Первая посадка на марс


Марсоход ПрОП-М. Фото: NASA

«Соджорнер»

Следующую попытку изучить Марс с помощью подвижных спускаемых аппаратов предприняло NASA в рамках программы Mars Pathfinder. Основной целью первой миссии агентство ставило отработку мягкой посадки. Спускаемый модуль состоял из неподвижной станции и легкого марсохода «Соджорнер».

Станция использовалась для связи с Землей, так как антенна марсохода могла передавать данные только в радиусе 500 м. Помимо этого на станции было несколько камер и собственная метеостанция. Марсоход весил около 10 кг, каждое из его шести колес вращалось самостоятельно, и он мог преодолевать препятствия высотой до 20 см и склоны до 45°. Энергию ровер получал от солнечных батарей, хотя нес на борту и три радиоизотопных элемента — для поддержания температуры в блоке с электроникой.

После того как спускаемый модуль вошел в атмосферу, его скорость была снижена защитным экраном, а затем парашютом. За несколько секунд до посадки включились тормозные двигатели и надулись амортизационные баллоны. Аппараты коснулись поверхности планеты на скорости 90 км/ч, отскочили от нее несколько раз и наконец остановились.


Так произошла первая в истории успешная посадка полностью исправного марсохода. После того как ровер съехал со станции-ретранслятора, он приступил к исследованиям: анализу близлежащих камней с помощью спектрометра. Всего он передал на Землю 550 снимков планеты и изучил 15 образцов пород. Станция в этот момент снимала панораму:

Марсоход был рассчитан на работу в течение 7—30 сол (марсианские сутки — 24 часа 40 минут), однако смог проработать 83 сола, пока станция-ретранслятор не вышла из строя и он не потерял связь с Землей. За это время «Соджорнер» проехал всего 100 метров.

Источник: tass.ru

    Марс-2 — советская автоматическая межпланетная станция (АМС) четвёртого поколения космической программы «Марс». Одна из трёх АМС серии М-71. Марс-2 предназначена для исследования Марса как с орбиты, так непосредственно с поверхности Марса. АМС состояла из орбитальной станции — искусственного спутника Марса и спускаемого аппарата с автоматической марсианской станцией.
    Первая в мире попытка мягкой посадки спускаемого аппарата на Марс (неудачная). Первый спускаемый аппарат, достигший поверхности Марса.
    Марс-2 разработана в НПО имени С. А. Лавочкина.


Первая посадка на марс


    Технические характеристики:

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

    Конструкция аппарата:

    АМС состояла из орбитальной станции и спускаемого аппарата с автоматической марсианской станцией.
    Основные части орбитальной станции: приборный отсек, блок баков двигательной установки, корректирующий реактивный двигатель с узлами автоматики, солнечная батарея, антенно-фидерные устройства и радиаторы системы терморегулирования. АМС для обеспечения полёта имела 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.


Первая посадка на марс


    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.

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.
    Система управления разработана и изготовлена НИИ автоматики и приборостроения. Масса системы управления 167 кг, потребляемая мощность 800 ватт. Прототипом системы управления являлась вычислительная система лунного орбитального корабля ядром которой была БЦВМ С-530 на элементах типа «Тропа».


    Запуск и итоги миссии:

    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. До момента сближения с Марсом полёт проходил по программе. Траектория полёта прошла на расстоянии 1380 км от поверхности Марса. Марс-2 стала первая в СССР и мире успешно запущенная к Марсу многотонная АМС.
    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.


ускаемый 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. Спускаемый аппарат Марс-2 стал первым искусственным предметом на планете.

Первая посадка на марс


    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. ТАСС сообщил о завершении программы исследований Марса 23 августа 1972 года.
    Большая пылевая буря началась 22 сентября 1971 г. в светлой области Noachis в южном полушарии.

29 сентября охватила двести градусов по долготе от Ausonia до Thaumasia. 30 сентября закрыла южную полярную шапку. Мощная пылевая буря затрудняла научные исследования поверхности Марса с искусственных спутников Марс-2, Марс-3, Маринер-9. Только около 10 января 1972 г. пылевая буря прекратилась и Марс принял обычный вид.
    Из-за плохого качества телеметрии почти все научные данные спутника потеряны. Разработчики фототелевизионной установки (ФТУ) использовали неправильную модель Марса. Поэтому были выбраны неправильные выдержки ФТУ. Снимки получались пересветленными, практически полностью непригодными. После нескольких серий снимков (в каждой по 12 кадров) фототелевизионная установка не использовалась.

