Mars Atmosphere and Volatile Evolution

MAVEN
MAVEN
Основні параметри
Повна назва	Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN
Виготівник	Lockheed Martin
Оператор	Космічний центр Годдарда, NASA
Проліт	C/2013 A1 (МакНота)
Штучний супутник	Марса
Вихід на орбіту	2014-09-21
Дата запуску	2013-11-18 13:28 за східним часом (22:28 мск)
Ракета-носій	Атлас-5 (конфігурація 401)
Космодром	SLC-41, мис Канаверал
Тривалість польоту	Основна програма розрахована на 1 рік
Технічні параметри
Маса	Суха: 903 кг; Повна: 2550
Розміри	11,43 м
Потужність	1135 Вт
Орбітальні дані
Тип орбіти	Еліптична
Апоцентр	6000 км
Перицентр	150 км
Вебсторінка
Вебсторінка	MAVEN

MAVEN (від англ. Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN — «Еволюція атмосфери і летких речовин на Марсі») — американський штучний супутник для дослідження атмосфери Марса^[2] є частиною проєкту Mars Scout. Десятий за рахунком марсіанський орбітальний апарат НАСА, починаючи із запущеного в 1971 р. зонда «Марінер-9».

Основною метою місії є вивчення сучасного стану та еволюції атмосфери Марса, зокрема, втрати планетою своєї атмосфери. Зонд MAVEN повинен провести наукові вимірювання швидкості втрати атмосфери, що дозволить зрозуміти, яку роль зіграла втрата в ході зміни марсіанського клімату. MAVEN стане останньою в серії місій НАСА, призначених для пошуку та вивчення слідів води, органічних речовин і «екологічних ніш», придатних для життя в минулому Марса. Загальна вартість проєкту MAVEN становить $671 млн дол.

Історія

15 листопада 2008 року НАСА оголосило про прийняття проєкту MAVEN. Вартість проєкту становить 485 млн дол. У жовтні 2010 року апарат почали втілювати в метал. 27 вересня 2011 року було оголошено, що готовий корпус апарата. У середині серпня 2012 року були протестовані двигуни апарата.

На початку вересня 2012 року було оголошено, що фахівці розпочали збірку апарата, яка зайняла п'ять місяців. 9 лютого 2013 року збірка апарата була завершена. Протягом наступних кількох місяців апарат проходив випробування на стійкість до вібрації, умовам вакууму, екстремально високих і низьких температур, перевантажень і космічної радіації.

2 грудня 2012 року було проведено робочу нараду, на якій обговорювалася програма MAVEN. Були представлені програма польоту, характеристики космічного апарата і наукові інструменти. Крім того, обговорювалися набір даних і наукові результати, які планується отримати в результаті виконання програми.

5 серпня 2013 року апарат був доставлений в Космічний центр імені Кеннеді, де пройшла остаточна підготовка до запуску. Перевірка показала, що при транспортуванні апарат не отримав пошкоджень, після чого почалася збірка. Далі пішли перевірки програмного забезпечення і системи розгортання сонячних батарей.

У жовтні 2013 року в США розпочалася бюджетна криза і була припинена робота державних органів. Це стосувалось і НАСА. У результаті виник ризик зриву запуску MAVEN в намічений термін і перенесення його на 2016 рік. Однак було прийнято рішення, згідно з яким місія MAVEN відповідає критеріям, що допускає виключення з режиму зупинки роботи держструктур.

18 листопада 2013 року автоматична міжпланетна станція була запущена до Марса.

Історія марсіанського клімату

Колись на Марсі атмосфера була щільнішою, а на його поверхні тривалий час існувала вода в рідкому вигляді^{[джерело?]}. Таке середовище, теоретично, могло бути придатним для існування мікроорганізмів, оскільки наявність води в рідкому вигляді є необхідним фактором для життя, яким ми його знаємо. Однак, внаслідок кардинальної зміни клімату, велика частина атмосфери була втрачена Марсом. Деякі геологічні особливості, такі, наприклад, як висохлі річище і мінерали, формування яких в земних умовах вимагає наявності води, свідчать про наявність у минулому вологи на Марсі. Крім того, дуже старі кратери практично стерті з лиця Марса. Сучасна атмосфера не могла викликати такого руйнування. Вивчення швидкості утворення та ерозії кратерів дозволило встановити, що найсильніше вітер і вода руйнували їх близько 3,5 млрд років тому. Приблизно такий же вік мають і багато промоїн. Однак, в наші дні умови на марсіанській поверхні не дозволяють воді існувати в рідкому вигляді. Причини різких змін марсіанського клімату є загадкою.

