"Фобос-Грунт" - загибель мрії. Пригоди починаються… і закінчуються

З часів Марса-96 про російські проекти дослідження планет з використанням АМС фактично нічого не було чути. Причина ясна – майже повна відсутність фінансової підтримки галузі з боку держави. Тим не менш, російські вчені продовжували працювати в цьому напрямі.

У 1997 році секція Ради РАН з космосу "Планети та малі тіла Сонячної системи" виділила три найважливіші напрями для космічних досліджень: вивчення Місяця, малих тіл Сонячної системи та Марса. Відповідно до кожного напряму було відкрито НДР за трьома перспективними проектами:

"Місяць-Глоб" - дослідження внутрішньої будови Місяця з використанням пенетраторів;

"Фобос-Грунт";

"Марс-Астер" – створення марсоходу.

У травні 1998 р. з трьох проектів було запропоновано вибрати один для продовження опрацювання на рівні ДКР і включення його до Федеральної космічної програми на період 2000 - 2005 рр. На засіданні секції 2 червня 1998 був обраний проект "Фобос - Ґрунт" ("Ф - Г").

У найзагальніших рисах, цей проект передбачає створення міжпланетного апарату, здатного здійснити переліт до Марса, посадку на його природний супутник Фобос, взяття зразка ґрунту та доставку його на Землю. Перевага такого проекту перед рештою запропонованих для обговорення полягає в наступному:

в лабораторних умовах на Землі зразки позаземної речовини можуть бути вивчені набагато краще, ніж це можливо на поверхні планети або за дистанційних досліджень; поки що такої можливості у вчених не було (крім вивчення місячного ґрунту);

з технічної точки зору, політ до природних супутників Марса простіше, ніж до інших малих тіл Сонячної системи. З них доцільно розпочинати нову лінію космічних досліджень – експедицій до малих тіл з метою доставки на Землю зразків їх речовин;

раніше в проекті "Фобос" (1988 - 1989) було вирішено багато технічних питань польоту до супутників Марса та отримано нові наукові дані про Фобос. Таким чином, буде забезпечено наступність рішень;

Останнім часом довкола досліджень Марса склалася широка міжнародна кооперація, що включає космічні агенції та наукові організації багатьох країн. Проект "Ф-Г" може стати важливим самостійним російським елементом цієї кооперації.

Основні завдання проекту "Ф-Г" зводяться до наступних:

визначити походження супутників Марса - Фобоса і Деймоса та його ставлення до Марса;

вирішити, чи є Фобос захопленим астероїдом чи тілом, що має "генетичний" зв'язок з Марсом; отримані результати можуть бути використані для дослідження супутникових систем інших планет;

з'ясувати, які фізичні та хімічні характеристики супутників Марса, їх внутрішню будову, особливості орбітального та власного обертання;

доставити зразок реліктової (первинної) речовини на Землю.

З урахуванням складності експедиції і щоб "не гаяти час", передбачається проведення наукових експериментів з дослідження Фобоса, Марса та міжпланетного простору на всіх ділянках перельоту. Сюди маємо увійти:

дослідження атмосфери та поверхні Марса;

дослідження навколопланетного середовища на околицях Марса і Фобоса (пилова та газова складові);

дослідження взаємодії сонячного вітру із тілами Сонячної системи;

технічні дослідження (поведінка нових систем у тривалому польоті).

Крім того, після посадки на поверхні супутника залишиться довгоживуча станція з комплектом наукової апаратури для проведення низки досліджень.

До складу бортової наукової апаратури АМС "Ф - Г" увійдуть панорамна ТВ-камера, гамма-спектрометр, нейтронний детектор, сейсмометр, температурний аналізатор, фотометр пилового середовища, аналізатор космічного пилу, генератор доплерівських вимірювань та ряд інших. Стартова маса всього апарату складе близько 7250 кг, маса на момент виходу на геліоцентричну орбіту – 2370 кг. Як носій передбачається використовувати РН типу "Союз" або "Дніпро".

Старт апарату до Марса планується у грудні 2004 – червні 2005 року. Носій виводить КА на опорну кругову орбіту ШСЗ, після чого апарат розганяється з використанням бортового ЗРД. Перехід на початкову геліоцентричну орбіту здійснюється за допомогою триімпульсного маневру. Після вироблення палива блок баків відокремлюється. Потім розкриваються панелі сонячних батарей та вмикається електроракетна рухова установка (ЕРДУ). Апарат почне повільний дорозгін на геліоцентричній ділянці траєкторії, щоб досягти Марса, зрівняти швидкість зі швидкістю орбітального руху планети та вийти у площину марсіанського екватора. За початковими розрахунками тривалість перельоту до Марса становила близько 800 діб (у цьому випадку перелітна траєкторія включає дві активні ділянки). Однак оптимізація траєкторії не завершена, і в даний час вважається, що переліт може бути скорочений рахунок іншої балістичної схеми до 450 - 500 діб.

Незадовго перед зустріччю з Марсом модуль ЕРДУ, виконавши своє завдання дорозгону, відокремлюється. У перицентрі пролітної траєкторії бортовий ЗРД видає гальмівний імпульс, і апарат виходить на еліптичну орбіту штучного супутника Марса (ІСМ). Далі з цієї орбіти апарат переходить на так звану кругову орбіту спостереження, площина якої лежить у площині марсіанського екватора, на 300 км. вище орбіти Фобоса. Протягом трьох тижнів з цієї орбіти буде виконано навігаційні спостереження Фобоса (уточнення параметрів його орбіти та орбіти самого апарату). Якусь частину часу буде віддано науковим спостереженням Фобоса та Марса.