    Конструктивно «Марс-3» и «Марс-2» 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 КА был орбитальный отсек и спускаемый аппарат.
    Компоновку АМС предложил молодой конструктор В. А. Асюшкин. Система управления, массой 167 кг и потребляемой мощностью 800 ватт, разработана и изготовлена НИИ автоматики и приборостроения.
    В состав автоматической марсианской станции входил марсоход ПрОП-М (Прибор оценки проходимости — Марс).


Первая посадка на марс


    Используя опыт работы с «Луноходом», конструкторы Института транспортного машиностроения (ВНИИ-ТРАНСМАШ) под руководством А.Л. Кемурджиана создали небольшого, размером 25 см х 22 см х 4 см и массой 4,5 кг, робота, которому предстояло высадиться на Марс.
    Задачи у этого мини-марсохода были скромные — он должен был пройти лишь небольшое расстояние, оставаясь соединенным с посадочным аппаратом кабелем длиной 15 м. Свойства марсианского грунта были неизвестны, поэтому, чтобы не провалиться в пыль или песок, марсоходу были сделаны стальные опоры в виде лыж.
    На нем был установлен конический штамп, вдавливание которого в грунт дало бы сведения о прочности марсианской поверхности. По следам от лыж, зафиксированным на телевизионной панораме, также можно было бы судить о механических свойствах грунта. На грунт, в область видимости телекамер, его помещал манипулятор.

Первая посадка на марс


    Движение осуществлялось следующим образом: опираясь на лыжи, корпус переносился вперед,аппарат садился на днище и лыжи перемещались на следующий шаг. Поворот производился путем перемещения лыж в разные стороны. В случае, если аппарат встречал препятствие (касание двухконтактного бампера спереди), он самостоятельно делал маневр объезда: отход назад, поворот на некоторый угол, движение вперед.

Первая посадка на марс


    Каждые 1,5 метра предусматривалась остановка для подтверждения правильности курса движения. Этот элементарный искусственный интеллект был необходим для марсианских подвижных аппаратов, так как сигнал от Земли до Марса идет от 4 до 20 минут, а это слишком долго для подвижного робота. К моменту прихода команд с Земли, ровер, возможно, уже вышел бы из строя.


    Запуск и итоги миссии:

    Станция была запущена с космодрома Байконур при помощи ракеты-носителя Протон-К с дополнительной 4-й ступенью — разгонным блоком Д 28 мая 1971 года в 18:26:30 по московскому времени. Марс-3 был сначала выведен на промежуточную орбиту искусственного спутника Земли, а затем разгонным блоком Д переведён на межпланетную траекторию.
    Полёт к Марсу продолжался более 6 месяцев. До момента сближения с Марсом полёт проходил по программе. Прилёт станции к планете совпал с большой пылевой бурей.
    Спускаемый аппарат Марса-3 совершил первую в мире мягкую посадку на поверхность Марса 2 декабря 1971 года. Посадка начинается после третьей коррекции межпланетной траектории полета АМС и отделения спускаемого аппарата от орбитальной станции. Перед отделением станция Марс-3 была сориентирована так, чтобы спускаемый аппарат после отделения мог двигаться в требуемом направлении. Отделение произошло в 12 часов 14 минут московского времени 2 декабря 1971 года когда АМС подлетала к планете, до торможения орбитальной станции и перехода её на орбиту спутника Марса.

Первая посадка на марс


    Через 15 минут сработал твёрдотопливный двигатель перевода спускаемого аппарата с пролётной траектории на траекторию встречи с Марсом. Получив дополнительную скорость, равную 120 м/с, спускаемый аппарат направился в расчетную точку входа в атмосферу. Затем система управления, размещенная на ферме, развернула спускаемый аппарат коническим тормозным экраном вперед по направлению движения, чтобы обеспечить правильно ориентированный вход в атмосферу планеты. Для поддержания спускаемого аппарата в такой ориентации во время полета к планете была осуществлена гироскопическая стабилизация. Раскрутка аппарата по продольной оси проводилась с помощью двух малых твердотопливных двигателей установленных на периферии тормозного экрана. Ферма с системой управления и двигателем перевода, ставшая теперь ненужной, была отделена от спускаемого аппарата.
    Полет от разделения до входа в атмосферу продолжался около 4,5 часов. По команде от программно-временного устройства были включены два других твердотопливных двигателя, также расположенных на периферии тормозного экрана, после чего вращение спускаемого аппарата прекратилось. В 16 часов 44 минуты спускаемый аппарат вошел в атмосферу под углом близким к расчетному со скоростью около 5,8 километров в секунду и началось аэродинамическое торможение. В конце участка аэродинамического торможения еще на сверхзвуковой скорости полета по команде датчика перегрузки с помощью порохового двигателя, расположенного на крышке отсека вытяжного парашюта, был введен вытяжной парашют. Спустя 1,5 с с помощью удлиненного заряда разрезался торовый парашютный отсек, и верхняя часть отсека (крышка) была уведена от спускаемого аппарата вытяжным парашютом. Крышка, в свою очередь, ввела основной парашют с зарифленным куполом. Стропы основного парашюта крепились за связку твердотопливных двигателей, которые уже крепились непосредственно к спускаемому аппарату. Когда аппарат затормозился до околозвуковой скорости, то по сигналу от программно-временного устройства была проведена разрифовка — полное раскрытие купола основного парашюта.

