Марс-2020

Главной целью программы «Марс-2020» является оценка жизнепригодности Марса в далёком прошлом, поиск биосигнатур и воды, а также сбор и хранение проб с поверхности планеты. Запуск был осуществлён 30 июля 2020 года на борту ракеты Atlas V со стартового комплекса SLC-41 на мысе Канаверал. Оператором экспедиции стала Лаборатория реактивного движения НАСА^[12][13][14].

Изначально планировалось, что марсоход должен будет собрать 31 образец камней и грунта с поверхности Марса, чтобы в последующей экспедиции эти образцы были доставлены на Землю для исследований. В 2015 году цели программы были скорректированы: планировалось собрать ещё больше образцов, распределив их в небольших контейнерах на поверхности Марса^[15].

В сентябре 2013 года НАСА разместило объявление о сборе предложений исследователей по научным приборам и инструментам для новой марсианской экспедиции^[16][17]. В июле 2014 года после научного конкурса были выбраны научные инструменты для «Марс-2020»^[11]. Выбранные инструменты должны обеспечить детальный анализ собранных марсоходом образцов с акцентом на поиск «следов» жизни на Марсе в прошлом^[18].

Марсоход «Персеверанс» должен будет исследовать местность, которая в прошлом могла быть жизнепригодной. В поисках биосигнатур марсоход изучит образцы камней и грунта. Также будут протестированы технологии, необходимые для будущих роботизированных и пилотируемых экспедиций на Марс. В их числе — Mars Sample Return Mission (доставка образцов с поверхности Марса на Землю) и пилотируемый полёт на Марс^[14][19]. Для подготовки к будущей высадке человека на Марс будет исследована технология по производству небольшого количества кислорода (O₂) из диоксида углерода (CO₂) с удалением пыли и других загрязнений, находящихся в марсианской атмосфере^[20]. Улучшенная технология точной посадки в требуемом месте также должна повысить научную значимость будущих роботизированных экспедиций и станет ключевой для возможной высадки человека на поверхность Марса^[21]. Также в ходе исследований будет осуществлён поиск подповерхностной воды, изучен марсианский климат, грунт и другие характеристики, которые могут повлиять на будущую высадку и деятельность человека на Марсе^[22].

Конструкция ровера (марсохода) «Персеверанс» (англ. Perseverance, в переводе — «Настойчивость») основана на конструкции предыдущего ровера «Кьюриосити»^[23][24]. Инженеры переработали колёса ровера, сделав их более жёсткими по сравнению с колёсами «Кьюриосити», которые получили повреждения в процессе работы на Марсе^[25]. «Персеверанс» получил более толстые и прочные алюминиевые колёса с меньшей шириной и бо́льшим диаметром (52,5 см) по сравнению с «Кьюриосити» (50 см)^[26][27]. Шесть колёс из алюминия оснащены «шипами» для лучшей тяги и изогнутыми спицами из титана для пружинистой поддержки^[28]. Из-за наличия большего количества научных приборов и модифицированных колёс «Персеверанс» тяжелее «Кьюриосити»^[27] на 14 % (1025 кг по сравнению с 899 кг у предыдущего ровера)^[29]. Марсоход оснащён пятисуставным роботизированным манипулятором-«рукой» длиной 2,1 м. «Рука» совместно с поворачиваемой башней-турелью предназначена для захвата и анализа геологических образцов с марсианской поверхности^[30].

Радиоизотопный термоэлектрический генератор (MMRTG) ровера использует тепловую энергию, выделяющуюся при естественном распаде радиоактивных изотопов и преобразует её в электроэнергию с помощью термоэлектрогенератора. Он имеет массу 45 кг и использует 4,8 кг диоксида плутония в качестве источника энергии^[31].

«Индженьюити» (англ. Ingenuity, в переводе — «Изобретательность») — роботизированный беспилотный вертолёт, доставленный с целью проведения демонстрационных полётов^[32]. Согласно программе испытаний, опубликованной НАСА в январе 2021 года, после развёртывания вертолёт должен был совершить от 1 до 5 полётов за 30 солов, продолжительностью не более 90 секунд на расстояние до 50 метров при высоте полёта от трёх до пяти метров^[32]. Несмотря на два срыва дат запуска (перенос первого старта с 11 на 18 апреля^[33] и четвёртого с 29 на 30 апреля^[34]), демонстрационная программа была выполнена успешно, и НАСА согласилось провести дополнительные полёты, назвав эту серию «демонстрацией операций», которые может проводить вертолёт (англ. Operations Demo Phase)^[35].

