Колеса: «ахиллесова пята» марсохода «Кьюриосити»

В 2003 году на Красную планету были отправлены марсоходы-близнецы: «Спирит» и «Оппортьюнити». Их задачей было исследование нашего близкого соседа в рамках 90-дневной миссии. Напичканные оборудованием по самое не хочу, марсоходы с лихвой перевыполнили задачи. «Оппортьюнити» до сих пор продолжает работу, спустя 12 земных лет — 4500 марсианских дней. «Кьюриосити», марсоход следующего поколения, приземлился на Марс в августе 2012 года и был оснащен намного лучше своих предшественников. Сможет ли «Кьюриосити» пережить «Оппортьюнити», на замену которому прилетел? Или нет?

Вместе с «Кьюриосити» на Марс отправился радиоизотопный источник энергии (а не солнечные панели), разнообразные камеры и манипуляторы. На данный момент это самый большой, тяжелый и самостоятельный ровер, который когда-либо высаживался на другой мир. Изначально миссия была рассчитана на два года. Но прошло уже четыре, а прекрасные данные и снимки со всех инструментов «Кьюриосити» продолжают поступать.

И все же у этого 899-килограммового монстра есть слабость, которая, вероятнее всего, не даст ему исполнить свое главное предназначение: полностью исследовать свою первоначальную цель, марсианскую гору Шарпа (гора Эолида). И дело совсем не в том, что он приземлился за 10 километров от цели и проехал к ней все это расстояние, хотя и не без этого. И дело не в том, что его радиоактивный источник энергии распадается; спустя 14 лет возможной работы он все еще будет вырабатывать порядка 100 Вт пригодной энергии, или 80% от запланированной на самое начало мощности. И не в том, что гора Шарпа оказалась немного не такой, как мы представляли. На пути марсохода было много сюрпризов, включая дюны, остатки жидкой воды и более твердую поверхность и несмотря на все это, он мог бы доехать до нее, если бы не одно но.

Прочность цепи определяется самым слабым ее звеном, и в случае марсохода «Кьюриосити» этим самым слабым звеном могут быть его колеса. Известно, что колеса могут испортиться в зависимости от того, с чем столкнутся. Прежде чем отправиться на Марс, мы построили урезанную версию марсохода под названием «Скэркроу» (Scarecrow, «Страшила») и отправили его кататься по самой марсоподобной местности, доступной на Земле: в пустынях Калифорнии и Аризоны.

«Скэркроу» был лишен научных инструментов, но весил столько же, сколько и настоящий «Кьюриосити». Его гоняли на разные расстояния по разной земле, включая и почву, которая более гладкая, чем марсианская, более грубая, скалистая и наклонная. «Скэркроу» загнали до отказа и отказ произошел. Преодолевая каменистую местность, укрепленные алюминием колеса покрылись трещинами и проколами, пока, наконец, совершенно не изорвались.

Местность на Марсе должна быть более гладкой, чем специально подобранная земля на нашей планете, и колеса создавались, чтобы справиться с этим препятствием. Чтобы сэкономить на весе и максимально укрепить каждое колесо, их изготовили из цельных блоков алюминия, с толщиной в разных местах от 0,75 мм до 7,5 мм. Очевидно, самые тонкие части будут наиболее подвержены проколам и трещинам, что и доказало испытание «Скэркроу».

Но начиная с 411 сол, с 411 марсианского дня на Марсе (соответствующего 422 земному дню), мы увидели, что реальный марсоход «Кьюриосити» тоже столкнулся с такими же проблемами, но уже на Марсе. Посадка в 10 километрах от горы Шарпа не помогла — она была довольно точной — проблемой оказалась куда более твердая, чем ожидалось, земля, которая проделала дыры в колесах ровера. Больше всего ущерба пришлось на передние и центральные колеса.

Со временем этот ущерб только увеличился, что добавило вопросов инженерам. В конце концов, несмотря на острые и отточенные камешки, когда марсоход опирается на колеса с 1/6 своего веса, этого будет недостаточно достаточно, чтобы проделать дыру в колесе. Всему виной комбинация двух факторов:

• продолжительные поездки по марсианской почве сделали колеса мягче, как постоянное сгибание и разгибание металла размягчает его;
• положение марсохода приводит к тому, что он «обрушивает» намного больше одной шестой веса на передние или центральные колеса.

Они-то и привели к этим колотым ранам в центре колес. Марсоход продолжает двигаться, и эти раны становятся хуже. Но есть и хорошие новости. Во-первых, даже с изодранными колесами, ровер «Скэркроу» продолжает функционировать на Земле. Колеса выглядят ужасно, но ровер продолжает движение. Вот что говорит ученый Мэтт Хеверли, один из главных техников «Кьюриосити»:

«Мы проехали со «Скэркроу» около 12 километров на марсианском дворике по камням и склонам, которые намного хуже марсианских. На колесах образовались вмятины и отверстия, но ровер продолжает работать вполне сносно. Мы продолжим изучать колеса на Марсе и на марсианском дворике, но не думаем, что их износ повлияет на наши шансы добраться до горы Шарп».

Еще более интересно то, что инженеры «Кьюриосити» разрабатывают технику, которая максимально продлит срок службы ровера: ехать медленнее и задом наперед. Медленный темп может расстроить тех, кто стремится к науке, но езда с половинной скоростью снизит нагрузку на колеса в четыре раза. Особенно поможет движение задом наперед. Основной ущерб пришелся на передние и центральные колеса, задние же остались практически нетронутыми. Правда, центральным колесам в любом случае придется туго, хоть они все выглядят лучше, чем любые колеса «Скэркроу».

Марсоход «Кьюриосити» прибыл к горе Шарпа в сентябре 2014 года и с тех пор медленно исследует ее и взбирается по ней. Колеса поистине являются «ахиллесовой пятой» марсохода. Лучше тонкого алюминия ученые не придумали ничего, и сделать его еще на миллиметр толще означало бы добавить целую гирю веса, которая существенно усложнила бы и без того сложную посадку.

По мере подготовки Mars Rover 2020, который последует на Марс за «Кьюриосити» догадайтесь в каком году, ученые постоянно ищут новые технологии и методы, которые пригодились бы колесам ровера следующего поколения. Окончательный дизайн их еще не утвержден.