Япония отправляет зонд к Фобосу: зачем ученым грунт спутника Марса и что он может рассказать о прошлом Солнечной системы

Миссия MMX должна помочь разгадать одну из главных загадок Красной планеты, проверить гипотезы о происхождении ее спутников и отработать технологии, необходимые для будущих экспедиций к Марсу. Возвращение первых образцов ожидается в 2031 году.

Япония приступает к одной из наиболее амбициозных межпланетных исследовательских миссий ближайших лет. Автоматический космический аппарат MMX (Martian Moons eXploration) должен отправиться к Фобосу — крупнейшему из двух спутников Марса — чтобы исследовать его поверхность, собрать образцы грунта и доставить их на Землю.

Как сообщает «Интерфакс» со ссылкой на Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA), запуск запланирован на 19 октября 2026 года по московскому времени. Аппарат массой около 4,48 тонны должен стартовать с помощью тяжелой ракеты H3 с космодрома Танэгасима на юго-западе Японии. Согласно опубликованному графику, старт назначен на 22:41 мск 19 октября, что соответствует 04:41 20 октября по токийскому времени. Прибытие зонда к Марсу ожидается в августе 2027 года.

На первый взгляд исследование небольшого спутника может показаться менее значимой задачей, чем изучение самой планеты. Однако Фобос способен оказаться своеобразным ключом к пониманию истории Марса. Его состав, структура и происхождение могут рассказать о процессах, происходивших в окрестностях Красной планеты миллиарды лет назад.

В отличие от аппаратов, которые ограничиваются фотографированием поверхности или анализом небесного тела с орбиты, MMX должен выполнить более сложную задачу: непосредственно получить материал с другого космического объекта, сохранить его и доставить на Землю для лабораторного исследования.

Речь идет не только о научном эксперименте. Миссия также позволит проверить технологии, которые могут понадобиться человечеству для более сложных экспедиций к Марсу и его окрестностям.

Почему ученых интересует Фобос

Марс имеет два естественных спутника — Фобос и Деймос. По сравнению с Луной они очень малы и отличаются неправильной формой, напоминающей астероиды.

Фобос находится ближе к Марсу, чем любой другой крупный естественный спутник в Солнечной системе к своей планете. Его средний размер составляет примерно 22 километра, а расстояние до поверхности Марса — всего около 6000 километров. Для сравнения: Луна обращается вокруг Земли на среднем расстоянии около 384 тысяч километров.

Из-за близости к планете Фобос движется по орбите чрезвычайно быстро: один оборот вокруг Марса занимает приблизительно 7 часов 39 минут. Это меньше продолжительности марсианских суток.

Ученые давно пытаются установить, как сформировались Фобос и Деймос. Существует две основные гипотезы.

Согласно первой, оба спутника представляют собой астероиды, которые когда-то приблизились к Марсу и были захвачены его гравитацией. В пользу этой версии говорят неправильная форма небесных тел и некоторые особенности их предполагаемого состава.

Однако у гипотезы есть трудности. Чтобы астероид оказался на устойчивой орбите вокруг планеты, необходимо объяснить, каким образом он потерял достаточное количество энергии. Кроме того, характеристики орбит спутников не во всех отношениях соответствуют простой модели захвата.

Вторая гипотеза предполагает, что Фобос и Деймос образовались из обломков после крупного столкновения Марса с другим небесным телом. В результате удара вещество могло оказаться на околомарсианской орбите, сформировав диск из обломков, из которого впоследствии возникли спутники.

Подобные столкновения играли важную роль в ранней истории Солнечной системы. Считается, что и образование Луны Земли связано с масштабным столкновением молодой Земли с другим крупным телом.

Если Фобос действительно возник из материала, выброшенного с Марса, его грунт может содержать вещества, связанные с породами самой планеты. Если же спутник представляет собой захваченный астероид, его состав способен сохранить информацию о веществе, из которого формировались малые тела Солнечной системы.