Первая посадка на марс


    Спустя 1-2 с был сброшен аэродинамический конус и открылись антенны радиовысотомера системы мягкой посадки. За время спуска на парашюте в течение нескольких минут скорость движения снизилась примерно до 60 м/с. На высоте 20-30 метров по команде радиовысотомера был включен тормозной двигатель мягкой посадки. Парашют в это время был уведен в сторону другим ракетным двигателем, чтобы его купол не накрыл автоматическую марсианскую станцию. Спустя некоторое время двигатель мягкой посадки выключился, и спускаемый аппарат, отделившись от парашютного контейнера, опустился на поверхность. При этом парашютный контейнер с двигателем мягкой посадки с помощью двигателей малой тяги был уведен в сторону. В момент посадки толстое пенопластовое покрытие защитило станцию от ударной нагрузки.
    Посадка была осуществлена между областями Электрида и Фаэтонтия. Координаты точки посадки 45° ю.ш., 158° з.д. на плоском дне крупного кратера Птолемей, западнее кратера Реутов, и между малыми кратерами Белёв и Тюратам.
    Мягкая посадка на Марс является сложной научно-технической задачей. Во время разработки станции Марс-3 рельеф поверхности Марса был малоизучен, сведений о грунте было крайне мало. Кроме того атмосфера очень разрежена, возможны сильные ветры. Конструкция аэродинамического конуса, парашютов, двигателя мягкой посадки выбраны с учетом работы в широком диапазоне возможных условий спуска и характеристик марсианской атмосферы причем их вес минимальный.

Первая посадка на марс


    В течение 1,5 минут после посадки автоматическая марсианская станция готовилась к работе, а затем начала передачу панорамы окружающей поверхности, но через 14,5 секунд трансляция прекратилась. АМС передала только первые 79 строк фототелевизионного сигнала (правый край панорамы). Полученное изображение представляло собой серый фон без единой детали. То же самое повторилось со вторым телефотометром — однострочным оптико-механическим сканером. Впоследствии были выдвинуты несколько гипотез о том, что стало причиной внезапного прекращения сигнала с поверхности: предполагали коронный разряд в антеннах передатчика, повреждение аккумуляторной батареи и др. В наше время после уточнённых расчётов выдвинута версия, что причиной потери сигнала был уход орбитальной станции из зоны видимости антенны СА.

Первая посадка на марс


    Орбитальная станция после отделения спускаемого аппарата выполнила 2 декабря 1971 года торможение и вышла на нерасчетную орбиту искусственного спутника Марса с периодом обращения 12 суток 16 часов 3 минуты (планировалась орбита с периодом обращения 25 часов. Расхождение фактического и запланированного периода обращения можно объяснить недостатком времени, который не позволил надлежащим образом оттестировать программное обеспечение системы автоматической навигации).

Первая посадка на марс


    Более 8 месяцев орбитальная станция выполняла комплексную программу исследования Марса, совершив 20 витков вокруг планеты. АМС продолжала исследования до исчерпания азота в системе ориентации и стабилизации. ТАСС сообщил о завершении программы исследований Марса 23 августа 1972 года. В течение четырех месяцев поводились ИК-радиометрия, фотометрия, измерения состава атмосферы, магнитного поля и плазмы.

Источник: galspace.spb.ru

Спускаемый зонд «Скиапарелли» был потерян 19 октября 2016 года в результате программной ошибки системы управления радара-высотомера. Зонд должен был научить Европейское космической агентство садиться на Марс… но не научил. И эта авария стала далеко не первой в попытках землян достичь поверхности Красной планеты.

