Япония готовится к запуску одной из наиболее необычных планетологических миссий последних лет. Космический аппарат Martian Moons eXploration, или MMX, должен отправиться к Марсу, исследовать оба его спутника — Фобос и Деймос — и впервые доставить на Землю образцы вещества с поверхности Фобоса.
Главная задача экспедиции заключается не просто в изучении двух небольших спутников Марса. Учёные рассчитывают с помощью образцов разобраться в происхождении Фобоса и Деймоса, лучше понять раннюю историю Марса и получить новые сведения о процессах, происходивших в молодой Солнечной системе. Одновременно миссия должна отработать технологии, которые в будущем могут использоваться для более сложных полётов к Марсу и другим планетам.
Запуск MMX запланирован на 2026 год с японского космодрома Танэгасима. Если миссия будет выполнена по плану, аппарат достигнет Марса примерно через год после старта, проведёт несколько лет в районе его спутников, соберёт материал с Фобоса и затем отправит капсулу с образцами обратно к Земле.
Почему учёных так интересуют Фобос и Деймос
Марс имеет два естественных спутника — Фобос и Деймос. По сравнению с Луной Земли они очень малы, имеют неправильную форму и находятся значительно ближе к своей планете.
Несмотря на десятилетия исследований Марса, происхождение его спутников остаётся нерешённой проблемой. До сих пор космические аппараты в основном наблюдали Фобос и Деймос с расстояния либо совершали пролётные исследования. Подробных данных о составе их поверхности значительно меньше, чем о самом Марсе.
Особенно интересен Фобос. Именно с него MMX должен взять образцы и доставить их на Землю.
У учёных существуют разные представления о происхождении марсианских спутников. Один из основных вопросов заключается в том, являются ли они захваченными астероидами или образовались из материала, связанного с Марсом.
Ответ имеет значение далеко за пределами истории двух небольших небесных тел.
Если Фобос сформировался в результате процессов, связанных с Марсом, его вещество может содержать информацию о ранней истории Красной планеты. Если же он представляет собой захваченный астероид, исследование образцов позволит лучше понять состав небольших тел, сформировавшихся в другой области Солнечной системы.
Именно поэтому возвращение образцов считается ключевой частью MMX.
Почему недостаточно просто сфотографировать спутник
Космический аппарат способен получить изображения поверхности, измерить температуру, исследовать состав с помощью спектрометров и выполнить множество других наблюдений.
Но анализ образца в земной лаборатории открывает возможности, которые невозможно полностью заменить дистанционными измерениями.
На Земле вещество можно исследовать сразу несколькими независимыми методами, включая высокоточные измерения его химического и минералогического состава.
Можно анализировать очень небольшое количество материала и определять присутствующие элементы, минералы и другие компоненты.
Кроме того, лабораторные методы можно совершенствовать по мере развития техники. Полученный образец остаётся доступным для последующих исследований, тогда как возможности космического аппарата ограничены установленными на нём приборами.
Именно поэтому доставка образцов с других небесных тел считается одним из наиболее сложных, но одновременно наиболее научно ценных направлений планетологии.
MMX исследует оба спутника, но образцы возьмёт с Фобоса
Название миссии может создавать впечатление, что аппарат отправится только к Фобосу. На самом деле программа предусматривает исследование обоих спутников Марса.
MMX будет наблюдать Фобос и Деймос, но посадка и забор образцов запланированы именно на Фобосе. После завершения основной программы аппарат должен отправиться обратно к Земле с собранным материалом.
Таким образом, миссия объединяет сразу несколько типов космических исследований: орбитальные наблюдения, работу вблизи небольшого небесного тела, посадку, сбор образцов и их доставку обратно на Землю.
Каждая из этих задач сама по себе требует сложных технологий.
Фобос — небольшой и необычный мир
Фобос существенно отличается от Земли и её Луны.
Это небольшое тело неправильной формы, не имеющее атмосферы и покрытое многочисленными структурами, связанными с ударами космических тел.
Из-за слабой гравитации работа на его поверхности сильно отличается от работы на планете или крупном спутнике.