Нарешті, почнеться послідовне зближення з Фобосом, методика якого, в принципі, вже розрахована і частково відпрацьована під час підльоту радянської АМС "Фобос-2" до Фобосу в січні - березні 1989 року.

Зближення з Фобосом включає два основні етапи:

орбітальне зближення;

безпосереднє зближення.

У першому етапі КА виходить квазисинхронную орбіту. Перебуваючи на ній, апарат у відносному русі обертається навколо Фобоса з періодом, що дорівнює періоду обігу цього супутника навколо Марса (Фобос завжди повернуть до планети однією стороною).

Зближення і посадка на Фобос через малу силу гравітації на супутнику (менше 0,001 земної) представляє, по суті, операцію зустрічі і стикування. Протягом 1,5 - 2 годин апарат в автономному режимі здійснить безпосереднє зближення з Фобос з використанням ДУ малої тяги. Після видачі останнього імпульсу швидкість зближення КА із супутником складе близько півметра за секунду. У безпосередній близькості від поверхні розпочнеться етап причалювання. З борту у бік поверхні "вистрілюються" і заглиблюються в ґрунті кілька "гарпунів", пов'язаних із платформою апарату гнучкими тросиками. Далі КА з вимкненими ДУ сідає на поверхню. У момент дотику спрацьовують притискні двигуни, а бортові "лебідки" вибирають глибину натягу тросиків. Апарат виявляється надійно зафіксованим на поверхні.

Через деякий час після посадки на апараті приводиться в дію ґрунтозабірний пристрій. Взяті зразки ґрунту (реголіту) масою близько 170 г з пристрою перевантажуються в апарат, що спускається (СА), що входить до складу злітної ракети (ВР). СА герметично закривається, і ґрунтозабірний пристрій відводиться убік, щоб не заважати старту ракети з платформи.

Через 1 - 3 доби після посадки ВР має стартувати з Фобоса на траєкторію перельоту до Землі. Після ухилення від поверхні Фобоса на безпечну відстань ВР розгортається за допомогою двигунів стабілізації на заданий кут; потім маршовий двигун відпрацьовує імпульс для відходу апарату, що повертається на траєкторію перельоту до Землі.

Після старту на Фобос залишиться орбітально-перелітний модуль (ОПМ) з науковою апаратурою, або так звана довгоживуча станція. Збір та передачу на Землю наукових даних станція повинна вести не менше трьох місяців з моменту посадки на Фобос.

Переліт ракети до Землі триватиме близько 280 днів. За цей час вона періодично виходитиме на зв'язок із наземними станціями, скидаючи телеметрію та приймаючи команди, і відпрацьовуватиме корекції траєкторії двигунами малої тяги. За добу до входу в атмосферу Землі буде проведено останню корекцію, що забезпечує попадання СА у заданий район на поверхні. За 15 хвилин до входу в атмосферу від ракети відокремиться СА масою 12 кг.

Повернення СА із зразками ґрунту на Землю відбудеться орієнтовно у травні – червні 2008 року.

Космічні апарати серії «Фобос» (серії «1Ф») призначені для проведення комплексних досліджень об'єктів Сонячної системи: супутника Марса Фобос (дистанційно та при контакті) - шляхом зближення з ним аж до стану «польоту, що голить» над його поверхнею і десантування на неї стаціонарного та рухомого дослідницьких зондів (ДАС та ПРОП-ФП); планети Марс (з підлітної траєкторії та з орбіти ІСМ); Сонця; міжпланетного простору, а також у галузі астрофізики. Серія 1Ф, створена в рамках міжнародного проекту «Фобос», складається з двох апаратів: КА «Фобос-1» (1Ф №101) та КА «Фобос-2» (1Ф №102), які частково відрізняються за складом цільової (наукової) апаратури . Передбачено одночасне застосування обох апаратів однієї експедиції. Дублювання апаратів покликане підвищити загальну надійність виконання цільової задачі та дещо розширити дослідницькі завдання експедиції.

Запуски апаратів здійснено: "Фобос-1" -7.07.1988 р., "Фобос-2" - 12.07.1988 р.

До програми експедиції входило:

• Проведення ЛКІ космічного апарату нового покоління, що вводиться в експлуатацію, розробленого як універсальний космічний апарат для проведення комплексних досліджень планет і малих тіл Сонячної системи.
• Виконання наукової програми, яка передбачає вирішення наступних завдань:
  • На трасі перельоту
    • вивчення Сонця в рентгенівському (КА «Фобос-1»), ультрафіолетовому та видимому діапазонах (КА «Фобос-1,-2»);
    • отримання тривимірної стереоскопічної структури сонячної хромосфери та корони;
    • визначення складу сонячного вітру;
    • вивчення показників міжпланетних ударних хвиль;
    • локалізація космічних гамма-сплесків.
  • На орбітах навколо Марсу
    • - уточнення параметрів орбітального руху Фобосу та його фізичних властивостей;
    • - зондування поверхні та атмосфери Марса у видимому, ультрафіолетовому, інфрачервоному та гамма-діапазонах;
    • вивчення структури магнітосфери Марса; визначення параметрів магнітного поля;
    • вивчення Сонця та міжпланетного простору. При зближенні з Фобосом
    • телевізійна зйомка поверхні Фобоса з високою роздільною здатністю;
    • визначення хімічного, мінералогічного складу поверхні Фобосу, ​​його фізичних властивостей;
    • вивчення внутрішньої будови Фобоса, його радіофізичних характеристик;
    • десантування на його поверхню довготривалої автономної станції (ДАС – КА «Фобос-1,-2») та пересувного зонда (ПРОП-ФП – КА «Фобос-2»).