Сейчас на Марсе действуют два космических аппарата: марсоходы «Оппортьюнити» и «Кьюриосити». В предыдущие годы успешно потрудились еще два марсохода и четыре посадочные станции. Восемь аппаратов сели неудачно, разбившись о поверхность Красной планеты, или частично неудачно, проработав около минуты. Одна посадочная станция пролетела мимо Марса. То есть, счет между землянами и «ПВО марсиан» почти равный, но все же земляне пока проигрывают. Все полностью успешные посадочные миссии на Марсе оказались американскими. С 1970-х годов инженерам NASA везло — почти все посадки на Красную планету удавались им с первой попытки.

В 1971 году Марса достигло первое изделие человеческих рук, советский марсоход «Марс-2». Однако скорость посадки была такой, что изделие разбилось о поверхность планеты и уже не могло принести никакой пользы своим создателям, кроме поднятия самооценки. Брат-близнец «Марс-3» оказался более успешен — он благополучно спустился, но вышел из строя примерно через минуту. Пара этих аппаратов должна была отработать технологию посадки на Марс, изучить свойства грунта: плотность, структуру, химический состав. Это исследование рассматривалось как предварение более сложных программ: отправки мощного марсохода, а затем и пилотируемой высадки.

Частично с задачей удалось справиться: «Марс-3» показал, что садиться можно и что Марс столь же твердый, как и Луна. Аппарат заложил практически классическую схему спуска, которая во многом повторялась вплоть до «Кьюриосити», хотя в деталях были и отличия.

Как и большинство посадочных марсианских модулей, «Марс-3» входил в атмосферу планеты без предварительного торможения, на перелетной скорости 5,8 километров в секунду. Первый удар атмосферы принимал на себя тормозной конус, который NASA называет Heat shield, «тепловой щит». Название неслучайно, поскольку даже разреженная атмосфера Марса на такой скорости нагревает его до температуры свыше 1500 градусов Цельсия. Вопреки распространенному убеждению, трение атмосферы не имеет к этому процессу никакого отношения. Нагрев происходит из-за ударной волны, которую формирует перед собой щит, — сильно сжатый газ нагревается и передает температуру поверхности щита. Материал поверхности щита начинает испаряться и, тем самым, охлаждать более глубокие слои.

Космический аппарат ненадолго окутывает облако плазмы. Через нее не проходят радиоволны, поэтому на самом жарком этапе спуска поддерживать связь с аппаратом невозможно. Но из-за расстояния между нашими планетами и задержки времени поступления сигнала в 7–10 минут, управлять посадкой с Земли во время сближения аппарата с Марсом все равно не получилось бы.

Тормозные конусы имелись у всех аппаратов, пытавшихся сесть на Марс. Но у всех, кроме советских «Марсов», щиты составляли часть полной теплозащитной капсулы, в которой прятались марсоход или модуль. На наших же щит и «скорлупа» крепились отдельно.

Когда гиперзвуковая скорость падает до сверхзвуковой, щит перестает быть эффективным. Сразу от него не избавляются, но начинается этап парашютного торможения. Сначала выпускается тонкий вытяжной, а за ним уже и основной парашют. Атмосферный поток еще высок — скорость составляет около 1500 километров в час, поэтому парашют называют сверхзвуковым. Чтобы поток не порвал резко раскрывшийся купол, используют технологию разрифовки: стропы заплетают таким образом, чтобы раскрытие было постепенным.

Вот два видео на английском языке (первое, второе), на которых показаны испытания продвинутой парашютной посадочной системы LDSD.

Чем шире раскрывается парашют, тем больше падает скорость, но атмосфера Марса настолько разреженная, что ее плотности не хватает для обеспечения мягкой посадки. Парашют позволяет сбрасывать скорость примерно до 300 километров в час, и требуется еще какое-то решение, чтобы доставить в сохранности полезную нагрузку на поверхность. Тут уже открывается больше простора для творчества инженеров и конструкторов.

Советские «Марсы» имели довольно малую массу для посадочных станций, поэтому обходились небольшими тормозными пороховыми двигателями. Причем у «Марса-2» и «Марса-3» двигателей было два: один уводил парашют в сторону, а второй «подвешивал» капсулу на цепях над поверхностью. Кстати именно благодаря этой цепи нам и удалось подтвердить обнаружение «Марса-3».

Последние метры «Марсы» пролетали в свободном падении, и удар на себя принимала толстая пенопластовая капсула. Из-за смещенного центра масс, по принципу неваляшки, «яйцо» стабилизировалось, и верхняя часть кожуха отстреливалась в сторону.