Аппарат должен не просто прилететь к Фобосу. Ему необходимо точно сблизиться с небольшим объектом, удерживать необходимую траекторию, провести посадочные операции и взять материал.
После этого собранный образец нужно безопасно доставить в возвращаемую капсулу и вывести аппарат на траекторию полёта к Земле.
В состав MMX входит небольшой марсоход
Одним из важных элементов миссии станет небольшой марсоход IDEFIX.
Он разработан для работы на поверхности Фобоса и должен помочь исследовать местность непосредственно вблизи поверхности.
Небольшой ровер особенно полезен при работе с телом неправильной формы и низкой гравитацией. Передвижение по такому объекту требует совершенно другого подхода, чем движение марсоходов по поверхности Марса.
IDEFIX станет одним из технологических элементов миссии, предназначенных для получения опыта работы на малых небесных телах.
В его состав входят научные приборы, позволяющие исследовать свойства поверхности.
На борту будет много научных приборов
MMX — не просто аппарат для забора грунта.
На нём предусмотрен целый комплекс научного оборудования.
В частности, миссия получит приборы для спектроскопических исследований, определения химического и минералогического состава, изучения рельефа и окружающей среды.
На борту предусмотрены гамма- и нейтронный спектрометр MEGANE, инфракрасный спектрометр MIRS, камеры и другие инструменты. Ровер IDEFIX также будет оснащён собственным набором приборов.
Это позволит изучать Фобос не только по возвращённому образцу, но и непосредственно во время работы аппарата у спутника.
Почему происхождение Фобоса остаётся загадкой
Существует несколько сценариев происхождения марсианских спутников.
Один из вариантов предполагает, что они могли быть астероидами, захваченными гравитацией Марса.
Другой сценарий связывает их происхождение с крупным столкновением в ранней истории Марса. При таком событии часть вещества могла оказаться на орбите вокруг планеты, а затем сформировать спутники.
Есть и другие варианты, которые рассматриваются в научных моделях.
Проблема заключается в том, что имеющихся наблюдений недостаточно, чтобы окончательно выбрать один из сценариев.
Именно здесь образец Фобоса может стать особенно ценным.
Грунт может рассказать о прошлом Марса
Если материал Фобоса действительно связан с Марсом, в нём могут сохраниться признаки процессов, происходивших в ранней истории планеты.
В этом случае образец позволит получить дополнительную информацию о составе материала, который существовал в марсианской системе миллиарды лет назад.
Но даже если Фобос окажется захваченным астероидом, результат будет не менее важным.
Тогда его состав позволит определить, каким типом небольшого тела является этот спутник и в какой области ранней Солнечной системы мог сформироваться материал, из которого он состоит.
В обоих случаях образцы должны помочь решить фундаментальную проблему происхождения марсианской системы.
Что здесь общего с происхождением жизни
MMX имеет ещё одну научную цель — исследовать условия, связанные с происхождением жизни и пригодных для жизни сред на каменистых планетах.
Это не означает, что на Фобосе ожидают найти жизнь.
Учёные пытаются понять гораздо более фундаментальный вопрос: какие процессы происходили в молодой Солнечной системе и как формировались условия, необходимые для возникновения обитаемых сред.
Марс особенно интересен для таких исследований, поскольку в прошлом на его поверхности существовали условия, существенно отличавшиеся от современных.
Изучение Марса и его спутников позволяет рассматривать эту историю как единую систему.
Фобос может хранить материал марсианского происхождения
Марсианская поверхность постоянно подвергается воздействию ударов астероидов и других космических тел.
При крупных столкновениях часть материала Марса может выбрасываться в окружающее пространство.
Некоторое количество такого вещества может достигать орбиты планеты и оседать на Фобосе.
Это одна из причин, по которой образцы Фобоса особенно интересны.
Исследователи смогут изучить не только собственно материал спутника, но и проверить наличие марсианского вещества среди его поверхностных отложений.
Такой материал может дать дополнительную информацию о Марсе без необходимости доставлять образец непосредственно с его поверхности.
Но Фобос не является просто «куском Марса»
Одновременно нельзя заранее считать весь материал Фобоса марсианским.