Космічний апарат

Космічний апарат серії 1Ф, розроблений як уніфікований базовий апарат для здійснення багатоцільових та різнопланових експедицій з метою дослідження планет та малих тіл (комет, астероїдів, супутників планет) Сонячної системи. Апарат спроектований так, що його конструкція та склад систем службового модуля залишаються практично незмінними при зміні у виборі об'єкта вивчення (Марс, Венера, Місяць або інші, зокрема малі, тіла). Переоснащення, пов'язані зі зміною мети та наукової програми експедиції, стосуються, в основному, запасів палива та складу дослідних засобів та складу наукової апаратури.

Конструкція апарату передбачає можливість розміщення на ньому, одночасно або вибірково, технічних засобів дистанційного зондування (радіолокатори, телескопи і т.д.), а також дослідних зондів, що десантуються (спускаються апаратів, малих станцій, пенетраторів і т.д.). Найважливіша «проектно закладена» особливість апарату – можливість його маневрування у безпосередній близькості від поверхні небесних тіл, що мають слабке гравітаційне поле. Космічний апарат складається з орбітального блоку (ПРО) та автономної рухової установки (АДУ). У верхній частині орбітального блоку передбачено розміщення на спеціальній платформі корисного навантаження, яке визначається завданнями міжпланетної експедиції. Для експедиції в рамках міжнародного проекту «Фобос» корисним навантаженням для КА серії 1Ф були дослідні зонди ДАС і ПРОП-ФП, що відокремлюються. На цій же платформі розміщена наукова апаратура для дослідження Сонця та середньоспрямована антена автономної радіосистеми.

КА "Фобос" конструктивно значно відрізняється від своїх попередників - автоматичних космічних апаратів, призначених для планетних досліджень (КА "Венера", "Вега", "Марс"). Силовим елементом конструкції КА «Фобос» став герметичний торовий відсік для приладів, до якого знизу пристиковується автономна рухова установка (АДУ), а зверху - відсік наукової апаратури (циліндричний приладовий відсік).

Таке компонування дозволяє досягти найменшої маси власне конструкції апарату та мінімальних моментів інерції, від яких залежить його маневреність. Завдяки принципу багатоступінчастості в процесі польоту вдається звільнитися від елементів, що вже відпрацювали - «скидання» АДУ дозволяє на певному етапі «включитися в роботу» раніше закритою нею і розміщеною в торовому приладовому відсіку службової та наукової апаратури, необхідної для зближення з Фобосом та проведення програми його досліджень .

НАУКОВА АПАРАТУРА

Орбітальний апарат

Для виконання наміченої наукової програми на борту КА «Фобос» розміщується наукова апаратура:

Дистанційний лазерний мас-аналізатор ЛІМА-Ддля аналізу елементного та ізотопного складу ґрунту (СРСР, НДР, НРБ, Фінляндія, ФРН, ЧССР);

Дистанційний мас-аналізатор вторинних іонів ДІОНдля аналізу елементного складу ґрунту Фобоса (СРСР, Австрія, Фінляндія, Франція);

Радар РЛКдля визначення структури порід та рельєфу поверхні Фобосу (СРСР);

Відеоспектрометричний комплекс ТСКдля отримання телевізійного зображення поверхні Фобоса та Марса (СРСР, НДР, НРБ);

Радіометр-спектрометр КРФМ-ІСМвивчення теплофізичних і відбивних властивостей поверхні Фобоса і Марса (СРСР, Франція);

Радіометр-спектрометр ТЕРМОСКАНдля картування Марса та Фобоса (СРСР);

Спектрометр гамма-випромінювання ГС-14для дослідження хімічного складу та радіоактивності поверхні Фобоса та Марса (СРСР);

Детектори нейтронів ІПНМ-3для визначення вмісту зв'язаної води у ґрунті Фобоса (СРСР);

Оптичний спектрометр ОГЮСТдля дослідження атмосфери Марса шляхом просвічування сонячним випромінюванням (СРСР);

Скануючий аналізатор АСПЕРАвивчення тривимірної функції розподілу плазми (СРСР, Фінляндія, Швеція);

Спектрометр плазми МПКдля вимірювання характеристик плазми сонячного вітру (СРСР, Австрія, ВНР, ФРН);

Спектрометри електронів ЕСТЕРвивчення потоків електронів низьких енергій і сонячних космічних променів (СРСР, ВНР, ФРН, ЕКА);

Аналізатор плазмових хвиль АПВ-Фдля вивчення випромінювань міжпланетної та марсіанської плазми (СРСР, ПНР, ЧССР, ЕКА);

Магнітометри ФДММ, МАГМАдля вивчення магнітних полів на околицях Марса та у міжпланетному просторі (СРСР, Австрія, НДР);

Сонячний телескоп ТЕРЕКдля отримання зображення Сонця та корони в рентгенівському та видимому діапазонах (СРСР, ЧССР);

Рентгенівський фотометр РФ-15для виміру рентгенівського випромінювання Сонця (СРСР, ЧССР);

Сонячний УФ-радіометр СУФРдля реєстрації ультрафіолетового випромінювання Сонця (СРСР);

Спектрометри гамма-випромінювання ВДС, ЛІЛАСдля реєстрації галактичних та сонячних гамма-сплесків (СРСР, Франція);

Фотометр ІФІРвивчення сонячних осциляцій (СРСР, Франція, Швейцарія, ЕКА).

