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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Laboratoire spatial Mars Pathfinder. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Même les anciens astrologues et astronomes étaient fascinés par une étrange planète rouge, semblait-il inquiétante, si différente de toutes les autres planètes du système solaire. L'intérêt a augmenté à plusieurs reprises quand, en 1877, D.V. Schiaparelli a "découvert" des "canaux" artificiels sur Mars. Cependant, l'intérêt des scientifiques pour Mars a provoqué une raison complètement différente. Ils croient que la compréhension des modèles d'évolution de la coquille solide et de l'intérieur profond de Mars, l'étude de la composition et de l'histoire de l'atmosphère et de l'hydrosphère est la clé pour déchiffrer les lois du développement et non seulement de la Terre, mais aussi un pas vers comprendre l'histoire de tout le système solaire. La première station automatique est allée sur Mars à l'automne 1962. C'était le "Mars-1" soviétique. Mais elle n'a pas réussi à atteindre la planète "rouge". De 1965 à 1969, les stations américaines Mariner-4, Mariner-6, Mariner-7 ont transmis plus de deux cents images de la planète "rouge".
La route vers la surface de Mars n'a été construite qu'en 1971. Mais deux appareils l'ont fait à la fois. Tout d'abord, la station automatique soviétique "Mars-2" a livré une capsule à la surface de Mars, et le véhicule de descente de la prochaine station soviétique - "Mars-3" - a effectué le premier atterrissage en douceur. Dans le même temps, les satellites naturels de Mars, Phobos et Deimos, ont acquis des homologues artificiels : les deux stations soviétiques, ainsi que le vaisseau spatial américain Mariner-9 arrivé sur Mars, sont devenus ses premiers satellites artificiels. Ils ont permis pour la première fois aux gens de voir Mars en détail de près. Les quatre stations automatiques soviétiques suivantes, lancées en 1973, ont affiné les données reçues des orbites, et le véhicule de descente de l'une d'elles, Marsa-6, a sondé l'atmosphère de la planète de l'intérieur pour la première fois. Ainsi, la prochaine étape de l'exploration de Mars a été préparée par les efforts conjoints des deux pays - l'Union soviétique et les États-Unis. Bientôt, deux sondes Viking américaines se sont posées sur Mars. Ils ont transmis des photographies en couleur de la zone environnante à la Terre et ont analysé le sol martien, déterminant sa composition chimique. Au total, Viking 1 et Viking 2 ont envoyé plus de cinquante mille images sur Terre. Mais l'essentiel de leur programme était la recherche de la vie. Des explorateurs automatisés ont tenté de trouver de la matière organique sur Mars. Ensuite, il a été possible d'analyser uniquement la poussière recouvrant la surface de la planète, pour déterminer plus ou moins précisément la teneur en fer, magnésium, calcium, aluminium, potassium, soufre et chlore qu'elle contenait. Malgré le fait que les stations se trouvaient à 6500 kilomètres l'une de l'autre, les résultats de l'analyse coïncidaient. Il a été conclu que cette poussière, qui recouvre probablement toute la surface de la planète, est le produit de l'altération, de la destruction et du broyage des roches mafiques (basiques) de Mars. Pour obtenir de meilleurs résultats, il était nécessaire de percer une couche de poussière martienne et de déterminer la composition chimique des roches cachées en dessous. Pour cela, des scientifiques de l'Institut de recherche spatiale de l'Académie des sciences de Russie sous la direction de R.Z. Sagdeev, Institut de géochimie et de chimie analytique de l'Académie russe des sciences sous la direction de V.L. Barsukov et de nombreuses autres institutions et organisations ont créé des pénétrateurs (du mot anglais "pénétrer" - pénétrer). Ce sont des projectiles spéciaux non explosifs, à l'intérieur desquels se trouvent des dispositifs d'analyse chimique. Des instruments pour l'analyse chimique des roches martiennes ont été installés dans les pénétrateurs. Il était censé livrer les pénétrateurs à la cible par des stations interplanétaires automatiques et les larguer d'une certaine hauteur afin qu'ils pénètrent à plusieurs mètres de profondeur. Mais, avant de larguer les pénétrateurs sur Mars, il a été décidé de les utiliser pour étudier son satellite Phobos. Cependant, en 1989, les Phobos-1 et Phobos-2 soviétiques ont été perdus dans l'espace. En 1996, le Mars 96 russe s'est écrasé sur Terre après son lancement. Pendant ce temps, des scientifiques et concepteurs allemands, russes et américains, dirigés par E. Ryder de l'Institut allemand de chimie Max-Planck, ont alors réussi à créer un véritable miracle de la technologie d'analyse chimique à une distance de dizaines de millions de kilomètres. de la terre. Ce