Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Ледокол Жизнь
Phoenix Lander small.jpg
Icebreaker Life будет основан на посадочных устройствах Phoenix и InSight [1] [2]
Тип миссииПосадочный модуль на Марс
ОператорНАСА
Продолжительность миссии90 солей
Свойства космического корабля
АвтобусИсходя из Финикса и INSIGHT спускаемых
ПроизводительЛокхид Мартин Космические Системы
Стартовая масса~ 670 кг (1480 фунтов)
Посадочная масса~ 350 кг (770 фунтов)
РазмерыРазвернутые: 6,0 × 1,56 × 1,0 м (19,7 × 5,1 × 3,3 фута) [3]
Мощность~ 450 Вт , солнечная батарея / аккумулятор NiH 2
Начало миссии
Дата запуска2026 г. (предлагается) [4]
Посадочный модуль на Марс
Посадочная площадкаМежду 60 ° N и 70 ° N
( 68,22 ° N 125.7 ° W предложил - вблизи Phoenix сайта [1] )68 ° 13'N 125 ° 42'W /  / 68,22; -125,7 ( Жизнь ледокола )
 

Icebreaker Life - этоконцепция миссии посадочного модуляна Марс, предложенная в программе NASA Discovery . [5] В миссии задействован стационарный посадочный модуль, который будет почти копией успешныхкосмических кораблей Phoenix и InSight 2008 года, но будет нестиполезную нагрузку для научныхисследований в области астробиологии , в том числе буровую установку для отбора проб ледяной цементной земли на северных равнинах для проведения поиска биосигнатуры текущей или прошлой жизни на Марсе . [1] [6]

Научные цели Icebreaker Life сосредоточены на отборе проб ледяной цементной почвы на предмет ее способности сохранять и защищать биомолекулы или биосигнатуры . [2] [7]

Компания Icebreaker Life не была выбрана во время соревнований Discovery Program 2015 или 2019.

Профиль миссии [ править ]

Миссия Icebreaker Life была разработана на основе успешного спускаемого аппарата Phoenix 2008 года с точки зрения платформы и северной посадочной площадки. Ледокол жизнь также будет на солнечной батареи и будет в состоянии вместить дрель и остальную часть полезной нагрузки с небольшими изменениями в оригинальном спускаемый аппарат.

Если бы он был выбран для 13-й миссии программы Discovery , посадочный модуль был бы запущен не позднее декабря 2021 года. [1] Посадочный модуль должен был прибыть над северными равнинами Марса в 2022 году. Операции на поверхности продлились бы на 90 зол. Командование, контроль и ретрансляция данных построены по образцу миссии Phoenix с ретрансляцией на орбитальные аппараты Марса и прямой на Землю в качестве резервной копии. Кристофер Маккей - главный следователь.

В 2010 году научная полезная нагрузка Icebreaker была предложена в качестве базовой научной полезной нагрузки для разработки совместной NASA-SpaceX, теперь отмененной миссии, которая получила название Red Dragon . [8] [9]

Цели [ править ]

Миссия Mars Icebreaker Life направлена ​​на достижение следующих научных целей:

  1. Найдите конкретные биомолекулы, которые будут неопровержимым доказательством существования жизни.
  2. Выполните общий поиск органических молекул в грунтовом льду.
  3. Определить процессы образования грунтового льда и роль жидкой воды .
  4. Узнайте о механических свойствах марсианской полярной ледяной почвы.
  5. Оцените недавнюю обитаемость (5 миллионов лет назад) окружающей среды в отношении необходимых элементов для поддержания жизни, источников энергии и возможных токсичных элементов.
  6. Сравните элементный состав северных равнин со средними широтами.

