| |||||||||||||
| Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы! |
|
Исследование Солнечной Системы - Марс
| |||||
 Исследователи |
|||||
Хронология полетов |
|
Марс - красная звезда
Космические исследователи Марса ПРОЕКТ М-71
В начале космической эры шло упорное состязание за лидерство в исследовании планет между двумя сверхдержавами. Советский Союз опередил США в исследованиях Венеры: в 1967 г. станция «Венера-4» впервые передала на Землю информацию с другой планеты Солнечной системы, а в 1970 г. спускаемый аппарат (СА) «Венеры-7» - непосредственно с поверхности планеты. Эти достижения были высоко оценены мировой общественностью. Газета New York Times писала: «Успех советских ученых в использовании станций «Венера» можно смело отнести к величайшим достижениям нашего века». Иное положение сложилось с Марсом. США успешно завершили эксперименты по исследованию Красной планеты с пролетной траектории в 1964-1968 гг. и планировали в 1971 г. вывести КА на орбиту ее искусственного спутника.
«Марс-1» (СССР), запущенный в 1962 г., 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 PH «Протон». Для завоевания лидерства в исследованиях Марса было решено разработать проект М-71, предусмотрев запуск в 1971 г. трех КА. Первый (М-71С) должен был стартовать раньше и выйти на орбиту искусственного спутника Марса до прилета американского КА. Два других, старт которых намечался позже, в оптимальные астрономические сроки, должны были доставить на поверхность Марса автоматические марсианские станции (АМС), а их орбитальные аппараты - провести исследования с орбиты искусственного спутника планеты. Первый КА, кроме политической задачи, решал чрезвычайно важную техническую.
Мягкая посадка на поверхность планеты могла быть выполнена только при выдерживании расчетного угла входа СА в атмосферу Марса с максимально допустимым отклонением от номинала в 5°. При большем угле входа не хватало времени для раскрытия парашютной системы, при меньшем - СА рикошетировал от атмосферы и уходил в космическое пространство. Точных эфемерид Марса (его координат для последовательных моментов времени, для целей обеспечения расчетных углов входа СА в атмосферу) мы не имели. Измерения положения планеты по сигналам его искусственного спутника позволяли получить точные 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 создавались 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 установки, провести их испытания, откорректировать по результатам испытаний документацию на летные КА, изготовить, провести испытания и запустить три летных аппарата. Огромный объем работ! Нужно было искать способы сокращения времени выполнения каждого этапа, чтобы сделать всю работу за оставшееся время. Первым и самым важным этапом был выпуск документации; чем раньше она была бы разработана, тем в более ранние сроки можно было изготовить и испытать экспериментальные изделия. Это позволило бы на более ранней стадии изготовления летных изделий провести изменения в документации, необходимость введения которых выявлялась в процессе экспериментальной отработки.
В то время появились материалы по новой системе сетевого планирования и управления, разработанной в США. Сообщалось, что применение системы позволило значительно сократить сроки создания баллистической ракеты Polaris. Система четко определяла и наглядно представляла, какие работы, в какой срок и в какой последовательности должны быть выполнены. Я решил использовать ее в проекте М-71 для сокращения сроков выполнения работ. Черновой вариант сетевого графика был составлен после двух недель напряженной работы. Столько же времени понадобилось работникам отдела координации для обработки графика, устранения кольцевых связей, кодирования событий и т.п. В итоге получилось полотно длиной 3.5 м, плотно заполненное событиями, связями и другой информацией. В ноябре 1969 г. главный конструктор Г.Н.Бабакин утвердил график, а в мае 1970 г. документация на КА была выпущена полностью. Только шесть работ из нескольких сотен прошли с небольшим отставанием от утвержденных сроков. Скептики, а их было немало, считающие, что сетевую систему планирования и управления у нас применять нельзя, были посрамлены. Благодаря министру С.А.Афанасьеву поручившему омскому, оренбургскому и усть-катавскому заводам изготовление и поставку сложных и трудоемких агрегатов станций, мы смогли довольно быстро приступить к выполнению обширной программы экспериментальной отработки. Много сил ушло на отработку СА и его систем. 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.
