Космическият апарат Mars Odyssey на НАСА отбеляза 25 години от пристигането си на Марс на 24 октомври 2001 г. Заедно с Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), който вече две десетилетия обикаля около Червената планета, той продължава да изпълнява задачи далеч след края на първоначално предвидения си експлоатационен срок.

Двата апарата разширяват познанията на учените за Марс, като предоставят данни за леда, историята на водата и промените по повърхността на планетата. Освен това осигуряват комуникационна връзка между Земята и марсоходите на НАСА.

Поддържането на подобни мисии в продължение на десетилетия обаче изисква не само надеждни инженерни решения, но и постоянно справяне с технически предизвикателства, отбелязва WIRED в свой анализ по темата.

Според Брайъни Хорган, планетарен учен от университета „Пърдю“, Odyssey и MRO са сред най-продуктивните космически апарати, създавани някога. Наблюденията им позволяват на изследователите да разглеждат Марс не като неподвижен свят, а като планета, чиято повърхност продължава да се променя. Въпреки успехите на двете мисии учените се питат дали НАСА ще успее да създаде техни достойни наследници.

NASA/JPL-Caltech - The Mars Reconnaissance Orbiter

Инженерните решения зад дълголетието на космическите апарати

Космосът е изключително неблагоприятна среда за електрониката. Високоенергийните частици могат да повредят чувствителни компоненти, а повреда на ключова система може да доведе до прекратяване на цялата мисия.

Ограничената комуникация със Земята е допълнително предизвикателство. Докато инженерите могат да наблюдават непрекъснато много от спътниците в земна орбита, научните апарати около Марс понякога установяват връзка с контролния център само веднъж или два пъти седмично.

„Един космически апарат на Марс трябва да може да се справя сам“, обяснява пред WIRED Роб Лилис, специалист по планетарна и космическа физика в Калифорнийския университет в Бъркли.

Затова НАСА често оборудва апаратите си с резервни компоненти. Ако основна система се повреди, резервната може да поеме функциите ѝ, докато инженерите търсят решение. С времето обаче възникват проблеми, които трудно могат да бъдат предвидени при проектирането.

Такъв е случаят с Mars Reconnaissance Orbiter. Апаратът използва звезден каталог, за да определя точното си положение и ориентация в пространството. След две десетилетия работа обаче част от звездите са променили леко видимите си позиции. Въпреки че разликите са минимални, те започват да създават затруднения за навигационната система.

По думите на Пол Физелер, главен инженер на MRO в Лабораторията за реактивно движение на НАСА, през 2025 г. екипът е трябвало да изпрати актуализирана звездна карта, за да гарантира правилната ориентация на апарата.

При Mars Odyssey най-големият проблем е друг: постепенното изчерпване на горивото, необходимо за малките корекции на ориентацията му.

В космически условия точното измерване на оставащото количество гориво е затруднено. При липсата на обичайното гравитационно въздействие то не се събира на дъното на резервоара, което прави традиционните методи за измерване неприложими.

Поради това инженерите разработват нови методи за управление с минимален разход на гориво, за да удължат експлоатационния живот на апарата.

Учени откриха как се образува необичаен облак на Марс, който достига над 1600 километра дължина

Уроците от два провала на НАСА

Според експерти дълголетието на Odyssey и MRO до голяма степен е резултат от поуките, които НАСА извлича след два сериозни провала през 1999 г.

Тогава агенцията последователно губи Mars Climate Orbiter и Mars Polar Lander в рамките на програмата си за по-бързи, по-добри и по-евтини космически мисии.

Mars Climate Orbiter е изгубен поради несъответствие между използваните мерни единици. Една от системите работи с американски мерни единици, а друга използва метричната система.

При Mars Polar Lander причината е софтуерна грешка, която не е открита по време на предварителните тестове.

„Тези провали бяха постоянно в съзнанието на екипа, който разработваше Odyssey“, разказва пред WIRED Глен Хейвънс, инженер в Лабораторията за реактивно движение и ръководител на проекта.

След загубата на двата апарата НАСА инвестира повече ресурси в подготовката на следващите мисии, като поставя акцент върху надеждността на системите и подробното тестване на отделните компоненти.

Един от основните принципи е осигуряването на допълнителни резерви от енергия, гориво и технически капацитет, които да позволят на апаратите да продължат работа при непредвидени обстоятелства.

„Могат да се случат неочаквани неща и трябва да сте сигурни, че космическият апарат ще оцелее“, обяснява Нилтън Рено, инженер по космически полети от Мичиганския университет.

Например MRO е изстрелян с по-голяма батерия и повече гориво, отколкото са били необходими за първоначалната мисия. Именно тези резерви днес позволяват на НАСА да планира продължаване на работата му с още едно десетилетие.

Новият космически телескоп на НАСА е готов да разкрие скритите страни на Вселената

Бъдещето на мисиите до Марс

Въпреки дългогодишната работа на Odyssey и MRO космическите апарати не могат да функционират безкрайно. През 2025 г. НАСА губи връзка с Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN), най-новия си орбитален апарат около Марс, след като той неочаквано губи захранване, докато се намира от обратната страна на планетата.

Този случай повдига въпроса как агенцията ще осигури непрекъснатост на изследванията през следващите години.

НАСА вече е възложила на Blue Origin разработването на специализиран комуникационен спътник, който трябва да осигурява предаването на данни между Марс и Земята за период от поне пет години.

За разлика от Odyssey и MRO, които първоначално са проектирани като научни мисии и впоследствие поемат комуникационни функции, новият апарат ще бъде предназначен основно за предаване на информация от други космически мисии.

Според официалното съобщение на НАСА договорът с Blue Origin има максимална потенциална стойност от около 700 млн. долара, като се очаква комуникационната система да заработи до 2030 г.

Въпреки това научните планове на агенцията за Марс остават сравнително ограничени, отбелязва WIRED. Един от проектите, ръководен от Роб Лилис, предвижда два малки орбитални апарата, които ще изследват как Марс реагира на потока от заредени частици, идващи от Слънцето.

Самият Лилис признава, че мисията е близо до границата, под която мащабът ѝ би бил твърде малък за постигането на значими научни резултати.

Друг проект, Skyfall, предвижда изпращането на три малки хеликоптера към Марс с помощта на космически апарат с ядрена електрическа двигателна система.

Изстрелването е планирано за края на 2028 г., но амбициозният график и ограниченият научен обхват на мисията пораждат въпроси сред изследователите.

Учените, цитирани от WIRED, посочват, че нито една от тези инициативи не може напълно да замени възможностите на Odyssey и MRO. Те изразяват опасения, че стремежът към по-бързо изпълнение на космическите проекти и ограничаване на разходите може да доведе до повторение на грешките от миналото.

„Определено се стремят към по-бързо и по-евтино изпълнение“, коментира Брайъни Хорган.

Според нея при подобен подход провеждането на качествени научни изследвания ще бъде значително по-трудно.