«Марс-2» - это советская межпланетная автоматическая станция, которая впервые в истории достигшая поверхности Марса. Станция была запущена 19 мая 1971 года, совершила совместный полёт и исследования с космическим аппаратом «Марс-3». Вывод на траекторию полёта к Марсу осуществлён с промежуточной орбиты искусственного спутника земли последней ступенью ракеты-носителя.

Оборудование

Аппарат имеет спускаемый аппарат и орбитальный отсеки. К основным устройствам орбитального отсека относится: приборный отсек, солнечная батарея, блок баков двигательной установки, реактивный двигатель с узлами автоматики, радиаторную систему терморегулирования, антенно-фидерные устройства.

Спускаемый аппарат - автоматическая марсианская станция, оборудованная системами и устройствами, обеспечивающими отделение аппарата от орбитальной станции, переход его на траекторию сближения с планетой, торможение, спуск в атмосфере и мягкую посадку на поверхность Марса. Автоматическая марсианская станция была снабжена приборно-парашютным контейнером, аэродинамическим тормозным конусом и соединительной рамой, на которой размещён ракетный двигатель. Перед полётом спускаемый аппарат был подвергнут стерилизации. Станции для обеспечения полёта имели ряд систем. В состав системы управления входили: гиростабилизированная платформа; бортовая цифровая вычислительная машина и система космической автономной навигации. Кроме ориентации на Солнце, при достаточно большом удалении от Земли (около 30 млн км) проводилась одновременная ориентация на Солнце, звезду Канопус и Землю.

В орбитальном отсеке находилась научная аппаратура, предназначенная для измерений в межпланетном пространстве, а также для изучения окрестностей Марса и самой планеты с орбиты искусственного спутника: феррозондовый магнитометр; инфракрасный радиометр для получения карты распределения температуры по поверхности Марса; инфракрасный фотометр для изучения рельефа поверхности по измерению количества углекислого газа; оптический прибор для определения содержания паров воды спектральным методом; фотометр видимого диапазона для исследования отражательной способности поверхности и атмосферы; прибор для определения радиояркостной температуры поверхности в диапазоне 3,4 см, определения её диэлектрической проницаемости и температуры поверхностного слоя на глубине до 30-50 см; ультрафиолетовый фотометр для определения плотности верхней атмосферы Марса, определения содержания атомарного кислорода, водорода и аргона в атмосфере; счётчик частиц космических лучей; энергоспектрометр заряженных частиц; измеритель энергии потока электронов и протонов от 30 эв до 30 кэв. А также фототелевизионные камеры.

Ход полёта

Полёт станций к Марсу продолжался более 6 месяцев, траектория полёта прошла на расстоянии 1380 км от поверхности Марса. Станция свыше 8 месяцев осуществляла комплексную программу исследования Марса. За это время станция совершила 362 оборота вокруг планеты.

Спускаемый аппарат «Марса-2» был отстыкован от орбитального отсека 27 ноября 1971 года, а сама станция выведена на орбиту искусственного спутника Марса (ИСМ) с периодом обращения 18 часов. Перед отделением спускаемого аппарата бортовая ЭВМ из-за программной ошибки сработала неправильно. В результате этого в спускаемый аппарат были введены ошибочные установки, предусматривающие нерасчетную ориентацию станции перед отделением. Через 15 мин после отделения на спускаемом аппарате включилась твердотопливная двигательная установка, которая все-таки обеспечила перевод спускаемого аппарата на траекторию попадания на Марс. Однако угол входа в атмосферу оказался больше расчетного. Спускаемый аппарат слишком круто вошел в марсианскую атмосферу, из-за чего не успел затормозить на этапе аэродинамического спуска. Парашютная система в таких условиях спуска была неэффективной, и спускаемый аппарат, пройдя сквозь атмосферу планеты, разбился о поверхность Марса в точке с координатами 4° с.ш. и 47° з.д. (Долина Нанеди в Земле Ксанфа), впервые в истории достигнув поверхности Марса. На борту СА был закреплен вымпел СССР. «Марс-2» стал первым искусственным предметом на планете.

Первый космический аппарат для полёта к Марсу - «Марс-1» был создан в ОКБ С.П. Королёва и запущен в 1962 г., но не достиг планеты, а два КА серии М-69, разработанные в НПО им. С.А. Лавочкина и предназначенные для исследования Марса с орбиты искусственного спутника, в 1969 г. не были выведены на межпланетные траектории из-за аварии РН «Протон». Для завоевания лидерства в исследованиях Марса было решено разработать проект М-71, предусмотрев запуск в 1971 г. трех КА.

Первый КА - М-71С - должен был стартовать раньше и выйти на орбиту искусственного спутника Марса. Два других - автоматические межпланетные станции «Марс-2» и «Марс-3» предназначались для исследования планеты Марс с орбиты искусственного спутника (ИСМ) и с помощью посадочного аппарата (СА) на его поверхности. Для реализации этой программы были фактически с нуля разработаны новые станции, состоявшие из орбитального и спускаемого аппаратов и представлявшие собой новейшее поколение советских автоматических межпланетных станций, разработанных в НПО им. С.А. Лавочкина под руководством выдающегося конструктора Г.Н. Бабакина. Заложенные в них конструктивные решения успешно использовались почти 20 лет при создании межпланетных станций серии «Марс», «Венера», «Вега», космических обсерваторий «Астрон» и «Гранат».

Первый КА решал чрезвычайно важную техническую задачу - уточнение эфемерид Марса, что необходимо для выдерживания расчетного угла входа СА в атмосферу Марса с максимально допустимым отклонением от номинала в 5°. При большем угле входа не хватит времени для раскрытия парашютной системы, при меньшем - СА рикошетирует от атмосферы и уходёт в космическое пространство.

Такое решение было вызвано тем, что эфемерид Марса с необходимой точностью конструкторы не имели. Измерения положения планеты по сигналам его искусственного спутника позволили бы получить уточнённые данные, опираясь на которые можно было провести коррекцию траекторий движения второго и третьего аппаратов на заключительном участке и обеспечить расчетные условия входа СА в атмосферу.

