«Оппортьюніті» ( — слушна нагода, сприятлива можливість, нагода), MER-B (Mars Exploration Rover — B) — другий марсохід космічного агентства НАСА з двох запущених у рамках проєкту Mars Exploration Rover.
Було запущено із Землі 7 липня 2003 року. Посадка на Марс спускного апарата відбулося 25 січня 2004 року. Було заплановано, що місія «Оппортьюніті» на Марсі буде тривати 90 солів (92,5 земної доби). Однак апарат пропрацював до 10 червня 2018 року, коли від нього було отримано останній сигнал. Загалом на Марсі «Оппортьюніті» пропрацював 5352 сол (5498 земних днів від посадки до завершення місії, тобто 15 земних років та 8 місяців. За цей час апарат подолав по поверхні Марса відстань 45,16 км. 13 лютого 2019 року НАСА офіційно оголосило про завершення проєкту. «Оппортьюніті» став апаратом, який найдовше пропрацював на Марсі. Попередній рекорд належав апарату «Вікінг-1», який пропрацював з 1976 по 1982 роки.
Походження назви Назву марсохід отримав за результатами традиційного конкурсу НАСА. Її у 2003 році запропонувала 9-річна дівчинка російського походження Софі Колліс, що народилася в Сибіру; її удочерила американська сім'я Колліс (Collis) з Аризони.
Мета місії
Основним завданням місії було вивчення осадових порід, які, як передбачалося, мали утворитися в кратерах (Гусєва, Еребус) і суміжних, де колись могло бути озеро або море. Однак класичні осадові породи знайдені не були, у кратері зустрічалися переважно породи вулканічного походження.
Перед місією марсохода були поставлені такі наукові цілі: Пошук і опис розмаїття гірських порід і ґрунтів, які свідчать про минулу водну активність планети. Зокрема, пошук зразків із вмістом мінералів, які відкладалися під впливом опадів, випарювання, осадження або гідротермальної активності. Визначення поширення і складу мінералів, гірських порід і ґрунтів, які оточують місце посадки. Визначити які геологічні процеси на Марсі сформували рельєф місцевості і хімічний склад. До цих процесів можуть належать: водна або вітрова ерозія, відкладення осадів, гідротермальні механізми, вулканізм та утворення кратерів. Проведення калібрування та перевірки спостережень за поверхнею, зроблених за допомогою інструментів Mars Reconnaissance Orbiter. Це допоможе визначити точність і ефективність різних інструментів, які використовуються для вивчення марсіанської геології з орбіти. Пошук залізовмісних мінералів, виявлення і кількісна оцінка відносних величин за певними типами мінералів, що містять воду або були сформовані у воді, як-от залізовмісні карбонати. Кваліфікація мінералів і геологічних текстур і визначення процесів, які їх утворили. Пошук геологічних причин, що сформували ті умови навколишнього середовища, які існували, коли на планеті була присутня рідка вода. Оцінка того, наскільки дані умови були сприятливі для життя на Марсі.
Ракета-носій
Марсохід «Оппортьюніті» був запущений ракетою-носієм Дельта-2 7925-H. Ця ракета-носій потужніша, ніж Дельта II 7925, за допомогою якої був запущений його близнюк — марсохід «Спіріт».
Запуск «Оппортьюніті» відбувся пізніше, ніж запуск його близнюка — марсохода «Спіріт», Марс перебував на більшій відстані, і тому для успішної доставки вимагалося більше енергії, у зв'язку з цим обрали потужнішу ракету Дельта-2 7925-H. Попри це, основні елементи ракети-носія Delta-2 для місії Mars Exploration Rovers, були практично ідентичні. На старті ракета-носій важила 285 228 кг, з яких 1063 кг — космічний корабель (див. Таблицю нижче).
Сімейство ракет-носіїв Delta-2 перебуває в експлуатації вже більш ніж 10 років. З їх допомогою успішно запущені 90 проєктів, у тому числі й останні шість місій НАСА на Марс: Mars Global Surveyor і Mars Pathfinder в 1996 році, «Mars Climate Orbiter» 1998 року, «Mars Polar Lander» в 1999 році, «Марс Одіссей» 2001 року і «Фенікс» у 2007 році.