Спутник имеет собственный состав и собственную историю.
Именно поэтому MMX должен провести комплексные наблюдения до и во время отбора образцов.
Только сопоставление дистанционных измерений, данных с поверхности и лабораторного анализа возвращённого материала позволит установить происхождение исследуемых веществ.
Деймос также остаётся важной частью миссии
Хотя образцы будут доставлены с Фобоса, Деймос не останется без внимания.
MMX должен проводить наблюдения обоих спутников.
Сравнение Фобоса и Деймоса имеет большое значение для понимания их происхождения.
Если два спутника сформировались вместе, у них должны присутствовать определённые общие свойства. Если же их истории различаются, наблюдения могут обнаружить соответствующие различия.
Таким образом, изучение Деймоса необходимо для правильной интерпретации результатов исследования Фобоса.
Япония использует опыт предыдущих миссий
MMX не является изолированным проектом.
Японская космическая программа уже имеет значительный опыт работы с небольшими телами Солнечной системы.
Особенно важными стали миссии Hayabusa и Hayabusa2, которые позволили Японии не только исследовать астероиды, но и доставить на Землю образцы их вещества.
Hayabusa2 успешно доставила материал астероида Рюгу в 2020 году.
Опыт этих миссий имеет непосредственное значение для MMX, поскольку задача забора вещества с небольшого тела и его последующего возвращения на Землю относится к числу наиболее сложных операций автоматической космонавтики.
MMX должен стать следующим шагом после Hayabusa2
Миссии к астероидам и миссия к Фобосу имеют много общего.
В обоих случаях космический аппарат должен работать рядом с небольшим телом, где гравитация очень слабая.
Необходимо точно управлять движением, учитывать форму объекта, выбрать подходящее место для работы и обеспечить безопасный сбор материала.
Но MMX одновременно сложнее по масштабу задачи.
Аппарату предстоит работать не просто у небольшого астероида, а в системе Марса, где необходимо учитывать гравитацию самой планеты и двух её спутников.
Полёт к Марсу требует гораздо больше времени и энергии
Путь от Земли до Марса значительно сложнее, чем полёт к объектам, расположенным ближе к Земле.
После запуска MMX должен выйти на межпланетную траекторию, пересечь расстояние между планетами и выполнить серию манёвров при приближении к Марсу.
Планируется, что аппарат достигнет марсианской системы примерно через год после запуска. После этого начнётся основной этап работы около спутников.
Аппарат не будет просто лететь вокруг Марса
Для выполнения научной программы MMX должен работать непосредственно в окрестностях Фобоса.
JAXA планирует вывести аппарат на квазиспутниковую орбиту вокруг Фобоса. Такая траектория позволит проводить продолжительные наблюдения и подготовить операции по сбору образцов.
Это важное отличие от обычного пролётного исследования.
Аппарат сможет многократно наблюдать один и тот же объект, выбирать районы для исследований и проводить операции непосредственно у поверхности.
После отбора образцов начинается вторая половина миссии
Получить образец — только часть задачи.
После завершения исследований у Марса аппарат должен подготовиться к обратному перелёту.
Собранный материал будет помещён в специальную возвращаемую капсулу.
Капсула должна доставить образцы к Земле, где они будут извлечены и переданы научным группам для лабораторного анализа.
Именно этот этап превращает MMX в миссию класса sample return — экспедицию с доставкой вещества другого небесного тела на Землю.
Почему образец с Фобоса могут изучать десятилетиями
Одно из главных преимуществ доставки образцов заключается в том, что они не ограничены возможностями оборудования, установленного на космическом аппарате.
На Земле образец можно хранить, разделять на части и исследовать различными методами.
По мере развития аналитической техники можно проводить новые исследования уже имеющегося материала.
Подобная возможность особенно ценна для планетологии.
Образцы, доставленные с Луны, астероидов и других тел, продолжают изучаться спустя десятилетия после завершения соответствующих миссий.
В миссии участвуют международные партнёры
MMX является японской миссией, но в ней участвуют международные организации.
В проект вовлечены NASA, французское космическое агентство CNES, Германский аэрокосмический центр DLR и Европейское космическое агентство ESA.
