манипулятора, вибрации от виброгенератора и встряхиваний от ударного механизма дрели.
Дрель — самый главный, массивный и сложный элемент манипулятора. Ее бур способен проникать в поверхность Марса на глубину семи сантиметров и поднимать оттуда образцы грунта. Это обеспечивается строением бура в виде полой трубки, через которую проходит сверло с широкой и короткой режущей частью.
Во время буровых работ манипуляторный блок неподвижен и упирается в грунт двумя «рогами» в передней части. Подача бура и усилие на сверло передается внутренним механизмом.
Для улучшения буровых функций дрель оборудована «перкуссией» — электромагнитным ударным механизмом, который создает возвратно-поступательные движения ударника с частотой 1800 ударов в минуту, передающиеся на основание сверла. Он же помогает в перемещении образцов грунта в CHIMRA. Ударный механизм уже становился источником неполадок в манипуляторе — бортовая система неоднократно регистрировала короткие замыкания где-то в его недрах.
Причина их пока не известна, но возникают они не при каждом включении ударника. Работоспособность бура удалось сохранить только благодаря резервной электросети. Однако текущий сбой никак не связан с коротким замыканием ударного механизма.
Как раз за пару дней до последнего происшествия «Кьюриосити» провел цикл очистки внутренних полостей CHIMRA, используя только свой вибромеханизм — без использования ударника дрели. Это испытание провели заранее, на случай если в дальнейшем придется обходиться без «перкуссии». Прочистка, вроде бы, прошла успешно, хотя текущий сбой произошел сразу после нее, но пока нет данных, что между этими двумя событиями существует причинно-следственная связь.
Когда пришло время проделать новую скважину, буровое устройство уперлось в грунт, но механизм подачи бура не сработал — выглядело это так, будто его просто заклинило. Впрочем, инженеры NASA еще надеются, что поломка произошла в датчике давления.
Подвижная часть инструмента включает в себя буровую головку, систему выведения грунта, электродвигатель, шпиндель с передаточным механизмом, ударный механизм.
Выдвижение подвижной части бурового механизма проходит по системе роликов и направляющих и осуществляется за счет вращения винтового вала, которое преобразуется в поступательное движение через шариково-винтовую передачу. Двигатель подачи размещен в неподвижном основании бурового устройства и обеспечивает нагрузку в 12 килограмм-сил на бур.
Причина сбоя кроется где-то там: возможно, заело электродвигатель, возможно, дело в шариковой передаче, возможно — на что больше всего надеются в NASA — в датчике усилия. Если проблема в датчике, то его отключение или перепрошивка могли бы помочь. Если неисправность в механике, то все гораздо сложнее.
Судя по кадрам, которые передает марсоход, есть опасения, что причина сбоя все-таки механическая. Марсоход несколько дней подряд снимал манипулятор, видимо в ходе тестов различных команд, и только на третий день инженерам удалось добиться выдвижение бура примерно на один миллиметр. К сожалению, это пока единственный успех.
На марсоходе расположены два пенала с запасными сверлами, но замена сверла еще ни разу не производилась, потому что износ действующего еще не так существенен. На большинстве участков бурение шло в плотном сухом слежавшемся грунте, и лишь однажды «Кьюриосити» пришлось взяться за довольно твердый песчаник. Возможно, инженеры опасаются какого-либо сбоя при смене сверла и не хотят рисковать.
Если механизм подачи бура не будет исправлен, то функциональность марсохода существенно упадет. По крайней мере, результативность его работы для геологов сильно сократится. Бур обеспечивает добычу грунта из определенных геологических слоев, которые сохранялись без влияния внешних условий несколько миллионов лет. Ранее в ходе моделирования ученые
, что органические соединения в верхних пяти сантиметрах марсианского грунта разрушаются под действием космического излучения в течение одного миллиарда лет. Если доступа к ним не будет, то останется только сыпучий результат выветривания, который можно черпать ковшом.
Собираемый песок сложно привязать к конкретному геологическому слою, а значит, определение геологической истории Марса застопорится, притом что именно это является одной из главных целей экспедиции «Кьюриосити».
На сегодняшний день марсоход прошел более 15 километров, но все еще находится на подходе к главному объекту своего исследования — склону горы Шарпа (Эолиды). Самые любопытные цели, с точки зрения поиска возможных свидетельств древней марсианской жизни, — Гематитовый хребет и отложения филлосилькатных глин — еще впереди.
Виталий Егоров