В конце 1969 г. была закончена разработка эскизного проекта М-71 - аппаратов нового поколения, на базе которых впоследствии были созданы станции для межпланетных полетов и астрофизических исследований космоса. До старта М-71 оставалось всего 17 месяцев. За это время нужно было разработать документацию, изготовить 24 экспериментальных аппарата и установок, провести их испытания, откорректировать по результатам испытаний документацию на летные КА, изготовить, провести испытания и запустить три летных аппарата. Огромный объем работ!

Много сил ушло на отработку СА и его систем. Вот некоторые из проблем, которые были решены.

Сложные научно-технические проблемы были решены при отработке парашютной системы, которая должна была вводиться в атмосфере Марса при скорости 3.5 М. Аналогов системы, как и методов ее испытаний в условиях Земли, в мире не существовало. На основании теоретических исследований специалисты НИИ парашютно-десантных средств совместно со специалистами НПО Лавочкина предложили проводить испытания на моделях парашютной системы, выводимых на большую высоту метеорологическими ракетами М-100Б. При испытаниях обнаружилась тенденция к схлопыванию купола основного парашюта на скорости 3.5М. В систему ввели изменения, их эффективность подтвердили последующими испытаниями.

В конструкции станции и СА широко использовались различные пиросистемы: удлиненные кумулятивные заряды, пирозамки, пиротолкатели, пироцилиндры и т.п. Объем их испытаний был большим, так как по нормам НПО им. С.А. Лавочкина пиросистема могла быть установлена на аппарате только при безотказном ее срабатывании последовательно 12 раз на заключительном этапе наземных испытаний.

Для отработки системы мягкой посадки провели пять сбросов макетов СА со штатными блоками бортовой автоматики, высотомерами и пороховыми двигателями.

Эффективность амортизации АМС и функционирование станции после удара о грунт проверялось на специальном стенде, состоящем из катапульты, грунта-аналога и защитной стенки. Провели сбросы пяти макетов станции, укомплектованных габаритно-массовыми макетами аппаратуры, штатными механизмами, пиросистемами, источником питания. При испытаниях горизонтальная скорость соприкосновения с грунтом-аналогом составляла - до 28.5 м/с, вертикальная - до 12 м/с. Испытания показали, что амортизация обеспечивает защиту конструкции станции при посадке и нормальное функционирование систем отделения защитного кожуха и вертикализации станции при различных направлениях удара по станции.

В заключение провели испытание АМС, полностью соответствующей летной, после имитации всех условий, действующих на станцию в полете. После сброса АМС с катапульты по командам бортовой автоматики отделился защитный кожух, открылись лепестки и станция приняла вертикальное положение; включились передатчики и научная аппаратура, на грунт были вынесены рентгеновский спектрометр и прибор оценки проходимости, который совершил короткое путешествие, проведя по пути исследования пока еще земного грунта. В течение 25 минут панорама и научная информация передавались по эфиру и принимались контрольной аппаратурой.

Применение СА в проекте потребовало решения проблемы его стерилизации для исключения загрязнения Марса земными микроорганизмами. Отдельные части СА стерилизовались различными методами, а сборка его проводилась в специально построенном в НПО им. С.А. Лавочкина чистом помещении со шлюзовой камерой, фильтрами, бактерицидными лампами и т.п.

В конце марта - начале апреля КА были отправлены на Байконур для подготовки к полету.
5 мая 1971 г. стартовала станция М-71С. Вывести ее на межпланетную траекторию не удалось: оператор выдал неправильную уставку на второе включение блока «Д». Это привело к потере возможности создания первого искусственного спутника Марса и использования его в качестве маяка, позволявшего с необходимой точностью определить положение Марса и обеспечить расчетные условия входа СА в атмосферу.

Космические аппараты

Конструктивно «Марс-2» и «Марс-3» были аналогичны и дублировали друг друга на случай возможного сбоя. На аппаратах находились 2 фототелевизионные камеры с различными фокусными расстояниями для фотографирования поверхности Марса, а на «Марсе-3» также аппаратура «Стерео» для проведения совместного советско-французского эксперимента по изучению радиоизлучения Солнца на частоте 169 МГц. В составе каждого КА был орбитальный отсек и спускаемый аппарат.
Основные устройства орбитального отсека: приборный отсек, блок баков двигательной установки, корректирующий реактивный двигатель с агрегатами автоматики, солнечная батарея, антенно-фидерные устройства и радиаторы системы терморегулирования. Спускаемый аппарат - автоматическая марсианская станция (АМС), оборудованная системами и устройствами, обеспечивающими отделение аппарата от орбитального отсека, переход его на траекторию сближения с планетой, торможение, спуск в атмосфере и мягкую посадку на поверхность Марса. Автоматическая марсианская станция была снабжена приборно-парашютным контейнером, аэродинамическим тормозным конусом и соединительной рамой, на которой размещен ракетный двигатель.
В спускаемом аппарате была установлена аппаратура для измерения температуры и давления атмосферы, масс-спектрометрического определения химического состава атмосферы, измерения скорости ветра, определения химического состава и физико-механических свойств поверхностного слоя, а также для получения панорамы с помощью телевизионных камер.

Схема полёта

  • Дата старта «Марс-2»: 19 мая 1971 года в 20:22 МСК
  • Дата старта «Марс-3»: 28 мая 1971 года в 19:26 МСК
  • Ракета-носитель: «Протон-К» с разгонным блоком «Д»
  • Масса КА: 4625 кг
  • Масса орбитального аппарата: 3625кг
  • Масса автоматической марсианской станции после посадки: 355 кг.

