Бурить впредь нежно

Сломавшаяся буровая установка Curiosity снова готова к работе, но бурить теперь придется по-новому

Манипулятор Curiosity с заклинившим буром / Фото: NASA/JPL/Caltech
Манипулятор Curiosity с заклинившим буром / Фото: NASA/JPL/Caltech

В декабре 2016 года у марсохода Curiosity заело буровое устройство. Что было весьма прискорбно, поскольку главная научная ценность марсохода — в проведении изотопных и минералогических исследований марсианских коренных пород, которые невозможны без бурения. И вот теперь бур Curiosity был таки выдвинут в рабочее положение. Виталий Zelenyikot Егоров рассказывает, каких усилий это стоило инженерам Марсианской научной лаборатории, и объясняет, почему команде марсохода теперь надо учиться бурить по-новому.

Несмотря на то что глубина 7 см кажется несерьезной (именно на такую глубину может опускаться бур в землю), ее вполне достаточно, чтобы в течение сотен миллионов лет защищать сложные органические соединения от разрушения космической радиацией. За время своей работы на Марсе Curiosity заложил 15 скважин, добыл и исследовал множество образцов марсианского грунта.

Скважина, сделанная буром марсохода. Фото: NASA/JPL/Caltech

Ценность бура в том, что образцы им добываются непосредственно из залегающих слоев породы, а не из куч песка или обломочного материала, из которых можно просто зачерпнуть ковшом.

Ковш Curiosity. Фото: NASA/JPL/Caltech

После забора грунта добытые образцы нужно просеять, чтобы доставить к исследовательским приборам подходящие дозы с допустимыми размерами частиц. Для двух приборов это частицы диаметром 1 мм и 0,15 мм. Подготовка образцов осуществляется в блоке инструментов Chimra на манипуляторе, куда добытый порошок попадает из грунтосборника бура или из ковша.

Изображение: NASA/JPL/Caltech

Несколько лет назад буровая машина уже была причиной беспокойства МНЛ, когда в ней начали происходить короткие замыкания, но тогда с ними удалось справиться. Год назад возникла более серьезная проблема. Бур марсохода заело. Он просто отказывался выдвигаться.

Два положения бурового устройства: бур в походном положении, и в выдвинутом, рабочем. Фото: NASA/JPL/Curiosity

Несколько месяцев ушло у инженеров на то, чтобы выяснить причину сбоя и попытаться как-то ее решить. Оказалось, что проблема — в фиксирующих зажимах рабочего блока бурового устройства.

Марсоход бурил следующим образом: сначала манипулятор устанавливался на поверхность Марса. Стабильность его положения обеспечивали два боковых упора.

Установка манипулятора, стандартная процедура. Кадры: NASA/JPL/Caltech

Потом в движение приводилась рабочая часть бурового устройства, и сверло вгрызалось в породу под усилием, обеспечиваемым передаточным механизмом в неподвижной части бурового устройства.

Бурение. Хорошо видно один из боковых упоров, обеспечивающих стабильность бура при выдвижении. Кадры: NASA/JPL/Caltech

Во время пауз подвижная часть буровой машины фиксировалась блокирующим механизмом, устроенным по принципу автомобильного сцепления: к подвижной части пружинами прижимались металлические пластины. Отжимались пружины при помощи соленоидов, при подаче питания на их обмотку. Проблема возникла здесь: по неизвестной причине соленоиды отказались реагировать на какой-либо электрический импульс из тех, что могла обеспечить бортовая сеть марсохода. Сцепление казалось вечным, а бур — утраченным навсегда.

Тем не менее этим летом «марсианским» инженерам удалось совершить чудо: чередуя различные команды на выдвижение бура и подавая питание на обмотки соленоидов, им удалось-таки выдвинуть подвижную часть бурового устройства в рабочее положение. На это ушло три недели, которые марсоход стоял неподвижно, пока Солнце находилось между Землей и Марсом.

Как заклинивший бур выдвигали в рабочее положение. Кадры: NASA/JPL/Caltech

Казалось бы, победа! Но праздновать ее все еще преждевременно. Это только первый шаг на пути к ней. Дело в том, что штатный режим бурения теперь невозможно использовать. Теперь нельзя прижимать манипулятор безопасными упорами к поверхности. Бурить придется на вытянутой «руке» марсохода, удерживая весь манипулятор с буром на весу и надавливая всей массой манипулятора. Марсоходу придется четко контролировать направление усилия по оси сверла. Любое серьезное боковое усилие — и бур заклинит в скважине или сорвет куда-нибудь в сторону. Ни то ни другое крайне нежелательно в 100 млн километров от ближайшей ремонтной мастерской.

Сейчас инженеры приступили к тестам датчиков усилия на манипуляторе. Для таких задач их не готовили, но они там есть, поэтому надо оценить их возможности. Сначала новые режимы протестировали на земном инженерном макете Maggie.

Тесты с Maggie. Фото: NASA/JPL/Caltech

А затем уже попробовали на Curiosity.

Тесты на Curiosity. Кадры: NASA/JPL/Caltech

Но пробурить скважину — это еще полдела. Надо доставить грунт в CHIMRA — механизм обработки и подготовки к исследованию.

Из-за заевших фиксаторов теперь это невозможно сделать, так как из грунтосборника бурового устройства образцы можно передать дальше только походного положения бура. Иначе не сойдутся раструб грунтосборника и воронка Chimra.

Иллюстрация: NASA/JPL/Caltech

И это новая проблема.

Сейчас рассматривается несколько вариантов ее решения. Возможно, попробуют добыть буром большую кучу породы, сбросить ее на поверхность и зачерпнуть ковшом. Возможно, станут засыпать в научные приборы образцы прямо из грунтосборника бура.

Принимающие отверстия внутренних приборов также оснащены ситами, поэтому крупные фрагменты породы в приборы не попадут и не засорят их. Но само сито почистить уже не удастся, и оно быстро забьется крупным мусором.

Сито в принимающем отверстии CHIMRA. Фото: NASA/JPL/Caltech

Тем временем марсоход уже взобрался на Гематитовый хребет. Впереди самая важная область для исследований — залежи глины, где вполне вероятно обнаружение органических соединений. Происхождение марсианской органики пока неизвестно, а нам уже известны примеры как биологического, так и не биологического формирования сложных органических соединений в Солнечной системе. Отличить одно от другого Curiosity не сможет, это работа для следующего марсианского исследователя — марсохода ExoMars Pasteur. Но Curiosity сможет оценить состав глины и охарактеризовать органические соединения, если они там есть.

Наличие бура для этого исследования необходимо, поэтому будем надеяться, что команда марсохода освоит новую технику буровых работ и сможет провести их, не повредив бур Curiosity до их завершения.

Виталий Егоров
Теги:

Читать еще на Чердаке: