НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ №3 1-14 февраля 1993 г.

2 февраля. Нью-Йорк. ИТАР-ТАСС. Корпорация "Макдоннелл-Дуглас" изучает возможность использования лучших достижений Российских специалистов в деле создания мобильных систем, предназначенных для изучения других планет. С этой целью, она приступила к испытаниям "марсохода" -привезенного из России прототипа нового самоходного устройства.

Как отмечается в статье, на нынешней неделе корпорация принимает группу инженеров и ученых, представляющих три российских организации, в том числе академический Институт космических исследований. Эта группа специалистов готовит "марсоход" к российскому непилотируемому полету на Марс, намеченному на 1996 год". Местом испытаний избрана калифорнийская пустыня - Долина смерти. Ее поверхность - затвердевшая вулканическая лава и песчаные дюны - очень напоминает поверхность Марса, снимки которой были получены с помощью американских АМС "Викинг".

Для "марсохода" это не первое свидание с Долиной смерти. Летом прошлого года уже проходили испытания. Тогда главной целью испытаний, организованных, как и сейчас, при содействии базирующегося в Лос-Анджелесе планетарного общества, была общая проверка систем управления шестиколесным устройством. Теперь же "Макдоннелл-Дуглас" стремится выяснить, как наилучшим образом можно соединить "западные технологические системы авиационного электронного оборудования с русскими мобильными системами". "Мы полагаем, что опыт русских в управлении подобными устройствами, а также конструкция и технология их машины могут быть использованы для будущих исследовательских миссий", - подчеркнул сотрудник компании, руководящий программой испытаний, Джон Гарви. Что же касается представительницы планетарного общества Сьюзен Лендрот, то на нее впечатление произвели "титановые колеса и невероятная маневренность" "марсохода". Не исключено, что в результате проводящейся ныне программы "марсоход" станет поистине интернациональным образцом передовой космической техники. Кстати, как сообщалось ранее, к его созданию причастны также венгерские и французские специалисты.

5 февраля. Сан-Франциско. ИТАР-ТАСС. Испытания марсохода, созданного Российскими специалистами, прошли на территории Станфордского университета в штате Калифорния. Предназначенный для исследования поверхности Марса аппарат создавался сотрудниками трех Российских организаций, включая московский Институт космических исследований.

Российские и Американские ученые, местные журналисты и просто зеваки, затаив дыхание, следили за тем, как машина странной конструкции с шестью конусообразными колесами взобралась на пандус почти полутораметровой высоты, спустилась по бетонным ступеням лестницы, а затем, переваливаясь с боку на бок, успешно преодолела полосу препятствий из беспорядочно нагроможденных автомобильных покрышек, выдерживая при этом постоянную скорость в четыре с половиной километра в час.

Оценивая результаты испытания, Джон Гарви заявил: "наши Российские коллеги создали для исследования других планет машину поистине мирового класса. Работая с ними, мы можем добиться значительно более высоких результатов, чем действуя в одиночку".

Речь идет о том, чтобы наши электронные системы управления и Российские системы передвижения использовались на одном аппарате. Нам представляется, что Российский опыт управления такого рода устройствами, наряду с конструкцией и технологией их машины, могут стать важным вкладом в дальнейшие исследования".

Российский марсоход, подчеркивает другой представитель "Макдоннелл-Дуглас" Грег Лейбода, "создан специально для работы на покрытой камнями поверхности Марса. Каждое из его шести полых конусообразных металлических колес имеет собственный двигатель и независимую подвеску, что позволяет машине выбираться из самых сложных ситуаций".

Специалисты США считают, что в случае успешного российско-американского сотрудничества в освоении космоса их программа осуществления (в начале следующего столетия) полета человека на Марс, стоимостью 300 млрд $, обойдется в 100 млрд.

"Для того чтобы такого рода экспедиции вообще стали возможными, - подчеркивает представитель общества по исследованию планет Луис Фридман, - необходимы усилия международных конструкторских коллективов".

В начале этого года в Москве прошла международная конференция, посвященная предстоящему в 1994 году запуску автоматической межпланетной станции к Марсу в рамках проекта "Марс-94". Этот запуск осуществляется в рамках российской государственной научно-технических программы "Марс", принятой еще в СССР в 1987 году. Конечная цель программы - доставка (в начале XXI века) грунта с поверхности Марса. Однако сейчас в связи с большими финансовыми проблемами деньги выделены только на "Марс-94". Если в дальнейшем финансирование программы сохранится, то и другие проекты будут реализованы. Их судьба зависит от удачной реализации проекта М-94.

