Микрофоны Perseverance прослушивают звуки Марса

Если бы вы могли стоять на поверхности Марса, что бы вы услышали? Хотя 8 миссий открыли потрясающие виды с поверхности Красной планеты, ни одна из них не вернула звука.

Это скоро изменится. Марсоход НАСА Perseverance, которому осталось несколько дней до запуска миссии по поиску признаков прошлой жизни и сбору образцов для будущего возвращения на Землю, будет иметь на борту не один, а два микрофона. Один будет слушать, как марсоход падает в марсианской атмосфере для посадки, а другой будет записывать звуки, когда марсоход выполняет свою научную работу в кратере Джезеро — древней дельте реки, где, возможно, процветала жизнь.

Если все пойдет хорошо, микрофоны Perseverance выполнят желание соучредителя Planetary Society Карла Сагана, который в 1996 году написал письмо в НАСА, призывая космическое агентство отправить микрофон на Марс.

«Даже если во время этого первого эксперимента будет записано всего несколько минут марсианских звуков, общественный интерес будет высоким, а возможность для научных исследований — реальной», — написал Саган.

По крайней мере, в трех миссиях на Марс до Perseverance микрофоны были частью их конструкции. Первый, совершивший полет на Марс в 1999 году на борту космического аппарата NASA Mars Polar Lander, был спонсирован Планетарным обществом и стал первым научным инструментом, финансируемым за счет краудфандинга, который полетел на другую планету. Полярный спускаемый аппарат разбился о поверхность, но последуют новые попытки. Однако пока ничего не получилось.

«Звуки с Марса были чем-то, что публика уже давно находит завораживающим, и, как результат, Планетарное общество приняло и преследовало их», — сказал Брюс Беттс, главный научный сотрудник Планетарного общества. «Это восходит к нашим ранним идеям расширения космических наук для широкой публики, поэтому концепция взаимодействия наших органов чувств с другим миром совершенно по-новому — это то, во что верило Планетарное общество. И теперь мы надеемся, что она действительно придет к осуществиться «.

Микрофоны
Perseverance Два микрофона Perseverance — это часть системы входа, спуска и посадки (EDL), отвечающая за безопасный перенос марсохода через атмосферу Марса на поверхность. Звук с этого микрофона будет сопряжен с полноцветным видео, снятым камерами EDL. Это позволит зрителям впервые почувствовать, как выглядит и звучит посадка на Марс.

Второй микрофон включен в научный прибор SuperCam марсохода, версию следующего поколения ChemCam марсохода Curiosity с лазерным срабатыванием. Как и его предшественник, SuperCam использует инфракрасный лазерный луч для нагрева и испарения горных пород и марсианской почвы. Затем специальная камера может определять химический состав испаренных материалов и обнаруживать присутствие любых органических соединений — широкого спектра соединений на основе углерода, из которых состоят белки в том виде, в каком мы их знаем.

Когда SuperCam взрывает камень, получающийся звук хлопка даст ученым ключ к разгадке состава камня. Но он также сможет записывать звуки от марсохода, выполняющего свою работу, сказал Грег Делори, генеральный директор и соучредитель компании Heliospace, занимающейся космическим оборудованием. Делори является советником команды микрофонов SuperCam и помогла разработать оригинальный марсианский микрофон Planetary Society.

«Слушать, как поворачивается мачта, вращаются колеса, или слышать, как звучат другие инструменты, также может быть важным инструментом инженерной диагностики», — сказал он.

Возможно, самой ожидаемой особенностью микрофона является то, что он также записывает звуки самого Марса. Слышим ли мы вой марсианского ветра? Создают ли марсианские бури гром, как на Земле?

Первый марсианский микрофон
Идея марсианского микрофона пришла в голову планетологу Джанет Луман из Калифорнийского университета в Беркли в середине 1990-х годов.