Дослідницькі зонди, які десантуються на поверхню Фобоса

Для експедиції в рамках міжнародного проекту «Фобос» до складу корисного навантаження для КА серії 1Ф введені дослідницькі зонди двох типів, що відокремлюються, - стаціонарний (ДАС) і пересувний (ПРОП-ФП).

Для проведення наукових вимірів на апараті встановлено комплекс наукових приладів (у дужках зазначено розробника приладу):

- пенетрометрСА ПРОП-ФП – для визначення фізико-механічних властивостей ґрунту Фобосу (ВНДІ Трансмаш);

- пристрій вимірювання прискорень– для визначення параметрів динаміки та зіткнення СА ПРОП-ФП з поверхнею (ВНДІ Трансмаш);

Автоматичний рентгенофлюоресцентний спектрометр АРС для визначення елементного складу ґрунту (ГЕОХІ);

Магнітометр МФП визначення параметрів магнітного поля Фобоса (ИЗМИРАН).

Загалом відповідальність за весь науковий експеримент із застосуванням зонда ПРОП-ФП покладено на ГЕОХІ АН СРСР ім. В.І. Вернадського.

Загальна маса самохідного апарату ПРОП-ФП комплексу «Куля» разом із системою відокремлення від ПРО та заспокоювачем становить 50 кг.

У наукову програму, що реалізується за допомогою ДАС, входить:

Дослідження внутрішнього розподілу мас за вимірами вимушеної та вільної лібрації (блок «Лібрація» - оптичний датчик кутового положення Сонця);

Дослідження механічних та теплових характеристик ґрунту (вібровимірювальний комплекс ВІК та температурні датчики);

Дослідження елементного складу поверхневого шару ґрунту (блок «Альфа» Х – комплекс спектрометрів частинок, протонів та рентгенівського випромінювання);

Одержання панорамних зображень поверхні Фобоса (дві телекамери);

Уточнення ряду параметрів Сонячної системи на основі вимірів дальності, швидкості та кутів Фобосу щодо квазарів при траєкторних вимірах методами великобазової радіоінтерферометрії (автономна радіосистема).

На кожному витку Фобоса навколо Марса здійснюється передача інформації з ДАС Землю в дециметровому діапазоні довжин хвиль.

Станція автономна, управління нею здійснюється як у бортових програм, і по командам із Землі. Для отримання інформації використовується міжнародна мережа радіотелескопів.

Загальна маса стаціонарного зонда ДАС складає 67 кг, маса наукової апаратури 18,1 кг, час активного функціонування 3 місяці.

Наукові результати

Найбільш значущим у реалізації наукової програми КА "Фобос-1" стали результати експериментів, виконаних за допомогою сонячного телескопа "Терек". Вчені змогли одночасно спостерігати найменш вивчені досі шари сонячної атмосфери – хромосферу, корону та перехідний шар. Отримано унікальну інформацію про структуру та динаміку цих шарів. На зображеннях, отриманих за допомогою реєструючої системи, чітко видно складну структуру плазмових утворень у сонячній атмосфері. Нові дані дозволили зрозуміти динаміку (від кількох хвилин до місяця) різних утворень в атмосфері Сонця за температур від десятків тисяч до десятків мільйонів градусів.

Це необхідно, щоб з'ясувати механізми звільнення енергії Сонця за різних процесів та багато іншого. З Землі отримати подібну інформацію неможливо. Було зроблено понад 140 рентгенівських знімків Сонця.

У польоті КА «Фобос-2» успішно завершилася перша фаза експерименту, що одержав назву «Небесна механіка», щодо побудови високоточної теорії руху Фобоса та уточнення його гравітаційної постійної. Отримано унікальні знімки Фобоса, зроблені з різних ракурсів та відстаней. Зйомка поверхні Марса радіометрспектрометром «Термоскан» дала, у тому числі, несподіваний результат у вигляді виявлення на знімках веретеноподібної тіні Фобоса на поверхні Марса, що викликало масу здогадів і гіпотез.

Експедиція закінчилася, не виконавши основного етапу доставки на поверхню Фобоса апаратів, що спускаються. Проте дослідження Марса, Фобоса та навколомарсіанського простору, виконані КА «Фобос-2» протягом 57 днів на етапі орбітального руху навколо Марса, дозволили отримати унікальні наукові результати про теплові характеристики Фобоса, плазмове оточення Марса, взаємодію його із сонячним вітром. Наприклад, за величиною потоку іонів кисню, що залишають атмосферу Марса, виявлених за допомогою спектрометра іонів, встановленого на КА Фобос-2, вдалося оцінити швидкість ерозії атмосфери Марса через взаємодію з сонячним вітром. Ці виміри надзвичайно важливі для дослідження історії води на Марсі та марсіанської атмосфери. До експедиції КА «Фобос-2» про навколомарсіанський простір було відомо менше, ніж про властивості простору у значно більш віддалених планет - Меркурія, Юпітера, Сатурна. Отримані дані є основою для створення інженерної моделі Фобоса, необхідної для подальших експедицій до цього супутника Марса.

Зображення Фобоса показують, що цей космічний об'єкт має неправильну форму, яка може бути апроксимована еліпсоїдом, розміри становлять 13,3х11,1х9,3 км. Велика вісь еліпсоїда спрямована на Марс. Орбіта супутника практично кругова з радіусом-вектором 9378 км (2,76хRм). Площина орбіти близька до екваторіальної поверхні Марса і нахилена під кутом -24? до площини екліптики. Період звернення Фобоса довкола Марса 7 год. 39 хв.

Одна з найцікавіших характеристик Фобосу – лібрація. Фобос є дуже цікавим об'єктом серед відомих супутників планет Сонячної системи, що синхронно обертаються, оскільки має велику амплітуду лібрації.