У «Марса-6» в 1973 году был один твердотопливный двигатель мягкой посадки, который сразу и гасил скорость, и отводил парашют. Точнее, должен был это делать. Что с ним произошло на самом деле, мы не знаем — передача данных с него прервалась примерно на этапе отделения парашюта, и сам аппарат на поверхности Марса пока не обнаружен. Существует гипотеза, что, как и в случае со «Скиапарелли», к аварии привела неверная оценка расстояния до поверхности.

Передача данных в полете, реализованный на «Марсе-6», это тоже результат опыта «Марса-3». «Третий» молчал, как и задумывалось, но специалисты на Земле поняли, что лучше бы он вещал на протяжении всей посадки. И хотя «Марс-6» отключился, не добравшись до поверхности, поработать он все же успел — провел первый непосредственный анализ атмосферы Марса и передал результаты на Землю. Его напарник «Марс-7» промахнулся мимо планеты, и его сигналы какое-то время регистрировались орбитальной станцией.

Пара аппаратов под маркировкой «Викинг» от NASA в 1976 году использовала более сложную систему — их уже оснастили жидкостными ракетными двигателями мягкой посадки. Жидкостный двигатель позволяет автоматике контролировать импульс, добиваясь плавности спуска и меньшей скорости достижения поверхности. При этом весь процесс протекал легче, поскольку скорость входа аппаратов в атмосферу составляла всего 3 километра в секунду. Сама посадка проходила не сразу. Межпланетные аппараты сначала выходили на околомарсианскую орбиту, выбирали подходящее место, и только потом посадочные модули спускались в атмосферу. Благодаря такой схеме на поверхность Красной планеты удалось доставить массивные аппараты, которые проработали несколько лет и провели массу экспериментов, в том числе по поиску воды и жизни.

Следующая посадка произошла целых двадцать лет спустя, в 1997 году. Спускаемый аппарат «Марс Пэтфайндер» должен был протестировать несколько технологий, в том числе способ торможения при помощи «воздушных мешков». Первая часть спуска проходила по привычной для NASA схеме, в капсуле. А уже из капсулы на привязи вытягивался спускаемый аппарат. В нескольких десятках метров над поверхностью срабатывали твердотопливные тормозные двигатели. Вокруг аппарата надувались баллоны из прочной ткани, из которой делают скафандры.

Модуль в «пузырях» ударялся о поверхность и сотни метров скакал, подобно мячу. В конце концов баллоны сдувались, и «Марс Пэтфайндер» раскладывался по хитрой схеме, обеспечивающей вертикализацию аппарата, на какой бы боку ни оказался аппарат в конце движения.

Впервые эту технологию применили еще в СССР для посадки «Луны-9», а позже она пригодилась для посадки марсоходов «Спирит» и «Оппортьюнити».

Первый европейский посадочный зонд «Бигл-2» в 2003 году садился похожим образом, только он даже умудрился обойтись без порохового тормозного двигателя. Спускался в капсуле и на парашюте, а потом сразу скакал, как мячик. «Бигл-2» сел практически удачно, даже сумел немного проработать на поверхности, подобно «Марсу-3». Только на Земле узнали об этом спустя десять лет после посадки.

Для нормальной работы «Бигл-2» надо было развернуть 4 лепестка с солнечными батареями и одну панель с приборами. Аппарат успел раскрыть только две солнечные батареи и остановился навсегда по неизвестной причине. Скорее всего, его аккумулятор сел, не успев зарядиться от Солнца, но это только предположение. «Бигл-2» не передал данные о себе, поэтому, с точки зрения ESA, он ушел в атмосферу и навсегда замолчал.

Нашли «Бигл-2» только в 2013 году, по снимкам спутника MRO.

В 1999 году NASA потеряло свою единственную посадочную миссию на Марсе — Mars Polar Lander. К его модулю прилагались два отделяемых импактных зонда Deep space 2. Предполагалось, что они будут садиться и работать самостоятельно, и хотя потеряли все вместе, можно считать эту неудачу сразу за три. Картина выглядела так же: ушли в атмосферу, и тишина. Южный полюс Марса оказался недостижим, даже следов миссии не нашли.

В 2009 году попытку покорения полюса, на этот раз Северного, повторили. Конструкция «Феникса» во многом повторяла «Полар Ландер», только с учетом прежних ошибок. Это была спускаемая платформа, похожая на «Викинг», и спускалась она так же, только без торможения на орбите. Полет завершился удачно. Северное приполярье было изучено, и найдена марсианская вода.

