Phoenix Mars Lander — посадочный модуль НАСА для изучения Марса, работавший в 2008 году. Феникс стал первым аппаратом, запущенным по программе Mars Scout. На его борту находился комплекс приборов, позволяющих изучать геологическую историю воды, а также исследовать среду, с целью выявления условий, благоприятных для жизни микроорганизмов.

'Феникс' — шестой аппарат, полностью успешно севший на поверхность Марса. Также 'Феникс' стал первым аппаратом, успешно совершившим посадку в полярном регионе Марса.

Техническое и научное руководство в проекте 'Феникс' осуществляли Лаборатория реактивного движения и Университет Аризоны соответственно, изготовлением аппарата занималась компания Lockheed Martin Space System, Канадское космическое агентство снабдило зонд метеокомплексом. Кроме того, проект шел при партнерстве университетов США, Канады, Швейцарии, Дании, Германии и Великобритании.

Запуск аппарата состоялся 4 августа 2007 года, успешная посадка произошла 25 мая 2008 года. Последний сеанс связи с аппаратом прошел 2 ноября 2008 года, и 10 ноября этого же года было объявлено об окончании миссии.

О миссии

'Феникс' предназначен для углубленного исследования марсианского грунта, а также изучения атмосферы и метеорологических наблюдений. Аппарат впервые произвел бурение поверхности на месте посадки вблизи северного полюса Марса, где орбитальный аппарат 'Одиссей' обнаружил большие запасы подземного льда. Одна из задач — обнаружить следы жизни. Аппарат не способен к передвижению по поверхности планеты. КА был в сущности аппаратом Mars Surveyor 2001, так и не полетевшим на Марс, с некоторыми переделками. Значительная часть КНА была унаследована также от этой миссии.

В рамках проекта NASA выполняло запуск устройства, Университет штата Аризона курировал создание оборудования, установленного на космическом аппарате, а компания Lockheed Martin сконструировала и построила собственно сам корабль. В задачи Jet Propulsion Laboratory, подразделения Калифорнийского технологического института, входят управление маневрированием марсианского зонда в космосе, а также расчет траектории движения. Помимо этого JPL взяла на себя посадку корабля на поверхность Красной планеты. 'Мозгом' аппарата является его бортовой компьютер BAE Systems RAD6000, построенный на базе RISC-процессоров, использующих 32-разрядную архитектуру IBM Power и работающий под управлением ОСРВ VxWorks. Среди функций компьютера, устойчивого к значительным перепадам температур и имеющего защиту от радиации, — навигация, а также управление научным оборудованием и электропитанием космического аппарата.

Из 420 млн долл., потраченных на проект, 325 млн составил грант, полученный Университетом штата Аризона. Это учебное заведение также приютило у себя Центр управления, который командует космическим кораблем во время миссии и получает от него научные результаты.

Цели проекта

Аппарат, который приземлился в зоне марсианской Арктики, призван ответить на три ключевых вопроса: пригодны ли полярные районы Марса для жизни, тает ли там периодически лед и как менялись погодные условия в зоне приземления в исторический период, а также исследовать особенности марсианского климата. Главной задачей миссии является поиск воды на Красной планете. 'За водой' — именно так звучит неофициальный лозунг проекта. К тому же ожидается, что Phoenix Mars Lander станет еще одной ступенькой на пути к будущему полету на Марс людей.18 июня 2008 г. этот зонд нашел лед, который потом растаял. 1 августа 2008 г., после тщательного исследования, выяснилось, что лед был водяной.

Программа научных исследований

Все научное оборудование, установленное на Phoenix, призвано решать задачи в пяти областях естествознания — гидрологии, геологии, химии, биологии и метеорологии. Polar Lander приземлился в районе полюса Марса между 65 и 75 градусами северной широты. Миссия рассчитана на 150 марсианских дней, в течение которых будет выдвинута механическая рука, задачей которой будет выкопать яму во льду глубиной около полуметра и доставить полученные образцы грунта в мини-лаборатории космического корабля. Ожидается, что лед и осадочные породы могут содержать органические вкрапления, свидетельствующие о существовании жизни на Красной планете.

Ученые надеются, что подобно земным пустыням, которые на первый взгляд кажутся безжизненными, но не являются таковыми, полярные пустыни Марса могут в настоящем или в прошлом быть обитаемыми — несмотря на то, что последний дождь там шел, вероятно, несколько миллионов лет назад. Согласно некоторым расчетам, каждые 50 тыс. лет из-за вариаций орбиты на Марсе происходит потепление климата, в ходе которого лед тает. И есть крошечная вероятность, что живые организмы, находящиеся в анабиозе, возвращаются в эти периоды к жизни.