Именно поэтому ученым недостаточно просто получить новые фотографии поверхности.

Главная задача MMX — исследовать вещество Фобоса и выяснить, какую историю оно хранит. Химический и минеральный состав образцов, а также результаты измерений на месте помогут проверить конкурирующие версии происхождения спутника.

Не просто грунт: что именно будет искать MMX

Миссия MMX отличается от многих предыдущих проектов исследования Марса тем, что ее главная задача заключается не только в наблюдении за небесным телом, но и в доставке его вещества на Землю.

На борту аппарата установлены семь научных инструментов, предназначенных для исследования поверхности, определения химического состава и изучения физических характеристик Фобоса. Среди них — инфракрасный спектрометр MIRS, лазерный высотомер LIDAR и гамма-спектрометр MEGANE, созданный при участии американских специалистов.

Каждый из приборов решает собственную задачу.

Инфракрасный спектрометр MIRS позволит исследовать отраженное от поверхности излучение и выявить особенности минерального состава. По характеру спектра ученые смогут определить, какие вещества присутствуют в исследуемых областях спутника.

Лазерный высотомер LIDAR предназначен для измерения расстояний до поверхности. Полученные данные помогут составить подробную карту рельефа, определить характеристики потенциальных посадочных площадок и уточнить представления о форме Фобоса.

Гамма-спектрометр MEGANE будет измерять гамма-излучение и нейтроны, связанные с взаимодействием космического излучения с веществом поверхности. По этим данным исследователи смогут оценить содержание отдельных химических элементов в верхнем слое грунта.

Сочетание дистанционных измерений с анализом доставленных образцов даст возможность сопоставить результаты, полученные разными методами. Это особенно важно для небольшого небесного тела, поверхность которого может существенно различаться по составу и структуре.

Однако наиболее ценные результаты ожидаются уже после возвращения капсулы на Землю.

Современные лаборатории позволяют исследовать микроскопические количества вещества с точностью, которую трудно обеспечить непосредственно на борту межпланетного аппарата. Ученые смогут изучать минеральные зерна, изотопный состав, химические соединения и следы воздействия космической среды.

Кроме того, доставленный материал можно будет исследовать повторно по мере развития аналитических технологий. Таким образом, научная ценность миссии не ограничится результатами, полученными в первые годы после завершения полета.

Согласно плану JAXA, аппарат должен доставить на Землю не менее 10 граммов вещества Фобоса. Для обычного человека такое количество покажется незначительным, однако для планетологии даже несколько граммов внеземного материала могут стать источником большого объема информации. (JAXA, NASA)

Пять лет в космосе: как будет проходить миссия

Полет MMX рассчитан примерно на пять лет. За это время аппарат должен преодолеть расстояние до Марса, исследовать его спутники, провести операцию по сбору образцов и вернуться к Земле.

Каждый этап связан с отдельными техническими трудностями.

Первый этап — перелет к Марсу

Запуск запланирован на 20 октября 2026 года по японскому времени. Для выведения аппарата на траекторию полета будет использована тяжелая ракета H3.

Прибытие в систему Марса ожидается в августе 2027 года. После этого аппарат должен перейти на траекторию, позволяющую проводить длительные наблюдения Фобоса.

Задача заключается не в том, чтобы просто приблизиться к спутнику. Аппарату предстоит работать в сложной гравитационной обстановке, рассчитывать собственное движение относительно небесного тела и поддерживать необходимую связь с Землей.

Второй этап — изучение Фобоса с орбиты

После прибытия в систему Марса MMX начнет детальное исследование спутника.

Ученым необходимо определить особенности рельефа, изучить распределение материалов на поверхности и выбрать подходящие участки для будущей посадки.

Это принципиальный момент: место сбора образцов должно быть не только доступным с технической точки зрения, но и представлять научный интерес.

