Статья

Марс: штурм прошлого десятилетия

Наука
мобильная версия

Экспериментов по поиску живых микроорганизмов, проведенные аппаратами «Викинг», при тщательном рассмотрении принесли вроде бы положительные результаты, что само по себе вызвало необходимость их более тщательного изучения. Научное сообщество взяло тайм-аут — после исследований «Викингов» наступила «великая пауза». Более десяти лет человечество, активно продолжая исследовать космос, аккуратно обходило Марс стороной.

Успешная и в высшей степени результативная миссия двух «Викингов» преподнесла, по крайней мере, один важный урок — данные экспериментов должны быть интерпретированы, но интерпретация может оказаться неожиданной и даже шокирующей.

Упомянутая тринадцатилетняя пауза завершилась в июле 1988 года стартом двух советских исследовательских аппаратов — «Фобос-1» и «Фобос-2». Программа полета была крайне амбициозной, особенно для СССР, в котором освоение космоса с помощью пилотируемых аппаратов постепенно заслоняло все остальное — предполагалось провести исследования не только Марса, но и его спутника — Фобоса, и к тому же осуществить посадку на его поверхность исследовательского зонда. Стоит напомнить, что странные особенности спутников Марса, трудности с объяснением их происхождения, и постоянно будоражившие неокрепшие умы заявления о том, что Фобос и Деймос представляют собой тела искусственного происхождения (стоит напомнить, что Джонатан Свифт еще за полтора столетия до их открытия весьма точно описал их) позволяли надеяться на сенсационные открытия.

«Фобос-1» и «Фобос-2»

Аппараты «Фобос-1» и «Фобос-2» представляли собой усовершенствованную модель аппаратов серии «Венера», продемонстрировавших свою надежность успешным исследованием кометы Галлея. В свою очередь, «Венера» была конструктивно аналогична аппаратами «Вега-1» и «Вега-2».

Проект «Фобос» 
Проект «Фобос»
Перед проектом «Фобос» были поставлены следующие основные задачи:
  • исследование свойств межпланетного космического пространства;
  • наблюдения за Солнцем;
  • исследование свойств плазмы в окрестностях Марса;
  • исследование поверхности и атмосферы Красной планеты;
  • изучение химического состава поверхности спутника Марса, то есть Фобоса.

Связь с аппаратом «Фобос-1» была потеряна 2 сентября 1988 года. Было установлено, что она была связана с ошибкой в программном обеспечении, загруженном за два дня до этого. Из-за нее произошло отключение двигателей ориентации. В результате была нарушена ориентация аппарата относительно Солнца, что привело к разрядке батарей.

Судьба «Фобос-2» сложилась более удачно. Он функционировал нормально в течение всего полета, вплоть до кульминационного момента, когда, приблизившись к поверхности Фобоса на расстояние всего 50 метров, «Фобос-2» выпустил два зонда для исследования поверхности спутника. Сразу после этого связь с аппаратом прервалась навсегда. Причины потери связи установить не удалось.

Mars Observer

Mars Observer 
Mars Observer
Автоматическая исследовательская станция Mars Observer, первый аппарат из серии Observer, была предназначена для осуществления цикла географических, геологических и климатических исследований Красной планеты. Его основными задачами стали:
  • определение химического и минералогического состава поверхности планеты;
  • глобальные исследования топографии и гравитационного поля;
  • изучение природы магнитного поля Марса;
  • определение характеристик летучих веществ и пыли на протяжении годичного цикла;
  • изучение структуры и циркуляции в атмосфере.

Связь с аппаратом была потеряна 21 августа 1993 года, за три дня до запланированного перехода на марсоцентрическую орбиту.

Mars Global Surveyor

Mars Global Surveyor 
Mars Global Surveyor
Mars Global Surveyor (MGS) был задуман в качестве недорогой замены потерянного аппарата Mars Observer. Предполагалась съемка поверхности планеты с высоким разрешением, исследование топографии и гравитационного поля, исследование пыли и воды в атмосфере планеты и в формировании рельефа, изучение погоды и климата на планете, а также исследование природы и эволюции магнитного поля.

После 10 месяцев полета, 12 сентября 1997 года, аппарат был переведен на околомарсианскую эллиптическую орбиту. Постепенно, спустя 16 месяцев, MGS перешел на практически круговую полярную солнечносинхронную орбиту высотой 378 км. Находясь на ней, аппарат мог оказаться над любым районом планеты в течение семи дней.

MGS, несмотря на свою относительно низкую стоимость, позволил собрать огромный объем научных данных о Марсе. Вот лишь некоторые достижения и открытия, сделанные с его помощью:

Научная аппаратура Mars Global Surveyor

Научная аппаратура Mars Global Surveyor

Но на этом миссия MGS не завершилась. Специальный ретрансляционный модуль, установленный на аппарате, будет ретранслировать на Землю сигналы, передаваемые исследовательскими станциями, которым еще только предстоит достигнуть Красной планеты.