Фобос має безліч глибоких майже прямих паралельних борозен шириною 100-200 м та глибиною 10-20 м. Деякі з цих смуг мають довжину до 30 км. Майже всі ці протяжні смуги починаються поблизу найбільшого кратера на Фобосі – Стікні, діаметр якого 10 км, що становить понад одну третину діаметра Фобосу.

Вимірювання спектральних характеристик, виконані в проекті «Фобос-2», а також раніше виконані виміри, показали, що спектри відображення Фобоса сильно відрізняються від спектрів, отриманих за спостереженнями Марса, а також від углистих спектрів хондритів та інших астероїдних аналогів. Отримані останнім часом наукові результати показують, що супутники Марса не належать до астероїдів класу С (до якого раніше відносили Фобос і Деймос). Спектр Фобоса більше нагадує астероїд класу Т, хоч і не в повній аналогії. Мінералогічна інтерпретація тіл класу Т неоднозначна. В одній із робіт, заснованої на результатах проекту «Фобос-2», було висловлено припущення, що поверхневі шари Фобоса можуть бути сумішшю матеріалу, багатого кулистими сполуками (D-клас), переробленого космічними випромінюваннями.

Результати вимірювань відбивних характеристик показують, що на поверхні супутника Марса немає пов'язаної води. Однак, існують оцінки, згідно з якими термодинамічні умови на цьому супутнику такі, що вода може затримуватись на певній глибині. З'ясування питання про присутність води (або гідратованих молекул) на Фобосі є надзвичайно важливим не лише з наукового, але й практичного погляду.

Вимірювання, виконані КА "Вікінг" і "Фобос-2", вказують, що підвищена щільність пилових частинок поблизу орбіт Фобоса найбільш ймовірно пов'язана з викидом матеріалу з поверхні супутників Марса під час бомбардування мікрометеоритами. В результаті виконаного нещодавно чисельного аналізу було показано, що при формуванні пилового тора важливу роль відіграють орбітальні резонанси, спричинені впливом Марсу та варіаціями тиску сонячної радіації. Дослідження цієї проблеми важливе як з погляду розуміння еволюції реголіту лежить на поверхні марсіанських супутників, але й вивчення умов поблизу Марса, планування щодо нього перспективних експедицій.

Наявні дані про фізичні та хімічні характеристики Фобоса не дозволяють в даний час зробити вибір між різними теоріями його походження. Існує кілька припущень. Багато авторів вважають, що Фобос, як і другий супутник Марса Деймос, або захоплений астероїди, або, відповідно до еволюційної теорією, акумульовані тіла на марсіанських орбітах.

Отримані дані досі залишаються унікальними, які відкривають новий етап досліджень Марса, який триває, хоч і не без втрат, зусиллями міжнародного наукового співтовариства.

З 1975 по 1988 до Марса не було відправлено жодного космічного апарату, таким чином у марсіанських хроніках утворилося порожнє вікно тривалістю понад 12 років.

З космічних проектів СРСР у цей період варто відзначити проект «Вега», в якому одним вдалим пострілом (точніше двома, «Вега-1» і «Вега-2») було вбито двох зайців: Венера і рідкісна в наших краях гостя — комета Галлея . Кожним із двох апаратів на Венеру було скинуто посадковий модуль та аеростатний зонд, а потім вперше в історії з близької відстані було досліджено комету Галлея.

США, задоволені результатами місії «Вікінг», працювали над іншими проектами. Зокрема, було реалізовано чудовий проект «Вояджер», в якому завдяки «параду планет», що мав місце, вдалося вбити одним пострілом одразу чотирьох зайців: Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун. У проекті також брали участь два космічні апарати, «Вояджер-1» досі посилає радіосигнали з відстані майже 20 мільярдів(!) кілометрів. Але повернемося до теми історичної хроніки дослідження Марса.

Хронологія марсіанських місій

До 1988 року в СРСР був підготовлений проект «Фобос». З назви ясно, що його основною метою було дослідження одного із двох супутників червоної планети — Фобоса.

Програма "Фобос" (1988 р.)

Як сталося на практиці:

Фобос-1.

"Фобос-1" та "Фобос-2". Космічний апарат третього покоління серії Ф1 (маса 5 т). Проектувався як базова модель для різних космічних місій. На відміну від попередніх цей КА мав свій розгінний блок.

1 вересня - втрата сигналу КА. Виявилося, що у відправленій без попереднього тестування на симуляторі команді була помилка (пропущено букву «V»), через це замість включення спектрометра відключили систему орієнтації сонячних панелей. Акумулятори станції розрядилися, зв'язок було втрачено.

Результат: Менш ніж за місяць роботи цей космічний апарат встиг передати майже 150 знімків сонця в рентгенівському діапазоні, що дозволило найбільш детально на той момент часу вивчити різні шари сонячної атмосфери.

Фобос-2.

29 січня 1989 р. - вихід на орбіту штучного супутника Марса. Політ до Марса пройшов не зовсім гладко - бортовий комп'ютер регулярно зависав, так само відмовив один з радіопередавачів (все та ж проблема з якістю мікросхем, про що йшлося в другій частині).

Фобос на фоні Марса

Декілька коригувань орбіти (остання – 21 березня) для синхронізації з рухом Фобоса та наближенням до нього. Дослідження та фотографування Марса, а потім Фобоса з відстаней 860, 320 та 25 березня – 190 км.

Скидання станцій на Фобос було заплановано на 4 квітня, але 27 березня контроль над управлінням КА було безповоротно втрачено. Ще деякий час приймався слабкий сигнал, з якого можна було здогадатися, що апарат хаотично обертається.