«Я занималась наукой о Марсе и планированием миссий на Марс в течение нескольких лет, и мне стало любопытно, почему никто не считал звук частью спектра восприятия, которого мы стремимся достичь с помощью роботов», — сказала она.

Луман и несколько коллег-ученых из Лаборатории космических исследований Калифорнийского университета в Беркли начали обдумывать эту идею, используя стандартные детали, такие как микрофоны для слуховых аппаратов, и протестировали концепцию в марсианских условиях в Марсианской аэродинамической трубе в Исследовательском центре Эймса НАСА. , Результаты были многообещающими, и ученые из Беркли начали думать, что НАСА могло бы пожелать отправить микрофон на Марс в качестве путевого прибора.

Луман обратился к Планетарному обществу с просьбой спонсировать марсианский микрофон. Соучредители общества Брюс Мюррей, Карл Саган и Лу Фридман были заинтригованы, признав ценность такого инструмента для общественных интересов. Но когда они представили концепцию научному консультативному комитету миссии НАСА «Марс Полярный спускаемый аппарат», которая должна была начаться в начале 1999 года, идея микрофона была полностью отклонена. Комитет заявил, что в этом нет никакой научной ценности.

«Это очень напоминало самые ранние дни планетарных миссий», — вспоминал Фридман. «Камеры не были включены в первые космические корабли Pioneer и Mariner, потому что научная мудрость того времени заключалась в том, что получение изображений было просто трюком; это не было хорошей наукой. Сейчас это трудно представить, но тогда консультативный комитет думал, что слышать звуки на Марсе тоже было просто трюком ».

Примерно в то же время администратор НАСА Дэн Голдин инициировал инициативу под названием «Марс вместе», которая продвигала идею российского и американского научного сотрудничества в будущих миссиях на Марс, параллельно с новым партнерством этих стран на Международной космической станции. В результате российский лидар для изучения пыли в атмосфере Марса был выбран для полета на Mars Polar Lander.

Используя связи, созданные во время прошлых усилий Планетарного общества по объединению советских и американских ученых во время холодной войны, Фридман и Луманн спросили главного исследователя российского лидара Вячеслава Линкина, не заинтересован ли он в добавлении крошечного марсианского микрофона к своему прибору. Linkin сказал да.

Поддерживаемое ростом общественного интереса к звукам с Марса, Планетарное общество собрало 100000 долларов на создание марсианского микрофона. Делори, в то время один из коллег Луманна из Беркли, присоединился к проекту и возглавил технические усилия по интеграции микрофонного блока в LIDAR без необходимости каких-либо корректировок мощности, громкости и веса, которые НАСА предоставило российскому инструменту.

«Первоначальный микрофон Mars, который мы построили, представлял собой маленькую умную коробочку, примерно по 5 сантиметров с каждой стороны, и весил 50 граммов», — сказал Делори. «Микрофон был создан для экстремальных условий, и мы достаточно протестировали его, чтобы понять, насколько он надежен».

Он и его команда провели все мыслимые испытания, используя вакуумные и тепловые камеры и столы для встряхивания, чтобы убедиться, что оно выдержит запуск, круиз, посадку и работу в суровых условиях Марса, а также будет работать во всех режимах, которые они подключили. дюйма. Микрофон работал безупречно благодаря интеграции и тестированию с LIDAR, и когда они подключили его к посадочному модулю, он работал отлично.

Удовлетворение ограничений НАСА по данным для микрофона оказалось сложной задачей, поскольку команда чрезвычайно усердно работала над совершенствованием электроники, которая обрабатывала и управляла звукозаписями.

«Когда вы являетесь надстройкой для образования и информирования общественности, вам не выделяется большая часть бюджета данных», — сказал Делори. «Мы также не хотели отправлять обратно данные без звуков или неинтересных звуков, поэтому мы использовали микросхему распознавания речи, которая принимала звуки из микрофона и сокращала данные до чего-то действительно управляемого».

