Первые испытания частей самого сложного космического мероприятия, которое когда-либо предпринималось на Красной планете: доставки образцов горных пород и отложений с Марса на Землю для более тщательного изучения, начались.
Многоэтапная операция по возврату образцов с Марса началась, когда марсоход Perseverance приземлился на Марс в феврале этого года для сбора образцов марсианской породы в поисках древней микроскопической жизни. Из 43 пробирок Perseverance четыре были заполнены каменными кернами, а одна — марсианской атмосферой. Mars Sample Return направлена на возвращение трубок на Землю, где ученые долгое время смогут изучать их с помощью мощного лабораторного оборудования, слишком большого для отправки на Марс.
Доставка этих образцов в наземные лаборатории займет десять лет и потребует участия европейских партнеров и нескольких центров NASA. ESA (Европейское космическое агентство) разрабатывает вездеход, а инженеры из Исследовательского центра Гленна NASA в Кливленде, штат Огайо, проектируют его колеса. Марсоход будет передавать образцы в спускаемый аппарат, разрабатываемый в Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии, который будет использовать роботизированный манипулятор (разработанный ESA) для упаковки образцов в небольшую ракету, разработанную специально для миссии.
Ракета будет запущена с посадочного модуля и доставит капсулу с образцом на космический корабль ESA, вращающийся вокруг Марса. Внутри орбитального аппарата капсула будет подготовлена к доставке на Землю с помощью оборудования, которое разрабатывает группа во главе с Центром космических полетов имени Годдарда NASA в Гринбелте, штат Мэриленд. Эта подготовка будет включать в себя герметизацию капсулы с образцом в чистом контейнере для улавливания любого марсианского материала внутри, стерилизацию уплотнения и помещение герметичного контейнера в капсулу.
Для разработки посадочного модуля, а также системы, которая поможет запустить с него ракету с образцами, инженеры Лаборатории реактивного движения NASA опираются на опыт прошлых исследований Марса: за плечами у агентства 9 успешных посадок на Марс, включая марсоходы и стационарные посадочные модули. Но спускаемый аппарат для извлечения образцов будет самым большим и тяжелым космическим кораблем такого типа, который когда-либо побывал на Марсе, а запускаемый с него модуль с образцами станет первой ракетой, когда-либо запущенной с другой планеты.
Вот тут-то и начинается тестирование.
Чтобы доставить и запускать марсианскую ракету, посадочный модуль должен быть прочной платформой, весить около 2400 килограммов — почти в два раза тяжелее, чем Perseverance, который был спущен на поверхность Марса с помощью реактивного ранца с ракетным двигателем. У Sample Retriever Lander не будет реактивного ранца — его "ноги" должны будут поглощать удар от приземления, полагаясь на ретроковые ракеты, чтобы замедлить его спуск, подобно недавним миссиям посадочного модуля на Марс, таким как InSight и Phoenix.
Для испытания прочности опорных конструкций их неоднократно сбрасывали на пол испытательного ангара. Инженеры использовали высокоскоростные камеры, чтобы наблюдать, как ноги этого прототипа врезаются в поверхность. Метки в виде QR-кода на каждой "ступне" прототипа помогают камерам отслеживать движение ног. Команда использует замедленное видео, чтобы постоянно обновлять свои компьютерные модели, которые помогают им понять, как энергия удара будет распределяться по посадочному модулю.
Марсианская ракета
Выжить при приземлении — это лишь часть проблемы: безопасный запуск двухступенчатой ракеты длиной 2,8 метров, которая будет находиться на палубе посадочного модуля, добавляет еще один уровень сложности. Сила тяжести Марса составляет одну треть от земной, а вес ракеты в сочетании с ее выхлопом может привести к скольжению или наклону посадочного модуля.
Поэтому инженеры придумали систему, которая подбрасывает ракету в воздух непосредственно перед тем, как она зажжет топливо. Весь процесс происходит одним щелчком пальца, при котором ракета подбрасывается со скоростью 5 метров в секунду.
Во время испытаний люлька, оснащенная поршнями, работающими на газе, подбросила в воздух на 3,3 метра модель ракеты массой 400 кг; кабели, подвешенные к вышке высотой 13 метров, отнимали более половины веса испытуемого объекта, чтобы имитировать марсианскую гравитацию.
Эта система, известная как система вертикального выброса и управляемой подсказки (VECTOR), также добавляет небольшое вращение во время запуска, которое отбрасывает ракету вверх и от поверхности Марса.
Команда провела 23 испытания в этом году, по ходу изменяя массу и центр тяжести ракеты. Они также добавили пружины в нижнюю часть своего посадочного модуля, наблюдая, насколько сильно "подпрыгивает" система запуска. В следующем году они подбросят более тяжелую ракету еще выше.