Швидше за все в чергове сталося зависання бортового комп'ютера, причому цього разу основного та запасного каналів, відповідно, втрата орієнтації та закручування станції у просторі.

Друга, менш імовірна причина – попадання в апарат мікрометеориту. Як виявилося, слідом за Фобосом стелиться шлейф космічного пилу та мікрочастинок.

"НЛО" на останньому знімку, КА "Фобос-2"

Третя, дуже малоймовірна причина — втручання інопланетян. Така причина обговорювалася особливо бурхливо в той час, оскільки на тлі успіхів СРСР в інших космічних програмах хронічне невдачу в марсіанських дослідженнях виглядало вже підозріло. Масла у вогонь підкинули останні фотографії, отримані з «Фобосу-2», на яких проглядалася дивна витягнута освіта неподалік супутника червоної планети, яку при певній уяві можна було прийняти за корабель інопланетян. Говорили навіть, що сам Фобос — це космічна станція марсіан, яка стоїть на варті планети і атакує мирні космічні апарати землян (американських «Вікінгів» вони, щоправда, не зачепили).

Однак, дивний об'єкт на знімках вдалося пояснити технічними причинами — це тінь від Фобоса на поверхні Марса, яка внаслідок руху самого Фобоса і КА по орбіті над планетою розтягується на знімку, оскільки телекамера працювала за принципом сканування зображення, що займало деякий час, яке тінь встигала переміститися.

Mars Observer (1992 р.)

КА Mars Observer - найдорожчий проект NASA (960 дол. дол.) Маса - 2,5 т.

Один із найдорожчих проектів NASA — майже мільярд доларів. І хоча зв'язок із цим КА було втрачено за пару днів до виходу на орбіту штучного супутника Марса, ці гроші не можна вважати викинутими на вітер — новітні космічні технології, розроблені спеціально для цієї місії, були використані у наступних проектах.

Марсіанський сфінкс. Фото КА "Viking-1"

Наукова апаратура, якою був напханий Mars Observer («Спостерігач за Марсом»), охоплювала майже весь діапазон електромагнітних хвиль. Цей КА повинен був протягом щонайменше чотирьох років перебувати на близько-полярній орбіті червоної планети і сканувати її всіма приладами, що були на борту. Крім детальної карти поверхні та інших наукових даних, вчені з нетерпінням чекали на докладні фотографії району «Кідонія», де знаходиться «Марсіанський сфінкс» — «Обличчя», вперше побачене «Вікінгом-1» у 76-му році.

Також на борту "Обсервера" знаходився ретранслятор, призначений для передачі на Землю сигналів посадкового блоку російського КА "Марс-96", підготовка до запуску якого вже велася.

Хронологія подій:

• 25 вересня 1992 року Mars Observer був запущений у космос ракетоносієм "Титан-3".
• Майже через рік — 22 серпня 1993 року, згідно із закладеною програмою, станція розпочала підготовку двигунів (наддув баків) до гальмування для виходу на попередню еліптичну орбіту. Система зв'язку на цей момент було відключено.
• 24 серпня мало відбутися гальмування, але станція на зв'язок не вийшла. Вважається, що цей КА вибухнув через перевищення тиску в паливних баках через відмову регулятора наддуву, хоча фанати теорії про марсіанську цивілізацію звинувачували NASA у навмисному виведенні КА з ладу (щоб не дати сфотографувати сфінкса).

Mars Global Surveyor (MGS)

Mars Global Surveyor. Маса – 770 кг.

12 вересня 1997 - вихід на початкову дуже витягнуту орбіту ІСМ з періодом обігу 45 годин, апогеєм 54026 км і перигеєм 262 км.

Протягом наступних півтора року КА здійснював плавний перехід на заплановану орбіту з використанням техніки аеродинамічного гальмування (aerobraking) — гальмування верхніх шарів атмосфери, для цього перігею орбіти було опущено до 110 км. У певний момент у апарату навіть трохи погнувся сонячний акумулятор, через що перігею довелося терміново підняти. Під час виконання цих маневрів вже почали проводитись деякі дослідження.

У березні 1999-го досягнуто потрібної орбіти — майже кругової, від полюса до полюса, середня висота 378 км, період 118 хвилин. При цьому MGS щоразу пролітає над меридіаном, на якому близько 14:00 за місцевим часом, тобто освітленість поверхні під ним завжди та сама. Через 7 «солів» (марсіанської доби) і 88 оборотів по орбіті апарат повертається практично на вихідний меридіан, лише зі зміщенням 59 км. Таким чином, протягом наступних майже двох років він сканує марсіанську поверхню.

31 січня 2001 року – завершено виконання основного завдання місії – повне картографування поверхні Марса, але робота тривала до листопада 2006 року. За весь час Mars Global Surveyor зробив 240 000 фотографій, з його допомогою докладно вивчено магнітне поле Марса (воно не суцільне, як на Землі, а концентрується в осередках, більшість з яких знаходиться у південній півкулі), досліджено сезонні кліматичні зміни, рухи атмосферних потоків , вплив запорошених бур на формування ландшафту, проведена оцінка кількості замерзлої води в полярних шапках, переконливо доведено існування річок і водойм у минулому, знайдені ознаки проток рідкої води в даний час.

Ще MGS виявився першим в історії КА, який сфотографував інші КА, що прибули пізніше: Mars Odyssey, Mars Express, а також марсохід Spirit. Останній видно на знімку у вигляді точки, зате непогано помітний його слід.

