СОВРЕМЕННЫЙ ЭТАП ИССЛЕДОВАНИЙ 1988–2002 гг

2. СОВРЕМЕННЫЙ ЭТАП ИССЛЕДОВАНИЙ 1988–2002 гг.

В середине 70-х в вопросах исследования Марса наступило десятилетнее затишье. Американцы сосредоточились на разработке перспективной программы "Спейс Шаттл" (Space Shuttle), а советские учёные – на программе орбитальных станций ("Салют", "Прогресс", "Мир"). Плюс к этому – гонка вооружений в Космосе, развитие спутниковой связи…

Однако, в эпоху так называемой горбачёвской "перестройки", был реализован совместный с европейскими странами советский проект "Фобос", предусматривавший, кроме стандартной фотосъёмки Марса, ещё и съёмку его спутника Фобоса с близкого расстояния и зондирование его поверхности.

7 и 12 июля 1988 года с Байконура были запущены два многоцелевых аппарата "Фобос-1" и "Фобос-2". С первым из них 29 августа была потеряна связь – из-за ошибки в заложенной с Земли программе была отключена пневмосистема ориентации и стабилизации.

Судьба второго была удачнее: 29 января 1989 года АМС вышла на орбиту Фобоса, осуществила сближение с ним, съёмки планеты и спутника. Через два месяца, 27 марта, с аппаратом была потеряна связь по не установленной до сих пор причине.

К числу наиболее интересных результатов исследований самого Марса следует отнести инфракрасные изображения поверхности планеты, полученные с помощью прибора "Термоскан" (Thermo-scan). По сути, впервые удалось получить подробную тепловую карту планеты столь высокого качества.

Прибор ИСМ (ISM), сделанный во Франции, измерял спектр Марса в ближнем инфракрасном диапазоне для исследования грунта (там расположен целый ряд полос поглощения, характерных для различных минералов). Советский прибор КРФМ исследовал верхние слои атмосферы планеты.

Видеоспектрометрический комплекс "Фрегат" (СССР – ГДР – Болгария) проводил съёмки Фобоса с близкого расстояния (200 – 1100 км). Было получено около 40 изображений с разрешением до 40 м. Сопоставление этих изображений со снимками, полученными ранее "Маринером-9" и "Викингом", показывает их полную идентичность и хорошее дополнение друг к другу.

К сожалению, приборы ИСМ и КРФМ пронаблюдали Фобос всего один раз, поэтому данных для надёжной интерпретации было получено мало.

После этой программы (хотя и не полностью, но выполненной) последовала серия провалов. 25 сентября 1992 года американцы запустили многоцелевой аппарат Mars Observer стоимостью 980 млн.$ для исследования поверхности и атмосферы Марса с орбиты спутника. Однако 21 августа 1993 года, за три дня до намечаемого прибытия к планете, с аппаратом была потеряна связь, предположительно в результате отказа бортовой двигательной установки (ДУ).

Продолжая хронику неудачных полётов к Марсу, вспомним и российский "Марс-96", который, стартовав 16 ноября 1996 года, из-за отказа разгонного блока остался на низкой околоземной орбите и на следующий день сгорел в атмосфере над Южной Америкой.

Неудачно завершился и полёт американского аппарата Mars Climate Orbiter (в рамках программы Mars Surveyor '98). Стартовав 11 декабря 1998 года, он успешно добрался до красной планеты, но… 23 сентября 1999 года сгорел в атмосфере планеты в результате ошибки в навигационных расчётах.

И, наконец, стартовавшая 3 января 1999 года американская станция Mars Polar Lander (РН Delta-2) с двумя пенетраторами Deep Space 2 погибла при посадке 3 декабря 1999 года из-за недостатков конструкции посадочной системы.

Научная программа этого полёта предусматривала две независимые программы. Собственно станция Mars Polar Lander (в рамках всё той же программы Mars Surveyor '98) была предназначена для посадки в районе Южной полярной шапки и исследования местности (панорамная стереофотосъёмка, метеорологические наблюдения, изучение климата полярных областей, а главное – определение химического состава полярной шапки и поиск льда в марсианском грунте). Экспериментальные пенетраторы Deep Space 2 были разработаны в рамках программы Millenium и предназначались для поиска воды в грунте Марса.