Такое сотрудничество позволяет объединять научные приборы, инженерные технологии и опыт разных космических программ.
NASA, например, участвует в создании научного оборудования для миссии.
Китай также готовит миссию к марсианской системе
MMX развивается на фоне растущего интереса разных стран к марсианским спутникам.
Китай также разрабатывает миссию Tianwen-2, которая предусматривает исследование объектов Солнечной системы и возвращение образцов.
Поэтому Япония стремится реализовать MMX в ближайшее время.
Однако научная ценность японской миссии не определяется тем, какая страна первой доставит образец.
Главный результат будет зависеть от качества исследований, состава образцов и того, какие вопросы они позволят решить.
Почему марсианские спутники могут быть важнее самого Марса
На первый взгляд может показаться странным отправлять сложную миссию к небольшим спутникам, когда сам Марс значительно крупнее и представляет огромный научный интерес.
Но небольшие тела обладают одним важным преимуществом.
Их поверхность может сохранять материал, который подвергся меньшему количеству геологических процессов, чем поверхность крупной планеты.
На Марсе происходили вулканизм, движение грунта, воздействие атмосферы, воды и другие процессы, которые изменяли поверхность.
Фобос значительно меньше и устроен проще.
Поэтому его вещество может содержать своеобразную запись ранних этапов формирования марсианской системы.
MMX — не миссия по высадке людей на Марсе
Важно разделять две задачи.
MMX является автоматической научной миссией. Она не доставляет людей к Марсу и не является непосредственной подготовкой к первой пилотируемой экспедиции.
Однако полученные в ходе проекта знания и технологии действительно могут оказаться полезными для будущего освоения Марса.
В частности, JAXA рассматривает MMX как часть более широкой программы исследования Луны, Марса и их спутников.
Япония одновременно развивает лунное направление
Марс не является единственной целью японской космической программы.
JAXA участвует в международной программе Artemis и работает над технологиями для длительной деятельности человека на Луне.
Отдельное направление — Lunar Polar Exploration Mission, или LUPEX, предназначенная для исследования полярных областей Луны и оценки доступности водяного льда.
Также Япония участвует в создании и снабжении лунной станции Gateway.
Таким образом, японская стратегия строится сразу вокруг нескольких этапов: исследование Луны, развитие технологий работы на её поверхности, исследования марсианской системы и подготовка технологий для дальнейших пилотируемых экспедиций.
Лунные технологии должны стать основой для дальнейшего освоения
Работа на Луне рассматривается как важный этап перед более дальними пилотируемыми миссиями.
Расстояние до Луны относительно небольшое, поэтому там проще проверять новые технологии и отрабатывать процедуры длительной работы на другой поверхности.
JAXA рассматривает такие разработки как часть международной программы устойчивого исследования Луны и дальнейшего движения к Марсу.
Один из долгосрочных проектов — герметичный ровер
Япония также участвует в разработке пилотируемого герметичного ровера.
Такой аппарат должен одновременно служить транспортным средством и защищённым пространством для астронавтов.
Идея особенно важна для будущих продолжительных исследований поверхности Луны.
По планам JAXA, в 2030-х годах предполагается расширять возможности длительной работы человека на лунной поверхности, а разработанные технологии рассматриваются и в более широком контексте будущего исследования Марса.
Почему MMX вписывается в эту программу
Хотя MMX не является пилотируемым проектом, он решает несколько задач одновременно.
Во-первых, миссия должна дать новые научные сведения о Марсе и его спутниках.
Во-вторых, она позволит получить опыт работы в марсианской системе.
В-третьих, отработка посадки и отбора вещества на небольшом небесном теле имеет непосредственную технологическую ценность для будущих планетных миссий.
JAXA прямо связывает разработку MMX с совершенствованием технологий перелётов между Землёй и Марсом, связи с дальними космическими аппаратами и отбора образцов с поверхностей небесных тел.
Что именно можно будет узнать после возвращения образцов
Окончательные результаты будут зависеть от того, какой материал окажется в контейнере.