Що стосується горезвісної особи на Марсі, то ось як її побачив MGS, «окастіший», ніж його попередник «Вікінг-1»:

Порівняння фотографій марсіанського сфінксу, отриманих "Viking-1" та "Mars Global Surveyor". Довгоочікуване фото з вищою роздільною здатністю розвіяло всі ілюзії - сфінкс виявився звичайною скелею, плюс гра світла, тіні та уяви.

2 листопада 2006 року - останній сеанс зв'язку. Зв'язок був втрачений через перегрівання і, як наслідок, виходу з ладу акумулятора під впливом прямих променів Сонця, а це, у свою чергу, стало «наслідком ланцюжка подій, що сталися через програмну помилку, допущену ще за кілька місяців до цього». сказав заступник. директора НАСА з техніки Перкінс.

Марс-96. Маса без палива – 6275 кг (рекорд серед міжпланетних космічних станцій)

Через 5 годин – падіння у Тихий океан. Причина аварії - передчасне спрацювання розгінного блоку ракетоносія "Протон". Ще одна невдача тепер уже не Радянського Союзу, а Росії в хроніці освоєння Марса.

Цей КА складався з орбітального модуля, двох невеликих посадкових станцій, та двох «проникників», які мали з розгону пробуритися в марсіанський ґрунт на глибину близько 5 метрів, залишивши на поверхні передавач із панорамною телекамерою та науковою апаратурою.

Схема скидання «проникників» та посадкових станцій:

Проект оригінальний, але, на жаль, не відбувся. Варто додати, що всередині космічного апарату, що знаходиться в даний момент на дні океану між островом Великодня і Південною Америкою, знаходиться майже 300 грам плутонію.

Pathfinder та Sojourner. Маса - 890 кг, коштував 260 млн. доларів.

"Марсопроходець" - КА "економ-класу", без орбітального модуля - складався тільки з посадкового модуля і марсоходу "Sojourner" (вперше в історії успішного).

У цій місії була відпрацьована дешевша схема приземлення: КА увійшов в атмосферу на крейсерській швидкості (~8 км/сек), почалося гальмування лобовим щитом (протягом 2 хвилин зниження швидкості до 400 м/сек), гальмування парашутом, перед поверхнею включилися гальмівні двигуни і надулися захисні балони.

Апарат ударився об поверхню зі швидкістю 20 м/сек, відскочив метрів на 15 вгору, пострибав як м'яч ще близько 2 хвилин і завмер. Після цього захисні балони були спущені, але один спустився не до кінця, через що марсохід не міг виїхати на поверхню. Але потім все обійшлося - балон був притиснутий одним з пелюсток ПМ, що розкриваються.

Перший у світі успішний марсохід Sojourner "обнюхує" брилу

Mars Pathfinder передав на Землю понад 500 фотографій з марсоходу та 16 тисяч з ПМ.

ПрОП-М

Для довідки:найперші історія марсоходи були запущені 1971-го року у складі радянських КА «Марс-2 і 3», про які йшлося у другій частині цієї історичної хроніки. Називалися вони ПрОП-М (Прилад Оцінки Прохідності - Марс). Це була крокуюча «машинка» вагою менше 5 кг, з'єднана 15-метровим дротом з ПМ, єдиним завданням якого було вимірювання щільності ґрунту.

Якщо ви читали другу частину цього огляду, то знаєте, що ці проекти реалізувати не вдалося.

Nozomi

Nozomi (по японськи "Надія"). Маса – 540 кг з паливом.

За планом 11 жовтня 99-го він мав вийти на орбіту ІСМ та розпочати виконання свого основного завдання — вивчення середніх та верхніх шарів марсіанської атмосфери та її взаємодію з потоком сонячних частинок.

Але насправді «Нодзомі» дістався Марса лише в січні 2004 року, але на орбіту вийти не зміг.

Хроніка подій:

То була перша марсіанська програма Японії. Для запуску КА використовувався ракетоносій М-5, заслабкий для прямого відправлення станції до Марса. Тому японські інженери вигадали хитру багатоходову комбінацію з трьох гравітаційних маневрів: два обльоти навколо Місяця, потім отримання прискорення за рахунок обльоту Землі з «викидом» КА в потрібному напрямку. Саме на третьому найважливішому етапі "знайшла коса на камінь" - Nozomi полетів не в той бік. Довелося витратити велику кількість дорогоцінного палива, щоб хоч якось виправити становище - було вирішено відправити КА на похилу геліоцентричну орбіту (навколо Сонця) з якою після ще двох зближень із Землею (у грудні 2002 і в червні 2003-го) станцію в буде запустити у бік Марса.

План практично вдався, але через спалах на Сонці в квітні 2002-го порушилася система енергозабезпечення КА, важко було керувати, у зв'язку з цим при підльоті до Марса замерзло паливо в баку гальмівного двигуна. Загальмувати не вдалося і «Нодзомі», як колись 1974-го Радянський апарат «Марс-4», на повній швидкості проскочив повз планету і помчав у космічну далечінь.

Своєї основної мети даний КА не досяг, але за довгий час блукань передав величезну кількість даних про властивості навколишнього космічного середовища.

Проект Mars Surveyor 98

Цей проект NASA складався з двох частин: Mars Climate Orbiter – орбітальний модуль для дослідження клімату та ретрансляції сигналів посадкового модуля, та посадковий модуль Mars Polar Lander. Загальний бюджет місії - 328 млн. дол.

