Китай хочет первым в истории привезти грунт с Марса

Пока NASA и ESA буксуют со своей программой возврата марсианского грунта, Китай объявил конкретные сроки. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature Astronomy учеными миссии «Тяньвэнь-3», старт запланирован на 2028 год, а образцы должны вернуться на Землю около 2031 года. Если график будет выдержан, это станет первой в истории доставкой физического материала с поверхности Красной планеты.

Формулировка в статье предельно четкая: цель миссии — собрать не менее 500 граммов марсианского вещества и вернуть его на Землю. За этой простой фразой стоит огромный научный потенциал. Полкилограмма грунта можно изучать десятилетиями — приборами гораздо более мощными, чем те, что реально доставить на Марс.

Почему это так сложно

Марс десятилетиями сопротивлялся подобному «путешествию туда и обратно». Человечество уже привозило лунные породы, крупицы астероидов, кометную пыль и частицы солнечного ветра. Но запечатанная капсула с марсианским грунтом дала бы лабораториям первый прямой доступ к тщательно защищенному веществу с поверхности Красной планеты.

«Тяньвэнь-3» проектируется как первая китайская миссия по возврату марсианского грунта. Ее задача — сесть на Марс, собрать породу и реголит, вывести образцы на орбиту и благополучно доставить их на Землю. Каждый из этих шагов по отдельности в космонавтике уже выполнялся. Но собрать их все вместе, да еще у Марса, — задача принципиально другого уровня сложности.

Миссия опирается на растущий опыт Китая в дальнем космосе. Страна уже привезла образцы с Луны в рамках программы «Чанъэ». Она же провела миссию «Тяньвэнь-1», которая в 2021 году вывела орбитальный аппарат к Марсу и доставила на поверхность ровер «Чжужун».

Два запуска — и путь домой

Миссию планируют разделить на крупные части с помощью двух запусков ракет «Чанчжэн-5» («Великий поход-5»). Одна ракета выведет посадочный модуль и взлетную ступень. Вторая — орбитальный аппарат и модуль возврата к Земле. Такое разделение снимает нагрузку с единой связки аппаратов.

На Марсе работой на поверхности займется посадочный модуль. Он будет собирать вещество тремя способами: ковшом, буром и небольшим летающим сборщиком. После того как образцы будут запечатаны, взлетная ступень стартует с поверхности Марса и выведет контейнер на орбиту планеты.

Орбитальный аппарат тем временем будет ждать встречи на орбите. Он захватит контейнер с образцами, закрепит его внутри системы возврата и начнет путь домой. У Земли отделится спускаемая капсула и пройдет через плотные слои атмосферы с запечатанным грузом.

Вся схема держится на цепочке точнейших событий. Посадочный модуль должен пережить вход в атмосферу и мягко сесть. Взлетная ступень — стартовать с другой планеты. Орбитальный аппарат — найти и захватить небольшую цель на марсианской орбите. Сбой на любом этапе может сорвать возврат.

Зачем нужен бур на два метра

Бурение на глубину до двух метров — одна из самых важных с научной точки зрения особенностей миссии. Поверхность Марса крайне враждебна: разреженная атмосфера, мощная радиация, окисляющая химия и резкие перепады температур. Все это затрудняет сохранность вещества.

Органические молекулы и возможные биосигнатуры на поверхности со временем разрушаются. Материал под слоем реголита защищен гораздо лучше — даже метр-два «покрова» дают огромную разницу в масштабах геологического времени.

Бур рассчитан на то, чтобы добраться до вещества, которое провело куда меньше времени под открытым марсианским небом. Такая глубина поможет искать химические следы, связанные с древней обитаемостью, и понять, как под поверхностью менялись вода, соли и минералы.

Здесь важно отличие от ровера NASA Perseverance, который собрал в кратере Езеро тщательно отобранные керны пород. «Тяньвэнь-3» добавит другой тип образцов, сделав ставку на площадку, где можно сочетать быстрый сбор и доступ к глубине.

Площадки с признаками древней воды

Поиск места посадки строится вокруг следов древней водной активности. Когда-то на Марсе существовали среды, где жидкая вода формировала рельеф. Дельты, котловины, осадочные слои и возможные отложения озер способны хранить свидетельства о прошлых условиях.