Чтобы углубить текущее понимание обитаемости льда на северных равнинах и провести прямой поиск органических веществ, миссия Mars Icebreaker Life сосредоточена на следующих научных целях:

  1.  Найдите конкретные биомолекулы, которые станут неопровержимым доказательством прошлой жизни. Биомолекулы могут присутствовать, потому что место посадки Феникса , вероятно, было обитаемым в недавней марсианской истории. Подземный лед может защитить органические молекулы на Марсе от разрушения окислителями и радиацией, и в результате органические вещества из биологических или метеоритных источников могут быть обнаружены в полярных льдах в значительной степени.
  2.  Выполните общий поиск органических молекул в грунтовом льду. При наличии пригодных для жизни условий любая органика может иметь недавнее (<10 миллионов лет) биологическое происхождение.
  3.  Определите характер образования грунтового льда и роль жидкой воды . В поверхностных почвах северных полярных регионов за последние <10 миллионов лет могла образоваться жидкая вода из-за орбитальных изменений инсоляции .
  4.  Узнайте о механических свойствах марсианской полярной ледяной почвы. Полярный лед может быть ресурсом для исследования человеком, а его механические свойства будут отражать стратиграфию льда и почвы, которая может использоваться в моделях истории климата.
  5.  Оцените недавнюю обитаемость окружающей среды в отношении необходимых элементов для поддержания жизни, источников энергии и возможных токсичных элементов. Перхлорат, присутствующий на предприятии в Фениксе, может быть полезным источником энергии, если присутствует двухвалентное железо. Источник фиксированного азота, например нитрат , необходим для обитания.
  6.  Сравните элементный состав северных равнин со средними широтами.

Дублирующиеся образцы могут быть кэшированы в качестве цели для возможного возврата в рамках миссии по возврату образцов с Марса . [6] Если было бы показано, что образцы содержат органические биосигнатуры , интерес к их возвращению на Землю был бы высоким.

Наука [ править ]

Результаты предыдущих миссий, и, в частности, миссии « Феникс », показывают, что зацементированная льдом земля на северных полярных равнинах, вероятно, будет самым недавним обитаемым местом, которое в настоящее время известно на Марсе. Приповерхностный лед, вероятно, обеспечивал адекватную активность воды (a w ) в периоды высокого наклона 5 миллионов лет назад, когда Марс имел наклон орбиты 45 ° по сравнению с нынешним значением 25 °, а грунтовый лед мог растаять достаточно, чтобы сохранять органические молекулы, включая органические биосигнатуры .

Два спускаемых аппарата " Викинг" провели в 1976 году первый и пока единственный поиск существующей жизни на Марсе. Биологические эксперименты были направлены на обнаружение живых организмов на основе гипотезы о том, что микробная жизнь будет широко присутствовать в почвах, как и на Земле, и что она будет реагировать на питательные вещества, добавленные с жидкой водой. В викинги эксперименты биологии успешно работает на обоих спускаемых с инструментом , показывая признаки активного бактериального метаболизма , но это не происходит с дубликатом термообработанного образца. [10]

Другие инструменты дали отрицательные результаты в отношении наличия органических соединений. Результаты миссии « Викинг », касающиеся жизни, в лучшем случае рассматриваются широким экспертным сообществом как неубедительные. [10] [11] Ученые пришли к выводу, что неоднозначные результаты могли быть вызваны окислителем в почве. [12] Инструмент для органического анализа на Фениксе ( TEGA ) также потерпел поражение из-за присутствия окислителя в почве, но этот спускаемый аппарат смог идентифицировать его: перхлорат . [13] Прибор SAM ( анализ проб на Марсе ) в настоящее время используется на борту Марсианской научной лаборатории Curiosity.Ровер имеет три возможности, которые должны позволить ему обнаруживать органические вещества, несмотря на помехи от перхлората.

Нулевой результат установил бы, что земной жизни, вероятно, нет в грунтовом льду, возможно, наиболее обитаемой среде, известной в настоящее время на Марсе, что подразумевает, что земная жизнь на Марсе вообще отсутствует. Это снизит риск биологической опасности во время исследования человеком или возврата образцов. Однако это не исключает жизни, у которой нет земных биомаркеров.

Сохранение биомолекул [ править ]

Одна из ключевых целей миссии Icebreaker Life - проверить гипотезу о том, что богатая льдом земля в полярных регионах имеет значительные концентрации органических веществ из-за защиты льда от окислителей и радиации . [2] Небиологические органические вещества от падающих метеоритов могут быть обнаружены в полярной богатой льдом почве в значительных концентрациях, поэтому их можно использовать в качестве индикаторов того, что лед действительно защищает и сохраняет органические молекулы, будь то биологические или нет.