В 2012 году марсоход «Кьюриосити» стал самым тяжелым объектом, который удалось благополучно доставить на Марс. Мало того, что он был вдвое тяжелее среднего значения массы других марсианских посадочных модулей, «Кьюриосити» отличался еще и высочайшей конструктивной сложностью, поэтому эквилибристика в надувном мяче ему не подходила, и даже ронять его со спускаемой платформы на высоте пары метров было нельзя. Сесть мягко платформа может, но на последних метрах реактивная струя поднимает слишком много пыли. Поэтому даже на легких аппаратах конструкторы стараются ставить как можно больше сопел, чтобы распределять реактивный поток. Для посадки «Кьюриосити» пришлось разрабатывать новую сложнейшую конструкцию, которая оставляла ракетные двигатели высоко наверху, и в вместе с ними поднимала мастерство посадки до фантастического уровня, — SkyCrane.

По сути технология и название SkyCrane заимствованы у вертолетчиков. Именно там принцип «подлететь, зависнуть и погрузить» применяется давно и успешно. Только винт на Марсе бесполезен, поэтому пришлось полагаться на ракетные двигатели. Сейчас взлетающей, зависающей и мягко садящейся ракетой никого не удивишь, а в середине 2000-х это было весьма рискованное решение. Думаю, инженеры JPL потратили немало нервных клеток и скотча, чтобы убедить всех чиновников NASA в успехе своего плана.

Вторая европейская попытка, «Скиапарелли», опирался, кажется, на весь предыдущий опыт посадок на Марс, и свой, и чужой. В целом, посадочная схема повторяла схему «Феникса» или «Викингов», только вместо ног удар приходился на широкий поддон из алюминиевых сот.

Памятуя о неудаче «Бигл-2», инженеры ESA разработали модуль «из целого куска», без каких-либо подвижных механизмов, антенн или панелей. От солнечных батарей вообще решено было отказаться.

Странно, что при этом решили обойтись без воздушных мешков, хотя они практически успешно посадили «Бигл-2». Видимо, когда в 2013 году нашли пропавший зонд, разработка «Скиапарелли» дошла уже до того уровня, когда что-либо переделывать было поздно. Тем более, как показывают предварительные сообщения, сбой в посадке «Скиапарелли» случился на программном уровне, а не в «железе». Хотя точная причина зависания программы, погубившей зонд, пока еще не известна.

В целом, опыт полетов и посадок на Марс говорит о том, что это дело сложное, но возможное. И опыт тут является определяющим фактором — частота попыток повышает шансы на успех, и даже наземной отработки, с испытаниями всех возможных сценариев, никогда не бывает мало.

В будущем, вероятно, полеты на Марс дополнятся новыми приемами и технологиями. И в России, и в США не первый год испытываются надувные тормозные щиты. Космопромышленник Илон Маск собирается сажать на поверхность Марса корабль «Рэд дрэгон» массой в несколько тонн и, возможно, попытается обойтись при этом без парашютов (хотя вряд ли). В своих планах на будущее он анонсировал аэродинамическую посадку по схеме Space Shuttle. Сотрудники РКК «Энергия» тоже рассматривали такую схему еще в 1980-х — 1990-х годах и сочли ее вполне перспективной.

Из более реальных проектов в ближайшие годы стоит ожидать посадку марсохода «Пастер» в рамках российско-европейского проекта «ЭкзоМарс» — там будет применена платформа. Также нас ждет посадка американского MSL 2020 — SkyCrane. И, возможно, посадка китайского марсохода — как именно ее будут осуществлять, пока неизвестно, но скорее всего либо на платформе, либо по схеме «Спирит»/«Оппортьюнити».

Виталий Егоров

Источник: nplus1.ru

2 декабря 1971 года произошла первая в мире и единственная в советской космонавтике мягкая посадка спускаемого аппарата на Марс. На поверхности планеты оказался спускаемый аппарат автоматической межпланетной станции «Марс-3». Ее предназначением было исследовать Марс как с орбиты, так и непосредственно с поверхности.

Станция состояла из искусственного спутника и спускаемого аппарата с автоматической марсианской станцией, в состав которой входил марсоход ПрОП-М («Прибор оценки проходимости — Марс»), представитель первой в мире линейки марсоходов. Второй такой же марсоход использовался на станции «Марс-2», спускаемый аппарат которой разбился при посадке.

«Марс-3» был запущен с космодрома Байконур 28 мая 1971 года.