Например, разные участки могут отличаться по составу грунта, степени разрушения пород и воздействию космической среды. Сопоставление таких характеристик поможет понять, насколько материал, собранный в конкретном месте, отражает историю всего спутника.

В дальнейшем аппарат должен также провести наблюдения второго спутника Марса — Деймоса.

Хотя возвращение образцов с Деймоса не предусмотрено, его изучение позволит сравнить характеристики двух тел и проверить, насколько близки их происхождение и эволюция.

Третий этап — высадка мини-ровера

До основной операции по сбору грунта на Фобос должен отправиться небольшой исследовательский аппарат IDEFIX.

Его масса составляет около 30 килограммов. Ровер разработан при участии японского агентства JAXA, французского Национального центра космических исследований (CNES) и Германского центра авиации и космонавтики (DLR).

Основная задача IDEFIX — обследовать поверхность спутника и помочь исследователям оценить условия в районе предполагаемой посадки.

На Земле подобные операции могут выполняться с помощью сравнительно привычных инженерных средств. В космосе ситуация намного сложнее: заранее невозможно проверить каждый участок поверхности, а непосредственное управление аппаратом с Земли ограничено временем передачи сигналов.

Кроме того, условия на Фобосе существенно отличаются от земных. Гравитация спутника чрезвычайно мала, поэтому контакт аппарата с поверхностью требует особой осторожности. Ошибка при посадке или движении может привести к нежелательному перемещению аппарата.

Поэтому предварительное обследование поверхности имеет большое значение для успеха миссии.

Четвертый этап — сбор образцов

После завершения подготовительных операций MMX должен приступить к сбору грунта.

По плану миссии, основная операция предусматривает две посадки. Научная программа предполагает получить не менее 10 граммов материала с поверхности Фобоса.

Задача не сводится к механическому захвату нескольких частиц. Необходимо обеспечить надежный контакт с поверхностью, собрать материал, сохранить его и поместить в герметичную возвращаемую капсулу.

При этом ученым важно получить образцы, которые позволят исследовать не только современное состояние поверхности, но и процессы, происходившие в истории спутника.

Если материал содержит фрагменты древних пород, его изучение поможет восстановить условия, в которых формировался Фобос. Если же существенную роль сыграли процессы переработки вещества на поверхности, это также отразится на результатах анализов.

Пятый этап — возвращение на Землю

После завершения исследований аппарат должен покинуть систему Марса и направиться обратно к Земле.

По плану JAXA, возвращение образцов ожидается в 2031 году. Капсула должна войти в атмосферу Земли и приземлиться в Австралии.

Это заключительная, но не менее ответственная часть миссии.

Материал предстоит доставить в сохранности, исключив его загрязнение земными веществами. Иначе результаты анализов могут оказаться неоднозначными: ученым будет сложнее отличить соединения, присутствовавшие на Фобосе, от загрязнений, возникших при подготовке, сборе, транспортировке или обработке образцов.

Поэтому процедуры обращения с материалом должны быть организованы таким образом, чтобы обеспечить его сохранность и возможность последующего лабораторного исследования.

Все перечисленные этапы предусмотрены официальной программой MMX, опубликованной JAXA. При этом конкретные сроки отдельных операций могут уточняться в зависимости от хода полета и технических обстоятельств.

Может ли грунт Фобоса содержать следы жизни?

Одна из наиболее интригующих задач MMX связана с изучением истории Марса и условий, при которых на планете могла возникнуть жизнь.

Марс давно привлекает внимание астробиологов. Данные предыдущих миссий свидетельствуют, что в далеком прошлом на его поверхности существовали реки, озера и другие водные среды. Это делает планету важным объектом поиска признаков древней обитаемости.

Но означает ли это, что японский аппарат сможет обнаружить следы жизни на Фобосе?

Здесь необходима осторожность.

MMX не является миссией, специально предназначенной для непосредственного обнаружения живых организмов. Ее основная задача — выяснить происхождение спутников Марса, изучить их состав и восстановить историю марсианской системы.

