Спускаемата мисия на НАСА "ИнСайт" ще влезе в атмосферата на Червената планета на 26-ти ноември. Но само топлинният щит и парашутите няма да са достатъчни за успешно кацане. Image credit : NASA/JPL-Caltech
6 ноември 2018 г. 19:10 ч.
Светослав Александров. Ако всичко мине наред, на 26-ти ноември спускаемата мисия на НАСА "ИнСайт" ще извърши меко кацане на повърхността на Червената планета. Това ще е първата мисия, посветена на изучаването на вътрешната структура на Марс и чрез нея учените се надяват, че ще разгадаят най-големите тайни на неговата еволюция.
Но преди изобщо да се стигне до началото на научната мисия, кацането на "ИнСайт" трябва да е успешно. А това не е никак гарантирано, даже напротив: шансът за провал не е малък.
Провеждането на успешно кацане където и да е винаги е трудна задача, но при изучаването на астероидите, Луната и Венера, успехите са много повече. Само преди малко повече от месец спускаеми апарати на Япония и Европейската космическа агенция (ЕКА) успяха да изучат повърхността на астероида Рюгу в рамките на мисия "Хаябуса 2". През 2014-та година европейската мисия "Розета" успя да спусне на повърхността на кометата Чурюмов-Герасименко малкия апарат "Филе". През 2013-та година Китай осъществи меко кацане на Луната. Преди това, през 2005-та година, Европейската космическа агенция (ЕКА) проведе безпроблемно кацане на Титан с апарата си "Хюйгенс", който летя прикачен към американската мисия "Касини". А пък през 70-те и 80-те години съветските учени реализираха чудесна изследователска програма на Венера.
Но да сравним как стоят нещата с Марс. Европейската космическа агенция се опита на два пъти да спусне апарат на повърхността му - през 2003-та и 2016-та година. И двата апарата претърпяха авария, макар че вторият през 2016-та (това е "Скиапарели") успя да проведе важни научни измервания по време на спускането си. В рамките на космическата програма на СССР бяха проведени четири опита за щацане през 70-те години: "Марс 2", "Марс 3", "Марс 6" и "Марс 7". От всички тях само "Марс 3" достигна успешно повърхността, макар че той престана да излъчва радиосигнали броени секунди след кацането, а "Марс 6" изпрати някои атмосферни данни, преди да се разбие.
САЩ имат много повече успехи. През последните около две десетилетия НАСА успя да спусне на Марс мисиите "Марс Патфайндър" с марсохода "Съджърнър", марсоходите "Спирит" и "Опортюнити", стационарния полярен изследовател "Феникс" и големия марсоход "Кюриосити". Преди това, през 70-те години, агенцията също имаше две успешни кацания в рамките на програмата "Вайкинг". Но и американците имат провали - през 1999 г. беше загубена спускаемата мисия "Марс Полър Лендър", както и двете сонди тип импактор "Дийп Спейс 2".
Статистиката не е никак в полза на човечеството: повече от половината спускаеми апарати, изпратени към Марс, са претърпяли някаква форма на провал. Множеството неуспехи доведоха до това журналистът Доналд Неф да измисли шеговития израз "Велик Галактически Таласъм" - това е митично чудовище, което живее на Марс и се храни с изпратените от хората апарати.
Причината за честата аварийност обаче е доста по-прозаична - виновна е тънката марсианска атмосфера.
Когато един спускаем апарат каца на Луната или астероид, там е съществено по-лесно - просто се използват спирачни ретроракети. В случая с "Хаябуса 2" през септември и октомври дори не бяха нужни такива: след сближението на кораба-майка с астероида до височина 50 метра, слабата гравитация просто придърпа двата астероидохода "Минерва 2" и спускаемия апарат "Маскот" към повърхността. Луната има по-съществена гравитация, но както руснаците, така и американците и китайците са намерили начин да се справят с нея - ретроракетите се запалват в посока, обратна на движението на апарата. Не е съвсем тривиална процедура, но е напълно изпълнима. В случаи като Венера или завръщането на кораб обратно на Земята пък могат да се използват топлинни щитове и парашути. Даже топлинният щит може да убие над 99% от скоростта при кацане от орбита на Земята, а за останалия 1% се използват парашути (напр. при "Союз" или "Драгън") или крилати апарати (напр. при американската совалка в миналото или при ракетоплана, който ВВС на САЩ понастоящем използват).
Марс има атмосфера, но нейното налягане в близост до повърхността е едва 0.6% от това на Земята на височината на морското равнище. Това е много тънък въздушен слой - на практика щеше да е много по-добре за земните изследователи, ако изобщо го нямаше. Марсианската атмосфера не може да бъде пренебрегната: трябва да се използват топлинни щитове и парашути. Но при навлизане от космоса със скорост 19 300 км/ч, топлинният щит може да забави скоростта до не по-малко 1 600 км/ч, като към този момент спускаемият апарат е на височина от марсианската повърхност, еквивалентна на тази на която летят земните пътнически самолети. След това може да се отвори парашут, който ще забави скоростта до 300-400 км/ч, но спускаемият апарат вече се намира само на няколко десетки метра от повърхността. Скорост от 300-400 км/ч е все още твърде голяма, за да оцелеят космическите апарати при съприкосновението с повърхността, затова в последните етапи се използват различни методи за омекотяване: ретроракети (като при "Феникс", "Вайкинг" и настоящия "ИнСайт"), амортизиращи възглавници (като при "Патфайндър", "Спирит" и "Опортюнити"), или шантави технологии като при "Кюриосити" - марсоходът бе спуснат с въже от платформа, която бе спряла на няколко метра от повърхността посредством спирачните си двигатели.
Цялата процедура по кацане, започвайки от влизането в атмосферата до достигането на повърхността, отнема едва 6 минути, които в НАСА биват наричани "шест минути терор". За това кратко време автоматиката трябва да сработи перфектно. Няма абсолютно никакъв толеранс за грешка - един-единствен грешен програмен код, едно неправилно измерване, подадено от жироскопите или от висотомера, е достатъчно, за да се разбие апаратът сред марсианските скали.
За да може НАСА да увеличи шанса на "ИнСайт" за меко кацане, са предприети множество мерки. На първо място: използва се изпробвана технология от "Феникс" - комбинация от парашути и спирачни ракетни двигатели. При това "ИнСайт" ще кацне в района на равнината Елизиум - перфектно плоска, без никакви географски забележителности, без големи скали и кратери, за да се елиминира възможността за неприятна изненада в крайния етап. Ако спускането е успешно, получените снимки ще ни покажат доста скучноват пейзаж. "ИнСайт" също така е специално проектиран да може да каца във всякакви метеорологични условия, включително прахова буря.
И въпреки това стопроцентова гаранция няма. Остава само да се надяваме ... и да стискаме палци всичко да мине наред!