Навигация на Марсе

Исследователи Красной планеты должны не только поддерживать связь с базой, но и как-то ориентироваться на местности. Хотя есть хорошие карты Марса, снятые с орбиты, основной проблемой для экипажа ровера будет определение собственного положения. Это очень важно не только для документирования координат различных научных находок, но и для того, чтобы экипаж не заблудился. В пустынях Марса, как и пустынях Северной Африки во время Второй мировой войны, заблудиться значит погибнуть. Радиомаяк на базе поможет людям найти дорогу домой, но он не будет действовать дальше горизонта (всего 40 километров вокруг базы, помните?). При приближении к этой границе экипаж ровера, двигающийся прочь от базы, может установить второй маяк на вершине холма, а потом еще и еще, чтобы отметить обратный путь. Такие действия, однако, сильно ограничены и, как и в истории про след из хлебных крошек, которые склевали птицы, могут закончиться катастрофически, если один из маяков прекратит работать. Какие еще методы навигации будут доступны экипажу ровера?

Что ж, первое, что приходит на ум аэрокосмическому инженеру, – это использование навигационных спутников. Если спутник находится на низкой полярной орбите Марса, его широта в любой момент будет известна. Если поставить на спутник радиомаяк (начиная с «Марс Глобал Сервейор», запущенного в 1996 году, все марсианские орбитальные аппараты оснащены таковыми), экипаж ровера сможет регистрировать его сигналы, и когда астронавты сравнят время прохода спутника на минимальном расстоянии с графиком его движения, записанным в компьютере ровера, то смогут определить свою широту. Кроме того, скорость прохода спутника мимо ровера будет большой, если тот расположен прямо под проекцией траектории спутника на марсианскую поверхность, и гораздо меньшей, если астронавты находятся далеко в стороне. Измерение доплеровского сдвига маяка на спутнике, вызванного разницей скоростей приближения и удаления от экипажа, позволит определить, как далеко астронавты находятся к востоку или западу от линии «север – юг», образованной проекцией траектории спутника. Еще раз, сравнение этой информации с компьютерными записями, в которых долгота спутника задана как функция времени, позволит экипажу определить свою долготу.

Эти высокотехнологичные методы весьма точны. Аналогичный подход используется на Земле в спутниковой системе Argos, чтобы среди прочего отслеживать движение ястребов и лосей (если не считать того, что в этом случае маяк находится на лосе, а приемник – на спутнике, который и проводит все необходимые расчеты) с точностью до километра. Тем не менее есть ряд проблем. Спутник находится примерно на двухчасовой орбите Марса, в то время как планета поворачивается под ним. Поэтому наблюдатель на поверхности увидит спутник всего один раз днем и один раз ночью, один раз в 12 часов. От этой проблемы можно избавиться, если увеличить количество спутников на орбите и расположить их так, чтобы они давали набор проекций плоскостей своего движения в виде линий «север – юг» по всей планете, но это обойдется весьма недешево. А что если маяк на спутнике, или приемник ровера, или компьютер выйдет из строя? Что тогда? Есть ли на всякий случай какие-нибудь более надежные и простые методы навигации?

На Земле основным морским навигационным прибором давно служит магнитный компас. К сожалению, на Марсе он работать не будет, потому что планета практически не имеет магнитного поля. Тем не менее там можно использовать проверенные веками методы астронавигации, причем с куда большим удобством, чем это когда-либо было возможно на Земле.

Если вы интересовались астронавигацией, вы знаете, что широта определяется легко, в то время как с долготой дело обстоит сложнее. Все, что нужно для определения широты, это секстант для измерения угла между полюсом мира и горизонтом. Найденный угол и будет вашей широтой. В северном полушарии Земли он измеряется просто, потому что с точностью до 1° полюс мира отмечен Полярной звездой. Направление на нее также задает направление на север с точностью выше, чем у любого компаса. Есть ли в небе Марса приметная звезда, которая будет местной полярной? Нет, но тамошний полюс мира расположен в точке с координатами 21,18 часа прямого восхождения, 52,89° северного склонения и довольно легко находится, так как лежит почти точно посередине между двумя яркими звездами – Денебом, альфой Лебедя, и Альдерамином, альфой Цефея. Итак, при наличии секстанта ясной ночью (которые на пустынном Марсе бывают чаще, чем на дождливой, туманной старушке Земле) можно легко определить широту.

А что насчет долготы? На Земле при помощи точных часов, на которых выставлено стандартное время, например, по Гринвичу, вы можете определить долготу путем измерения времени восхода и сравнения его со значением, приведенным в альманахе для времени восхода в этот день на Гринвичском меридиане (главном, 0° долготы) для вашей широты. Например, если альманах говорит, что Солнце взойдет в 6 часов утра на вашей широте на главном меридиане 21 марта, а вы засекли, что оно встало в 7 утра по вашим часам, выставленным по времени Гринвича, вы поймете, что находитесь на 15 ° западной долготы, так как Земля вращается со скоростью 360 градусов за 24 часа, или 15 градусов в час.

Этот способ успешно используется на Земле, но намного лучше он будет работать на Марсе, потому что там в дополнение к Солнцу в качестве маркеров долготы могут использоваться два быстро движущихся астероидоподобных спутника, Фобос и Деймос. С поверхности Марса Фобос, внутренняя луна, виден как объект с визуальной звездной величиной -10, тогда как Венера в самом ярком состоянии, видимая с Земли, будет в 300 раз тусклее. Визуальная звездная величина Деймоса равняется -7, что примерно в 20 раз ярче, чем видимая с Земли Венера. За исключением периодов пыльных бурь оба этих спутника должны быть хорошо видны с поверхности Марса и днем, и ночью. Луны вращаются по почти экваториальным орбитам, так что вы можете использовать Фобос и Деймос для определения широты даже в середине дня путем измерения их углового расстояния от зенита, когда они находятся в самом высоком положении на небе. Фобос оборачивается вокруг Марса за 7 часов 39 минут, в то время как Деймос имеет период обращения в 30 часов 18 минут. Марсианский навигатор может использовать на выбор восходы и закаты Солнца, Фобоса и Деймоса для сравнения с показаниями альманаха и часов, причем долготу можно определять для каждого такого события. Дело в том, что при помощи некоторых математических знаний, азбучных истин для опытного навигатора, наблюдатель на Марсе с помощью секстанта, часов и альманаха сможет определять свои широту и долготу одновременно всякий раз, когда на небе будут видны любые два из трех объектов (Солнце, Фобос и Деймос).

Кстати, на Земле мы определяем одну морскую милю как одну минуту (1/60 часть градуса) широты. Это примерно 1,82 километра. Однако если мы определим марсианскую «морскую» милю как одну минуту тамошней широты, то получим практически ровно километр (ну, хорошо, 983 метра). Так что на Марсе штурманы наконец-то с легкостью смогут пользоваться метрической системой!