Полет продолжался более полугода. Несмотря на то что ко времени прилета станции к планете началась большая пылевая буря, посадка прошла успешно. Спускаемый аппарат отделился от станции в 12.14 мск, после чего станция перешла на орбиту спутника Марса, где провела следующие 8 месяцев, а спускаемый аппарат направился к поверхности планеты.

От разделения до входа в атмосферу прошло около 4,5 часа. После входа началось аэродинамическое торможение аппарата, и, когда он затормозился до околозвуковой скорости, произошло раскрытие парашюта.

За 20–30 метров до поверхности парашют был уведен в сторону с помощью ракетного двигателя, чтобы не накрыть станцию, и включился тормозной двигатель мягкой посадки. От ударной нагрузки при соприкосновении с поверхностью планеты «Марс-3» защитило толстое пенопластовое покрытие.

Однако из-за пылевой бури связь со спускаемым аппаратом продлилась всего 20 секунд.

За это время удалось передать лишь фрагмент снимка, который был бесполезен в исследовательских целях. Станция же исправно совершила 20 витков вокруг планеты. 23 августа 1972 года ТАСС сообщил о завершении программы исследований Марса.

Советские «Марсы»

«Марсу-2» — предшественнику «Марса-3» — повезло еще меньше. Станция обладала теми же техническими характеристиками, и ее полет проходил по той же схеме, но перед отделением спускаемого аппарата тот получил неверные установки из-за ошибки бортовой ЭВМ. В итоге он вошел в атмосферу под слишком большим углом и не успел затормозить на этапе аэродинамического спуска. Парашют в этой ситуации оказался бесполезным, и спускаемый аппарат разбился о поверхность Марса.

Он стал первым известным искусственным предметом на планете.

Орбитальная станция тем временем успешно вышла на орбиту и находилась там, как и вторая, до 23 августа 1972 года.

В 1974 году к Марсу было отправлено еще несколько советских станций, в том числе и «Марс-6», спускаемый аппарат которого должен был передавать данные непосредственно с поверхности планеты. Однако и эта попытка не увенчалась успехом — несмотря на верные расчеты, аппарат все же разбился. Однозначно определить причину этого не удалось — возможно, неудача оказалась вызвана превышением амплитуды колебаний аппарата в момент включения двигателей мягкой посадки из-за воздействия марсианской бури или отказом радиокомплекса.

Тем не менее до крушения аппарат успел передать данные о химическом составе атмосферы Марса, давлении, температуре.

Это были первые в мире данные о марсианской атмосфере.

Вслед за СССР на Марс стали отправлять космические аппараты США. В 1976 году станции Viking 1 и Viking 2 успешно сели на поверхность и выполнили запланированные исследования. В аппаратах для смягчения удара при посадке использовались три посадочные опоры с амортизаторами из алюминия. Viking 2 проработал до 1980 года, когда разрядились его аккумуляторы, первый поддерживал связь до 1982 года.

Следующий запуск был осуществлен только в 1997 году и снова США. Аппарат Mars Pathfinder успешно сел с помощью парашюта и амортизационных баллонов — подушек с воздухом, которые постепенно сдувались после посадки, — и в течение нескольких месяцев передавал данные на Землю.

В числе других успешных запусков США — аппараты Spirit, Opportunity, Phoenix, Curiosity. Opportunity и Curiosity передают информацию на Землю до сих пор.

Кроме СССР и США космический аппарат на Марс запустила Великобритания. Посадка Beagle 2 прошла успешно, но у него не раскрылись до конца солнечные батареи. Они закрыли антенну, и аппарат не смог выйти на связь.

Крушением обернулся в этом году запуск спускаемого аппарата Schiaparelli, осуществленный в рамках космической программы ExoMars, проводимой российской государственной корпорацией «Роскосмос» совместно с Европейским космическим агентством. Успешно отделившись 16 октября от орбитального модуля Trace Gas Orbiter (TGO), аппарат вошел в атмосферу Марса, но во время спуска сигнал от аппарата прервался.

Вскоре стало ясно, что Schiaparelli разбился о поверхность планеты.

Причиной гибели аппарата стал технический сбой, в результате которого оказалась неверно рассчитана высота и в итоге аппарат совершил свободное падение с высоты в 2–4 км.

Посадка на Марс заметно отличается от посадки на другие исследуемые небесные тела. Так, например, на Луне нет атмосферы, что обеспечивает прекрасную видимость, и гравитация ниже земной. У Венеры очень плотная атмосфера, это способствует мягкой посадке и эффективной работе парашютов. Правда, ее кислотность оборачивается серьезными трудностями для пребывания аппарата на планете, равно как и высокая температура.