Прежде, чем начать описание технической стороны проекта, необходимо остановиться на задачах, стоящих перед ним. Сейчас, когда Россия пытается выйти из экономического кризиса и велик дефицит бюджета, возникает вопрос о целях межпланетных полетов вообще и о целях экспедиции "Марс-94" в частности.

Зачем же мы летим на Марс?

Если подходить к этому вопросу с точки зрения "человека из столовой", то там нам нечего делать. Потому что задачи по исследованию Марса - это область фундаментальных наук. Результаты этих исследований пригодятся в будущем, когда человечество займется освоением планет Солнечной системы и использованием их ресурсов. И тогда сведения, добытые сейчас, станут основой для реализации этих глобальных проектов, вполне способных принести реальную прибыль.

Нужны полеты на Марс и в такой области, как сравнительная планетология. Эта наука, используя данные о других небесных телах, пытается спрогнозировать дальнейший ход развития Земли как планеты. И это тоже работа на будущее, на благо наших потомков.

Другое дело - реалистично подходить к определению целей и задач ближайших миссий к Марсу, чтобы получать интересующую нас информацию без огромных и неоправданных затрат. Поэтому сейчас наиболее рационально исследовать Марс с помощью автоматических межпланетных станций (АМС).

Эти исследования начались 15 июля 1965 года, когда американская станция "Маринер-4" прошла на расстоянии 10000 км от поверхности "Красной планеты" и передала первые 22 изображения ее поверхности. Затем в США было запущено еще четыре "Маринера" (один - "Маринер-8" - неудачно), которые с полетных траекторий ("Маринер-6 и -7") и с ареоцентрической орбиты ("Маринер-9") провели начальные исследования планеты и ее спутников - Фобоса и Деймоса. Огромный вклад в изучение Марса внесли два аппарата "Викинг", запущенные в 1975 году. С их помощью были проведены исследования не только с орбиты, но и на поверхности планеты.

Советским станциям повезло значительно меньше. За период с октября 1960 года по июль 1988 к "Красной планете" в СССР было запущено 16 АМС. Лишь об одной из них ("Марс-5") можно сказать, что она достаточно хорошо выполнила поставленные перед ней задачи. В разной степени успешными были миссии "Марса-2, -3, -4, -6" и "Фобоса-2". Остальные десять запусков закончились неудачей: АМС погибали при взрывах ракет-носителей, оставались на орбитах искусственных спутников Земли, с ними прерывалась связь еще до подлета к Марсу, у них отказывали двигательные установки для перевода на орбиту вокруг "Красной планеты" или посадки на ее поверхность.

Однако информации о Марсе накопилось уже много. Достаточно точно известны его геометрические и физические характеристики, есть данные о химическом составе поверхностного слоя грунта и атмосферы. Составлены карты поверхности Марса, хотя пока еще и в достаточно крупном масштабе.

Однако много еще "белых пятен" в наших знаниях об этой планете. До сих пор остается открытым вопрос о наличии и величине магнитного поля Марса. Не до конца понятна природа, процесс зарождения и развития пылевых бурь. Важной проблемой остается величина водного запаса планеты. Большой интерес представляют геологическая активность Марса и запас его полезных ископаемых.

Начиная с запуска в 1988 году "Фобосов" открылся новый этап в исследованиях Марса. К сожалению "первый блин" оказался "комом". Будем надеяться, что экспедиция "Марс-94" будет более успешной.

Старт в октябре 1994 года к "Красной планете" АМС по программе "Марс-94" должен увенчать усилия ученых и инженеров из двадцати стран (России, Австрии, Бельгии, Болгарии, Великобритании, Венгрии, Германии, Греции, Ирландии, Испании, Италии, Норвегии, Польши, Румынии, США, Финляндии, Франции, тогда еще Чехо-Словакии, Швейцарии, Швеции) и Европейского космического агентства. Ядром этому международному коллективу послужили группы, сложившиеся во время реализации программ "Вега" и "Фобос". С 1988 года, то есть с момента запуска "Фобосов", велись работы над разработкой научной аппаратуры и совершенствованием конструкции станции. Делалось все, чтобы неудача четырехлетней давности не повторилось.

