Фобос, грунт и обратно

Схема миссии "Фобос-Грунт".
Фото предоставлено пресс-службой Института космических исследований РАН

Когда вы читаете эти строки, уважаемые читатели, вы уже знаете, как прошел старт в ночь на 9 ноября космического корабля с российским автоматическим космическим аппаратом «Фобос-Грунт». Его задача – доставка на Землю образцов грунта со спутника Марса – Фобоса. Но номер «НГ» был отправлен в печать раньше этого события. Поэтому нам и приходится говорить об этом действительно большом и важном научном проекте в сослагательном наклонении. Впрочем, не только поэтому┘

Давно замечено, что Марс не любит подпускать к себе космические корабли. Успехи можно пересчитать по пальцам: американские «Маринер-4, 6, 7 и 9», два «Викинга», советские «Марс-3, 4, 5 и 6»┘ Вблизи Красной планеты пропало более 10 автоматических станций. В 1988–1989 годах потерпели неудачу советские автоматические межпланетные станции «Фобос-1» и «Фобос-2»: 1 сентября 1988 года произошла потеря связи с АМС «Фобос-1», а 27 марта 1989 года – потеря связи с АМС «Фобос-2». Восстановить связь не удалось.

В 1993 году при подлете к марсианской орбите погибла самая дорогая за всю историю космонавтики американская станция «Марс обсервер». Российская АМС «Марс-96» была запущена 16 ноября 1996 года с помощью ракеты-носителя «Протон». Из-за отказа разгонного блока станцию не удалось вывести на отлетную траекторию, и она разрушилась при входе в атмосферу Земли через пять часов после запуска.

Создавалось впечатление, что некая сила целенаправленно мешает людям Земли проникнуть в тайны Красной планеты. Но, как писал граф Алексей Константинович Толстой, «у науки нрав не робкий». Поиски подходов к Марсу и его свите продолжаются.

Российской академией наук и Центральным НИИ машиностроения при участии НПО имени С.А.Лавочкина подготовлена программа исследования планет Солнечной системы, в которую включен ряд проектов по исследованию Марса. Первый такой проект – «Фобос-Грунт». Российский автоматический космический аппарат «Фобос-Грунт» предназначен для доставки на Землю образцов грунта со спутника Марса Фобоса и определения физико-химических характеристик этого грунта. В его задачу также входит получение данных, позволяющих судить о происхождении спутников Красной планеты, о взаимодействии атмосферы Марса с его поверхностью и о воздействии солнечного ветра на малые тела Солнечной системы.

Космический аппарат «Фобос-Грунт» еще в 1998 году был утвержден как основной межпланетный проект на ближайшую перспективу. Однако требуемая масса межпланетной станции превышала тогда возможности ракеты-носителя «Союз», поэтому предполагалось осуществлять доразгон к Марсу с помощью экономичных электрореактивных двигателей (ЭРД) малой тяги. В 2004 году с целью снижения затрат проект был пересмотрен. В результате было принято решение воспользоваться платформой «Навигатор» разработки НПО Лавочкина.

Накануне старта многие ученые, причастные к проекту «Фобос-Грунт», мягко, но однозначно отказывались от каких-либо комментариев. Очевидно, памятуя о плохой «наследственности» марсианских программ. Тем не менее нам удалось узнать некоторые технические подробности проекта у специалистов. О них рассказал ведущий специалист ФГУП НПО имени С.А.Лавочкина, заслуженный конструктор России, лауреат Премии правительства РФ Альвиан Бутылкин.

– Альвиан Федорович, в чем преимущества платформы «Навигатор»?

– За счет своей негерметичности «Навигатор» имеет меньшую массу, чем платформа в прежнем проекте. Это позволило отказаться от применения ЭРД, что, в свою очередь, значительно упростило схему экспедиции.

Фактическая реализация проекта началась с 2005 года. В 2006-м было закончено макетирование основных узлов и приборов «Фобос-Грунта» и проведены первые вибрационные испытания аппарата в сборе. Изготовление серии еще 10 технологических макетов начато в 2007 году. Запуск назначен на ноябрь 2011 года. Место для посадки нашей автоматической станции на спутник Марса помог выбрать аппарат «Марс-экспресс» Европейского космического агентства (ЕКА).

– Что представляет собой аппарат «Фобос-Грунт»?

– В состав аппарата входят: маршевая двигательная установка – разгонный блок «Фрегат СБ», который обеспечивает выход на траекторию полета к Марсу; перелетный модуль РК ПМ (сухая масса 590 килограммов); возвращаемый аппарат РК ВА (215 килограммов). Центральный элемент аппарата, его каркас, – восьмигранная призматическая конструкция перелетного модуля. На гранях этой призмы размещается бортовая служебная и научная аппаратура. Там же – китайский микроспутник «Инхо-1». К перелетному модулю прикреплены панели солнечных батарей – они обеспечивают электропитание всего комплекса. Стартовая масса АМС составляет 13 200 килограммов.

Космический зонд «Фобос-Грунт». Фото из архива автора

– Какая аппаратура находится на АМС?

