23 November 2015

Забытый на Марсе: исследуем путешествия Марка Уотни из фильма Марсианин

Wolfram Research corporate blogEntertaining tasksProgrammingGeoinformation servicesData visualization
Original author: Jeffrey Bryant

Перевод поста Jeffrey Bryant "Stranded on Mars: Exploring Travel on Mars in The Martian".
Код, приведенный в статье, можно скачать здесь.
Выражаю огромную благодарность Кириллу Гузенко KirillGuzenko за помощь в переводе и подготовке публикации

Не так давно по популярной книге The Martian (Марсианин) Энди Вейра был снят фильм, который вышел в прокат второго октября. Марсианин — фильм об астронавте Марке Уотни, оставленном в одиночестве на Марсе. Экипаж Ареса 3, третьего пилотируемого полета на Марс, считал, что он погиб во время эвакуации. Экипаж во время отлёта взял с собой лишь основные средства для спасения и коммуникации. Следующий пилотируемый полет на Марс должен был состояться через четыре года, потому Уотни должен был либо придумать себе план по выживанию в течение этого срока, либо смириться и умереть. В книге прекрасно представляются различные технические детали об условиях и доступных средствах, а также о проблемах, которые возникают в результате использования различных вещей не по их прямому назначению. И эти детали дают нам отличную возможность исследовать приключения главного героя вместе с Wolfram language.

Думаю, сейчас тот самый момент, когда нужно написать: ОСТОРОЖНО, СПОЙЛЕРЫ! С этого момента в статье будут появляться и исследоваться различные аспекты сюжетной линии, её моменты и повороты. И если вам не хотелось бы узнать сейчас некоторые детали сюжета, то я бы порекомендовал сперва прочитать книгу, а затем вернуться и прочитать статью.

Перемещения и связь с НАСА — одни из самых важных проблем, с которыми сталкивается Уотни. Он решает переделать оставленный ровер для более длительных путешествий чтобы добраться до ближайшей точки связи — к месту посадки Mars Pathfinder. В книге указываются координаты основной базы Уотни, которую называют habitat (место обитания — букв. перев.), или кратко — НАВ. Чтобы визуализировать область вокруг Ares 3 НАВ, я использовал Mathematica 10.2 (в которой содержатся встроенные снимки Марса в высоком разрешении) и GeoGraphics:



Чтобы рассмотреть эту область в большем отдалении, можно воспользоваться функциями GeoRange и GeoProjection:



Расстояние от НАВ до Mars Pathfinder можно вычислить следующим образом:



Путь Уотни можно визуализировать с помощью GeoGraphics:



После того, как Уотни нашел Mars Pathfinder и установил связь, он начал планировать собственную эвакуацию. Из-за особенностей миссии Арес, марсианский взлётный модуль (Mars Ascent Vehicle, или кратко MAV) прибыл задолго до прибытия следующего экипажа (способ покинуть планету). То есть экипаж Арес 4 будет только через четыре года, но их MAV уже на месте. Проблема в том, что MAV Ареса 4 находится в другой точке Марса — в кратере Скиапарелли.



Довольно далеко от НАВ Ареса 3 — более двух тысяч миль. Получается значительно более длительное путешествие, чем до Mars Pathfinder:



На самом деле, всё ещё сложнее. Из-за кратеров, долин и прочих препятствий путь будет отклоняться от прямой линии. Одно из первых отклонений пути приходится на марсианскую долину (Mawrth Vallis). Это высеченная водой долина, которая соединяет относительно плоскую ацидалийскую равнину (слева вверху на рисунке ниже) с более массивной, более высокоуровневой и усеянной кратерами Аравией Терра (внизу справа на рисунке ниже):



Хоть путь через Марсианскую долину и заставляет отклониться от прямолинейной траектории, однако меньший угол подъема на этом участке позволит облегчить путь. Можем рассмотреть Марсианскую долину поближе, воспользовавшись функцией GeoRange:



В прилагаемом к этому посту файле CDF (который можно скачать по ссылке ниже), если щелкнуть на рисунок и нажать клавишу ".", то ведя курсор по картинке будут отображаться текущие координаты (широта и долгота). Помимо этого кликами по картинке можно установить некоторое множество точек, по которым потом будет построена траектория через Марсианскую долину. После того, как путь проложен, мы можем просто скопипастить полученный массив точек. Я также округлил полученные значения до 0,01 угловых градусов — это около половины пикселя на рисунке выше. Создадим теперь траекторию по этим точкам с помощью GeoPath:



Держа путь к кратеру Скиапарелли, Уотни проезжает мимо различных географических объектов, некоторым из которых он даёт собственные имена. К примеру, область, которая ограничена кратерами Беккерель, Трувале (Trouvelot) и Март (Marth) он назвал «треугольником Уотни». Или, если процитировать его речь из книги: “Я назову это треугольником Уотни, потому что после того, через что я прошел, это марсианское дерьмо просто обязано быть названо в мою честь”.



Учитывая все данные, указанные в книге, мы можем получить довольно детальную картину о траектории Уотни и о тех областях, что он посетил:



Фактический пройденный путь сильно отклонился от прямой линии, так что реальное расстояние оказалось больше того, которое мы рассчитывали для прямолинейной траектории. Объединив все точки траектории Уотни, мы получим, что ему на самом деле пришлось преодолеть на 300 миль больше, нежели он бы ехал по прямой:



Но история на этом не заканчивается. После того как Уотни добрался до MAV Ареса 4, ему все еще нужно было попасть на Гермес — большой космический корабль, используемый для перевозки астронавтов между Землей и Марсом. Из-за того, что Гермес использует ионные двигатели, он не может быстро менять свою скорость, и из-за резких изменений в планах у него нет возможности выйти на требуемую орбиту. Перед Уотни встаёт задача долететь с помощью MAV, который рассчитан лишь на достижение орбиты, до высоты, на которой будет пролетать Гермес в точке минимального удаления от Марса, и которая значительно превышает  расчётную высоту. Предлагаемые решения для этих проблем почти так же пугающи, как и сами проблемы. Я получил большое удовольствие от чтения книги. Марк Уотни столкнулся с большим количеством испытаний, которые необходимо было преодолеть, чтобы выжить. Я не буду рассказывать о концовке — фильм все еще идет в кино, и у вас есть возможность ознакомиться с ней самостоятельно.
Tags:wolfram languagewolfram mathematicawolfram alphaмарсианинмарсвизуализация данныхгеография планет
Hubs: Wolfram Research corporate blog Entertaining tasks Programming Geoinformation services Data visualization
+20
24.3k 73
Comments 10