После потери М-71С осталось надеяться на безупречную работу системы космической автономной навигации (СКАН). Решение о разработке этой системы, не имеющей аналогов в мире, и установке ее на 2-й и 3-й КА принял Совет главных конструкторов в начале 1970 г. как запасной вариант на случай аварии станции М-71С. В системе использовался оптический угломер. За 7 час до прилета к Марсу прибор должен был провести первое измерение углового положения Марса относительно базовой системы координат. Данные измерений передавались в бортовой компьютер системы управления, который рассчитывал вектор третьей коррекции, необходимый для перевода станции на номинальную траекторию. По результатам расчетов система управления КА без вмешательства с Земли выдавала команды на выполнение коррекции.По результатам внешнетраекторных измерений 5 июня на «Марсе-2» и 8 июня на «Марсе-3» были проведены первые коррекции траектории их движения. Бортовая аппаратура станций работала без замечаний. Из-за особенности траекторий полета к Марсу сеансы связи со станциями проводились ночью. Полет «Марсов» продолжался. В ноябре 1971 г. успешно провели вторые коррекции траекторий движения. До прилета станций к Марсу оставались считанные дни. Погода на планете была неблагоприятной для наблюдений с орбитальных станций, и, тем более, для посадки спускаемого аппарата: уже несколько недель на Марсе бушевала необычно сильная пылевая буря, охватившая всю поверхность планеты. Астрономы такой мощной бури на Марсе не фиксировали за всю историю его наблюдений.21 ноября 1971 г. с использованием системы космической автономной навигации провели третью коррекцию траектории движения «Марса-2». Спускаемый аппарат «Марса-2» был отстыкован от орбитального отсека 27 ноября 1971 года, а сама станция выведена на орбиту искусственного спутника Марса (ИСМ) с периодом обращения 18 часов. Перед отделением спускаемого аппарата бортовая ЭВМ, из-за программной ошибки сработала неправильно и в спускаемый аппарат были введены ошибочные уставки, предусматривающие нерасчетную ориентацию станции перед отделением. Через 15 мин после отделения на спускаемом аппарате включилась твердотопливная двигательная установка. Она все-таки обеспечила перевод спускаемого аппарата на траекторию попадания на Марс. Однако угол входа в атмосферу оказался больше расчетного. Спускаемый аппарат слишком круто «зарылся» в марсианскую атмосферу, из-за чего не успел затормозить на этапе аэродинамического спуска. Парашютная система уже ничего не смогла сделать. 27 ноября 1971 г. СА, «прошив» атмосферу « Красной планеты», разбился о поверхность Марса в точке с координатами 4° с.ш. и 47° з.д. (Долина Нанеди в Земле Ксанфа), впервые в истории достигнув поверхности Марса. На борту СА был закреплен вымпел СССР. «Марс-2» стал первым искусственным предметом на планете. Отклонения от расчетных значений периодов обращений ИСМ и траектории движения СА станции «Марс-2» были следствием недостатка времени на отработку матобеспечения бортового компьютера. Последующий анализ установил, что «Марс-2» шел точно по расчетной траектории и коррекция не требовалась. Но этот вариант не успели проверить на стенде системы управления! Такого развития событий можно было избежать при функционировании на орбите Марса станции М-71С. Тогда по измерениям с Земли могли бы установить, что станция идет по номинальной траектории и коррекция была бы отменена. После потери СА «Марса-2» основные надежды стали возлагаться на подлетающую к красной планете станцию «Марс-3».Третью коррекцию траектории «Марса-3» провели штатно 2 декабря 1971 г. Спускаемый аппарат отделился и перешел на расчетную траекторию встречи с планетой. Через 4 часа 35 минут он вошел в атмосферу со скоростью 5800 м/с, уменьшил скорость за счет аэродинамического торможения, открыл парашют - и автоматическая марсианская станция совершила посадку на поверхность планеты в районе с координатами 158° западной долготы и 45° южной широты. Орбитальный отсек «Марс-3» был выведен на орбиту ИСМ с периодом обращения 12 суток 19 часов.Информация с АМС записывалась на магнитофон орбитальной станции и передавалась на Землю после завершения операции выведения станции на орбиту ИСМ. Информация с АМС передавалась циклами; каждый цикл состоял из передачи панорамы поверхности длительностью в 1 минуту с последующей посылкой телеметрии. Наконец началась передача панорамы. Полученное изображение представляло собой серый фон без единой детали. Через 14.5 секунд сигнал пропал. Такая же картина повторилась со вторым телефотометром. Объяснить причину потери связи с АМС тогда не смогли. Уже позже была выдвинута версия о том, что, вероятно, коронный разряд в антеннах передатчика был причиной внезапного исчезновения сигнала с поверхности.Пылевая буря продолжала бушевать. «Марсы» проводили съемку поверхности, но пыль полностью скрывала рельеф. Не видно было даже горы Олимп, возвышающейся на 26 км. В одном из сеансов съемки была получена фотография полного диска Марса с четко выраженным тонким слоем марсианских облаков над пылью. Во время этих исследований в декабре 1971г. пылевая буря подняла в атмосферу столько пыли, что планета выглядела мутным красноватым диском. Однако низкое качество изображений Марсов объяснялось не только пылевой бурей. Причина оказалась в фототелевизионной установке (ФТУ) Марсов. Их разработчики использовали неправильную модель Красной планеты. Из-за этого были выбраны неправильные выдержки ФТУ, фотографии получались пересветленными. Сделали несколько серий снимков (каждый по 12 кадров) и, убедившись в их практически полной непригодности, от использования ФТУ на аппаратах отказались. Аппараты функционировали на орбите Марса более 8 месяцев и прекратили работу практически одновременно, израсходовав бортовой запас азота в системе ориентации 23 августа 1972 г.

НАУЧНАЯ АППАРАТУРА

Орбитальный аппарат

Для проведения исследований, как на трассе перелета, так и на орбите искусственного спутника Марса, на орбитальном аппарате установлены научные приборы:

Прибор ИВ‑2 для изучения распределения водяного пара по диску планеты;

Ультрафиолетовый спектрометр УФС-1 для определения газового состава и плотности атмосферы;

ФКМ-71 для изучения рельефа по распределению СО 2 , определения распределения концентрации газа в атмосфере, яркостной температуры планеты и атмосферы;

Радиочастотный радиометр РА-71 для определения диэлектрической проницаемости, поляризации и температуры поверхности планеты;

Трехкомпонентный магнитометр СГ-70 для измерения магнитного поля по трассе перелета и вблизи планеты;

РИЭП-2801 для измерения потоков электронов и протонов на трассе перелета и у планеты;

КС-18-5М для регистрации космических излучений и радиационных поясов планеты.

Для получения изображений марсианской поверхности на борту орбитального аппарата внутри торового приборного отсека установлено фототелевизионное устройство. Собственно ФТУ состоит из двух фотоаппаратов. Один из них – ФТУ-II – короткофокусный с фокусным расстоянием 52 мм предназначен для обзорной съемки. Он снабжен четырьмя сменными светофильтрами: красным, зеленым, синим и оранжевым. Для детальной съемки предназначен другой фотоаппарат – ФТУ-III – с фокусным расстоянием 350 мм, перед которым установлен оранжевый светофильтр. Съемка проводится на неперфорированную фотопленку шириной 25,4 мм циклами по 12 кадров. Шторный фотозатвор обеспечивает выдержку 1/50 секунды. Пленка каждого фотоаппарата рассчитана на 440 кадров.

