Почему НАСА до сих пор не установило стационарную лабораторию на Марсе?

Чтобы сначала ответить на вопрос дословно , НАСА успешно высадило на Марс четыре стационарные лаборатории (даты посадки на Марс указаны в скобках):

• Viking Lander 1 (20 июля 1976 г.),
• Viking Lander 2 (3 сентября 1976 г.),
• Mars Pathfinder (4 июля 1997 г.) и
• Посадочный модуль Phoenix Mars (25 мая 2008 г.).

Вот места их посадки на карте Марса, созданной с помощью Mars Orbital Data Explorer :

А в 2016 году посадочный модуль НАСА InSight (Внутреннее исследование с использованием сейсмических исследований, геодезии и теплопереноса) планируется приземлиться на Марсе 20 сентября 2016 года. Все это стационарные, немобильные роботизированные лаборатории на месте.

Зачем использовать неподвижные посадочные модули? Позже в своем ответе я коснусь одного важного момента, касающегося проблем с колесами вездехода, но не всякая наука, которой мы хотим заниматься на Марсе (или где-либо еще), на самом деле требует мобильной научной лаборатории. Таким образом, если вы можете избежать зависимости от привода и необходимости использовать другие движущиеся части, вы, очевидно, можете построить более надежный посадочный модуль, который будет дешевле и легче, а также потребует упрощенного ИИ и ограничения мощности для его запуска. Некоторыми долгосрочными видами использования могут быть измерение условий и изменений окружающей среды, например, метеостанция, ретрансляционная станция связи, сейсмология, эксперименты по радиации и инсоляции, глубокое бурение льда / реголита и отбор проб, сборная теплица / лаборатория для экспериментов с биокуполом, астрономия, даже для использования в качестве в качестве базовой лаборатории для других мобильных подразделений, пилотируемых миссий или в качестве составной части дляпроцессы использования ресурсов на месте (ISRU), производство и изготовление.

Теперь о том, почему их больше нет. Возможно, эта инфографика может дать наиболее четкую картину (нажмите на изображение, чтобы увидеть описание и ссылки на версии в формате плаката):

Да, приземлиться на Марс сложно, все эти линии, которые пересекают самое внешнее кольцо вокруг Марса на инфографике, изображают неудачные миссии на красную планету. Среди многих неудач также один из спускаемых аппаратов НАСА — Mars Polar Lander . Поэтому неудивительно, что мы можем видеть взрослых мужчин, проливающих слезы радости на видеозаписи посадки MSL Curiosity , когда он успешно приземлился 6 августа 2012 года. Посадка MSL на Sky Crane была названа НАСА «Семь минут ужаса Curiosity» . уважительная причина;

Никто никогда не пытался сделать что-то подобное раньше. MSL был слишком тяжелым, чтобы его можно было безопасно доставить на поверхность Марса, как его более легкие предшественники, он был замедлен до приемлемой скорости сброса с помощью набора тормозных и основных парашютов и заключен в гроздь из подушек безопасности , служащих гасителями ударов и смягчающих их окончательную посадку. на поверхности до полной остановки. Для посылок тяжелее, скажем, одной метрической тонны, посадка на Марс зависит от гораздо более сложных систем входа, спуска и посадки (EDL). Одна оригинальная конструкция, которая в настоящее время разрабатывается Лабораторией реактивного движения НАСА (JPL), — это сверхзвуковой замедлитель низкой плотности (LDSD). Если причудыЭтот новый подход к части входа и спуска EDL может быть успешно решен, и технология оказывается надежной, она позволит доставлять более тяжелые полезные нагрузки на посадочную фазу EDL на Марсе, но не касается самой посадки.

Но трудности не заканчиваются успешной посадкой. Для роботизированных миссий (а других пока не было) марсианские условия суровы. Чрезвычайно мелкозернистая и острая пыль из-за отсутствия атмосферной влаги, которая может попасть в самые узкие отверстия, коррозионные соли перхлората в его верхнем реголите , пыльные бури и пылевые вихри, которые могут случайным образом закрывать или очищатьсолнечные панели, низкое атмосферное давление (~ полпроцента от среднего давления Земли на уровне моря), ограничивающее конвективный теплообмен и затрудняющее аэродинамическое торможение и спуск с парашютом, низкие средние температуры и экстремальные суточные температурные циклы, с перепадом температур из-за атмосферного давления в пределах десятков градусов с головы до ног, неровная и непроветренная, нехоженая местность, которая скрывает всевозможные неприятные сюрпризы вроде лопнувших вентиляторов испаряющегося сухого льда из-под реголита во время марсианских весен, глубокие карманы песка, заполненные песком лавовые дымоходы, и список можно продолжить и дальше, действительно.