Однако были и удачные пуски. Так, 7 ноября 1996 года стартовала американская АМС Mars Global Surveyor (MGS). Это был аппарат для глобальной съёмки и спектрометрирования поверхности Марса, а также для составления карты рельефа планеты с целью выбора мест посадки будущих пилотируемых и автоматических экспедиций. Прибыв к Марсу 11 сентября 1997 года, станция начала аэродинамическое торможение 17 сентября (было выдано несколько тормозных импульсов, высота орбиты уменьшилась, и аппарат "окунулся" в верхние слои атмосферы, где скорость его ещё немного упала; до 4 февраля 1999 года аппарат таким образом "чиркал" по атмосфере на каждом витке, уменьшая скорость и высоту до расчётных). С 8 марта 1999 года и до сих пор MGS успешно ведёт измерения с низкой орбиты спутника Марса и подробную съёмку его поверхности (ориентировочное время окончания работы – май 2004 г.)

Подводя предварительные итоги, отметим, что приборы MGS позволили:

-  обнаружить следы недавнего пребывания воды на поверхности Марса, включая места просачивания её из грунта и высохшие озёра;

-  оценить количество воды, запасённой в полярных шапках планеты (примерно в 1,5 раза больше объёма ледников Гренландии);

-  найти в Южном полушарии районы сильно намагниченной коры, что говорит о быстром охлаждении планеты в начальный период её существования;

-  построить наиболее точную топографическую карту Марса, получить надёжные модели структуры коры Марса, обнаружить древние ударные бассейны и, возможно, погребённые под северными равнинами каналы;

-  отслеживать динамику атмосферы и перемещение циклонов, суточное и сезонное поведение СО₂ и ледяных облаков;

-  установить большую роль пыли в изменениях, происходящих на поверхности планеты.

Однако споры относительно природы Великой Северной равнины и существования на ней в прошлом океана продолжаются.

Рисунок 8. Японские учёные у аппарата "Nozomi".

3 июля 1998 года (4 июля по японскому времени) со стартового комплекса Космического центра Кагосима (Утиноура-тё) стартовал (РН М-5) первый японский аппарат для исследования Марса – "Nozomi" ("Надежда"). Масса КА составляет 541 кг, корпус имеет форму восьмигранной призмы диаметром 2 м и высотой 58 см. Ориентировочный срок прибытия к Марсу – декабрь 2003 года. Правда, первоначально планировалось, что аппарат прибудет к планете 11 октября 1999 года, но ошибка в расчётах (набранная геоцентрическая скорость оказалась недостаточной, а направление её вектора – неточным) заставила пересмотреть первоначальные планы. Впрочем, японцы заявили, что четырёхлетняя отсрочка не приведёт к сокращению научной программы, и что все приборы работают нормально.

Комплект научной аппаратуры, стоящий на "Nozomi", дополняет те приборы, которые сейчас работают на орбите спутника Марса на КА MGS. Однако MGS изучает главным образом поверхность планеты и нижние слои атмосферы, а японский аппарат будет изучать верхние слои атмосферы и ионосферу, измеряя, каков уходящий поток атомарного кислорода, водорода и дейтерия. Станция также изучит структуру, состав и динамику ионосферы, возникающей в результате бомбардировки "солнечным ветром", а также магнитное поле Марса.

И, наконец, наиболее успешный на сегодняшний день завершённый американский проект – Mars Pathfinder (MPF). Это был экспериментальный аппарат для отработки техники мягкой посадки на Марс и проведения научных исследований при помощи марсохода. Стартовав 4 декабря 1996 года (масса станции 895 кг), аппарат прибыл к Марсу и успешно выполнил мягкую посадку 4 июля 1997 года в 17 ч 07 мин по Гринвичу в районе 19° с.ш. и 34° з.д. И главное – на поверхность планеты впервые в истории был доставлен марсоход-ровер "Sojourner", который проработал до конца августа (вернее, на советских АМС "Марс-3" и "Марс-6" также были марсоходы, но ни один из них не смог выполнить программу работ на поверхности).

Своё имя ровер получил в честь аболиционистки времён Гражданской войны в США Соджорнер Трус. Сам ровер напоминает детскую игрушку: он имеет 65 см в длину, 48 см в ширину и 30 см в высоту в рабочем положении. Для движения марсоход использует шесть колёс из алюминия с ободом из нержавеющей стали, каждое диаметром 13 см. Его штатная скорость – 1 см/с; побольше, чем у улитки, но поменьше, чем у черепахи. Используя солнечную батарею площадью 0,2 м², за день ровер может иметь до 0,1 КВт·час энергии. Есть запасные литий-хлорные аккумуляторы.

Начав работу 6 июля, ровер взял пробы грунта и исследовал химический состав нескольких близлежащих камней. Кроме того, с помощью цветной стереокамеры спускаемого аппарата на Землю было передано несколько тысяч снимков панорамы места посадки.