Вироблення енергії
Як і в місії Mars Pathfinder, електроенергію, необхідну для живлення систем марсоходів, виробляють панелі сонячних батарей. Панелі сонячних батарей містяться на «крилах» марсоходів і складаються з окремих осередків, що значно підвищує надійність місії. Їх розробляли спеціально для «Спіріта» і «Оппортьюніті», щоб досягнути максимальної площі збирання світла, наскільки це можливо (див. Знімок ліворуч).
Ще одним нововведенням для марсоходів є додавання потрійного шару з арсеніду галію. Це перше в історії дослідження Марса з використанням тришарових сонячних батарей. Осередки батарей здатні поглинути більше сонячного світла, ніж їх застаріла версія, встановлена на марсоході «Соджорнер», який працював у 1997 році. Сонячні елементи містяться в трьох шарах сонячних батарей марсохода і тому здатні поглинути більше сонячного світла, а внаслідок цього можуть виробляти більше електроенергії для підзарядки літій-іонних акумуляторів роверів.
Під час місії Mars Pathfinder марсохід «Соджорнер» використав один літієвий акумулятор ємністю 40 А·год. Під час місії Mars Exploration Rovers марсоходи використовують два літій-іонних акумулятори, ємністю 8 А·год кожен. Під час роботи «Оппортьюніті» на Марсі максимальний показник виробітку енергії сонячними панелями був близький до 900 Вт·год за 1 марсіанський день, або сол. У середньому сонячні батареї «Спіріта» і «Оппортьюніті» виробляли 410 Вт·год/сол.
Здійснення зв'язку
Зв'язок з орбітальними апаратами
Марсоходи місії Mars Exploration Rovers як ретранслятор використовують орбітальний апарат «Марс Одіссей», який постійно обертається навколо червоної планети.
Протягом 16 хвилин він перебуває в зоні «спілкування» з роверами, після чого ховається за горизонтом. «Спіріт» і «Оппортьюніті» можуть «спілкуватися» з орбітальним апаратом протягом 10 хвилин, у цей період він приймає дані від марсоходів.
Переважна більшість наукових даних передаються на Землю через антену ровера, яка використовується для спілкування з орбітальним апаратом «Марс Одіссей» у дециметровому діапазоні (UHF). «Марс Одіссей» ретранслював на землю основний обсяг наукових даних, отриманих з обох марсоходів. Інший орбітальний апарат, Mars Global Surveyor, також використовувався як ретранслятор; він передав близько 8 % всіх даних, перш ніж вийшов з ладу в листопаді 2006 року, після 10 років роботи. Невеликий обсяг даних був переданий безпосередньо з роверів на Землю через антену X-діапазонуTechnologies of Broad Benefit: Telecommunications ..
Орбітальні апарати з потужними антенами X-діапазону здатні передавати на Землю дані з вищою швидкістю. Швидкість передачі не висока, тому для її збільшення побудували Комплекс далекого космічного зв'язку в Канберрі, діаметр головної параболічної антени якого становить 70 метрів.
Зв'язок із перелітним модулем На перелітному модулі було встановлено дві антени, необхідні для підтримки зв'язку з Землею. Всеспрямовану антену з низьким коефіцієнтом посилення використовували, коли корабель перебував поруч із Землею. У зв'язку з тим, що вона посилає сигнал у всіх напрямках, їй не потрібно наводитися на Землю, щоб перемикнутися на інший канал зв'язку. Після цього в справу вступає гостронаправлена антена з середнім коефіцієнтом посилення, для успішної роботи вона повинна бути спрямована у бік Землі. Антена мала гостру діаграму спрямованості, оскільки в польоті відстань до Землі поступово збільшувалась.
Конструкція марсохода Усі системи марсохода залежать від потужного блоку під назвою «Мозковий центр», який значною захищений від впливів на нього низьких температур. У центрі ровера міститься важливий «Тепловий блок електроніки», який відповідає за пересування ровера, а також за розгортання маніпулятора. Бортовий комп'ютер приблизно такої ж потужності, як і портативний комп'ютер. Пам'яті приблизно в 1000 разів більше, ніж у його попередника — марсохода «Соджорнер».
Бортовий комп'ютер «Спіріта» і «Оппортьюніті» побудований на 32-розрядному радіаційно-стійкому процесорі RAD6000, який працює на частоті 20 МГц. Він містить 128 МБ оперативної пам'яті, а також 256 МБ флеш-пам'яті.
