Марсоход Curiosity, успешно осуществивший посадку 6 августа 2012 года, на сегодня является самым совершенным научным инструментом для изучения Марса непосредственно на его поверхности в автономном режиме с возможностью дистанционного управления. NASA предлагает поближе познакомиться с его уникальной начинкой и оригинальными техническими решениями.

С инженерной точки зрения Curiosity представляет собой передвижную автономную химическую лабораторию, оснащённую множеством инструментов, которые призваны обеспечить выполнение важных исследовательских задач. Среди них выявление признаков протекания биохимических реакций (поиск жизни), подготовка к высадке на Марс астронавтов, изучение климата красной планеты и детальные исследования марсианского грунта.

Марсоход Curiosity - общий вид
Кратер Гейла - основной регион исследований Curiosity

Поскольку бурение затруднено, марсоход был отправлен к кратеру Гейла. Отбор проб будет осуществляться со стенок этой огромной воронки, что существенно упростит задачу анализа глубоких слоёв.

Подсистема питания мощностью 100 Вт основана на радиоизотопном термоэлектрическом генераторе (РИТЭГ), использующем в качестве источника энергии процесс распада диоксида плутония-238 общей массой 4,8 кг.

Выделяемое при этом тепло частично используется для подогрева оборудования, так как температура окружающей среды может опускаться до ?127 °С. Повышение пиковой мощности для выполнения энергоёмких операций возможно благодаря двум литий-ионным батареям.

Научное оборудование марсохода представлено десятком модулей, расположенных преимущественно в его головной и передней частях.

“Голова” марсохода оснащена камерами с фокусным расстоянием 34 мм (Medium Angle Camera, MAC) и 100 мм (Narrow Angle Camera, NAC). Там же расположился ChemCam – комплекс инструментов для дистанционного исследования с разрешающей способностью почти на порядок выше, чем у предыдущих марсоходов.

Марсоход Curiosity - головная часть

В области “шеи” закреплена метеорологическая станция Rover environmental monitoring station (REMS).

Марсоход Curiosity - распределение модулей

В передней части корпуса у основания манипулятора расположен модуль анализа проб грунта и атмосферы SAM (Sample Analysis at Mars).

Марсоход Curiosity - вид сверху

На самом манипуляторе размещены камера MAHLI (Mars Hand Lens Imager) с переменным фокусным расстоянием 18,3 – 21,3 мм, пробоотборник Drill, спектрометр APXS (Alpha-particle X-ray spectrometer), камера сортировки и хранения проб CHIMRA (Collection and Handling for In-situ Rock Analysis) и устройство удаления пыли DRT (Dust Removal Tool).

Манипулятор марсохода Curiosity

Среди научного оборудования стоит отметить детектор водорода и водяного льда DAN (Dynamic Albedo of Neutrons). Прибор с заявленной стоимостью более 3 млн долларов предоставлен Роскосмосом и является совместной разработкой НИИ автоматики им. Н.Л. Духова при «Росатоме», Института космических исследований РАН и Объединённого института ядерных исследований.

Марсоход Curiosity - модуль DAN

Curiosity оснащён двумя идентичными бортовыми компьютерами (Rover Compute Element, RCE) – основным и резервным. Оба компьютера спрятаны в глубине массивного корпуса для лучшей изоляции от воздействия внешней среды и менее энергоёмкого поддержания оптимальной температуры. Как и в других космических аппаратах, все электронные компоненты устойчивы к воздействию радиации, обладают расширенными диапазонами допустимых физических условий и максимально возможной надёжностью.

RAD750 - процессор PowerPC с защитой от радиации

Мозгом бортового компьютера служит 32-разрядный RISC-процессор RAD750. Это защищённый аналог IBM PowerPC 750, разработанный ещё в 2001 году и успешно применяемый в космической отрасли с 2005 года.

В каждом RCE есть базовый модуль EEPROM объёмом 256 КБ, по 256 МБ оперативной памяти стандарта DRAM с коррекцией ошибок и по 2 ГБ флэш-памяти. Подсистема памяти содержит защищённый буфер на случай аварийного отключения питания. По сравнению с предыдущими аппаратами серии Mars Exploration Rovers, объём памяти Curiosity увеличен примерно в восемь раз.

Управляются бортовые компьютеры операционной системой реального времени VxWorks, изначально разработанной компанией Wind River Systems и приобретённой Intel в 2009 г.

Перемещения, фото- и видеосъёмка и применение научных инструментов происходят согласно управляющим командам с Земли, но при этом для RCE всегда полно работы. Основной компьютер постоянно осуществляет мониторинг состояния всех компонентов, регулирует работу энергетической установки и системы жидкостного охлаждения (общая протяжённость трубок составляет примерно 60 м), а также подготавливает накопленные данные для отправки на Землю в перерывах между сеансами связи.

Стабилизация марсохода по трём осям – нетривиальная задача, с которой пока успешно справляется модуль IMU (Inertial Measurement Unit).

Система стабилизации марсохода в пространстве

Планируется, что марсоход будет выполнять свою научную миссию 1 марсианский год (около двух земных лет) и пройдёт за это время порядка 20 километров, проводя анализ марсианского грунта и атмосферы.

В будущем Curiosity сменят другие спускаемые аппараты, разрабатываемые в рамках долговременной инициативы NASA Mars Exploration Program.