На Марсе же атмосфера сильно разрежена, ее плотности не хватает для эффективного торможения. Кроме того, на Марсе случаются пыльные бури, на месяцы окутывающие планету.

Следующий отечественный запуск космического аппарата будет осуществлен в июле 2020 года, также в рамках программы ExoMars. «Роскосмос» предоставит ракету-носитель, спускаемый аппарат и поверхностную платформу, которая после посадки останется на месте и будет проводить исследования окружающей поверхности вокруг себя в течение земного года.

«Кто-то на Марсе сидит и не пускает»

Как запускались советские марсианские миссии, «Газете.Ru» рассказал их непосредственный участник, принимавший участие и в обеспечении первой мягкой посадки «Марса-3», академик Михаил Маров — заведующий отделом планетных исследований и космохимии Института геохимии и аналитической химии РАН.

«С Марсом нам не везло, и одним из коллег был выдвинут тезис, что кто-то на Марсе сидит и нам препятствует. Это шутка, но у нас действительно была лишь одна успешная посадка, которая, к сожалению, происходила в период очень мощной глобальной пылевой бури. С одной стороны, аппарат совершенно не был рассчитан на боковые перемещения. С другой стороны, и мы это воспроизводили с профессором Селивановым в лаборатории, могла очень сильно повлиять электризация антенн и последовавший разряд.

В результате только мы начали передавать телевизионную картинку, как связь прервалась через 20 секунд. Американцы долго это замалчивали, но года три назад мой американский коллега, работавший тогда в Лаборатории реактивного движения, сказал мне:

«Да, мы совершенно точно принимали ваш сигнал с Марса».

Но признать факт нашей первой мягкой посадки на Марс они, конечно, не хотели и замолчали это. А наши средства массовой информации не очень это оценили, хотя это, конечно, было очень крупное достижение. Я пропадал тогда очень подолгу в НПО Лавочкина и самым тесным образом сотрудничал с разработчиком сценария посадки и всех систем Михаилом Рождественским.

Мы проводили имитационные эксперименты с поднятием аппарата на вертолете и имитации всего хода посадки с последовательным выходом парашютов и работой тормозных двигателей непосредственно у поверхности. Задача эта — архисложная, то, что наши конструкторы все это успели сделать буквально на кончике пера, — вызывает восхищение. То, что посадка на Марс очень сложная, в очередной раз показала неудача с аппаратом Schiaparelli, которая произошла почти полвека спустя и тоже из-за сбоя программного обеспечения.

«Марс-6» был еще одной попыткой посадки на Марс в 1973 году. К сожалению, аппарат не совершил мягкую посадку, но в отличие от «Марса-3» во время спуска он измерял напрямую параметры атмосферы. Это тоже было сделано впервые. Конечно, я испытываю удовлетворение от того, что мои приборы там стояли и эти работы нами, с коллегами, были выполнены. Аппарат проводил измерения вплоть до самой поверхности, но почему-то «примарсианивание» произошло при более высокой скорости, чем рассчитывали.

Еще был «Марс-7», но он совершил неудачный маневр и просто ушел из поля притяжения планеты.

А «Марс-5» вышел на околомарсианскую орбиту и эффективно работал примерно в течение трех месяцев, передавая весьма ценную информацию о планете. Общая беда — работа наших радиоэлектронных устройств. Была слаба электронная база, с этим связан целый ряд отказов, не только первых марсианских аппаратов, такая же судьба была у аппаратов «Фобос».

В 1988 году были запущены два аппарата, один был потерян по глупости — ошибка в программном управлении. Второй должен был сблизиться со спутником Фобос, но в процессе сближения произошел отказ бортового компьютера, аппарат был потерян, и задачу мы не выполнили.

То, что при посадке на Марс нужна комбинация парашютов и тормозных двигателей, ни у кого сомнения не вызывало. Так же как и то, что аппарат должен быть оснащен радиолокатором, который отслеживает высоту до поверхности и регулирует весь сценарий.

Весь вопрос в исполнении. Американцам везло гораздо больше… Великолепным достижением NASA стала посадка марсохода Curiosity, который при снижении мог отслеживать горизонтальные перемещения… Кстати, сажать аппарат при помощи амортизационных баллонов, как это делал марсоход Pathfinder в 1997 году, было идеей советских конструкторов».

Источник: www.gazeta.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.