Недостаток средств наложил отпечаток и на "Марс-94". Нерегулярное финансирование привело к тому, что реализация проекта велась неритмично, с большими перерывами, во время которых работы на предприятиях-изготовителях еле-еле теплились. По тем же причинам планируется запустить лишь одну АМС, в отличии от всех предыдущих миссий. Жестко проводился и отбор научной аппаратуры, которую планировалось установить на станции: выбирались приоритетные области исследований, эксперименты рассматривались на конкурсной основе.

Но и на этот раз не обошлось без вмешательства в проект политиков: в соответствии с договоренностью между Президентами России и США 5 октября 1992 года между РКА и НАСА был подписан договор (НК №20(31)), согласно которому на одной из малых автономных станциях (MAC) решено установить два американских прибора. Это потребовало срочно пересмотреть конструкцию и аппаратурный состав МАСа.

Непосредственными руководителями проекта являются Институт космических исследований (ИКИ) РАН, Институт геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского РАН и Научно-испытательный центр (НИЦ) им. Г.Н.Бабакина. Проектировалась и изготавливалась станция в НПО им. С.А.Лавочкина, ведущей российской фирме в области АМС. Баллистические расчеты и управление аппаратом возложено на подмосковный ЦУП.

Сейчас, после выделения требуемых средств, работы по проекту "Марс-94" ведутся достаточно активно. В НПО им. Лавочкина уже практически готов макет станции, в процессе производства находятся технологические и летный образцы АМС. В многочисленных отечественных и зарубежных институтах и на предприятиях заканчивается изготовление научной части станции. В скором времени она поступит в ИКИ и НИЦ для испытаний. Затем, после комплексных испытаний, АМС будет направлена на космодром Байконур для предстартовой подготовки и запуска. Руководство РКА на последней пресс-конференции выразило уверенность, что станция, отвечающая всем требованиям надежности, будет готова к запуску в октябре 1994 года и сможет полностью выполнить возложенные на нее задачи.

При создании автоматической межпланетной станции по проекту "Марс-94" за основу был взят базовый аппарат, уже использовавшийся в конструкции станций "Фобос". Исходя из задач, поставленных перед АМС, она оснащена необходимой научной аппаратурой (НА) и средствами, обеспечивающими доставку на орбиту и поверхность Марса НА и ее работоспособность.

Конструктивно АМС (рис. 1) состоит из орбитального аппарата (ОА), двух малых автономных станций (MAC), двух внедряемых в поверхность Марса зондов (иначе называемых пенетраторами) (3), и автономной двигательной установки (АДУ). Вес станции на старте составит 6180 кг, вес научной аппаратуры 663 кг. АМС выводится на траекторию полета к Марсу с помощью трехступенчатой ракеты-носителя "Протон" с разгонным блоком и собственной АДУ.

Рис. 1. Автоматическая межпланетная станция "Марс-94". 1 - орбитальный аппарат; 2 - малая автономная станция; 3 - пенетратор; 4 - автономная двигательная установка.

Рис. 2. Орбитальный аппарат АМС "Марс-94". 1 - приборный отсек; 2 - панель солнечных батарей; 3 - топливный бак двигательной установки системы ориентации; 4 - радиатор системы терморегулирования; 5 - остронаправленная антенна канала "борт - Земля"; 6 - антенна канала "борт - поверхность Марса"; 7 - поворотная платформа TSP; 8 - поворотная платформа ПАИС.

4. Орбитальный аппарат АМС

Орбитальный аппарат предназначен для проведения научных исследовании на трассе полета Земля-Марс и на орбите искусственного спутника Марса (ИСМ). На ОА размещены основные служебные системы станции. Он является центральной конструктивной частью АМС, к которой крепятся МАСы, пенетраторы и АДУ. Вес ОА составляет 2589 кг, из которых 645 кг приходиться на научную аппаратуру, а 188 кг - на топливо.

Основой ОА служит тороидальный приборный отсек (ПО, рис.2, поз. 1). В нем расположен бортовой вычислительный комплекс, блоки системы управления движением станции, системы управления аппаратурой, системы связи, системы терморегулирования, системы электропитания, буферные батареи последней системы, электронные блоки научной аппаратуры и системы сбора научной информации и некоторые элементы других систем.