sont ces analyseurs qui ont été installés sur le navire perdu "Mars-96". En conséquence, l'analyseur a été installé sur la station automatique interplanétaire américaine Mars Pathfinder, qui se préparait à se lancer sur Mars. Ce vol a ouvert des opportunités auparavant inaccessibles. En effet, les roches martiennes des expéditions vikings étaient analysées à l'aide d'instruments montés sur un bras-tige métallique. Il n'était possible de faire une analyse qu'au sens littéral et sans lien de dépendance. Les pénétrateurs, bien qu'ils puissent pénétrer dans le socle rocheux à travers la couche de poussière, ne sont capables de faire des analyses qu'en certains points limités de la planète. Le rover américain Sojourner devait participer à l'expédition Pathfinder. Sur une machine à six roues d'une longueur d'un peu plus de 50 centimètres et d'une hauteur de 30 centimètres, une batterie solaire, un laboratoire pour déterminer la composition chimique des roches martiennes et trois caméras de télévision ont été installés. Le rover était censé faire le tour de la surface martienne et, sur commande, s'arrêter pour les mesures nécessaires. Cela signifie qu'il est devenu possible d'étudier la composition des roches sur une grande surface, dans des zones spécialement sélectionnées. Il convient de noter que le projet est relativement bon marché - 266 millions de dollars - par rapport, par exemple, au coût du prochain vol de l'appareil américain vers Saturne - 1,48 milliard de dollars. Le 4 juillet 1997, le laboratoire spatial américain "Mars Pathfinder" atterrit à la surface de Mars. En près de sept mois de vol, le Pathfinder a parcouru 78,6 millions de kilomètres dans l'espace. Le 4 juillet 1997, la station est entrée dans l'atmosphère de la planète à une altitude de 130 kilomètres directement depuis la trajectoire de vol à une vitesse de 7,4 kilomètres par seconde. De la surchauffe (due à la résistance de l'air martien), la station était protégée par un bouclier calorifuge. Un parachute s'est ouvert à neuf kilomètres de la surface de la planète et le bouclier a été largué. 10,1 secondes avant l'atterrissage, à une altitude de 335 mètres, des coussins gonflables ont été gonflés autour de l'atterrisseur - amortisseurs du système d'atterrissage en douceur. A 100 mètres d'altitude, des moteurs à poudre se déclenchent, ce qui ralentit la chute et éloigne les parachutes de l'atterrisseur. Après 4 secondes, le module est tombé au sol à une vitesse d'environ 21 mètres par seconde, a sauté de 15 mètres et, après avoir effectué 16 sauts, s'est figé. La coquille d'air a été dégonflée et tirée vers l'appareil. Le laboratoire a déployé les panneaux solaires, élevé la caméra à la hauteur de la croissance humaine et sorti un rover miniature.
"Une plaine a été choisie comme site d'atterrissage de la station", écrit Ilya Vinogradov dans le journal Kommersant, "portant le nom du dieu grec de la guerre Arès. Elle est des plus propices au fonctionnement des panneaux solaires qui assurent le fonctionnement de la Pathfinder a immédiatement établi plusieurs records. La station est devenue le premier appareil spatial à atterrir sur une planète sans entrer d'abord en orbite ; a libéré un parachute à une vitesse supersonique ; a utilisé des coussins gonflables similaires à ceux utilisés dans les voitures, mais de plus grande taille, pour réduire les effets du choc à l'atterrissage. L'ambiance festive qui régnait à la NASA après l'atterrissage réussi du Pathfinder fut rapidement gâchée par les dysfonctionnements survenus dans le fonctionnement de la station. Le tissu de l'airbag, emmêlé sur la plate-forme de lancement, a empêché le robot télécommandé Sojourner livré sur Mars, équipé d'instruments d'analyse spectrale d'échantillons de sol martien, de se mettre en mouvement. Les spécialistes de la NASA ont réussi à dégager le chemin, mais il s'est ensuite avéré que des dysfonctionnements du modem principal du robot entraînaient la perte de la capacité de contrôler l'appareil à distance. Cependant, cette fois la NASA était au top, le rover a été amené à la surface de la planète et a commencé à transmettre des images à la Terre." Les résultats du premier test d'analyse de l'air martien étaient attendus avec impatience sur Terre. Et voici la bonne nouvelle. "Sojourner" a montré une concentration de dioxyde de carbone de près de cent pour cent, comme c'est le cas dans l'atmosphère de cette planète. Il a été possible de commencer à étudier la composition chimique des roches de Mars. Pour déterminer la composition des roches martiennes, il a été décidé d'utiliser des rayons X pénétrants. L'équipement pour cela, ses créateurs - des scientifiques allemands, russes et américains appelés APXS (spectromètre à rayons X alpha-proton). "Le cœur du spectromètre APX", écrit Yu.A. Shukoliukov dans le