Вплив комет на атмосферу Марса

У грудні 2012 року була відкрита комета C/2013 A1 (Сайдинг Спрінг)^[3]. На момент відкриття було встановлено, що існує ймовірність 1:8000 її зіткнення з Марсом 19 жовтня 2014 року. У цьому випадку потужність вибуху могла скласти 20 млрд мегатонн у тротиловому еквіваленті, який залишив би кратер діаметром до 500 км. У цьому випадку могли б статися непередбачувані зміни клімату планети: зіткнення на швидкості 56 км/с підняло б в атмосферу гігантську кількість пилу, у результаті чого миттєво розтанули й випарувалися б величезні обсяги водяного льоду і замерзлої вуглекислоти. Це могло призвести до посилення парникового ефекту (водяна пара і вуглекислота є потужними парниковими газами) і глобальному потеплінню на Марсі.

У квітні 2013 року НАСА опублікувало нові дані, згідно з якими зіткнення комети C/2013 A1 (Сайдинг Спрінг) з Марсом малоймовірно. За новими оцінками, ймовірність цієї події становить 1:120 000 замість колишніх 1:8000. За розрахунками комета повинна пройти на відстані в 110 тис. км від Марса 19 жовтня 2014 року о 18:51 GMT. У цьому випадку розмір коми — газової оболонки навколо ядра комети — повинен перевищити 100 тис. км, а це означає, що комета торкнеться атмосфери планети.

Мета програми

Апарат MAVEN має чотири основні наукові завдання:

Визначити вплив втрат газів на кліматичні зміни Марса зараз і в минулому.
Визначити поточний стан верхніх шарів атмосфери та іоносфери Марса і взаємодії їх із сонячним вітром.
Визначити темпи втрати атмосфери, а також фактори, що впливають на цей процес.
Визначити співвідношення стабільних ізотопів в атмосфері Марса. Ці дані можуть допомогти в дослідженні історії марсіанської атмосфери.

Крім того, MAVEN, який вийшов на орбіту Марса за місяць до максимального зближення комети C/2013 A1 (Сайдинг Спрінг) з Марсом, зможе детально дослідити її вплив на марсіанську атмосферу.

Додатково MAVEN, ресурс якого розрахований до 2023 року, забезпечуватиме підтримку зв'язку з марсоходами «Оппортьюніті» й «К'юріосіті», які нині отримують сигнали з Землі та передають назад наукову й телеметричну інформацію через апарати «Марс Одіссей» і Mars Reconnaissance Orbiter, запущених відповідно у 2001 і 2005 роках і поступово виробляють свій ресурс. Пізніше, з 2016 року, MAVEN буде ретранслювати дані з апарата InSight, з 2018 року — з європейського марсохода проєкту «ЕкзоМарс», і з 2020 року — з марсохода Curiosity другого покоління.

Наукове обладнання

На зонді MAVEN встановлено вісім приладів, що входять у три набори інструментів. Particles and Fields Package («Набір для вивчення частинок і полів») — містить 6 інструментів для дослідження характеристик сонячного вітру та іоносфери планети. Створено в лабораторії космічних досліджень університету Берклі, штат Каліфорнія. Чотири інструменти створені в самій лабораторії; один створений спільно з лабораторією атмосферної та позаатмосферної фізики Університету Колорадо в Боулдері; ще один — магнітометр — виготовлений у Центрі космічних польотів імені Ґоддарда.