– Там приборов много, от разных предприятий. Из служебных приборов – система информационного обеспечения (Институт космических исследований РАН), набор инструментов манипулятора, наш грунтозаборный комплекс, телекамеры высокого разрешения. Перелетный модуль и возвращаемый аппарат укомплектованы приборами, разработанными ОАО НПО ИТ.

Что касается научной аппаратуры, она очень разнообразна по назначению и происхождению. В подготовке геофизических приборов участвовали как отечественные предприятия (институты РАН – Институт космических исследований, Институт геохимии и аналитической химии, Институт физики Земли, Институт прикладной математики, Институт радиотехники и электроники), так и научные организации Европейского космического агентства, Китая, Германии, Франции, Швейцарии. Плазменно-пылевые приборы также создавались с участием Украины, Германии, Франции, Швеции и институтов РАН. Суммарная масса научной аппаратуры – 50 килограммов.

– А что можно сказать о схеме экспедиции станции?

– Аппарат «Фобос-Грунт» переводится на траекторию перелета к Марсу с помощью разгонного блока «Фрегат-СБ». Совместно со станцией «Фобос-Грунт» разгонный блок доставит на орбиту Марса китайский микроспутник.

Приблизившись к Марсу, зонд выходит на эллиптическую орбиту с высотой апогея около 80 тысяч километров, после чего переводится на низкую орбиту наблюдения и затем на квазисинхронную орбиту у Фобоса. После выбора подходящего места аппарат выдает тормозной импульс и совершает посадку на поверхность Фобоса.

В течение нескольких дней проводится изучение окрестностей места посадки, забор образцов, загрузка их в возвращаемый аппарат, который потом стартует с Фобоса и дожидается стартового окна на околомарсианской орбите. Перелетный модуль РК ПМ остается на поверхности и продолжает изучение Фобоса и Марса.

Полет возвращаемого аппарата РК ВА к Земле занимает около года. Спускаемый аппарат (капсула с образцами) совершает беспарашютную посадку на одном из полигонов. Масса доставляемого грунта – от 100 до 200 граммов.

– Как вся эта космическая миссия расписана по срокам?

– При благополучном запуске АМС «Фобос-Грунт» с помощью РН «Зенит-2SLБ» прибытие станции к Марсу запланировано на 29 сентября 2012 года. Далее, в феврале 2013 года, – посадка на Фобос и старт с Фобоса. В августе того же года – отлет к Земле. В июле 2014 года – прибытие в околоземное пространство. Общее время экспедиции – три года, или 1095 дней.

– Расскажите подробнее о задачах экспедиции «Фобос-Грунт».

– Задачи серьезные. Автоматической межпланетной станции предстоит исследовать физико-химические характеристики вещества Фобоса, особенности орбитального и собственного вращения Фобоса. Будет проведено исследование Фобоса с посадочного аппарата, а также исследование Фобоса и окружающего пространства с орбитального аппарата. Предстоит исследовать физические условия околопланетной среды Марса и получить информацию, проливающую свет на происхождение марсианских спутников.

В число задач миссии входят также: мониторинг сезонных и климатических вариаций атмосферы и поверхности Марса; исследование крупномасштабных динамических процессов на поверхности и в атмосфере Марса. Кроме того, поставлена задача исследования вещества Фобоса, доставленного на Землю, в лабораторных условиях. Ведь главная задача станции «Фобос-Грунт» – именно доставка образцов грунта с поверхности спутника Марса. Их изучение позволит сделать выводы о начальных стадиях эволюции нашей планетной системы.

А еще на орбите Красной планеты от российского космического аппарата отделится китайский научный микроспутник, затем будет проведен эксперимент по радиозондированию атмосферы планеты. По программе «Биориск» вместе со станцией в полет отправится коллекция микроорганизмов и личинок насекомых, которые потом вернутся на Землю.

– Что может дать экспедиция «Фобос-Грунт» для развития космических исследований?

– На проекте «Фобос-Грунт» и результатах экспедиции специалисты отработают все основные технологии для последующих экспедиций к Марсу, в частности, операции по посадке и забору грунта в условиях нулевой гравитации. На базе аппарата «Фобос-Грунт» впоследствии будет создана целая серия АМС: «Луна-Глоб», «Венера-Д», «Марс-НЭТ», «Апофис-П», «Апофис-Грунт». Также, в продолжение программы «Биориск», планируется отправка микроорганизмов к Марсу с последующим возвращением их на Землю.

* * *

Планета, названная Марсом по имени римского бога войны, и ее спутники Фобос и Деймос («Страх» и «Ужас») еще задолго до начала космических исследований привлекали внимание ученых и фантастов. Фобос и Деймос были открыты Холлом в 1877 году. Но в книге Джонатана Свифта «Путешествия Гулливера» есть раздел о путешествии в Лапуту. Так вот, в лапутянской академии наук Гулливер узнал о двух спутниках Марса: «...ближайший... удален от центра этой планеты на расстояние, равное трем ее диаметрам, а более отдаленный находится от нее на расстоянии пяти таких же диаметров. Первый совершает свое обращение в течение десяти часов, а второй в течение двадцати одного с половиной часа...» Спрашивается, откуда знал об этих спутниках ирландский аббат Свифт почти за 150 лет до их открытия?