Марс 96

Марс 96

Последний отечественный аппарат, отправленный к Марсу, был «Марс 96». По не установленной причине он не смог выйти на расчетную траекторию и сгорел при входе в плотные слои атмосферы сразу после выведения на орбиту, ориентировочно над Тихим океаном у побережья Чили или чуть восточнее, вблизи границы Боливии. Но причины трагедии становятся очевидны даже при поверхностном анализе происходившего тогда в стране. Так, по словам тех, кто готовил аппарат и участвовал в его разработке, программа переживала хроническое недофинансирование при постоянной задолженности персоналу. Многие узлы в основном готовились уже на энтузиазме. Однако, несмотря на свою гибель, «Марс 96» оставил хорошее «наследство» из дублирующих приборов. Некоторые из них после соответствующей проверки и тестирования были установлены на европейской автоматической станции Beagle-2, выведенной на расчетную траекторию к Марсу 2 июня 2003 г. с космодрома Байконур российской ракетой-носителем «Союз-У-ФГ».

Mars Pathfinder

Посадочный модуль Mars Pathfinder и маршрут Sojourner 
Посадочный модуль Mars Pathfinder и маршрут Sojourner
Mars Pathfinder должен был продемонстрировать возможность исследования Марса с помощью относительно недорогих станций и хорошо справился с этой задачей. Аппарат состоял из стационарного зонда и ровера — маленького шестиколесного вездехода Sojourner, управление которым осуществлялось оператором с Земли. Pathfinder наглядно показал возможность связи между стационарным посадочным модулем и ровером, а также с Землей. Благодаря ему, были испытаны новые датчики и сенсоры.

Аппарат был сконструирован иначе, чем предыдущие посадочные модули. Торможение осуществлялось при помощи парашюта и специальных подушек. Он произвел мягкую посадку на поверхность Марса 6 июля 1997 г. Аппарат вошел в атмосферу на высоте 125 км над поверхностью планеты, парашют замедлил его спуск (последние 10 метров он спускался без парашюта), а надувные подушки обеспечили смягчение удара (по такой же «схеме» должен был садиться «Марс 96»). Дважды подпрыгнув, посадочный модуль окончательно «приземлился». После того как воздух из этих подушек был спущен, вездеход Sojourner (проезжий или временный житель) по выдвижному пандусу покинул откидную платформу, которая автоматически открылась после посадки. Работая на солнечных батареях, он покинул зонд и обследовал часть поверхности планеты вокруг Mars Pathfinder. Sojourner стал первым марсоходом, проложившим свою колею на поверхности Красной планеты. По сути же, это была достаточно простая и, вместе с тем, надежная тележка на шипованных колесах с плоской солнечной батареей наверху.

Sojourner - пандус уже позади 
Sojourner — пандус уже позади
Посадочный модуль совершил посадку на древней равнине, несколько миллиардов лет тому назад затопленной водой, но впоследствии высохшей. Предполагается, что с тех пор ее поверхность почти не претерпела изменений. Одной из задач стало исследование горных пород в районе посадки, в надежде обнаружить какие-то следы воды или саму воду. Стратегический расчет строился на простом утверждении: где вода — там и жизнь.

Расчетная научная программа была выполнена в течение первых семи марсианских дней. Зонд (посадочный модуль) измерял скорость ветра и температуру, некоторые из его камер делали возможным получение трехмерных изображений, связывался с Землей и передавал команды марсоходу. Mars Pathfinder передал 16 тысяч изображений поверхности Марса, на некоторых запечатлена работа марсохода. В свою очередь, Sojourner проанализировал 15 образцов пород. Некоторые из достаточно больших камней на фотографиях получили свои имена — Му, Джо, Ведж и т.п. После посадки модуль Mars Pathfinder обрел свое новое имя — Мемориальная станция Сагана, в честь умершего незадолго до этого знаменитого ученого Карла Сагана. Связь с зондом прервалась 27 сентября по не установленной причине.

Nozomi

 
Аппарат Nozomi (известен также как Planet B) был запущен в 1998 году и стал первым японским аппаратом, отправленным к Марсу. Предназначен для исследования верхних слоев атмосферы планеты, ее взаимодействия с солнечным ветром и отработки новых технологических решений, а также съемки поверхности планеты.

Судьба Nozomi сложилась не очень удачно, однако надежда (так переводится название зонда с японского) еще не потеряна. Время выхода на марсоцентрическую орбиту перенесено на четыре года — с первоначально планировавшегося 1999 г. на декабрь 2004 г.. Это было сделано для сохранения запасов топлива после его перерасхода в ходе коррекции траектории 21 декабря 1998 г.