Список інструментів, що входять у PFP:

Solar Energetic Particle (SEP, «Сонячні високоенергетичні частинки»);
Solar Wind Ion Analyzer (SWIA, «Аналізатор іонів сонячного вітру»);
Solar Wind Electron Analyzer (SWEA, «Аналізатор електронів сонячного вітру»);
SupraThermal and Thermal Ion Composition (STATIC, «Надгарячий і гарячий іонний склад»);
Langmuir Probe and Waves (LPW, «Датчик ленгмюровських хвиль»);
Magnetometer (MAG, Магнітометр) — пара індукційних магнітометрів;
Remote Sensing Package (RSP, «Набір дистанційної реєстрації»), побудований в лабораторії атмосферної та позаатмосферної фізики Колорадського університету в Боулдері, спрямований на визначення загальних характеристик верхніх шарів атмосфери та іоносфери.

Список інструментів, що входять в RFP:

Imaging Ultraviolet Spectrometer (IUVS) призначений для дослідження газового складу нижніх шарів атмосфери, зокрема, вимірювати концентрацію вуглекислого газу;
Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer (NGIMS, «Нейтральний та іонний мас-спектрометр»), створений у Центрі космічних польотів імені Ґоддарда, призначений для вимірювання співвідношень концентрацій іонів і нейтральних частинок, а також вивчення ізотопного складу атмосфери;
Радіокомплекс «Електра» забезпечить передачу даних між MAVEN і Землею зі швидкістю від 1 Кбайт/c до 2 Мбайт/c;
Бортовим комп'ютером зонда є одноплатний комп'ютер RAD750.

Безпосереднім пошуком слідів життя, якими зайнятий марсохід Curiosity, MAVEN займатися не буде. У складі його обладнання відсутній детектор, що дозволяє виявити присутність метану. Спочатку цей інструмент був запланований, але скорочення бюджету змусило розробників відмовитися від нього.

Програма польоту

Запуск

18 листопада 2013 року о 13:28 EST (18:28 UTC), відбувся запуск ракети-носія «Атлас-5» (конфігурація 401) з апаратом MAVEN на борту зі стартового майданчика SLC-41, мис Канаверал.

Переліт до Марса

3 грудня 2013 року відбувся перший коригувальний маневр траєкторії зонда.
У лютому 2014 року відбувся другий коригувальний маневр траєкторії зонда.
У середині липня 2014 року відбувся третій коригувальний маневр траєкторії зонда.
У середині вересня 2014 року відбувся четвертий і останній коригувальний маневр траєкторії зонда.
22 вересня 2014 року, після 10 місяців польоту, MAVEN вийшов на еліптичну орбіту Марса (висота апоцентра — 6200 км; висота перицентра — 150 км).
За наступні 5 тижнів MAVEN буде переведений на остаточну цільову орбіту; буде здійснена перевірка наукового обладнання та тестові вимірювання.

Наукова фаза

Основна наукова програма розрахована на 1 земний рік. У цей час зонд MAVEN перебуватиме на еліптичній орбіті з висотою апоцентра 6000 км і висотою перицентра 150 км, проходячи на кожному витку через верхні шари атмосфери.

Буде зроблено п'ять «глибоких проходів» через атмосферу на висоті 125 км. Вимірювання, отримані в ході цих маневрів, допоможуть зібрати інформацію про нижні шари, довершуючи картину верхньої частини атмосфери Марса.

Результати

У 2023 році НАСА повідомило, що космічний зонд MAVEN, вперше, зареєстрував зникнення на Марсі потоків частинок з Сонця, тобто сонячного вітру. Завдяки цьому марсіанські атмосфера й магнітосфера розширилися на тисячі кілометрів. З'ясувалося, що під впливом сонячного вітру магнітосфера та іоносфера Червоної планети збільшилися на тисячі кілометрів, тобто їхній розмір став більшим приблизно втричі^[4].

Завершення польоту

6 грудня 2025 року НАСА втратило зв'язок із космічним апаратом MAVEN. Аналіз фрагмента даних спостереження показав, що MAVEN з незрозумілих причин покинув заплановану орбіту. 16 січня 2026 року, після закінчення двотижневого відімкнення зв'язку, викликаного перебуванням Сонця між Землею та Марсом, НАСА не зафіксувало жодного сигналу від космічного апарата. Тим не менш, агентство поки що не припинило спроби зв'язатися з ним^[5].