Научное оборудование

В целом Phoenix несет семь различных приборов, все вместе они способны исследовать зону высадки максимально комплексно.

Средство визуального исследования Марса

Система Surface Stereo Imager.

В состав оборудования корабля входит построенная в Университете штата Аризона оптическая система Surface Stereo Imager. Она состоит из двух камер, смонтированных на выдвижной башенке высотой около 2 м, и предназначена для визуального исследования планеты. Система позволит получать стереоизображения арктической марсианской пустыни с разрешением 1024?1024 в оптическом и инфракрасном диапазонах. SSI будет поддерживать манипуляции механической руки и даст возможность формировать цифровые модели рельефа окружающей корабль местности, что, в свою очередь, обеспечит создание трехмерных виртуальных изображений марсианского пространства. Помимо этого SSI поспособствует геоморфологическому и минералогическому анализу Красной планеты. Еще одной задачей является исследование оптических свойств атмосферы Марса, в частности — визуальная оценка количества пыли в воздухе.

Кроме вышеперечисленных задач, SSI будет вести наблюдение за количеством пыли, осаждающейся на приземленном космическом аппарате, что позволит сделать вывод о скорости осадконакопления и особенностях протекания атмосферных и эрозионных процессов на планете, а также даст возможность оценивать запыленность солнечных батарей и вызванное этим фактором снижение количества энергии. Последнее напрямую влияет на время функционирования аппарата Phoenix.

Камера механической руки

Установленная на конце механической руки камера Robotic Arm Camera создана совместно учеными из Университета штата Аризона и немецким Институтом Макса Планка. Камера укреплена непосредственно возле ковша и позволяет в деталях видеть место, где проводится забор образцов грунта и льда.

Изображение стенок вырытой траншеи, как полагают ученые, позволит геологам определить наличие и очередность залегания напластований. В частности, изображения, на которых видны цвета и размеры частиц грунта, слагающего поверхность Марса в вертикальном разрезе, дадут возможность сделать выводы об изменении условий залегания осадков, а значит, и об истории изменения марсианского климата. Камера снабжена двумя источниками света, верхний из которых состоит из 36 голубых, 18 зеленых и 18 красных ламп, а нижний — из 16, 8 и 8 ламп соответственно. Помимо этого в состав устройства входят два моторчика, первый меняет фокусное расстояние объектива, а второй поднимает и опускает прозрачный пылезащитный кожух. Максимальное разрешение камеры — 23 микрона на пиксел.

Механическая рука и метеорологическая станция

Основной инструмент корабля — механическая рука Robotic Arm, она создана JPL и может двигаться вперед-назад, вправо-влево, вверх и вниз, а также совершать круговые движения. Длина устройства составляет 2,35 м. На Земле RA испытывали в американской Долине Смерти, местности с очень твердым грунтом, где она смогла выкопать за 4 часа траншею глубиной 25 см.

В задачи метеорологического оборудования, созданного Канадским космическим агентством, входит ежедневная фиксация изменений марсианской погоды путем использования датчиков температуры и атмосферного давления, а также измерение концентрации пыли и ледяного пара в воздухе Красной планеты с помощью лидара. Лидар будет посылать короткие импульсы света вертикально вверх и фиксировать отраженные атмосферой сигналы, что поможет выявить наличие невидимых невооруженным глазом облаков, тумана и мест концентрации пыли. При этом температура на планете будет измеряться с помощью трех термопар, установленных на выдвижной башенке высотой 1,2 м. Такое инженерное решение сможет фиксировать вертикальный профиль температуры у поверхности Марса.

Микроскопы

Модуль MECA, создание которого курировалось JPL, включает в себя оптический и сканирующий атомно-силовой микроскопы. Работа последнего основана на использовании сил атомных связей, действующих между атомами вещества. Атомный микроскоп — результат работы швейцарского консорциума, а оптический создан Университетом штата Аризона.

Максимальное разрешение оптического микроскопа — 4 мкм, атомного — 10 нм. Микроскопические изображения марсианского грунта будут использоваться, в частности, для поиска доказательств того, что изучаемый субстрат когда-либо подвергался воздействию воды. Для этого будет проводиться поиск крошечных вкраплений глины. Оптический микроскоп снабжен инструментами подсветки — в его состав входят красная, зеленая, синяя и ультрафиолетовая лампы. Одноразовые средства подготовки образцов при этом созданы с использованием силикона.