Если будут обнаружены небиологические органические вещества, то северные полярные регионы станут неотложными целями для будущих астробиологических миссий, особенно из-за потенциальной обитаемости этого льда в последнее время (5 миллионов лет назад). Целевыми биомолекулами будут аминокислоты , белки , полисахариды , нуклеиновые кислоты ( например , ДНК , РНК ) и некоторые из их производных, НАД +, участвующий в окислительно-восстановительных реакциях, цАМФ для внутриклеточных сигналов и полимерные соединения, такие как гуминовые кислоты и полиглутаминовая кислота. - образуется при бактериальной ферментации .

Ионизирующего излучения

Ионизирующее излучение и фотохимические окислители более разрушительны в сухом реголите, поэтому может потребоваться достичь глубины ~ 1 м (3 фута 3 дюйма), где органические молекулы могут быть защищены льдом от условий на поверхности. Оптимальная скорость осаждения для места посадки будет такой, что 1 м (3 фута 3 дюйма) бурового раствора будет пробовать через 6 миллионов лет отложений.

Перхлорат

Перхлорат - наиболее окисленная форма элемента хлора , но он не вступает в реакцию в условиях окружающей среды на Марсе. Однако при нагревании до температуры выше 350 ° C перхлорат разлагается с выделением реактивного хлора и кислорода. Таким образом, термическая обработка почвы « Викингом и Фениксом» уничтожила бы саму органику, которую они пытались обнаружить; таким образом, отсутствие обнаружения органических веществ компанией Viking и обнаружение хлорированных органических веществ может отражать скорее присутствие перхлоратов, чем отсутствие органических веществ.

Особенно важно то, что некоторые микроорганизмы на Земле растут за счет анаэробной восстановительной диссимиляции перхлората, и один из специфических используемых ферментов, перхлоратредуктаза , присутствует во всех известных примерах этих микроорганизмов. Кроме того, перхлораты токсичны для человека, поэтому понимание химического состава и распределения перхлората на Марсе может стать важной предпосылкой перед первой миссией человека на Марс .

Пригодность [ править ]

Дополнительная информация: Жизнь на Марсе.

Хотя солнечный свет является мощным источником энергии для жизни, он вряд ли окажется биологически полезным на нынешнем Марсе, потому что он требует, чтобы жизнь находилась на поверхности, подверженной чрезвычайно смертоносному излучению и в сухих условиях. [14] [15] [16] [17]

По оценкам команды, если ледяная цементная почва на месте посадки была фактически поднята 5 миллионов лет назад до температуры выше -20 ° C, то результирующая активность воды (a w = 0,82) могла позволить микробную активность в тонком слое. пленки незамерзшей воды, образующиеся на защищаемой границе под почвой и льдом при температурах выше −20 ° C. Icebreaker Life будет изучать концентрацию и распределение двухвалентного железа , нитратов и перхлоратов в качестве биологически полезной окислительно-восстановительной пары или источника энергии в грунтовом льду. Маккей утверждает, что подповерхностная химиоавтотрофияэто действительная энергетическая альтернатива марсианской жизни. Он предполагает, что перхлорат и нитрат могли бы образовывать окислительного партнера в окислительно-восстановительной паре, если бы подходящие восстановленные материалы были доступны.

Фиксация азота

После углерода азот , возможно, является самым важным элементом, необходимым для жизни. Таким образом, измерения содержания нитратов в диапазоне от 0,1% до 5% необходимы для решения вопроса о его наличии и распределении. Азот (в виде N 2 ) присутствует в атмосфере на низких уровнях, но этого недостаточно для фиксации азота для биологического включения. Азот в форме нитрата , если он присутствует, может быть ресурсом для исследований человеком как в качестве питательного вещества для роста растений, так и для использования в химических процессах.

На Земле нитраты коррелируют с перхлоратами в пустынях, и это также может быть верно на Марсе. Ожидается, что нитраты на Марсе будут стабильными и образуются при ударах и электрических процессах. На данный момент нет данных о его наличии.