Подібно до нашого мозку, який перебуває під захистом черепа, системи марсохода захищені тим, що встановлені в «Тепловому блоці електроніки», який закріплений у модулі під назвою «Електроніка марсохода». Цей модуль розташований точно в центрі ровера. Золота плівка на стінках блоків допомагає затримувати виділене тепло від обігрівачів, оскільки нічні температури на Марсі можуть впасти до −96 °C. Термоізоляцією служить шар з аерогеля. Аерогель — унікальний матеріал, що володіє рекордно низькою щільністю й проявляє високу твердість, прозорість, жароміцність, надзвичайно низьку теплопровідність і т. д. У повітряному середовищі при нормальних умовах щільність такої мікроґратки дорівнює 1,9 кг/м³ через наявність міжґраткового повітря, а його щільність лише в 1,5 раза більша ніж щільність повітря, через що аерогель отримав назву «твердий дим».
Весь комплекс, що контролює балансування ровера, можна порівняти з пристроєм людського вестибулярного апарату. Інерціальний вимірювальний пристрій оцінює кут нахилу марсохода, ці дані допомагають роверу робити точніші й плавніші рухи.
Головний комп'ютер проводить також регулярне технічне обслуговування марсохода. Його програмне забезпечення забезпечує правильне функціонування всіх систем.
Інновації в місії «Mars Exploration Rovers»
Осторонь від небезпек
Марсоходи місії Mars Exploration Rovers мають систему контролю за небезпечними зонами, у зв'язку з чим під час пересування ровери можуть успішно їх уникати. Реалізація даної системи є першою в історії вивчення Марса, її розробили в Університеті Карнегі-Меллон.
Дві інші подібні програми були об'єднані в одне програмне забезпечення з метою підвищення загальної продуктивності. Перша слідкує за контролем роботи двигуна, управляє колесами марсохода, щіткою, а також інструментом вишкрібання породи (RAT). Друга (працює постійно, як вдень, так і вночі) стежить за роботою сонячних батарей ровера, перенаправляє енергію до двох акумуляторів, а також управляє годинником марсохода.
Поліпшений зір Загалом двадцять камер, що допомагають марсоходам у пошуку слідів дії води на Марсі, передають на Землю якісні фотографії планети. Камери місії Mars Exploration Rovers роблять знімки з найбільшою роздільною здатністю за всю історію досліджень Марса.
Досягнення в галузі технологій допомогло зробити камери легшими і компактнішими, що дало змогу встановити по дев'ять камер на кожному ровері, а також по одній камері на спускну платформу (DIMES). Камери роверів розроблені в Лабораторії реактивного руху. Вони є найдосконалішими камерами, які колись опускалися на іншу планету.
Поліпшене стиснення даних Система стиснення даних, також розроблена в Лабораторії реактивного руху, дає змогу зменшувати обсяг даних для подальшої передачі їх на Землю. ICER створений на основі вейвлет-перетворень, зі здатністю обробляти зображення. Наприклад, зображення розміром 12 МБ у кінцевому підсумку буде стиснуте до 1 МБ і, таким чином, займе набагато менше місця на карті пам'яті. Програма ділить всі зображення на групи, по 30 зображень кожна. Ця процедура істотно знижує ризик втрати знімків під час їх відправлення на Землю, до Комплексу далекого космічного зв'язку в Австралії.
Створення карт місцевості при пересуванні Також інновацією для цієї місії є можливість створювати карти прилеглої місцевості. Для наукової групи це дуже цінно, оскільки карти дають змогу визначити прохідність, кут нахилу, а також сонячну фазу. Стереознімки дають змогу команді створювати 3D-зображення, що дає можливість точно визначати місце розташування спостережуваного об'єкта. Карти, розроблені на основі цих даних, дають змогу команді знати, як далеко роверу потрібно проїхати до необхідного об'єкта, вони також допомагають наводити маніпулятор.
Технологія м'якої посадки Інженери зіткнулися з непростим завданням як: знизити швидкість космічного апарата з 19 300 км/ч під час входження в атмосферу до 19 км/ч при ударі об поверхню МарсаIn-situ Exploration and Sample Return: Entry, Descent, and Landing ..
Покращений парашут і подушки безпеки