Снаружи к ПО крепятся две панели солнечных батарей (поз. 2), двигатели ориентации, топливные баки системы ориентации (поз. 3), радиаторы системы терморегулирования (поз. 4), антенно-фидерные устройства системы связи и передачи данных, в том числе поворотная остронаправленная антенна канала "борт - Земля" (поз. 5) и антенна канала "борт - поверхность Марса" (поз. 6), а также датчики научной аппаратуры. Так как система ориентации и стабилизации ОА может обеспечить точность только порядка 1 гр., некоторая часть регистрирующей научной аппаратуры, требующей более точного наведения на объект исследования и отслеживания его в течении сеанса наблюдения для предотвращения "смазывания" изображения, установлена на поворотных платформах TSP (поз. 7) и ПАИС (поз. 8).

Исследования с помощью научной аппаратуры ОА будут вестись по нескольким направлениям. Прежде всего - это исследование поверхности и атмосферы Марса методами дистанционного зондирования. Наиболее интересным в группе приборов, предназначенных для этой цели, является комплекс телевизионных и спектральных приборов "Аргус", установленный на платформе TSP (рис. 3). В его состав входят стереоскопическая телевизионная камера высокого разрешения HRSC, широкоугольная стереоскопическая телекамера WAOSS, картирующий спектрометр "Омега", работающий как в видимом, так и в инфракрасном (ИК) диапазонах, и навигационная телекамера NC. Комплекс "Аргус" предназначен прежде всего для изучения наиболее интересных областей планеты, таких как зоны вулканической активности, районы водной (старые русла рек) и ветровой эрозии.

Для определения элементарного состава поверхностных пород служит гамма-спектрометр "Фотон", установленный на второй поворотной платформе ПАЙС, а для определения минералогического состава - ИК-спектрометры (вышеупомянутый "Омега" и ПФС) и спектрометр высокого разрешения "Свет". Большой интерес представляют исследования температурного поля поверхности планеты и влияния на него пылевых облаков во время бурь. Для этого, помимо спектрометров "Омега" и ПФС, будет применяться картирующий радиометр "Термоскан", уже хорошо зарекомендовавший себя во время работы на борту АМС Фобос-2".

Рис. 3. Поворотная платформа TSP.

Когда-то на Марсе были реки. Об этом свидетельствуют их пересохшие русла. Для определения запасов воды в поверхностном слое грунта и мест их расположения в настоящее время предназначен установленный на станции нейтронный спектрометр "Нейтрон-С", а для измерения глубины залегания, мощности и широтного распределения на Марсе вечной мерзлоты служит длинноволновый радар РЛК.

Большое внимание уделено и исследованиям атмосферы Марса. Для оценки силы и направления ветров и распределения температуры по ее высоте служит планетарный Фурье-спектрометр ПФС. Многоканальный оптический спектрометр "Спикам", установленный на платформе ПАИС, позволит существенно уточнить данные о распределении в углекислотной атмосфере "Красной планеты" кислорода, озона и паров воды, а также пыли. Для исследования состава и температуры верхней атмосферы предназначены приборы МАК, "Маремф" и УФС.

Как уже говорилось, до конца не разрешена проблема наличия у Марса магнитного поля и его величины. Ряд косвенных данных, полученных на АМС "Марс-2, -3, -5" и "Фобос-2", говорят в пользу его существования. Для уточнения этих наблюдений служит большой набор приборов для плазменных исследований на борту "Марса-94". Это энерго-массанализаторы "Аспера-С" и "Фонема", спектрометры "Дамио", "Морипроб", "Маремф" и "След-2" и целый волновой комплекс "Элисма".

Во время полета по трассе Земля-Марс и на орбите ИСМ планируется провести исследования гамма-всплесков с помощью спектрометра ПГС, а также спектрометра "Лилас-2". Используя данные последнего и результаты наблюдений европейского космического аппарата 'Улисс" и российского околоземного спутника станет возможным определять небесные координаты источников гамма-всплесков с точностью порядка 10 угловых минут, чего раньше еще никогда не делалось. Также в течении всего полета планируется вести наблюдения колебаний яркости (осциляций) звезд и Солнца (фотометр "Эврис" и спектрометр СОЯ соответственно, оба прибора установлены на платформе ПАИС). Эти данные позволят узнать об их вращении и внутреннем строении. По трассе полета и на орбите ИСМ планируется производить и дозиметрический контроль с помощью комплекса "Радиус-М". Эти данные пригодятся при подготовке к будущим полетам людей на Марс.