Предлагаемая полезная нагрузка [ править ]

Члены команды "Icebreaker Life" во время испытаний автоматизации бурения в Университетской долине, Антарктида, на месте, аналогичном Марсу.

Icebreaker Life будет нести ударно-роторную дрель, а предлагаемые научные инструменты уже прошли испытания в соответствующих аналоговых средах и на Марсе. [2] [6]

  • Детектор признаков жизни (SOLID) может обнаруживать целые клетки, определенные сложные органические молекулы и полимеры с помощью флуоресцентных иммуноанализов . [18] [19] Используя один чип обнаружения жизни (LDCHIP) размером несколько квадратных сантиметров, [20] библиотека антител SOLID может обнаруживать до 300 различных органических молекул. Инструмент будет нести 16 чипов обнаружения жизни.
  • Лаборатория влажной химии (WCL) [21] - это мощный аналитический инструмент, который измеряет pH , E h , проводимость и растворенные ионы, присутствующие в цементированной льдом земле. WCL успешно использовался в миссии спускаемого аппарата " Феникс" 2007 года . [22] [23]
  • Лазерная десорбция масс - спектрометр (ЛДИС) будет обнаруживать и характеризовать широкий спектр нелетучих органических соединений. В LDMS используется процесс импульсной лазерной десорбции / ионизации (LDI), при котором молекулярные ионы отбираются непосредственно из образцов твердых частиц при атмосферном давлении на Марсе, без необходимости в вакуумной загрузке. На метод LDMS не влияет присутствие перхлората.
  • Роторно-ударная дрель и подобранный набор инструментов. Буровая установка проходит через 1 м (3 фута 3 дюйма) в цементированной льдом почве, и шлам от этого бурения отбирается роботизированной системой обработки проб [18].
  • Посадочный модуль использует Phoenix Surface Stereo Imager (SSI) для мониторинга операций бурения и доставки проб. Это предоставит важную контекстную информацию для оценки глубины льда, а также для понимания любых условий на поверхности, которые могут повлиять на операции миссии и размещение буровой установки.

Планетарная защита [ править ]

Миссия должна соответствовать требованиям защиты планет, установленным НАСА и международным комитетом по космическим исследованиям (COSPAR).

См. Также [ править ]

  • Астробиология
  • Биологический окислитель и обнаружение жизни
  • ЭкзоМарс
  • Исследование Марса
  • Марс 2020
  • Вода на Марсе

Ссылки [ править ]

