Первая задержка полета из-за ненастной погоды на другой планете — вертолет Ingenuity пережидает марсианскую бурю
Полет № 19 марсианского вертолета Ingenuity планируется провести не ранее воскресенья, 23 января 2022 года. Вот что рассказали участники команды управление вертолетом:
Атмосфера Марса намного менее плотная, чем земная; однако климат Марса имеет много общего с земным: времена года, смена ветров, ледяные облака и пыльные бури, среди прочего. Предсказывать погодные явления, как и для Земли, всегда сложно. Готовясь к полету 19, мы обнаружили, что непредвиденная погода на Марсе может привести к знакомому и печальному сценарию здесь, на Земле: задержка полета. К счастью, Ingenuity не перевозит пассажиров, а весь его багаж находится в «ручной клади», так что в результате остается ждать лучшей погоды.
На сегодняшний день выполнено 18 полетов, поэтому прогнозирование погоды стало неотъемлемой частью планирования марсианских полетов. С момента первого полета 19 апреля 2021 года кратер Джезеро пережил весну и лето. В настоящее время мы приближаемся к концу лета и началу осени, которая начнется 24 февраля. Со сменой времен года возникают новые проблемы, в том числе снижение плотности воздуха, что потребовало изменений в том, как мы летаем.
Наша работа как синоптиков состоит в том, чтобы предоставить оценку текущих погодных условий в соответствии с полетными требованиями.
Каковы эти требования для приемлемых и безопасных полетов? Благоприятные условия зависят от двух ключевых свойств: плотности воздуха и скорости ветра. Хотя у нас нет преимущества большого количества метеостанций или орбитальных метеорологических спутников на Марсе, как в случае с Землей, в нашем распоряжении есть ряд инструментов, позволяющих определить, приемлемы ли условия для полета.
Наиболее полезным ресурсом для прогнозирования является анализатор динамики окружающей среды Марса (MEDA) — действующая метеостанция на борту марсохода Perseverance. Используя этот мощный набор инструментов, мы можем рассчитать плотность воздуха и измерить скорость ветра в течение дня, а также отслеживать их изменения в зависимости от сезона, когда мы готовимся к будущим полетам.
Мы также не лишены помощи со стороны орбитальных средств — таких, как Mars Color Imager (MARCI), так и Mars Climate Sounder (MCS) на борту Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Они предоставляют ежедневные обновления о состоянии атмосферы — это полезно для понимания активности погоды.
По мере того, как на Марсе наступает осень, мы ожидаем увеличения количества пыли в атмосфере на всей планете; уровни будут оставаться повышенными в течение зимы (этот период года называют «пыльным сезоном»). Пыль играет важную роль в климате Марса, и ее характеристики особенно важны для наземных объектов, работающих на солнечной энергии, таких как Ingenuity.
Атмосферная пыль уменьшит количество солнечного света, попадающего на солнечные панели Ingenuity, которые заряжают батареи, необходимые для полета. Кроме того, пыль в атмосфере нагревается солнечным светом и нагревает окружающую атмосферу, что приводит к уменьшению и без того низкой плотности воздуха, в котором должен летать Ingenuity. Члены оперативной группы активно обсуждали предстоящий пыльный сезон и то, как реагировать на воздействие этих меняющихся условий.
Сильная региональная пыльная буря появилась в первый день нового года, охватив кратер Джезеро как раз в то время, когда мы планировали рейс 19. Присутствие этой бури проявилось довольно рано — еще до традиционного начала пыльного сезона! На самом деле, год назад мы никогда не видели бури такой силы на Марсе так рано. Первые признаки приближающейся пыльной бури были обнаружены Perseverance, который наблюдал увеличение подъема пыли в кратере Джезеро.
На орбите MRO сделал снимки этой растущей региональной пыльной бури, на которой были видны признаки расширения из южного полушария в северное полушарие — возможно, в сторону кратера Джезеро. Наша группа прогнозов погоды должна была принять решение, продолжать полеты или нет. Данные, которые мы анализируем с MEDA и орбитальных спутников, могут иметь задержку от нескольких часов до нескольких дней, поэтому нам пришлось сделать прогноз для полета 19 на несколько дней вперед. Было ясно, что на горизонте была значительная неопределенность. Метеорологическая группа рекомендовала отложить полет 19, который в конечном итоге был принят командой Ingenuity (полет 19, первоначально запланированный на 5 января 2022 года, или миссия Perseverance на 313-й сол).
Это оказалось правильным решением. Через несколько дней после задержки рейса пыльная буря прошла над кратером Джезеро, и мы смогли четко увидеть ее последствия как по данным MEDA, так и с орбиты (рис. 1). Наиболее заметным было резкое падение плотности воздуха — отклонение примерно на 7% ниже того, что наблюдалось до пыльной бури.
Такое наблюдаемое отклонение привело бы к снижению плотности ниже нижнего порога безопасного полета и создало бы чрезмерный риск для вертолета. Мы также наблюдали влияние пыли на количество солнечного света, поглощаемого солнечной батареей Ingenuity, которое упало значительно ниже нормального уровня «чистого неба» примерно на 18%.
Сейчас пыльная буря рассеялась, и Ingenuity полетит не ранее этого воскресенья, 23 января. Пыльная буря и ее влияние на планирование полетов — важный опыт для всей команды. Ожидаются будущие события в конце сезона пыльных бурь, которые могут перерасти в штормы глобального масштаба, подобные тем, которые наблюдались совсем недавно в 2018, 2007 и 2001 годах. Мы будем продолжать прилагать усилия для безопасного полета Ingenuity в обозримом будущем.