После съемки пленка подвергается химической обработке и сушке. Изображения с проявленной пленки считываются специальным фототелевизионным устройством в различных режимах. В просмотровом режиме каждый кадр передается в виде 250 строк по 250 элементов, в режиме номинальной четкости – 1000×1000, а в режиме с максимальной четкостью – 2000×2000. Время передачи одного кадра во время воспроизведения по сантиметровой радиолинии в просмотровом режиме составляет 140 секунд, а в режиме номинальной четкости (1000×1000) ~35 минут.

Воспроизведение изображений с ФТУ можно вести и по дециметровой радиолинии. При этом время передачи одного кадра существенно возрастает.

Кроме того, информация с ФТУ может переписываться на магнитофон телеметрической системы с последующим воспроизведением по сантиметровой или дециметровой радиолинии.

Дополнительно на орбитальном аппарате «Марса-3» установлен французский прибор «Стерео» для измерения всплесков радиоизлучения Солнца в метровом диапазоне (169 МГц). Штыревые антенны прибора «Стерео» были установлены на панелях солнечных батарей.

Спускаемый аппарат

Для проведения исследований на участке парашютного спуска и непосредственно на поверхности Марса спускаемый аппарат оснащен комплексом научной аппаратуры.

В верхней части АМС установлены два телефотометра, аналогичных оптико-механической телевизионной камере (телефотометру) Я-198, примененной на «Луне-9». Они обеспечивают передачу черно-белой панорамы марсианской поверхности размером 500 на 6000 элементов изображения с перекрытием полей обзора поверхности порядка 130º. Передача одной панорамы должна начинаться сразу после посадки, еще одна – через сутки.

Для определения физико-механических свойств грунта на АМС установлен прибор ПрОП-М, представляющий собой маленький, шагающий марсоход, управляемый по проводам.

Состав научной аппаратуры, установленной на АМС:

Прибор ИТД для измерения температуры и давления марсианской атмосферы;

Масс-спектрометр МХ‑6408 для определения химического состава атмосферы;

Автоматическая активационная лаборатория ААЛ-2 для определения типа поверхностных пород;

Прибор ИПС для измерения скорости ветра и плотности газа;

Два телефотометра для получения панорамных фотоснимков;

Прибор ПрОП-М для определения прочности поверхностного слоя грунта.

Результаты полета

Полет космических аппаратов «Марс-2» и «Марс-3» к Марсу продолжался более 6 месяцев. С «Марсом-2» проведено 153, с «Марсом-3» 159 сеансов радиосвязи, получен большой объем научной информации и опыт управления КА на марсианском направлении. На расстоянии около 20 млн. км от Земли обнаружен магнитный шлейф ее магнитного поля. С увеличением расстояния от Солнца наблюдалось уменьшение электронной концентрации в межпланетной среде, а электронная температура оказалась в несколько раз меньше, чем вблизи Земли.
Более 8 месяцев орбитальные станции «Марс-2» и «Марс-3» проводили исследования планеты. За это время станция «Марс-2» совершила 362 оборота, «Марс-3» - 320 оборотов вокруг планеты, в результате чего были определены свойства поверхности и атмосферы Марса по характеру излучения в видимом, инфракрасном, ультрафиолетовом диапазонах спектра и в радиодиапазоне. Орбитальные аппараты определили давление и температуру атмосферы у поверхности, температуру поверхностного слоя Марса и ее изменения в зависимости от времени и широты. Были получены сведения о характере поверхностных пород и высотных профилях поверхности, о плотности грунта, его теплопроводности, диэлектрической проницаемости и отражательной способности, выявлены тепловые аномалии на поверхности Марса, установлено, что его северная полярная шапка имеет температуру ниже минус 110°С и что содержание водяного пара в атмосфере Марса в пять тысяч раз меньше, чем на Земле. Получены данные о структуре верхней атмосферы Марса, зарегистрировано наличие у него собственного магнитного поля. По изменению прозрачности атмосферы получены данные о высоте пылевых облаков (до 10 км) и размерах пылевых частиц (отмечено большое содержание мелких частиц - около 1 мкм). Фотографии позволили уточнить оптическое сжатие планеты, построить профили рельефа по изображению края диска и получить цветные изображения Марса, обнаружить свечение атмосферы на 200 км за линией терминатора, изменение цвета вблизи терминатора, проследить слоистую структуру марсианской атмосферы.
Выдающимся достижением было и то, что впервые в истории аппарат с Земли совершил мягкую посадку на поверхность планеты Марс.

19.05.1971г в 16:22 UTC с космодрома Байконур, стартовый комплекс 81П, осуществлен пуск ракеты-носителя "Протон-К "Марс-2 " (05234 / 1971 045А).
28.05.1971г В 15:26 UTC с космодрома Байконур, стартовый комплекс 81Л, осуществлен пуск ракеты-носителя "Протон-К " с разгонным блоком "Д", которая вывела на траекторию полета к Марсу автоматическую межпланетную станцию "Марс-3 " (05252 / 1971 049А).