  1. ↑ a b c d Choi, Charles Q. (16 мая 2013 г.). "Миссия" Ледокол "Жизнь" . Журнал астробиологии . Проверено 1 июля 2013 .
  2. ^ a b c d Гронсталь, Аарон Л. (18 апреля 2014 г.). «Подробно изложена предполагаемая миссия марсианского ледокола» . Phys Org . Проверено 13 октября 2014 .
  3. ^ "InSight Lithograph" (PDF) . НАСА. Июль 2015 года. LG-2015-07-072-HQ.
  4. ^ Манн, A (2018). «Внутренняя работа: охота за микробной жизнью во всей солнечной системе» . Proc Natl Acad Sci USA . 115 (45): 11348–11350. DOI : 10.1073 / pnas.1816535115 . PMC 6233070 . PMID 30401758 .   Цитата: […] готовит Icebreaker к участию в следующем раунде финансирования NASA Discovery, и миссия может быть выбрана в ближайшие несколько лет и будет готова к 2026 году.
  5. ^ Маккей, Кристофер П .; Кэрол Р. Стокер; Брайан Дж. Гласс; Арвен И. Даве; Альфонсо Ф. Давила; Дженнифер Л. Хельдманн; Маргарита М. Маринова; Альберто Г. Файрен; Ричард К. Куинн; Крис А. Закни; Гейл Полсен; Питер Х. Смит; Виктор Парро; Дейл Т. Андерсен; Майкл Х. Хехт; Денис Ласель и Уэйн Х. Поллард (5 апреля 2013 г.). «Миссия Icebreaker Life на Марс: поиск биомолекулярных доказательств существования жизни». Астробиология . 13 (4): 334–353. Bibcode : 2013AsBio..13..334M . DOI : 10.1089 / ast.2012.0878 . PMID 23560417 . 
  6. ^ а б в Маккей, CP; Кэрол Р. Стокер; Брайан Дж. Гласс; Арвен И. Даве; Альфонсо Ф. Давила; Дженнифер Л. Хельдманн; Маргарита М. Маринова; Альберто Г. Файрен; Ричард К. Куинн; Крис А. Закни; Гейл Полсен; Питер Х. Смит; Виктор Парро; Дейл Т. Андерсен; Майкл Х. Хехт; Денис Ласель и Уэйн Х. Поллард (2012). «ЖИЗНЕННАЯ МИССИЯ ЛЕДОКОЛА НА МАРС: ПОИСК БИОХИМИЧЕСКИХ ДОКАЗАТЕЛЬСТВ ДЛЯ ЖИЗНИ» (PDF) . Концепции и подходы к исследованию Марса .
  7. ^ Гласс, BJ; Дэйв, А .; Маккей, CP; Полсен, Г. (2014). «Робототехника и автоматизация для« Ледокола » ». J. Полевая робототехника . 31 : 192–205. DOI : 10.1002 / rob.21487 .
  8. ^ Гласс, BJ; Дэйв, А .; Paulsen, G .; Маккей, CP (14 ноября 2013 г.). «Робототехника и автоматика для« Ледокола » ». Журнал полевой робототехники . 31 : 192–205. DOI : 10.1002 / rob.21487 .
  9. ^ Grush, Loren (19 июля 2017). «Илон Маск предполагает, что SpaceX отказывается от своих планов по высадке капсул Dragon на Марс» . Грань .
  10. ^ a b Кляйн, Гарольд П .; Horowitz, Norman H .; Левин, Гилберт В .; Ояма, Вэнс I .; Ледерберг, Джошуа; Рич, Александр; Хаббард, Джерри С .; Хобби, Джордж Л .; и другие. (1976). «Биологические исследования викингов: предварительные результаты». Наука . 194 (4260): 99–105. Bibcode : 1976Sci ... 194 ... 99K . DOI : 10.1126 / science.194.4260.99 . PMID 17793090 . S2CID 24957458 .  
  11. ^ Чемберс, Пол (1999). Жизнь на Марсе; Полная история . Лондон: Блэндфорд. ISBN 978-0-7137-2747-0.
  12. ^ Маккей, Кристофер П .; FJ Grunthaner; AL Lane; М. Херринг; РК Бартман; А. Ксендзов; CM Мэннинг (1998). «Марсианский эксперимент с окислителем (MOx) для Марса-96» (PDF) . Планетарная и космическая наука . 46 (6/7): 169 ~ 717. Bibcode : 1998P & SS ... 46..169A . DOI : 10.1016 / S0032-0633 (97) 00173-6 . Проверено 2 июля 2013 .
  13. ^ Hecht, MH; Kounaves, SP; Куинн, RC; West, SJ; Молодые, SMM; Мин, DW; Катлинг, округ Колумбия; Кларк, Британская Колумбия; Бойнтон, Западная Вирджиния; Hoffman, J .; Дефлорес, LP; Господинова, К .; Kapit, J .; Смит, PH (3 июля 2009 г.). «Обнаружение перхлората и растворимого химического состава марсианской почвы на посадочной площадке Phoenix Lander» . Наука . 325 (5936): 64–67. Bibcode : 2009Sci ... 325 ... 64H . DOI : 10.1126 / science.1172466 . PMID 19574385 . S2CID 24299495 .  
