7
Выбор мест высадки на Марсе
Посадка космического аппарата на Марсе — неверо-
ятно сложная и опасная процедура. Никто не хочет
терять зонд ценой в миллиард долларов, поэтому
инженеры должны максимально обезопасить такую
операцию. Они могут годами изучать спутниковые снимки в поиске наиболее безопасных мест посадки, удовлетворяющих целям миссии. Исследовать при этом при-
ходится огромные пространства поверхности, так как площадь суши на Марсе практически равна земной.
Для анализа настолько обширной области требуется помощь вычислительных машин. В этой главе мы используем Python и гордость Jet Propulsion Labora tory — карту лазерного высотомера MOLA, чтобы отобрать и ранжировать предполагаемые места посадки модуля. Чтобы скачать карту и извлечь из нее нужную информацию, мы используем Python Imaging Library, OpenCV, tkinter и NumPy.
Посадка на Марс
Есть много способов посадить на Марс зонд, включая использование парашютов, шаров, ракет с тормозными устройствами и реактивных летательных аппаратов. Независимо от выбранного метода большая часть процесса посадки выполняется согласно одним и тем же базовым правилам безопасности.
Первое правило — садиться в низинных областях. Зонд может войти в марсианскую атмосферу со скоростью до 27 000 км/ч, и чтобы достаточно замедлить
200 Глава 7. Выбор мест высадки на Марсе
его для плавной посадки, требуется плотная атмосфера. Но на Марсе она разреженная — примерно 1 % от земной. Чтобы задействовать ее по полной при торможении, необходимо выбирать низины, где воздух плотнее, но полет до этих локаций требует больше времени.
Если мы сажаем не какой-то специализированный зонд, например разработанный для исследования полярных областей, то лучше всего целиться в область экватора. Здесь достаточно света для питания солнечных батарей зонда, а температуры весьма высокие для сохранения функциональности его чувствительного оборудования.
При этом нужно избегать областей суши, покрытых валунами, которые могут уничтожить зонд, не дать раскрыться его панелям, заблокировать механическую руку или воспрепятствовать попаданию солнечных лучей. По схожим причинам следует избегать областей с крутыми склонами, например краев кратеров. С позиции безопасности чем более плоская поверхность, тем лучше.
Еще одна сложность при посадке на Марс — невозможно прицелиться точно. Трудно пролететь 50 миллионов километров или даже более, войти в атмосферу и выполнить посадку ровно в намеченном месте. Неточности в межпланетной навигации наряду с изменчивостью марсианской атмосферы затрудняют точность посадки.
Следовательно, в NASA прокручивают большое количество компьютерных симуляций для каждого места посадки. Каждый прогон симуляции дает координату, а разброс точек, получающихся из тысяч таких прогонов, формирует эллиптическую фигуру с длинной осью, параллельной траектории полета зонда. Эти посадочные эллипсы могут получаться довольно большими (рис. 7.1), хотя с каждой новой миссией точность повышается.
Mars Pathfinder 
200 x 100 km landing footprint
Рис. 7.1. Сравнение масштабов посадочной области Mars Pathfinder в 1997 году (слева) и в Южной Калифорнии (справа)
Карта MOLA 201
Посадочный модуль InSight, совершивший посадку на Марсе в 2018 году, целился в область площадью всего 130 ×27 км. Вероятность посадки внутри этого эллипса составляла около 99 %.
Карта MOLA
Для определения удачных точек посадки потребуется карта Марса. В период между 1997 и 2001 годами установленный на борту Mars Global Surveyor (MGS) прибор сделал 600 миллионов измерений отражения лазерного луча от поверхности планеты. На основе этих данных исследователи под руководством Мари Зубер (Maria Zuber) и Дэвида Смита (David Smith) создали детализированную глобальную топографическую карту, названную MOLA (рис. 7.2).
Рис. 7.2. Затененная карта рельефа Марса MOLA
Чтобы увидеть эффектную цветную версию MOLA вместе с описанием, перей дите на страницу Википедии Mars Global Surveyor. Синим на этой карте обозначены места, где миллиарды лет назад, возможно, существовали океаны и моря. Их распределение основано на комбинации высоты и признаков поверхности, напоминающих древние береговые линии.
Точность лазерных измерений, на основе которых составлялась MOLA, для вертикального направления равняется примерно от 3 до 13 м, а для горизонтального — около 100 м. Разрешающая способность изображения составляет 463 метров на пиксель. Сама по себе карта не содержит деталей, необходимых для безопасного выбора посадочного эллипса, но отлично подойдет для предварительной работы, которую мы и собираемся проделать.