Кроме того, есть задержка связи минимум около 4 минут в одном направлении, в зависимости от близости Марса к Земле, но чаще порядка более 20 минут для связи туда и обратно, что еще больше усложняет проектирование роботизированных миссий и существенно снижает то, что мы можем ожидать от них. Если я могу повторить аналогию Дугласа Адама с человеческим увлечением цифровыми наручными часами, что касается автономии роботов, то сейчас мы примерно находимся на стадии увлечения автоматизированными уборщиками, которые могут преодолевать препятствия и подключаться к сети. сетка, когда у них заканчивается сок. Мы еще недостаточно далеко для базовой станции-лаборатории, на которую роботы-исследователи возвращают образцы для анализа на другой планете.Марсоход ExoMars и миссии NASA Mars 2020 .

MSL также испытывает проблемы с колесами , а марсоход Opportunity (MER-B) уже несколько лет движется задним ходом, волоча за собой правое переднее колесо, поскольку с середины 2011 года оно начало потреблять больше электроэнергии, чем остальные. наоборот, чтобы уменьшить нагрузку, износ и износ поврежденных колес, использовался с марсоходом Spirit (MER-A), а теперь также используется с марсоходом MSL Curiosity.. Это все из-за расстояния, которое им удалось преодолеть по пересеченной местности с тех пор, как они вступили в строй. Если бы этим марсоходам пришлось вернуться назад, чтобы вернуть образцы в стационарную лабораторию, расстояние, которое им пришлось бы преодолеть, могло бы удвоиться примерно для того же объема научных исследований, а их радиус действия от базовой лаборатории, которую они могли бы исследовать, был бы довольно ограниченным. Что было бы обидно, поскольку Марс по-прежнему не перестает удивлять нас каждый день .

Марс также довольно большой, с огромным разнообразием особенностей и множеством необратимых барьеров, окружающих его. Так что было бы стыдно вкладывать столько средств в исследование одной области, когда вы можете за те же деньги покрыть большую площадь во многих разных областях, а также иметь некоторый резерв на случай, если какие-то из блоков выйдут из строя или что-то еще выйдет из строя. ошибся еще до того, как благополучно приземлился на Марсе. Если у вас есть одна стационарная лаборатория и один исследовательский/рабочий юнит , которые зависят друг от друга, вы только что увеличили вероятность отказа на 100%, поскольку сбой любого из двух сделает другой юнит устаревшим. С текущей статистикой успешности миссии на Марс никто не хочет снижать свои шансы, начиная с этапа планирования миссии.

В 1970-х годах НАСА отправило на Марс два зонда « Викинг ». Это та самая «неподвижная лаборатория», которую вы ищете?
Недостатком стационарного посадочного модуля является то, что он может собирать данные только в одном месте. Когда вы закончите анализировать это место, миссия окончена. С другой стороны, ровер может собирать данные в разных местах. Его миссия может длиться до тех пор, пока марсоход может двигаться.
Дистанционное строительство небольшого здания кажется большим усилием за небольшую цену.

Короткий ответ заключается в том, что проще построить марсоход со всем лабораторным оборудованием.

Повторное использование вещей в космосе сложнее, чем можно подумать. Если бы была одна лаборатория многократного использования, ее нужно было бы пополнить, отремонтировать и т. д. Различные вездеходы должны были бы быть «совместимы» с существующей лабораторией, что препятствовало бы новым разработкам.

Мало того, марсоходы должны будут путешествовать туда и обратно к лабораторному блоку, а марсоходы и так медленные!

Комментарий Re Quora Fean

Я предполагаю, что ОП означает иметь стационарную лабораторию в удобном месте и марсоход меньшего размера, собирающий образцы и доставляющий их в эту лабораторию.

Это похоже на то, как работала миссия Mars Pathfinder 1997 года. У марсохода Sojourner не было роботизированной руки. У него также не было возможности связаться с Землей. Это была работа базовой станции. Базовая станция Pathfinder также провела ряд стационарных экспериментов.

Посадок на Марс было больше, чем миссий марсохода. У НАСА было больше всего миссий марсохода, и даже у них было больше посадочных модулей, чем марсоходов. У НАСА было четыре миссии спускаемых аппаратов (одна из которых не удалась), три миссии вездехода и одна миссия спускаемого аппарата/марсохода (Pathfinder/Sojourner).

Планетологам еще предстоит определить одно единственное место на Марсе, где стационарная лаборатория или другое сооружение имеет смысл. Я полагаю, если бы вы могли обосновать данные за многие марсианские годы в том же месте, вы могли бы продать миссию, возможно, концепцию метеостанции.

Что касается других постоянных сооружений, то единственные планы, которые я видел до сих пор, заключались в подготовке или участии в пилотируемых миссиях, наиболее интересными из которых для меня являются схемы использования ресурсов на месте , отправленные вперед для производства расходных материалов для поддержки . колонизация.