3 августа закончился расчётный месячный срок работы станции на поверхности Марса. За это время посадочным аппаратом станции MPF на землю было передано 1,2 Гбит данных, в том числе 9669 снимков деталей марсианского ландшафта. За 30 дней ровер прошёл 52 метра по поверхности Марса, выполнил 9 анализов грунта и 3 – камней и передал 384 снимка.

После этого начались сбои со связью. Последний успешный приём данных от посадочного аппарата был 27 сентября в 10.23 по Гринвичу. Все попытки наладить связь были безуспешны (очевидно, произошла разрядка бортовых аккумуляторов, не имевших возможности подзарядки от солнечных батарей).

Основные итоги экспедиции:

-  всего передано на Землю 2,6 Гбит информации, более 16 тысяч фотографий с посадочного аппарата и 550 изображений с ровера. Выполнено 15 химических анализов скальных пород. Проведены многочисленные метеоисследования;

-  химический состав марсианской почвы в районе посадки (долина Ареса) подобен её составу в местах посадки КА "Viking-1 и -2";

-  подтвердилось, что именно марсианская пыль, рассеянная в атмосфере, является главным поглотителем солнечной радиации;

-  точно измерены температура, давление и скорость ветра во время пылевых бурь;

-  химический анализ камней, проведённый ровером, показал наличие пород, богатых серой и кремнием, что говорит о вулканической активности планеты около 4,5 млрд. лет назад;

-  сходство по округлости между земной галькой и камнями на поверхности Марса наводит на мысль, что они сформировались под действием потоков воды, некогда существовавшей на планете;

-  марсианская пыль содержит неоднородные магнитные микрочастицы средним размером до 0,001 мм.

Кроме научной, целью экспедиции MPF была демонстрация возможности обеспечения относительно дешёвых способов доставки научного оборудования и ровера-марсохода на поверхность красной планеты. Дело в том, что при посадке на Марс использовался прямой вход в атмосферу планеты. Снижение в атмосфере происходило с помощью парашюта диаметром 11 м. Посадка осуществлялась с использованием воздушных баллонов, смягчивших удар при встрече с поверхностью.

Стоимость проекта MPF оценивается в 196 млн.$.

Наконец, надо сказать и об американской экспедиции, проходящей в настоящее время – 2001 Mars Odyssey (МО-2001).

7 апреля 2001 года с космодрома на мысе Канаверал был выполнен пуск РН Delta 2 с американской АМС 2001 Mars Odyssey ("Одиссея к Марсу – 2001"). Задачи миссии МО-2001 таковы:

-  глобальное картирование элементного состава поверхности Марса;

-  определение количества водорода (лёд, вода) в тонком поверхностном слое;

-  исследование минералогии поверхности с высоким пространственным и спектральным разрешением;

-  изучение морфологии поверхности Марса и геологических процессов, которые её сформировали;

-  получение данных для планирования мест посадки следующих АМС;

-  описание радиационной обстановки вблизи Марса для оценки риска пилотируемой экспедиции.

Стартовая масса КА 2001 Mars Odyssey – 725 кг. Аппарат похож по конструкции на запущенную двумя годами ранее станцию МСО, но почти на 100 кг тяжелее. Общая стоимость полёта оценивается в 300 млн. $.

На борту МО-2001 установлены три научных прибора: комплекс GRS, камера THEMIS и аппаратура радиационного контроля MARIE.

Комплекс GRS включает в себя гамма-спектрометр GRS, детектор нейтронов высоких энергий HEND (российского производства) и нейтронный спектрометр NS. Его основная цель – построение глобальной карты распространённости 20 основных породообразующих элементов в приповерхностном слое Марса с точностью до 10% и пространственным разрешением порядка 300 км. Прибор THEMIS предназначен для спектральной съёмки поверхности Марса в видимой и инфракрасной части спектра. Аппаратура MARIE (Mars Radiation Environment Experiment) предназначена для изучения радиационной обстановки на трассе перелёта и на орбите спутника Марса с последующим анализом возможных доз облучения и его последствий для человека.

Параллельно с выполнением своей научной программы станция МО-2001 будет ретранслировать данные с американских марсоходов MER-A и MER-B (предполагаемая посадка 4 января и 25 февраля 2004 года соответственно, но об этом проекте – далее) и посадочных аппаратов других стран. Срок работы станции определён до 17 сентября 2005 года, но эти данные меняются от публикации к публикации. Так, во многих источниках работа КА в качестве ретранслятора продлевается дополнительно на один марсианский год – до 19 сентября 2007 г.

В период с 26 октября 2001 г. по 11 января 2002 г. МО-2001 успешно выполнил аэродинамическое торможение и вышел на рабочую орбиту. Весь процесс занял 77 суток, в то время как MGS, например, тормозился более 16 месяцев. Научная программа стартовала в конце февраля 2002 года.