Расположение научной аппаратуры на ОА показано на рис. 4.

Рис. 4. Расположение научной аппаратуры на орбитальном аппарате АМС "Марс-94". 1 - датчики волнового комплекса "ЭЛИСМА"; 2 - спектрометры гамма-всплесков "ЛИЛАС-2"; 3 - энерго-масс-анализатор ионов и детектор нейтральных частиц "АСПЕРА-С"; 4 - квадрупольный масс-спектрометр МАК; 5 - каптирующий радиометр "ТЕРМОСКАН"; 6 - нейтронный спектрометр "НЕЙТРОН—С" (расположен под панелью солнечной батареи); 7 - спектрометр гамма-всплесков ПГС (расположен под панелью солнечной батареи); 8 - спектрометр ионов и магнитометр "МАРЕМФ"; 9 - спектрометр энергичных заряженных частиц "СЛЕД-2"; 10 - длинноволновый радар РЛК; 11 - быстрый всенаправленный несканирующий энерго-масс-анализатор ионов "ФОНЕМА"; 12 - спектрометр ионосферной плазмы "МАРИПРОБ"; 13 - солнечная часть многоканального оптического спектрометра "СПИКАМ" ("СПИКАМ-С"), установленная на корпусе ОА; 14 - центральный интерфейс, микропроцессор и запоминающее устройство, системы сбора научной аппаратуры "МОРИОН-С"; 15 - спектрометр солнечных осциляций СОЯ; 16 - планетарный фурье-спектрометр инфракрасного диапазона ПФС; 17 - всенаправленный ионосферный энерго-масс-спектрометр "ДИМИО". (На поворотной платформе TSP (рис. 3) установлен комплекс телевизионных и спектральных приборов "АРГУС", в который входят многофункциональная стереоскопическая телевизионная камера HRSC, широкоугольная стереоскопическая телевизионная камера WAOSS, картирующий спектрометр видимого и инфракрасного диапазона "ОМЕГА" и навигационная телевизионная камера NC; на поворотной платформе ПАИС (рис. 2, поз. 8) установлены звездная часть многоканального оптического спектрометра "СПИКАМ" ("СПИКАМ-Е"), фотометр звездных осциляций "ЭВРИС" и гамма-спектрометр "ФОТОН".)

Помимо исследований с помощью научной аппаратуры будут проводиться и, так называемые, пассивные эксперименты: по изменению параметров орбиты ОА, происходящих из-за аэродинамического торможения, планируется получить данные о верхней атмосфере Марса; будет уточнена по параметрам орбиты станции и гравитационное поле планеты.

Одной из технических задач ОА станции является ретрансляция на Землю информации, передаваемой с МАСов и пенетраторов после их посадки на Марс. Для улучшения качества связи и увеличения скорости передачи на ОА установлена поворотная остронаправленная антенна. Она обеспечивает на орбите Марса передачу 65 кбит информации в секунду, а всего планируется за сутки передавать до 0,5 Гбит данных от приборов ОА и станций на поверхности планеты.

Срок активного существования орбитального аппарата определен более чем в земной год из расчета бортовых ресурсов систем и аппаратуры и степени их старения.

Рис. 5. Малая автономная станция (MAC) до отделения от орбитального аппарата.

При подлете АМС "Марс-94" к Марсу от нее отделяться две малые автономные станции и два пенетратора. Эта операция будет проводиться за три-пять дней до выхода станции на орбиту ИСМ. Такая схема полета позволяет снизить массу аппарата, выводимого на ареацентрическую орбиту на 167кг и, тем самым, добиться экономии топлива автономной двигательной установки. Однако при этом аппараты будут входить в атмосферу Марса со второй космической скоростью для этой планеты (5,6 км/сек), что требует увеличения толщины (а следовательно и массы) зищитных экранов.

Малая автономная станция (рис. 5) предназначена для изучения атмосферы "Красной планеты" при спуске и на ее поверхности, внутреннего строения Марса, элементарного состава поверхностного слоя планеты, ее магнитного поля. MAC будет регистрировать "марсотресения", по которым можно судить о внутренней активности и строении Марса. Станции будут передавать на Землю панорамы мест посадки в различные времена марсианского года. Планируется, что МАСы смогут активно работать на поверхности в течении двух земных лет.