Планировщики рассматривают такие регионы, как равнины Амазония, Утопия и Хриса. Эти обширные низменности дают инженерные преимущества и одновременно включают ландшафты, которые могут хранить следы взаимодействия воды, осадка и породы.

Финальную площадку придется выбирать на балансе между безопасностью и наукой. Район посадки должен лежать достаточно низко, чтобы атмосфера помогла затормозить аппарат. Нужны также умеренные уклоны, минимум опасных камней и достаточно солнечного света для работы на поверхности.

Добавляется и еще один фильтр — сохранность биосигнатур. Ученые ищут места, где могли существовать древние обитаемые условия и где последующее погребение под слоями грунта защитило хрупкие химические свидетельства. Такое сочетание встречается редко, поэтому выбор площадки становится одним из ключевых решений миссии.

Дрон для охоты за образцами по соседству

Сбор с помощью дрона может расширить охват миссии за пределы рабочей зоны посадочного модуля. Небольшой летательный аппарат будет добираться до соседних целей и брать вещество в точках в пределах нескольких сотен метров от места посадки.

Это дает доступ сразу к нескольким участкам грунта. Ближайший выход пород, слоистое отложение или необычный камень можно опробовать, даже если сам модуль сел в более безопасном месте. Дрон помогает совместить безопасность посадки с геологическим разнообразием.

Летать на Марсе трудно из-за крайне разреженного воздуха. Но вертолет NASA Ingenuity доказал, что управляемый полет там возможен. «Тяньвэнь-3» использует эту идею для другой цели — сбор образцов напрямую завязан на кампанию по возврату.

Дрон к тому же упрощает миссию по сравнению с полноценным ровером. Ровер способен изучать множество целей, но добавляет массу, требует энергии и усложняет операции. Летающий сборщик — компактный способ собрать дополнительный контекст вокруг места посадки.

Гонка с NASA и ESA

Возврат марсианского грунта давно входит в число приоритетов планетологии. NASA и ESA годами разрабатывали совместную программу, чтобы привезти пробирки, собранные ровером Perseverance. Эти образцы отбирались после детального изучения в кратере Езеро.

Но американо-европейский проект столкнулся с серьезным давлением по стоимости и срокам. Проверки подтолкнули NASA к вариантам с пересмотром конструкции. В итоге сроки возврата коллекции Perseverance стали неопределенными на фоне заявленной цели «Тяньвэнь-3».

У китайской миссии более прямой профиль: сесть, собрать, стартовать, встретиться на орбите и вернуться в рамках более короткой кампании. Такой путь, возможно, принесет менее богатый по контексту материал, чем тщательно задокументированная коллекция Perseverance. Но именно он может дать первые в истории лабораторные образцы с Марса.

Это различие важно и для науки, и для истории. Успешный возврат «Тяньвэнь-3» даст исследователям настоящее марсианское вещество для изучения электронными микроскопами, масс-спектрометрами, изотопными лабораториями и инструментами биологического скрининга. И станет крупной вехой в исследовании планет.

Как будут изучать образцы

С привезенным марсианским грунтом будут обращаться с исключительной осторожностью. Капсулу придется вскрывать в контролируемых условиях: нужно и защитить Землю от неизвестного биологического риска, и уберечь сами образцы от земного загрязнения.

Первые этапы, скорее всего, включат съемку, взвешивание, каталогизацию и неразрушающий анализ. Ученые изучат крупицы, текстуры, минералы и захваченные газы, прежде чем резать или растворять малые порции. Каждое действие будут документировать — материала мало, и он незаменим.

Лаборатории смогут искать органические соединения, изотопные соотношения, соли, глины, вулканические минералы и признаки реакций воды с породой. Эти измерения способны показать, сформировался ли образец в озере, вулканическом потоке, системе подземных вод или в сухой поверхностной среде.

Надежное хранение и обработка образцов критичны и для научной ценности, и для общественного доверия. Чистые условия не дадут современным земным микробам попасть в марсианское вещество, а строгая изоляция позволит оценить биологическую безопасность до того, как материал начнут распределять шире.

Если «Тяньвэнь-3» добьется успеха, эти образцы могут стать эталонным материалом для целого поколения марсианских исследований. Они помогут калибровать наблюдения роверов, уточнить модели климатической истории Марса и направить выбор будущих площадок для посадки. А еще — перенести поиск прошлой жизни на Марсе в лаборатории, где можно напрямую проверить мельчайшие химические следы.