Спускаемый КА Марс 2 был отстыкован от орбитального аппарата 27 ноября 1971 года. Перед отделением спускаемого аппарата бортовая ЭВМ, из-за программной ошибки, сработала неправильно, и в спускаемый аппарат были введены ошибочные установки, предусматривающие нерасчетную ориентацию станции перед отделением. Через 15 мин после отделения на спускаемом аппарате включилась твердотопливная двигательная установка. Она все-таки обеспечила перевод спускаемого аппарата на траекторию попадания на Марс. Однако угол входа в атмосферу оказался больше расчетного. Спускаемый аппарат слишком круто "зарылся" в марсианскую атмосферу, из-за чего не успел затормозить на этапе аэродинамического спуска. Парашютная система уже ничего не смогла сделать. 27 ноября 1971 г. СА, "прошив" атмосферу " Красной планеты", разбился о поверхность Марса в точке с координатами 4° с.ш. и 47° з.д. (Долина Нанеди в Земле Ксанфа), впервые в истории достигнув поверхности Марса. В сообщении ТАСС, посвященном Марсу 2, говорилось, что на Марс впервые доставлен "вымпел с изображением Герба СССР". И это - правда: на борту СА действительно был закреплен вымпел. В делах космоса ТАСС тогда не врал. Вымпел вместе с " обеспечивающими доставку средствами", или как их назвал ТАСС - "капсулой", весил несколько сот килограммов. Никакой научной ценности жесткая посадка "вымпела" не имела. Марс 2 стал первым искусственным предметом на планете.
Однако спустя всего пять дней, 2 декабря 1971 года спускаемый аппарат станции "Марс-3" осуществил мягкую посадку на поверхность Марса в районе с координатами 45 ю.ш. и 158 з.д. (недалеко от северного края кратера Птолемей в Земле Сирен). Правда и в этом случае никакой научной информации получить со станции не удалось, так как связь с ней прервалась через 20 секунд после посадки. Между прочим, большая часть научной аппаратуры орбитальных блоков станций "Марс-2" и "Марс-3" отработала нормально.
КА Марс 2,3 вели исследования с орбит искусственных спутников, передавая данные о свойствах атмосферы и поверхности Марса по характеру излучения в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах спектра, а также в диапазоне радиоволн. Была измерена температура северной полярной шапки (ниже -110° С), определены протяженность, состав, температура атмосферы, температура поверхности планеты, получены данные о высоте пылевых облаков, слабом магнитном поле, а также цветные изображения Марса. Во время этих исследований (в декабре 1971г.) пылевая буря подняла в атмосферу столько пыли, что планета выглядела мутным красноватым диском. Однако низкое качество изображений Марсов объяснялось не только пылевой бурей. Причина оказалась в фототелевизионной установке (ФТУ) Марсов. Их разработчики использовали неправильную модель Красной планеты. Из-за этого были выбраны неправильные выдержки ФТУ, фотографии получались пересветленными. Сделали несколько серий снимков (каждый по 12 кадров) и, убедившись в их практически полной непригодности, от использования ФТУ на аппаратах отказались. Аппараты функционировали на орбите Марса более 8 месяцев и прекратили работу практически одновременно, израсходовав бортовой запас азота в системе ориентации 23 августа 1972 г.

Запущенные в 1973 году «Марс-4» и «Марс-5» осуществили дальнейшие исследования. АМС «Марс-6» при подлете к планете было осуществлено отделение спускаемого аппарата. Во время снижения информация со спускаемого аппарата принималась станцией и ретранслировалась на 3емлю, но при приближении к планете сразу после включения двигателей мягкой посадки, радиосвязь прекратилась.

Вчера была годовщина первого "примарсения". Хотел написать... но решил не нарушать традицию - и оставить " " на выходные. :)

27 ноября 1971 года автоматическая межпланентая станция (АМС) "Марс-2" стала первым спускаемым аппаратом, достигшим поверхности Марса .

Советская АМС четвёртого поколения космической программы «Марс», одна из трёх АМС серии М-71, была разработана в НПО имени С. А. Лавочкина. Станция "Марс-2" предназначалась для исследования Марса как с орбиты, так непосредственно с поверхности планеты и состояла из орбитальной станции — искусственного спутника Марса и спускаемого аппарата с автоматической марсианской станцией.

Масса АМС при запуске: 4625 кг
. Масса орбитальной станции: 3625 кг
. Масса спускаемого аппарата: 1000 кг
. Масса автоматической марсианской станции: 355 кг (после посадки на Марс)

В состав системы управления входили: гиростабилизированная платформа; бортовая цифровая вычислительная машина и система космической автономной навигации. Кроме ориентации на Солнце, при достаточно большом удалении от Земли (около 30 млн км) проводилась одновременная ориентация на Солнце, звезду Канопус и Землю.

В орбитальной станции находилась научная аппаратура, предназначенная для измерений в межпланетном пространстве, а также для изучения окрестностей Марса и самой планеты с орбиты искусственного спутника: феррозондовый магнитометр; инфракрасный радиометр для получения карты распределения температуры по поверхности Марса; инфракрасный фотометр для изучения рельефа поверхности по измерению количества углекислого газа; оптический прибор для определения содержания паров воды спектральным методом; фотометр видимого диапазона для исследования отражательной способности поверхности и атмосферы; прибор для определения радиояркостной температуры поверхности в диапазоне 3,4 см, определения её диэлектрической проницаемости и температуры поверхностного слоя на глубине до 30—50 см; ультрафиолетовый фотометр для определения плотности верхней атмосферы Марса, определения содержания атомарного кислорода, водорода и аргона в атмосфере; счётчик частиц космических лучей; энергоспектрометр заряженных частиц; измеритель энергии потока электронов и протонов от 30 эв до 30 кэв. А также две фототелевизионные камеры.

Спускаемый аппарат представлял собой конический аэродинамический тормозной экран закрывающий автоматическую марсианскую станцию (по форме близкую с сферической). Сверху на автоматической марсианской станции был прикреплён стяжными лентами тороидальный приборно-парашютный контейнер содержавший в себе вытяжной и основной парашюты, и приборы, необходимые для обеспечения увода, стабилизации, осуществления схода с околомарсианской орбиты, торможения и мягкой посадки и соединительная рама. На раме размещены твердотопливный двигатель перевода спускаемого аппарата с пролетной на попадающую траекторию и агрегаты системы автономного управления для стабилизации спускаемого аппарата после его расстыковки с орбитальной станцией. Перед полётом спускаемый аппарат был подвергнут стерилизации.

Станция была запущена с космодрома Байконур при помощи ракеты-носителя Протон-К с дополнительной 4-й ступенью — разгонным блоком Д 19 мая 1971 года в 19:22:49 МСК по московскому времени. В отличие от АМС предыдущего поколения, Марс-2 был сначала выведен на промежуточную орбиту искусственного спутника Земли, а затем разгонным блоком Д переведён на межпланетную траекторию.