Тем не менее собранный материал может содержать информацию, имеющую значение для исследований возможной обитаемости Марса в прошлом.

Если Фобос образовался из вещества, выброшенного с поверхности планеты после крупного столкновения, в его грунте могут присутствовать частицы марсианских пород. Теоретически такой материал способен сохранять следы процессов, происходивших на Марсе в далеком прошлом.

Однако это не означает, что в образцах обязательно найдут признаки древней жизни. Даже обнаружение органических соединений само по себе не доказывает их биологическое происхождение: подобные вещества могут образовываться и в результате небиологических химических процессов.

Для убедительного вывода потребовалось бы комплексное исследование образцов и сопоставление нескольких независимых свидетельств.

Тем не менее Фобос интересен именно тем, что может служить естественным архивом истории Марса. Его вещество потенциально содержит информацию о процессах, которые трудно изучать непосредственно на поверхности планеты.

Кроме того, исследование спутника поможет уточнить представления о перемещении воды и органических соединений в ранней Солнечной системе.

Это более широкая научная задача: понять, каким образом на планетах земной группы возникали условия, потенциально подходящие для появления жизни.

Таким образом, значение MMX выходит за рамки изучения одного небольшого небесного тела. Полученные результаты могут дополнить знания о том, как формировались планеты, как менялась их среда и какие условия были необходимы для появления обитаемых миров.

Почему Япония делает ставку на доставку внеземного вещества

Для Японии MMX — продолжение многолетней программы исследования малых небесных тел.

Важную роль здесь играет опыт миссий «Хаябуса» и «Хаябуса-2». Японские аппараты уже доставляли на Землю образцы вещества астероидов, продемонстрировав возможности страны в области автономной навигации, сближения с малыми небесными телами и забора материала в условиях слабой гравитации.

Но Фобос представляет собой значительно более сложную цель.

Астероидные миссии позволяли исследовать объекты, находящиеся сравнительно близко к Земле по космическим меркам. MMX же предстоит выполнить полет к системе другой планеты, провести операции на ее спутнике, а затем вернуться домой.

Это требует решения целого комплекса инженерных задач.

Во-первых, аппарат должен самостоятельно выполнять сложные маневры на значительном удалении от Земли. Во-вторых, необходимо обеспечить его надежную работу в течение нескольких лет. В-третьих, нужно собрать образцы в условиях слабой гравитации и сохранить их при обратном перелете.

Дополнительную сложность создает связь.

Из-за огромного расстояния между Землей и Марсом сигналы распространяются с заметной задержкой. В зависимости от взаимного положения планет время прохождения сигнала в одну сторону может составлять несколько минут, а в отдельных условиях приближаться к 22 минутам.

Поэтому управлять каждым движением аппарата в режиме реального времени невозможно. Значительную часть операций придется выполнять автономно, опираясь на заранее разработанные алгоритмы и бортовые системы навигации.

Успешная реализация MMX позволит Японии укрепить компетенции в области дальних космических экспедиций.

Полученные технологии могут пригодиться и для других проектов: исследования спутников планет-гигантов, доставки образцов с более удаленных небесных тел и создания автоматических аппаратов, способных выполнять сложные операции на поверхности малых космических объектов.

В этом смысле миссия представляет собой не только научный эксперимент, но и технологическую инвестицию в будущие исследования Солнечной системы.

Международное сотрудничество: японская миссия с американским и европейским участием
Хотя MMX возглавляет японское космическое агентство JAXA, проект имеет международный характер.

В нем участвуют NASA, французский CNES, Германский центр авиации и космонавтики DLR и Европейское космическое агентство (ESA).

Каждая сторона вносит собственный вклад в научную программу или техническое оснащение аппаратов.

NASA предоставило гамма-спектрометр MEGANE, который будет использоваться для исследования элементного состава поверхности Фобоса. Французские и немецкие специалисты участвуют в создании мини-ровера IDEFIX и его научного оборудования.