Mars Climate Orbiter

Mars Climate Orbiter. Маса – 343 кг без палива

КА мав за відпрацьованою під час попередніх місій програмі вийти орбіту, використовуючи техніку аеродинамічного гальмування. Для цього було дано команду двигунам на імпульс корекції траєкторії, але через кілька хвилин сигнал станції зник і більше не поновлювався.

Виявилося, що була допущена помилка в програмі відправленої із Землі, в якій заклали метричну одиницю виміру замість футової апарату, що використовувалася в комп'ютері. Через це КА був відправлений на занизьку висоту (50-60 км замість 150) і згорів в атмосфері.

Mars Polar Lander

Посадковий модуль MPL. Суха маса – 512 кг

MPL складався з перелітного та посадкового модулів. Місцем посадки було обрано крапку поблизу кордону південної полярної шапки Марса. ПМ мав набір інструментів для визначення складу атмосфери, погодних умов у даній місцевості, оглядову стерео-телекамеру, 2-метровий ґрунто-забірник з камерою, радіоапаратуру для прямого зв'язку із Землею та через орбітальні модулі. Також перед посадкою він повинен був скинути 2 невеликі (по 2,5 кг) «пенетратори», для аналізу ґрунту на деякій глибині (раптом там є вода!).

Пенетратор, проект Deep Space 2

3 грудня остаточна корекція траєкторії та початок посадки на Червону планету. Відразу після «примарсіанювання» MPL мав «віддзвонитися», але цього не сталося. Хоча Mars Climate Orbiter, спеціально відправлений для ретрансляції сигналів з MPL зазнав аварії, на орбіті знаходився зонд Mars Global Surveyor. Але з його допомогою так само не вдалося розшукати зниклий модуль.

Після розслідування причин аварії відразу двох КА було зроблено висновок, що на місію Mars Surveyor 98 було виділено недостатній бюджет, що спричинило застосування більш дешевих, а значить менш надійних інженерних рішень.

АМС "Фобос" - радянські автоматичні міжпланетні станції, призначені для того, щоб вивчати Марста Фобос. «Фобос» став останньою радянською програмою з вивчення Марса та його супутників. Проект став результатом співпраці з низкою західних наукових центрів у рамках програми АМС «Вега», Керівництво розробкою здійснював академік Сагдєєв.

Серія складалася з двох апаратів, аналогічних за своєю будовою. «Фобоси» проектувалися як універсальні апарати вивчення планет Сонячної системи та малих небесних тіл. Конструкція самого апарату залишалася незмінною, мали змінюватися лише прилади та запас палива. У програмі польоту було передбачено десантування на поверхню Фобоса дослідницьких зондів «ДАС» (довгоживуча автономна станція) та «ПРОП-Ф».

«Проп-Ф» - автоматична самохідна міні-станція, завданням якої було дослідження Фобоса. Цей робот-стрибунець, вагою 43 кг, мав бути десантований на Фобос 5 квітня 1989 з космічного апарату Фобос-2.

• Випробувальний макет у музеї НУО ім. Лавочкина

• Схема пересування ПрОП-Ф на Фобосі

Старт АМС "Фобос-1" стався 7 липня 1988 року. 29 серпня 1988 року стався програмний збій, у результаті замість виконання команди включення гамма-спектрометра було виконано вимкнення пневмосистеми стабілізації та орієнтації станції. Апарат перестав орієнтувати сонячні батареї щодо Сонця, через що через якийсь час акумулятори розрядилися. Внаслідок цього апарат не вийшов на запланований сеанс зв'язку 2 вересня 1988 року. Надалі встановити контакт із апаратом намагалися протягом вересня-жовтня, 3 листопада 1988 року було зроблено офіційну заяву про припинення спроб зв'язку з АМС.

Найбільш значущими стали дослідження «Фобос-1», здійснені за допомогою телескопа «Терек». Стало можливим одночасне спостереження найменш вивчених до того часу шарів атмосфери Сонця- хромосфери, корони та перехідного шару. Вдалося отримати унікальну інформацію про структуру та динаміку цих областей. На знімках із телескопа можна чітко побачити складну структуру плазмових утворень у атмосфері Сонця.

• АМС "Фобос"

• Схема апарату

• Автоматична космічна станція "Фобос" (модель), Державний Політехнічний музей (м.Москва)

• Поштовий блок СРСР. Міжнародний космічний проект "Фобос", 1989

Фобос 2

АМС «Фобос-2» було запущено 12 липня 1988 року з космодрому Байконур. 29 січня 1989 апарат вийшов на орбіту штучного супутника Марса. Після двох наступних корекцій орбіти стався поділ рухової установки і самого апарату, після чого приблизно 4-5 квітня 1989 року мало відбутися наближення до Фобосу і висадка посадкових станцій. Але 27 березня апарат не вийшов на запланований сеанс зв'язку, як вдалося встановити, апарат втратив стабілізацію та хаотично обертався. Про припинення спроб вийти на зв'язок зі станцією було оголошено 15 квітня 1989 року.

У ході місії «Фобос-2» було успішно завершено перший етап («Небесна механіка») складання високоточної теорії руху супутника Марса Фобоса та уточнення значення його гравітаційної постійної. Було проведено зйомку Фобоса з різним ракурсом та з різних відстаней. Була також проведена зйомка марсіанської поверхніза допомогою радіометрспектрометра "Термоскан".

На жаль основної мети експедиції (висадка на поверхню Фобоса дослідницьких зондів) не було досягнуто. Але вивчення Марса, Фобоса та космічного простору, скоєні апаратом за 57 днів перебування на марсіанській орбіті, сприяли отриманню унікальних наукових даних про теплові характеристики Фобосу, ​​плазмовому оточенні Марса, взаємодії його із сонячним вітром.