Следующий ровер на Марсе: 23 глаза в поисках жизни

В 2020 году на поверхность «красной планеты» должен приземлиться еще один ровер. Усовершенствованная модель будет изучать поверхность с помощью 23 камер – на этот раз в цвете. Для сравнения: Sojourner 1997 года имел всего три камеры на борту.

Обычно нас больше всего впечатляют картинки. Поэтому успешное приземление зонда на Марс в 1997 году вызвало сенсацию: мы впервые смогли увидеть, как он выглядит вблизи. Всего камер было пять: две на посадочном модуле и три на самом марсоходе. И хотя фотографии были черно-белые и с плохим разрешением, само их наличие вызвало по всему миру невероятный восторг.

Далее были Spirit и Opportunity (2004 год) c десятью камерами. А последний ровер Curiosity опустился на Марс 6 августа 2012 года. За пять с небольшим лет он сделал с помощью своих 17 камер уже более 100 тысяч фотографий. Эти снимки уже более четкие и с хорошим разрешением, в том числе есть снимки крупным планом.

Возможности новых камер

Специалисты с нетерпением ожидают фотографии с нового ровера: развитие цифровых оптических датчиков шагнуло далеко вперед за последние годы. Ведь сейчас самые обычные смартфоны имеют камеры с разрешением 8 мегапикселей и более, хотя еще не так давно редкостью был даже хороший интернет.

Наиболее продвинутые модели имеют разрешение более 20 миллионов пикселей. Их цветовые датчики с размером пикселей 0,9 мкм и мощные визуальные процессоры (Visual Processing Unit, VPU) обеспечивают прекрасное качество изображений.

Новый ровер, который будет отправлен на Марс в 2020 году, оснащен 23 высокотехнологичными камерами. Они могут снимать панорамы и мелкие предметы, исследовать атмосферу и способствовать работе исследовательских систем. Они также будут осуществлять съемку во время посадки модуля на Марс. Внутри ровера инженеры установили камеры, которые будут фотографировать отобранные с поверхности Марса пробы.

Специалисты НАСА выделяют три класса камер: камеры для съемки поверхности, инженерные и научные камеры. Вот краткий перечень камер, установленных специалистами Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory, JPL) НАСА на ровер:

·        Enhanced Engineering Camera: камера с цветовым датчиком высокого разрешения и широким углом обзора.

·        Mastcam-Z: усовершенствованная версия одноименной камеры, установленной на Curiosity, с зумом 3:1 и функцией стереоскопии.

·        SuperCam Remote Micro-Imager (RMI): в отличие от ChemCam, установленной на Curiosity, новая камера делает красочные снимки с высоким разрешением.

·        CacheCam: эта камера установлена внутри марсохода для съемки проб.

·        Камеры для съемки в процессе полета, снижения и посадки: шесть камер для разных фаз полета должны, помимо прочего, снять первое видео открытия тормозного парашюта в атмосфере другой планеты.

·        Lander Vision System Camera: камера на основе новой навигационной технологии для съемки посадки.

·        SkyCam: направленная в небо камера для сбора метеорологических данных позволит отслеживать образование облаков и другие атмосферные явления.

От исследований к массовому рынку – и обратно

Конечно, все исследовательские проекты используют данные и опыт, полученные от предыдущих миссий, а также технологический прогресс: усовершенствованные функции по более низкой цене. Так и замыкается этот круг: от специализированных инструментов, разрабатываемых для научных целей, технологии переходят в массовое производство, а затем опять в специализированные области, которые основывают свою деятельность на новых производственных процессах.

Еще в 1980-е гг. в JPL разработали датчики с активными пикселями, которые потребляли меньше энергии, чем первые цифровые камеры. Потом эти датчики стали продуктом коммерческого предприятия Photobit, основанного бывшим сотрудником JPL Эриком Фоссумом (Eric Fossum).

Первые камеры для марсоходов Spirit, Opportunity и Curiosity были рассчитаны на то, чтобы находить путь для марсохода (NavCams) и избегать опасных ситуаций (HazCams). Они делали черно-белые изображения разрешением 1 мегапиксель. Усовершенствованные инженерные камеры новых роверов должны делать цветные фотографии с разрешением 20 мегапикселей.

Стереоскопические снимки и оптический зум

Благодаря этому не нужно будет составлять одно изображение из множества кусочков. Это значительно снижает объем вычислений и позволяет избежать неточной состыковки снимков. Кроме того, новые камеры позволят получать более резкие изображения, поэтому ровер может делать фотографии непосредственно во время движения.

Основная камера, установленная на мачте, впервые оснащена зумом – отсюда и буква “Z” в названии (Mastcam-Z). Благодаря стереоскопической конструкции камера может получать 3D-фотографии. Зум упрощает поиск объектов исследования, а 3D-изображение помогает исследовать пробы. Все это позволяет анализировать эрозионные структуры и состояние поверхности на площади, равной поверхности футбольного поля.

Оборотная сторона медали: объемы данных

Множество фотографий с высоким разрешением, да еще и цветных – все это означает увеличение объема данных. Здесь приходят на помощь новые технические возможности, хотя радиосвязь все еще остается ограничивающим фактором. Разработчики приложили немало усилий, стараясь сделать камеры как можно «умнее». Мощные алгоритмы сжатия снижают объем данных, не ухудшая качество изображений. Если во время миссий Spirit и Opportunity обработкой изображений занимался центральный компьютер, то уже на Curiosity камеры самостоятельно выполняли многие задачи. При разработке нового ровера эту концепцию продолжили и развили.

Также инженеры НАСА разработали возможность использовать корабли на орбите в качестве ретрансляционных станций. Ровер с помощью своей 400 МГц антенны УВЧ диапазона сможет передавать на орбиту данные со скоростью до 2 Мбит/с. Здесь они будут накапливаться в оперативном запоминающем устройстве и передаваться на Землю уже путем «зрительного контакта». Передача сигнала с одной планеты на другую будет занимать от 5 до 20 минут в зависимости от их взаимного расположения.

Кроме того, ровер сможет взаимодействовать непосредственно с Землей с помощью двух антенн диапазона X с большим и малым усилением на основе технологии формирования луча (beamforming technology). Эти антенны предназначены в первую очередь для осуществления управления ровером.

Удастся ли новой миссии найти доказательства жизни на Марсе? В любом случае, нас ждут прекрасные снимки и новые сведения о «красной планете».