Помимо этого в состав MECA входит инструмент для химического анализа растворенных в воде образцов грунта. Подобный метод исследования позволяет определять pH полученного раствора, а также выявлять наличие кислорода, углекислого газа, хлоридов, бромидов и сульфатов. MECA также содержит инструмент для определения тепловой и электрической проводимости образцов — для этого используются три иглы, вмонтированные в верхнюю часть механической руки.

Масс-спектрометр

Модуль TEGA.

Модуль TEGA, построенный университетами штатов Аризона и Техаса в Далласе, является предметом особой гордости команды Phoenix. Устройство содержит восемь миниатюрных одноразовых муфельных печек, в которых происходит нагревание образцов марсианского грунта. По своим размерам каждая такая печка напоминает стержень шариковой ручки. Нагревание проходит медленно, при этом определяется теплоемкость образца. Когда температура в печке достигает 1000 њC, нагретый материал начинает выделять газ, который анализируется встроенным масс-спектрометром, определяющим концентрацию конкретных молекул и атомов в образце.

Фотографирование на спуске

Последний из инструментов, Mars Descent Imager, был создан компанией Malin Space Science Systems, и представляет собой камеру, которая может использоваться для фотографирования места спуска в процессе снижения аппарата на поверхность Марса. Ожидалось, что съемка начнется после того, как Phoenix снизится до высоты примерно в 7 км и сбросит термозащиту. Фотографии помогут точно определить место, где сел корабль, а также предоставить информацию о географических, геоморфологических и геологических особенностях близлежащего ландшафта.

Полученные снимки также могут помочь определить, является ли место посадки типичным для приполярных регионов Марса. То есть могут ли полученные в ходе проекта результаты быть распространены на всю арктическую марсианскую пустыню.

MARDI весит около полукилограмма и, как предполагалось, израсходует на создание серии снимков не более 3 Вт электричества. Угол обзора при этом будет составлять 66њ, размер каждой фотографии 1024?1024 пиксела, а время экспозиции равно 4 мс.

Однако, предстартовые тесты летательного аппарата идентифицировали потенциальную проблему в обработках данных от камеры в течение критических моментов заключительного этапа посадки на поверхность планеты. Это привело к решению не использовать камеру.

Инструмент также содержит микрофон, который, равно как и камера, не был использован.

Хронология миссии

Для миссии 'Феникс' окно запуска в сторону Марса находилось в периоде с 3 по 24 августа 2007 года. Из-за 'Феникса' на сентябрь был перенесен запуск миссии 'Dawn'.

Запуск

'Феникс' был запущен 4 августа 2007 года в 09:26:34 UTC с помощью ракеты-носителя Дельта-2 7925 с мыса Канаверал во Флориде, США. Вес ракеты на старте составлял более 280 тонн.

Научные результаты

Сублимирующийся лед

Главным научным результатом миссии стало обнаружение льда под тонким слоем грунта, а также химический анализ грунта.

В пробах марсианской почвы обнаружены следы перхлоратов. Кроме того, Phoenix нашел следовые количества магния, натрия, калия и хлора. Согласно измерениям, pH грунта составил от 8 до 9 единиц, что соответствует слабощелочным земным почвам.

Галерея

Итоги миссии и текущее состояние

• Миссия аппарата выполнена. Продолжение функционирования аппарата на следующее марсианское лето изначально оценивалось как маловероятное, поэтому выход его из строя зимой не является неудачей миссии.
• Аппарат Phoenix нашел воду на Марсе.
• Ухудшившиеся погодные условия в марсианской арктике разрядили батареи аппарата. Во всяком случае, ученые не получают от него сигналов со 2 ноября, когда состоялся последний короткий сеанс связи Phoenix с Землей. 11 ноября Феникс был полностью поврежден пыльной бурей.
• Кадры от июня 2010 полученные камерой HiRISE на борту Орбитального Разведчика Марса подтверждают, что аппарат Феникс не пережил марсианскую зиму и одна из солнечных батарей сломалась под тяжестью льда из углекислого газа.

Интересные факты

Запущенный с Земли в августе 2007 года и совершивший в мае 2008 посадку на Марс в районе его северного полюса зонд Феникс привез на Красную планету цифровую библиотеку научной фантастики.