В своих предложениях НАСА разработчики указывали, что снимки с вертолёта могут помочь уточнять маршруты «Персеверанс» и помогут искать новые объекты исследования^[36][37], однако в принятые НАСА программы эти предложения пока не вошли. У этой концепции есть оппозиция в лице ряда авторитетных учёных НАСА, которые считают, что вертолёт лишь отнимает ресурсы времени и коммуникаций, необходимые для выполнения учёными марсохода своих главных научных задач^[38]. Уже после успешного завершения демонстрационной фазы, на брифинге 30 апреля Дженнифер Троспер от имени проекта «Персеверанс» подтвердила эту позицию, выразив пожелание поскорее вернуться к научным задачам проекта. Возможность поддерживать вертолёт на вновь объявленной фазе Operations Demo (ограничив этот срок 30 солами) Троспер объяснила тем, что нынешнее местоположение ровера представило интерес с научной цели, но в дальнейшем марсоход может оторваться от вертолёта. Не отрицая возможной пользы от фотографий вертолёта, Троспер призвала найти решение, при котором вертолёт не мешал бы учёным в будущем.

Три главных компонента экспедиции «Марс-2020»: система перелёта, обеспечивающая перелёт от Земли к Марсу; система входа в атмосферу, спуска и посадки (EDLS), включающая аэрооболочку, парашют и спускаемый аппарат; «небесный кран», необходимый для точного и плавного спуска марсохода на поверхность. Дизайн ровера «Персеверанс» основан на дизайне «Кьюриосити»^[23], поэтому, несмотря на различия научных приборов у марсоходов, система спуска (включая «небесный кран» и тепловой щит), а также шасси ровера были воссозданы с учётом наработок предыдущей миссии. Это решение позволило снизить как технические риски миссии, так и финансовые и временные затраты на разработку^[39]. Одним из усовершенствований стала система наведения и управления под названием «Относительная навигация по поверхности» (англ. Terrain Relative Navigation, TRN), которая должна обеспечить тонкую регулировку курса на финальном участке посадки^[40][41]. Система позволит обеспечить посадку с точностью в пределах 40 м и с учётом избегания препятствий^[42]. Это значительное повышение точности места посадки по сравнению с предыдущей миссией НАСА, которая могла обеспечить посадку только в зоне эллипса размером 7 на 20 км^[43].

Затраты на осуществление проекта «Марс-2020» оценивались в сумме около 2,1 млрд долларов США^[44] (хотя ещё как минимум 300 млн долларов будет необходимо выделить на поддержание работы марсохода после его запуска^[45]). Стоимость предшествующей программы («Марсианская научная лаборатория») составила 2,5 млрд долларов. Стоимость миссии удалось снизить благодаря наличию запасных частей, оставшихся от изготовления предыдущего ровера «Кьюриосити», включая резервный радиоизотопный термоэлектрический генератор^[23]. Пусковое окно, в течение которого запуск оптимален, открылось 17 июля и завершилось 15 августа 2020 года^[46]. Ракета Atlas V с миссией «Марс-2020» на борту была запущена со стартового комплекса SLC-41 на мысе Канаверал во Флориде 30 июля 2020 года в 11:50 UTC (в 7:50 по местному времени). Спуск на Марс произведён 18 февраля 2021 года в 20:56 UTC. Планируемое время работы миссии на поверхности Марса — не менее одного марсианского года (668 солов или 687 земных дней)^[47][22].

В сентябре 2015 года было предложено восемь возможных мест посадки марсохода: холмы Колумбии в кратере Гусева, кратер Эберсвальде, кратер Холден^[48][49], Долина Маврта, главная равнина Северо-восточного Сирта, впадина Нили, юго-западная часть каньона Мелас и кратер Езеро^[50]. С 8 по 10 февраля 2017 года в Пасадене (Калифорния) прошло заседание рабочей группы, в ходе которой эксперты рассмотрели все восемь предложенных мест для посадки и сократили список до трёх^[51]. В числе оставшихся кандидатов оказались кратер Езеро, главная равнина Северо-восточного Сирта и холмы Колумбии^[52]. В ноябре 2018 года в качестве места посадки миссии «Марс-2020» был выбран кратер Езеро^[53].

В ходе экспедиции будет исследован кратер Езеро, в котором от 3,9 до 3,5 млрд лет назад существовало проточное озеро глубиной около 250 м^[53]. По мнению учёных, в отложениях высохших дельт рек, впадавших в кратер, могут сохраниться биосигнатуры^[53][54]. Наносы в дельте крупнейшей из этих рек, Неретвы, содержат карбонаты и гидроокись кремния, которые в земных условиях могут сохранять микроскопические фоссилии миллиарды лет^[55].

Для доставки на Землю собранных в ходе экспедиции «Марс-2020» образцов с поверхности Марса разрабатывается отдельная программа. Её запуск с Земли планируется на 2026 год с доставкой образцов на Землю в 2031 году^[56]. 18 февраля 2021 ровер совершил посадку в назначенном месте, и начал передачу телеметрии на Землю, все показатели оставались в пределах заданных значений.

14 августа 2020 года НАСА объявило, что первый манёвр по корректировке траектории космического корабля прошёл успешно. Были запущены восемь двигателей и осуществлена корректировка курса. Другие корректировки курса запланированы на 30 сентября, 18 декабря 2020 года, 10 и 16 февраля 2021 года^[57].

На сайте NASA существовала форма, все заполнившие которую увековечат своё имя в истории освоения Марса. Все имена были записаны на специальный микрочип, который отправился в 2020 году к Красной планете в рамках космической миссии «Марс-2020»^[58].