Американцы, планирующие применение подобной системы при посадке аппаратов на Марс в 1975 г., предлагали сбрасывать макеты АМС с аэростатов в стратосфере и разгонять их пороховыми двигателями до скорости 3.5 М. Для нас этот сложный и дорогостоящий метод, требующий много времени, был непригоден. Начались поиски. На основании теоретических исследований специалисты НИИ парашютно-десантных средств (директор Н.А.Лобанов) совместно со специалистами НПО Лавочкина (Ю.Н.Коптев, Н.А.Морозов и др.) 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 3.5 М. 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 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 скорость соприкосновения с грунтом-аналогом составляла: горизонтальная - 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 мин 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 Лавочкина чистом помещении со шлюзовой камерой, фильтрами, бактерицидными лампами и т.п. В заботах время летело незаметно. 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». Мы потеряли возможность создания первого искусственного спутника Марса и лишились маяка, позволявшего с высокой точностью определить положение Марса и обеспечить расчетные условия входа СА в атмосферу. Теперь 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 М71-С. В системе использовался оптический угломер, разработанный в ЦКБ «Геофизика». 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 следующих операций: • разворот станции в положение, необходимое для проведения коррекции; • включение двигателя корректирующе-тормозной двигательной установки (КТДУ) и его выключение после отработки рассчитанного корректирующего импульса; • разворот станции в положение, необходимое для отделения СА, и его отделение; • возврат станции в трехосную ориентацию по Солнцу и звезде Канопус; • проведение - при подлете станции к планете на расстояние около 20000 км - второго измерения углового положения Марса относительно базовой системы координат и выдачу данных в бортовой компьютер для расчета вектора тормозного импульса перевода станции на номинальную орбиту ИСМ; • разворот станции в положение, необходимое для торможения; • включение двигателя КТДУ и его выключение после отработки тормозного импульса; • возврат станции в трехосную ориентацию для приема и записи информации с АМС. Все операции должны были проводиться на борту КА безучастия и контроля наземного пункта управления. Испытания угломера на стенде системы управления прошли без замечаний. Беспокойство вызывало очень малое время, отпущенное на отработку матобеспечения. «Марс-2» и «Марс-3» (СССР)
19 и 21 мая 1971 г. на межпланетную траекторию были выведены станции «Марс-2» и «Марс-3». PH «Протон» и разгонные блоки «Д» сработали отлично. По результатам внешнетраекторных измерений 5 июня на «Марс-2» и 8 июня на «Марс-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. Утром, приходя на работу, мы знакомились с докладом руководителя группы управления В.Г.Тимонина и, если требовалось, давали задания подразделениям ОКБ на проведение необходимых работ. Утром 25 июня еще на подходе к кабинету я услышал звонок телефона прямой связи с Г.Н.Бабакиным. «Срочно зайди», - прозвучал его тревожный голос. Георгий Николаевич хмуро ходил по кабинету. «Только что разговаривал с Тимониным, -сказал он, - сегодня ночью прервалась связь с «Марсами», собери команду и немедленно вылетай в Евпаторию». Доклад В.Г.Тимонина поразил меня: сначала нарушилась работа первых комплектов передатчиков ДМ-диапазона; переключились на дублирующие комплекты; последние работали нормально, но потом появились сбои. Дали команду на включение передатчиков СМ-диапазона. По телеметрии установили, что передатчики вышли на режим, но сигналы на Земле не были получены. Во избежание развития аварийной ситуации выключили передатчики ДМ- и СМ-диапазонов и стали ждать указаний из Москвы. Я позвонил Ю.Ф.Макарову, зам. главного конструктора НИИ приборостроения по бортовому радиокомплексу. Он был уже в курсе дела. Договорились о составе специалистов и утром 26 июня на министерском самолете вылетели в Симферополь. После прибытия в Евпаторию разработали программу и ночью, при наступлении видимости «Марсов», начали ее выполнять. Прошла первая ночь. Появилась надежда на восстановление ДМ-радиолинии. День ушел на исследование полученной информации и разработку дополнительной программы. Вторая ночь прошла продуктивнее: нашли режим работы вторых комплектов передатчиков ДМ-диапазона, при котором они работали без сбоев. Восстановили с ограничением времени непрерывной работы первые комплекты передатчиков. Напряженная работа была завершена. Двое суток мы не спали и теперь могли до отъезда на аэродром немного отдохнуть. 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 ни для наблюдений с орбитальных станций, ни, тем более, для посадки АМС: 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». СА станции был направлен на планету, а сама станция выведена на орбиту ИСМ с периодом обращения 18 часов. Из-за ошибки бортового компьютера при коррекции уменьшилась высота перицентра пролетной гиперболы, СА вошел в атмосферу Марса под большим углом и разбился о поверхность. Третью коррекцию траектории «Марса-3» провели штатно 2 декабря 1971 г. СА отделился от станции и перешел на расчетную траекторию встречи с планетой. Через 4 часа 35 мин он вошел в атмосферу со скоростью 5800 м/с, уменьшил скорость за счет аэродинамического торможения, открыл парашют - и АМС совершила посадку на поверхность планеты в районе с координатами 158° западной долготы и 45° южной широты.
«Марс-3» был выведен на орбиту ИСМ с периодом обращения 12 суток 19 часов. Отклонения от расчетных значений периодов обращений орбитальных станций 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 ИСМ станции М-71С. Тогда по измерениям с Земли мы могли бы установить, что станция идет по номинальной траектории и коррекция была бы отменена.
Мы с нетерпением ждали информации с АМС, которая записывалась на магнитофон орбитальной станции и передавалась на Землю после завершения операции выведения станции на орбиту ИСМ. Информация с АМС передавалась циклами; каждый состоял из передачи панорамы поверхности длительностью в 1 минуту с последующей посылкой телеметрии. Наконец началась передача панорамы. Серый фон, деталей нет. Через 14.5 сек сигнал пропал. Такая же картина повторилась со вторым телефотометром. Объяснить причину этого явления мы тогда не смогли. Позже я натолкнулся на информацию о том, что во время Второй мировой войны при работе в Ливийской пустыне в условиях пыльной бури у английских радистов выходили из строя передатчики из-за коронного разряда. На Марсе размер пылевых частиц, влажность и давление атмосферы значительно меньше, а скорость ветра больше, чем в Ливийской пустыне. Вероятно, коронный разряд и был причиной внезапного исчезновения сигнала с поверхности. Из-за пылевой завесы мы, видимо, не получили бы изображений поверхности Марса даже при нормальной работе радиолинии. Но через минуту должна была пойти информация о физико-химических характеристиках грунта и, что особенно ценно для науки, данные о температуре, давлении и скорости ветра на Марсе в условиях необычайно сильной пылевой бури.
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. Более 8 месяцев станции «Марс-2», -3 проводили исследования планеты, определив давление и температуру атмосферы у поверхности, температуру поверхностного слоя Марса и ее изменения в зависимости от времени и широты. 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 -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, уточнено оптическое сжатие планеты, обнаружена слоистая структура марсианской атмосферы и ее свечение за линией терминатора. Автор: В.ПЕРМИНОВ, | ||||||||||||||||||||||||
 |
|
|