Решение включало несколько хитростей: микрофон мог записывать в течение часа, а затем отправлять обратно только самые громкие звуки. Он также может брать случайные аудиосэмплы в определенные периоды времени, чтобы не возвращать данные каждую секунду.

Падения и большие надежды.
Марс Полярный спускаемый аппарат стартовал с мыса Канаверал, Флорида, 3 января 1999 года. Космический корабль достиг Марса и 3 декабря начал спуск на поверхность. Внезапно космический корабль, казалось, исчез без следа.

Контроллеры потеряли сигнал с космического корабля, и, несмотря на неоднократные попытки восстановить связь, о MPL больше никогда не слышали. После тщательного расследования инженеры пришли к выводу, что наиболее вероятный сценарий заключался в том, что выход из строя MPL произошел, когда спускаемый аппарат решил, что толчок от развертывания посадочных опор был приземлением, поэтому он слишком рано выключил свои двигатели. Вероятно, он на большой скорости врезался в поверхность Марса.

«Это было огромным разочарованием», — вспоминает Лухман. «Поскольку марсианский микрофон произвел фурор среди публики и прессы, в нашей лаборатории был открыт конференц-зал, чтобы провести мероприятие по посадке и отпраздновать это событие. Но когда стало известно, что посадка не удалась, нашлось несколько человек, которые застрял в ожидании реакции, но в основном был исход. Это был довольно печальный конец нашего проекта, и мы думали, что у нас мало шансов на переделку ».

Но интерес к проекту микрофона Mars продолжался. Сразу после потери Полярного посадочного модуля французское космическое агентство CNES предоставило вторую возможность запустить эксперимент с микрофоном в рамках его миссии Netlander, запуск которой запланирован на 2007 год. Netlander состоял из 4 небольших идентичных посадочных устройств по всей планете, которые должны были изучать Марс. атмосфера, поверхность и интерьер. Однако в 2004 году миссия была отменена из-за проблем с финансированием.

НАСА наконец пришло к идее марсианского микрофона для своего посадочного модуля Phoenix, который приземлился возле северного полюса Марса в 2008 году. Микрофон Phoenix был частью его системы визуализации при спуске и имел конструкцию, аналогичную первоначальному микрофону на Polar Lander.

Планетарное общество обеспечило бы работу с общественностью. Но непосредственно перед запуском инженеры обнаружили в микрофоне потенциальную проблему с электроникой, которая может повлиять на другие системы, и микрофон был отключен.

«Была возможность включить микрофон после того, как Phoenix выполнила свои основные задачи по оценке местной обитаемости и исследования истории воды на Марсе», — сказал Беттс. «Но в других местах были более высокие приоритеты, и они все еще беспокоились о возможных проблемах с электричеством, поэтому он никогда не был включен до тех пор, пока Феникс не погиб в холодных условиях в северном полушарии Марса в ноябре 2008 года».

Планетарное общество безуспешно пыталось использовать микрофоны в миссиях НАСА Spirit, Opportunity, Curiosity и InSight, а также на злополучном посадочном модуле Schiaparelli Европейского космического агентства, который потерпел крушение в 2016 году. Это означает, что настойчивость должна осуществить мечту слышать звуки с Марса.

«У меня такие же надежды на эту миссию, как и на Mars Polar Lander!» — сказал Фридман. «В этом отношении для меня ничего не изменилось, потому что всякий раз, когда мы видим первое изображение или первые данные какой-либо миссии, это всегда захватывающе. Ожидание первого звука с Марса будет столь же захватывающим».

Микрофоны на борту Perseverance похожи по конструкции на оригинальный марсианский микрофон Planetary Society, выпущенный в 1999 году. До этого момента был долгий путь, и Делори не может дождаться, чтобы наконец услышать, как звучит Марс.

«Мы уже давно можем видеть Марс с точки зрения марсоходов», — сказал он. «Будет невероятно иметь возможность добавить еще один смысл к нашему пониманию Марса».