Полёт станции к Марсу продолжался более 6 месяцев. 17 июня и 20 ноября 1971 г. успешно проведены коррекции траектории движения. До момента сближения с Марсом полёт проходил по программе. Траектория полёта прошла на расстоянии 1380 км от поверхности Марса.
Спускаемый аппарат Марса-2 был отстыкован 27 ноября 1971 года когда АМС подлетала к планете, до торможения орбитальной станции и перехода её на орбиту спутника Марса.
Перед отделением спускаемого аппарата бортовая ЭВМ из-за программной ошибки сработала неправильно. В результате этого в спускаемый аппарат были введены ошибочные установки, предусматривающие нерасчетную ориентацию станции перед отделением. Через 15 мин после отделения на спускаемом аппарате включилась твердотопливная двигательная установка, которая все-таки обеспечила перевод спускаемого аппарата на траекторию попадания на Марс. Однако угол входа в атмосферу оказался больше расчетного. Спускаемый аппарат слишком круто вошел в марсианскую атмосферу, из-за чего не успел затормозить на этапе аэродинамического спуска. Парашютная система в таких условиях спуска была неэффективной, и спускаемый аппарат, пройдя сквозь атмосферу планеты, разбился о поверхность Марса, впервые в истории достигнув поверхности Марса. Спускаемый аппарат "Марс-2" стал первым искусственным предметом на планете.
(Первую "мягкую посадку" на Марс совершила следующая АМС "Марс-3" в декабре того же года)

Орбитальная станция после отделения спускаемого аппарата выполнила 27 ноября 1971 года торможение и вышла на орбиту искусственного спутника Марса с периодом обращения 18 часов.
Станция свыше 8 месяцев осуществляла комплексную программу исследования Марса. За это время станция совершила 362 оборота вокруг планеты. АМС продолжала исследования до исчерпания азота в системе ориентации и стабилизации.

Марс и Маринер

Марс несколько превзошел Маринер-9 - американского "конкурента" , также запущенного к Марсу в 1971 году.
Чем он переплюнул "Маринера" помимо первой "посадки"?

Тепловое излучение грунта, по которому определялась его структура, исследовалось не только в инфракрасном, но (в отличие от Маринера-9) и в радиодиапазоне.
.Получены фотометрические профили Марса глобального характера во многих спектральных диапазонах. Таких измерений Маринер-9 не проводил.
.Определялось содержание воды в атмосфере. Методика измерения использовала область спектра где доминирует отраженное солнечное излучение а не тепловое и интенсивность полосы почти не зависит от вертикального распределения температуры. Такая методика, в принципе, совершеннее методики использованной на Маринере-9.

Во время следующего марсианского астрономического окна 1967 года к Марсу не было запущено ни одного космического аппарата. Первенство в освоении красной планеты Советским Союзом было утеряно, к тому же после стольких неудач стало ясно, что к следующей миссии следует подготовиться более тщательно. После смерти в 1966 г. главного конструктора космических аппаратов Сергея Павловича Королёва эстафета по созданию АМС была передана из ОКБ-1 в Конструкторское Бюро НПО им. Лавочкина (НПОЛ), где началась работа над проектом «М-69» .

Первоначально проект М-69 предполагал вывод КА на орбиту искусственного спутника Марса и посадку на поверхность планеты спускаемого аппарата. Но в ходе работы над проектом СА получился слишком тяжёлым и от него отказались. Таким образом, к очередному «астроокну» 1969 года Советский Союз подготовил к запуску 2 АМС, предназначенных для выхода на орбиту вокруг Марса и его фотографирования.

США в свою очередь изрядно потрудились над созданием третьего поколения КА серии «Маринер», и к 69-му году создали пару аппаратов-близнецов предназначенных для фотографирования Марса с пролётной траектории.

Смотрим, что из этого вышло:

Маринер-6

АМС серии Màriner третьего поколения — «Маринер-6».

31 июля того же года пролетел на высоте примерно 3400 км над поверхностью Марса в районе его экватора.

Сделал 75 фотографий, а так же передал некоторые данные об атмосфере и поверхности планеты.

Маринер-7

КА типа «Маринер» третьего поколения — «Маринер-7».

5 августа пролетел над южной частью Марса. Передал на Землю 126 фото поверхности, а так же измерил температуру южной полярной шапки планеты (-125 °C).

Вместе эти два «Маринера» сфотографировали около 20% поверхности и провели некоторые исследования атмосферы планеты.

Марс 1969А

АМС созданная в рамках проекта М-69. Вес — 4850 кг.

Первые две ступени ракетоносителя «Протон-К» отработали нормально, но затем в турбонасосе двигателя третьей ступени заклинило ротор, что привело к его возгоранию, а на 438 секунде полёта — к взрыву.

Обломки станции упали где-то в Алтайских горах.

Марс 1969В

АМС серии М-69.

На этот раз взрыв произошёл на первой секунде после старта — взорвался один из шести двигателей первой ступени ракетоносителя, однако остальные двигатели выдержали этот взрыв и продолжали работать.

Едва приподнявшуюся над стартовой площадкой ракету начало уводить в сторону. Сработала система автокоррекции траектории, но недостаточно точно — на высоте около километра на 25-ой секунде полёта ракетоноситель стал заваливаться на противоположную сторону.

Затем, заваливаясь всё сильнее и сильнее, ракета полетела сначала горизонтально, потом под углом к Земле и на 41-ой секунде воткнулась в землю в 3 км от стартовой площадки и взорвалась красивым огненным шаром. В соседних зданиях повылетали стёкла, но обошлось без жертв.

Таким образом, амбициозный проект, к которому готовились несколько лет провалился.

Марсианское окно 1971 года.

Сразу же после неудач с М-69 в СССР началась работа над проектом М-71. С учётом всего предыдущего опыта была разработана совершенно новая серия АМС для исследования Марса — 3М. К 71-му году было подготовлено три аппарата этой серии, два из которых имели спускаемые аппараты для посадки на поверхность планеты.

США подготовили 2 очередных «Маринера» которые должны были вы фотографировать планету с орбиты искусственного спутника. Посадочные модули пока не были предусмотрены.

Космос-419.

10 мая 1971 года была запущена первая межпланетная станция типа 3МС (М-71) №170 без посадочного модуля.

После выхода на околоземную орбиту из-за программной ошибки просто не включилась третья разгонная ступень ракетоносителя и аппарат с разгонным блоком так и остался на низкой орбите искусственного спутника Земли. Через 2 дня он вошел в плотные слои атмосферы и сгорел.

В средствах массовой информации было объявлено о запуске спутника «Космос-419». Марсианская цель данной миссии была скрыта от широкой общественности.

Марс-2.