Mars Climate Orbiter

Американская программа исследований Марса — Mars Surveyor ’98 — предполагала в 1998 году запуск двух аппаратов — Mars Climate Orbiter (первоначально назывался Mars Surveyor ’98 Orbiter) и Mars Polar Lander (Mars Surveyor ’98 Lander). Они должны были исследовать погодные явления на Марсе, его климат, процессы циркуляции воды и двуокиси углерода, в частности, влияния топографии на циркуляцию в атмосфере. В конечном итоге ученых в первую очередь интересовали признаки наличия в прошлом как долговременных, так и эпизодических изменений климата на Марсе.

Перед научной программой полета были поставлены следующие цели:

  • ежедневный контроль погоды и атмосферных условий;
  • наблюдение за изменениями на поверхности, вызванными ветром и другими атмосферными процессами;
  • определение температурного профиля атмосферы;
  • контроль содержания водяных паров и пыли в атмосфере;
  • поиск признаков изменений климата на планете в прошлом.

Mars Climate Orbiter 
Mars Climate Orbiter
Наблюдения предполагалось проводить с помощью двух автоматических исследовательских станций, работающих в паре друг с другом. Mars Climate Orbiter Color Imager (MARCI) предназначался для получения ежедневных снимков погодных явлений и изображений поверхности высокого разрешения. Pressure Modulated Infrared Radiometer (PMIRR) должен был измерять температуру атмосферы, содержание водяных паров, а также концентрацию пыли. Кроме того, планировалось использовать этот аппарат как ретранслятор для сообщений с Mars Polar Lander и последующих марсианских станций. Платформа зонда общим весом 629 кг (в том числе 291 кг топлива) стабилизировалась по трем осям, три панели солнечных батарей из арсенида галлия и германия обеспечивали электрическую мощность 1 кВт у Земли и 500 Вт — на орбите Марса.

Исключительно интересному аппарату не суждено было пополнить наши сведения о Красной планете. При осуществлении маневра по переходу на орбиту вокруг Марса связь с аппаратом была потеряна. Расследование установило, что одна из групп, осуществлявших управление кораблем, посылала команды на борт в английской системе мер, не переведя их в метрическую, как остальные. В результате аппарат прошел на расстоянии 57 км от поверхности Марса вместо расчетных 140–150 и, по всей видимости, погиб в слишком плотных слоях атмосферы.

Mars Polar Lander

Второй аппарат программы Mars Surveyor ’98 должен был осуществить мягкую посадку на расстоянии менее 1000 км от южного полюса планеты, между 73 и 76 градусами южной широты, т.е. как раз на границе южной полярной шапки поздней весной (шапка изменяется в размерах от сезона к сезону).

Основными целями научной программы были:

  • регистрация метеорологической обстановки в месте посадки;
  • поиск в образцах грунта летучих веществ, в первую очередь воды и двуокиси углерода;
  • прокапывание «канавок» в грунте (неглубоких шурфов) и их визуальное обследование в поисках следов сезонных изменений;
  • съемка местности в районе посадки для поиска признаков изменений климата;
  • получение мультиспектральных снимков реголитов в районе посадки для определения характеристик почв и их минерального состава.

 Mars Polar Lander
Mars Polar Lander
На зонде была установлена разнообразная научная аппаратура, в том числе камера, предназначенная для получения снимков поверхности Марса в течение спуска аппарата на парашюте, начиная с высоты 8 км; российский лазерный дальномер (LIDAR), предназначенный для определения содержания пыли в атмосфере; микрофон для записи звуков (завываний ветра), а также два миниатюрных зонда Deep Space 2 Mars, которые рассматривались НАСА в качестве самостоятельного проекта (см. ниже).

Миссия этого аппарата также осталась невыполненной. Последний сеанс связи с ним состоялся перед его входом в атмосферу Марса 3 декабря 1999 года. Причина потери связи осталась невыясненной.

Deep Space 2 (зонд для взятия проб) 
Deep Space 2 (зонд для взятия проб)
Deep Space 2

Проект Deep Space 2 подготовили в рамках программы НАСА New Millenium. Предполагалось, что два миниатюрных (3,57 кг) зонда, доставленных к Марсу на борту Mars Polar Lander, при падении на поверхность на большой скорости смогут углубиться в грунт планеты. Это должно было произойти в районе южного полюса Марса. После чего они передали бы на Землю полученные сведения о свойствах глубинных слоев почвы. Зонды получили собственные имена в честь известных полярных исследователей — Amundsen и Scott. 3 декабря 1999 года оба зонда отделились от носителя и направились к Марсу, однако связь ни с одним из них установить не удалось, и миссия была признана невыполненной.


В следующем материале CNews.ru будет опубликовано продолжение обзора исследований Марса автоматическими аппаратами.

Максим Рахманов / CNews.ru