Европейское космическое агентство также участвует в международной программе и обеспечивает взаимодействие в рамках европейских исследований.

Такое распределение задач позволяет объединить компетенции нескольких космических держав и расширить возможности миссии.

В современной космонавтике международное сотрудничество особенно важно для проектов, рассчитанных на несколько лет и требующих большого количества специализированных приборов.

При этом MMX остается японской миссией по руководству, организации и общей реализации проекта.

Ее успех будет иметь значение для всех участников, поскольку результаты исследования Фобоса смогут использоваться в дальнейших работах по планетологии, изучению происхождения Солнечной системы и подготовке новых межпланетных экспедиций.

Как миссия связана с будущими пилотируемыми полетами на Марс

На первый взгляд изучение Фобоса и подготовка экспедиций с участием людей — разные направления космических исследований. Однако между ними существует важная технологическая связь.

Прежде чем отправлять людей к Марсу, необходимо накопить опыт длительных межпланетных перелетов, эксплуатации аппаратов вблизи планеты и выполнения сложных операций на ее спутниках.

MMX поможет проверить решения, связанные с автономной навигацией, посадкой на небесное тело с низкой гравитацией, сбором образцов и их возвращением на Землю.

Это не означает, что миссия непосредственно подготовит пилотируемый полет или решит все проблемы будущих экспедиций. Однако она позволит получить практические данные о том, как работают космические аппараты в марсианской системе.

Отдельный интерес представляет сам Фобос.

Из-за близости к Марсу он рассматривается в научных и инженерных сценариях как возможный объект для будущих экспедиций. Его изучение поможет лучше понять условия работы в окрестностях планеты и особенности перемещения между различными орбитами.

При этом Фобос нельзя автоматически считать готовой промежуточной базой для астронавтов. Для такого решения потребовались бы отдельные исследования радиационной обстановки, характеристик поверхности, доступности ресурсов и технических возможностей длительного пребывания.

Тем не менее подробная карта спутника, сведения о его составе и уточненные данные о гравитационном поле могут оказаться полезными для будущего планирования.

Таким образом, практическая ценность MMX заключается не в немедленной подготовке пилотируемой экспедиции, а в последовательном накоплении знаний и технологий, необходимых для более сложного освоения космоса.

Что изменит успешное завершение MMX

Научный результат миссии будет зависеть от того, насколько качественные образцы удастся собрать и какие выводы ученые смогут сделать после их исследования.

Возможны несколько сценариев.

Если состав Фобоса окажется совместим с гипотезой захвата астероида, это укрепит представление о том, что спутник сформировался независимо от Марса и впоследствии оказался на его орбите.

Если же в образцах обнаружатся убедительные признаки вещества, происходящего из недр или с поверхности Марса, это усилит аргументы в пользу сценария образования спутника из обломков после крупного столкновения. Впрочем, наличие марсианского материала само по себе не станет окончательным доказательством: ученым потребуется установить его происхождение и оценить возможные альтернативные объяснения.

Вполне вероятно и то, что результаты не позволят однозначно выбрать одну из двух основных гипотез. В таком случае исследователям придется уточнять существующие модели или разрабатывать новые сценарии формирования спутников.

Подобный исход не будет означать провала миссии. В науке новые данные ценны не только тогда, когда подтверждают определенную теорию, но и тогда, когда выявляют ее ограничения.

Важным результатом станет и проверка технологий доставки вещества из марсианской системы.

Если капсула успешно вернется на Землю в 2031 году, исследователи получат уникальный материал для многолетней работы. Он может стать предметом исследований разных научных групп и послужить основой для новых открытий по мере развития методов анализа.

В этом заключается одно из главных преимуществ миссий по доставке образцов: их научная отдача способна сохраняться десятилетиями после завершения самого полета.

Ранее журналисты сайта «Пронедра» писали о планетах лучше Земли: почему ученые ищут во Вселенной миры, более пригодные для жизни