Схема АМС серии 3М(М-71) — «Марс-2» и «Марс-3». Масса — 4625 кг. Масса спускаемого аппарата после посадки — 355 кг.

19 мая был запущен второй аппарат данной серии — 3М М-71№171. Старт и разгон прошли успешно, как и последующие две корректировки траектории. 27 ноября 1971 г. «Марс-2» приблизился к красной планете. Бортовая ЭВМ начала давать установки на ввод посадочного модуля в атмосферу, но из-за ошибки в программе угол его входа оказался слишком большим. Фактически, вышло так, что спускаемый аппарат (СА) просто врезался на полной скорости в планету, вместо того, чтобы плавно, под острым углом затормозить об атмосферу, а затем приземлиться.

Средства Массовой Информации сообщили об успешной доставке вымпела на поверхность Марса и это была чистая правда — вымпел на разбившемся вдребезги СА был. Однако, кроме такого чисто символического результата, как доставка первого рукотворного предмета на поверхность другой планеты Солнечной Системы, посадочный модуль «Марса-2» не достиг. Но ещё осталась орбитальная станция..

С ней всё прошло успешно, но тоже не обошлось без конфуза — фотокамеры «Марса-2» (как и «Марса-3») давали нечёткое, «пересвеченное» изображение.

Схема полёта АМС «Марс-2,3» и посадки СА.

Но все остальные научные приборы работали в штатном режиме, АМС передавала информацию до лета следующего года. За всё время работы с ней было установлено 153 сеанса связи, то есть в целом этот проект Советской космической программы можно считать наполовину удавшимся.

Марс 3.

2 декабря АМС «Марс-3» достигла цели, от станции отделился спускаемый аппарат и после успешной корректировки траектории начал торможение в атмосфере. В нужный момент открылся парашют и прямо перед посадкой отделился, во избежание накрывания модуля. Так же безукоризненно сработали тормозные посадочные двигатели и на поверхность Марса впервые в истории человечества успешно опустился искусственно созданный объект.

Спускаемый аппарат «Марса-3» «Фотография» которую успел передать СА за 14 секунд.

Согласно программе сразу начало транслироваться изображение с телекамеры. Сеанс продлился всего 14 секунд, затем передатчик модуля замолк навсегда. Сейчас невозможно точно сказать почему это произошло. Возможно, из-за слишком сильной пыльной бури бушевавшей в тот момент, может быть сама посадка вышла не слишком удачной (на тот момент поверхность Марса была совершенно неизведанной, и выбрать идеальное место для посадки было невозможно). Скорее всего, несколько факторов повлияли в совокупности — посадка в условиях сильнейшей пыльной бури на неровную поверхность , в таких условиях СА мог вообще завалиться набок.

Кстати, совсем недавно СА и его парашют «Марса-3» вроде бы как нашли на фотографиях с высоким разрешением полученных с американского спутника Mars Reconnaissance Orbiter о котором речь пойдёт дальше. Вот интересный пост об этом.

Маринер-8.

Маринер-8. Масса без топлива — 560 кг.

Первые 5 минут полёта после старта прошли нормально. КА вышел за пределы земной атмосферы, но при запуске разгонного блока его начало раскачивать. В течение минуты колебания усиливались, аппарат «поймал резонанс». Через полторы минуты таких болтаний из-за затруднённого поступления топлива двигатель выключился.

На орбиту спутника Земли аппарат ещё не вышел поэтому он начал возвращаться в атмосферу и упал в Атлантический океан примерно в полутора тысячах километров от места старта.

Маринер-9.

Схема АМС «Маринер-9». Копия «Маринера-8».

15 ноября 71-го — успешно вышел на на удобную для фотографирования и других исследований орбиту высотой 1500 км над поверхностью Марса.

В этот период на огромной территории планеты бушевала пылевая буря, поэтому большинство исследований пришлось отложить на пару месяцев, в это время КА занимался фотографированием спутников — Фобоса и Деймоса. Когда в январе буря закончилась, девятый «Маринер» начал выполнять свою основную программу, которая продолжалась до октября следующего года, пока у него не закончилась энергия.

За это время «Маринер-9» передал более 7000 фотографий Марса, показав нам 80% его поверхности с разрешением около 1 километра и 2% — с разрешением до 100 метров, что очень пригодилось для выбора мест посадки будущих КА. Были получены шикарные снимки , который пересекает почти половину планеты, и многое другое. Кроме того, были проведены спектроскопические и радиометрические исследования планеты.

Можно сказать, это первая действительно плодотворная марсианская миссия, принесшая не символические научные результаты в виде нескольких размытых снимков или доставленного на поверхность вымпела, а огромное количество точных научных данных о физических условиях на планете, свойствах и составе её атмосферы и грунта, а так же о её спутниках.

Хроника 73-го. Неприятности с микросхемами.

Пока США готовили грандиозную марсианскую миссию «Викинг», запланированную на 75-й год, Советский Союз к астроокну 73-го подготовил целых четыре АМС, дабы опередить в деле освоения других планет ненавистных капиталистов. Дело было так..

Если не считать конфуза с фотокамерами и «мягкой» посадкой СА, космические аппараты серии 3М в 71-м году показали себя с хорошей стороны. Поэтому КА серии М-73 были практически полными их копиями. Только вот микросхемы для бортовых ЭВМ, которые поставлял Воронежский радиозавод, были «усовершенствованного» типа. В них, согласно одобренному рационализаторскому предложению, золотое напыление было заменено на алюминиевое в целях удешевления производства. Соответственно, алюминий постепенно окислялся и микросхемы с практически стопроцентной вероятностью выходили из строя в течение 6-12 месяцев после выпуска.

Это стало ясно только во время предстартовых испытаний электрооборудования, когда на одном из КА отказала ЭВМ. Менять микросхемы было уже некогда, астроокно закрывалось, горе-рационализатора наверное посадили, а КА решили запускать «как есть» — вдруг повезёт!

Программа была такая:

  • Вначале, два аппарата без посадочных модулей (3МС) выходят на орбиту вокруг Марса, чтобы быть готовыми для последующей ретрансляции сигналов со спускаемых аппаратов.
  • Затем, два других КА (3МП) сбрасывают спускаемые аппараты на поверхность Марса с пролётной траектории.

Получается двойная миссия с двойной подстраховкой, то есть, если бы не дешёвые микросхемы, вероятность успеха была бы очень велика.