  14. ^ Дартнелл, LR; Desorgher, L .; Уорд, JM; Коутс, AJ (2007). «Моделирование радиационной среды Марса на поверхности и под поверхностью: значение для астробиологии» . Письма о геофизических исследованиях . 34 (2). Bibcode : 2007GeoRL..3402207D . DOI : 10.1029 / 2006GL027494 . Повреждающее действие ионизирующего излучения на клеточную структуру является одним из основных факторов, ограничивающих выживание жизни в потенциальных астробиологических средах обитания.
  15. ^ Дартнелл, LR; Desorgher, L .; Уорд, JM; Коутс, AJ (2007). «Подземное ионизирующее излучение Марса: биосигнатуры и геология». Биогеонауки . 4 (4): 545–558. Bibcode : 2007BGeo .... 4..545D . CiteSeerX 10.1.1.391.4090 . DOI : 10.5194 / BG-4-545-2007 . Это поле ионизирующего излучения вредно для выживания спящих клеток или спор и для сохранения молекулярных биомаркеров в подповерхностных слоях и, следовательно, для его характеристики. [..] Даже на глубине 2 метра под поверхностью любые микробы, скорее всего, будут бездействовать, криоконсервированы текущими условиями замерзания, поэтому метаболически неактивны и не могут восстанавливать клеточную деградацию по мере ее возникновения.
  16. ^ Дартнелл, Льюис R .; Майкл С. Сторри-Ломбарди; Ян-Питер. Мюллер; Андрей. Д. Гриффитс; Эндрю Дж. Коутс; Джон М. Уорд (7–11 марта 2011 г.). «Влияние космического излучения на поверхность Марса на выживание микробов и обнаружение флуоресцентных биосигнатур» (PDF) . 42-я Конференция по изучению Луны и планет . Лесные массивы , Техас (1608): 1977. Bibcode : 2011LPI .... 42.1977D .
  17. ^ Программа исследования Марса. «Цель 1: определить, возникала ли когда-либо жизнь на Марсе» . НАСА . Проверено 29 июня 2013 .
  18. ^ а б Даве, Арвен; Сара Дж. Томпсон; Кристофер П. Маккей; Кэрол Р. Стокер; Крис Закни; Гейл Полсен; Болек Меллерович; Брайан Дж. Гласс; Дэвид Уилсон; Розальба Бонаккорси и Джон Раск (апрель 2013 г.). "Система обработки образцов для миссии" Жизнь на марсианском ледоколе: от грязи к данным ". Астробиология . 13 (4): 354–369. Bibcode : 2013AsBio..13..354D . DOI : 10.1089 / ast.2012.0911 . PMID 23577818 . 
  19. ^ «ТВЕРДЫЙ - Признаки детектора жизни» . Centro de Astrobiología (CAB) . Испанский национальный исследовательский совет (CAB). 2013 . Проверено 2 февраля 2014 .
  20. ^ В.Парро; Л.А. Ривас; Э. Себастьян; Ю. Бланко; Х.А. Родригес-Манфреди; Г. де Диего-Кастилья; М. Морено-Пас; М. Гарсия-Вильядангос; C. Compostizo; PL Herrero; А. Гарсия-Марин; Х. Мартин-Солер; Дж. Ромераль; П. Круз-Гил; О. Прието-Баллестерос и Х. Гомес-Эльвира (2012). «ПРИБОР SOLID3 (« ПРИЗНАКИ ЖИЗНИ »): БИОСЕНСОР НА ОСНОВЕ МИКРОМАТЧИКА АНТИТЕЛ ДЛЯ ПЛАНЕТАРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ» (PDF) . Концепции и подходы к исследованию Марса (2012) .
  21. ^ "Лаборатория влажной химии WCL" . Проверено 26 ноября 2014 .
  22. ^ Kounaves, SP; Hecht, MH; Kapit, J .; Господинова, К .; ДеФлорес, LP; Куинн, RC; Бойнтон, Западная Вирджиния; Кларк, Британская Колумбия; Катлинг, округ Колумбия; Hredzak, P .; Мин, DW; Мур, Q .; Шустерман, Дж .; Стробл, С .; West, SJ; Янг, SMM (2010). «Эксперименты по влажной химии на миссии Phoenix Mars Lander 2007: анализ данных и результаты» . J. Geophys. Res . 115 (E7): E00E10. Bibcode : 2010JGRE..115.0E10K . DOI : 10.1029 / 2009je003424 .
  23. ^ Kounaves, SP; и другие. (2010). «Растворимый сульфат в марсианской почве на месте посадки Феникса». Geophys. Res. Lett . 37 (9): н / д. Bibcode : 2010GeoRL..37.9201K . DOI : 10.1029 / 2010GL042613 .