Учёные смогут определить его минералогический и химический состав, сравнить его с известными астероидами и марсианскими породами и проверить различные сценарии происхождения Фобоса.
Особенно важным будет поиск различий и сходств между материалом Фобоса и известными образцами других малых тел Солнечной системы.
Если в образцах обнаружится значительная доля марсианского вещества, это станет дополнительным источником информации о Красной планете.
Если же состав окажется характерным для другого типа астероидов, это усилит сценарий захваченного тела.
Почему ответ может повлиять на историю всей Солнечной системы
Происхождение Фобоса связано с более фундаментальным вопросом — тем, как формировались планеты и малые тела Солнечной системы.
Марс сформировался около 4,5 миллиарда лет назад, однако его современная поверхность не полностью сохраняет условия ранней эпохи.
Малые тела способны сохранять древний материал лучше.
Поэтому образец Фобоса потенциально может дать информацию о процессах, происходивших на ранних этапах формирования планетной системы.
Это одна из причин, по которой миссия имеет значение не только для марсианской науки.
Фобос постепенно приближается к Марсу
У Фобоса есть ещё одна необычная особенность.
Он находится очень близко к Марсу и постепенно приближается к планете.
В далёком будущем спутник должен разрушиться под воздействием приливных сил и сформировать вокруг Марса кольцевую структуру либо его обломки столкнутся с планетой.
Этот процесс происходит чрезвычайно медленно и не имеет непосредственного отношения к работе MMX.
Однако он подчёркивает, насколько необычна динамика марсианской системы.
Почему исследование Фобоса необходимо провести сейчас
Для современной науки важно получить подробные данные о спутнике до того, как его поверхность и структура будут существенно изменены будущими воздействиями или активностью человека.
MMX станет первой миссией, предназначенной специально для комплексного исследования обоих спутников Марса и доставки образца с Фобоса.
Если аппарат выполнит программу, он значительно расширит знания о марсианской системе.
Что будет после MMX
Даже успешное завершение миссии не закроет все вопросы о Марсе и его спутниках.
Напротив, результаты могут породить новые задачи.
Если происхождение Фобоса станет понятнее, возникнет необходимость проверить полученные выводы другими наблюдениями.
Если же образец покажет неожиданное происхождение или состав, это может потребовать новых миссий к Фобосу, Деймосу или непосредственно Марсу.
В этом заключается нормальный принцип планетологии: одна экспедиция редко окончательно отвечает на фундаментальный вопрос.
Она прежде всего уменьшает область неизвестного.
Япония делает ставку на доставку образцов
За последние десятилетия доставка вещества с других небесных тел стала одним из важнейших направлений японской космической науки.
Hayabusa и Hayabusa2 продемонстрировали возможность выполнения сложнейшей последовательности операций у небольших тел.
MMX переносит этот опыт на совершенно другой уровень — в марсианскую систему.
Если миссия будет успешной, Япония получит возможность исследовать образец спутника другой планеты и одновременно расширит опыт работы с межпланетными аппаратами.
Главный вопрос миссии — откуда взялись спутники Марса
Фобос и Деймос выглядят небольшими и непримечательными на фоне самого Марса.
Однако именно их простота может оказаться ключом к истории всей системы.
Они могут быть остатками материала, из которого сформировался Марс, продуктами древнего столкновения или объектами, пришедшими из другой области Солнечной системы.
Пока окончательного ответа нет.
MMX должен приблизить науку к его получению.
В 2026 году японская миссия готовится к старту с космодрома Танэгасима. Её аппарат отправится к Марсу, исследует Фобос и Деймос, совершит посадку на Фобосе и попытается доставить образцы его вещества на Землю. При успешном выполнении программы учёные впервые получат возможность изучить вещество марсианского спутника непосредственно в земных лабораториях.
Результат может оказаться важным сразу для нескольких областей науки: происхождения спутников Марса, ранней истории Красной планеты, формирования Солнечной системы и понимания условий, в которых на каменистых планетах могли возникнуть пригодные для жизни среды. При этом MMX остаётся прежде всего научной автоматической экспедицией, а не поиском жизни на Фобосе или непосредственной подготовкой высадки людей на Марс.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