Смотрим, что же вышло на практике:

Марс-4.

АМС «Марс-4 и 5». Масса без топлива — 2200 кг.

Через 10 дней была успешно проведена корректировка орбиты. 10 февраля 1974 г. КА приблизился к Марсу, но бортовая ЭВМ по причине всё тех же микросхем не дала команду двигателям на торможение.

Аппарат пронёсся над Марсом на высоте около 1800 км, успел сделать 12 фотографий и полетел дальше. С тех пор его больше никто не видел и не слышал..

Марс-5.

Как «отлётная» (3 августа), так и «подлётная» (2 февраля) корректировки, а затем торможение были проведены успешно. 12 февраля 1974 г. КА вышел на орбиту вокруг Марса.

Но тут из-за попадания микрочастицы возникла разгерметизация Приборного Отсека. Аппаратура продолжала функционировать, но дольше 2-3 недель в таких условиях она выдержать не могла. Поэтому работу начали проводить в повышенном темпе.

АМС «продержалась» в работоспособном состоянии до 28 февраля, то есть 16 рабочих дней на орбите. За это время было сделано 108 фотографий, из которых нормально получились только 43, и передано 5 телепанорам поверхности.

Этот полёт можно с натяжкой назвать наполовину успешным.

Марс-6.

«Марс-6,7». Сверху виден круглый тормозной щит спускаемого аппарата. Масса без топлива около 2700 кг. Масса СА после посадки — 350 кг.

В середине августа отказал радиокомплекс станции, но запасной продолжал работать.

12 марта на расстоянии 50000 км от Марса произошло отделение СА от пролётного блока. Дальнейшее движение СА, его корректировка а затем раскрытие парашюта прошли успешно. Спускаемый аппарат передал некоторые данные об атмосфере, но прямо перед посадкой связь с ним прервалась и больше не возобновилась.

Возможно он попал на скалистый рельеф, или отказала аппаратура связи.

Марс-7.

3МП №51 — старт 5 августа 1973 г. 16 августа — успешная коррекция траектории. Один радиокомплекс так же отказал на протяжении полёта.

Сближение с Марсом — 9 марта 1974 г. (раньше чем «Марс-6»). СА отделился от пролётного модуля, но из-за сбоя в ЭВМ программа корректировки и торможения не включилась и оба модуля «Марса-7» пролетели мимо планеты.

Американские Викинги на Марсе.

К 1975 году, то есть году очередного сближения Земли с Марсом, НПО им. Лавочкина готовило проект по доставке на Землю марсианского грунта с помощью нового КА серии 5М. Но этот проект был слишком сложным и дорогостоящим и не получил должной поддержки руководства СССР, а затем и вовсе был заморожен. Так что в это астроокно «вписались» только американцы со своей программой «Викинг», которую начали готовить ещё в 60-х.

Были созданы два идентичных КА состоящие из орбитальных и посадочных модулей. Орбитальные модули были сделаны на базе «Маринера». Посадочные модули представляли собой непередвижные станции со всевозможной научной аппаратурой, основной задачей которой был поиск внеземной жизни. Ещё они имели трёхметровый заборник грунта с лопаткой для копания траншей. Кстати, посадочные модули «Викингов» могли контактировать с Землёй непосредственно, без ретрансляции сигнала через орбитальный модуль, правда скорость передачи информации через такой канал была раз в 10 меньше.

Viking 1 и 2.

КА «Викинг» орбитальный и посадочный модули в комплекте.

Стартовали соответственно 20 августа и 9 сентября 1975 года, СА опустились на поверхность 20 июля и 3 сентября 1976 года. Небольшие неприятности при посадке: у первого «Викинга» заблокировался датчик сейсмографа и заклинило «щупальцу» грунтозаборника (через несколько дней её удалось разблокировать), а второй попал одной опорой на камень и остался стоять под небольшим наклоном. Но всё это не помешало «Викингам» выполнить и даже перевыполнить программу, так как они проработали на Марсе больше трёх лет, вместо расчётных трёх месяцев.

Схема посадочного модуля «Викинга».

Сразу же после посадки СА передали на Землю первые панорамные фотографии марсианского ландшафта и первую метеосводку о погодных условиях на Марсе. Затем началась основная работа — поиск внеземных микроорганизмов. Для их обнаружения в бортовой лаборатории проводились различные биохимические опыты: зачерпнутые образцы грунта удобрялись питательными веществами, освещались светом типа солнечного, в общем создавалась благоприятная среда для их размножения.

Но размножаться даже в искусственно созданных супер-благоприятных тепличных условиях на Марсе похоже было некому. Хотя почва и проявила некоторую активность, но скорее всего эта активность была чисто химической. Хотя, не факт, однозначных выводов учёные так и не сделали. Может, просто не там копали. А есть и такая версия — «благоприятная» среда оказалась смертельной для марсианских микробов, и питательный бульон, которым угощали местных бактерий в лаборатории «Викинга» пришёлся одноклеточным марсианам совсем не по вкусу и просто убил их.


Самая первая панорама, переданная с поверхности Марса космическим аппаратом.

В общем, есть жизнь на Марсе, или нет жизни на Марсе — науке это не известно даже сегодня, когда на красной планете вовсю трудится намного более технически продвинутый робот Curiosity , но о нём позже..

Что касается орбитальных модулей — они тоже славно и сверхурочно потрудились на своих орбитах, передали тысячи снимков поверхности Марса, фото его спутников и другие данные о красной планете и её атмосфере. Первый орбитальный модуль продержался до 17 августа 1980 года, второй — до 25 июля 1978.

Заключение ко второй части Марсианских Хроник.

Как видно из всего вышеизложенного, Красная планета оказалась более гостеприимной к совсем не «красным» Соединённым Штатам Америки, чем к очень даже краснознамённому Советскому Союзу.

Проект «Викинг» снабдил учёных вагонами информации о Марсе, анализировать которую можно было ещё не один год. Первенство США здесь было доказано. В связи с этим NASA решило переключиться на другие проекты, в частности на исследование планет-гигантов.

СССР в свою очередь признал своё поражение. по доставке на Землю грунта с Марса в 77-м году был закрыт.

В итоге следующий старт к Марсу состоялся только в 1988-ом году. Об этом в следующей части.