Soros Educational Journal, "a été créé par un groupe de chercheurs russes dirigé par V. Radchenko à l'Institut des réacteurs atomiques de Dimitrovgrad près d'Oulianovsk. Il est fabriqué à partir de l'élément chimique artificiel transuranien curium, plus précisément , à partir d'un isotope de cet élément - le curium 244. La quantité totale de curium 244 qu'il contient est telle que la source émet près de 2 milliards de particules alpha chaque seconde, chacune avec une énergie d'environ 6 millions d'électronvolts. En volant à travers la substance étudiée, de nombreuses particules alpha éliminent facilement les électrons des couches internes K ou L des atomes. Les électrons sautent vers les emplacements libérés à partir de niveaux d'énergie plus élevés provenant d'autres couches d'électrons. L'énergie est libérée sous forme de quanta gamma de rayons X caractéristiques. Chaque élément chimique avec ses propres couches d'électrons a son propre spectre de rayonnement - un ensemble de quanta d'énergie spécifiques. Pour enregistrer ces quanta, un détecteur est utilisé - un analyseur d'énergie à 256 canaux. Chaque canal qu'il contient ne compte que "ses" quanta d'une certaine énergie. L'ensemble du nombre compté de quanta avec différentes énergies est le spectre de rayons X de la roche martienne. Il n'est pas facile à déchiffrer, car il résulte de la superposition des spectres des différents éléments présents dans l'échantillon. Pour l'interprétation, des étalons de composition chimique différente, précédemment connue, sont préparés et leurs spectres de rayons X sont comparés au spectre de la roche analysée. Selon la composition de l'étalon, dont le spectre est le plus proche du spectre de l'échantillon à l'étude, la teneur en éléments de l'échantillon est jugée. Les calculs sont effectués sur des ordinateurs à l'aide de programmes spéciaux. L'analyseur de rayons X a enregistré les spectres. Il ne pouvait le faire qu'à des températures inférieures à moins 30 degrés Celsius. A plus haute température, l'analyseur n'est plus capable de bien distinguer les quanta d'énergies différentes. Bien sûr, il était possible de refroidir le détecteur avec un réfrigérateur miniature embarqué. Mais à la fin, ils ont agi différemment. Pour économiser la précieuse énergie électrique sur Mars, ils ont décidé de profiter du fait que la planète elle-même devient un immense réfrigérateur la nuit avec une température pouvant atteindre moins 80 degrés. Le rover transportait également un détecteur de protons et un autre instrument qui utilise la diffusion de particules alpha de Rutherford. Les informations reçues de trois détecteurs sont ensuite envoyées à une unité électronique à trois canaux capable de les stocker et de les préparer pour leur transmission vers la Terre. Pour ce bloc, un contenant mesurant 7x8x6,5 centimètres était nécessaire. Dans le même temps, le spectromètre APX lui-même a des dimensions telles qu'il tient facilement dans une tasse à thé. Un laboratoire entier pesant seulement 570 grammes. Ainsi, se déplaçant d'un point à un autre, "Sojourner" à l'aide du spectromètre APX a analysé à plusieurs reprises la poussière brun rougeâtre d'une planète lointaine se trouvant sous les roues. Des mesures ont été prises à six endroits éloignés les uns des autres. Mais partout la composition chimique était presque la même. Mais les chercheurs ont eu une surprise. Le 6 juillet 1997, Sojourner a enfoncé son nez électronique sensible, un instrument de composition chimique monté sur pivot, dans un rocher assez gros. À la grande surprise des explorateurs de Mars, cette roche, surnommée Barnacle Bill, s'est avérée avoir une composition chimique complètement différente de ce qui était attendu de toutes les études précédentes de Mars. Pour la première fois dans l'histoire de la science, les analyses de la roche martienne ont donné un résultat sensationnel - il n'y a pas que des roches mafiques sur Mars. On pense que des morceaux de roches dans la zone d'atterrissage de Pathfinder auraient pu y être amenés par des courants d'eau provenant de rivières qui traversaient autrefois la planète, d'une colline au sud, représentant peut-être l'ancienne croûte martienne. Son ancienneté est attestée par l'abondance de cratères de météorites qui s'y trouvent. De nouvelles données obtenues lors de l'expédition Pathfinder ont renversé les idées précédentes sur Mars. Il s'est avéré que la croûte de la planète "rouge" est chimiquement similaire à la croûte terrestre. Il est possible que des processus se soient déroulés sur Mars, à bien des égards similaires aux manifestations géologiques sur Terre. Les caractéristiques chimiques et pétrologiques des météorites martiennes sont tout à fait compatibles avec de telles idées. Auteur : Musskiy S.A.
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