Взлёт 2006 04

Притяжение марса. часть 4

Владимир ЩЕРБАКОВ

Итак, 10 марта 2006 г. после многих месяцев полного опасностей пути длиной почти в 500 млн км «Марсианский орбитальный разведчик» MRO наконец-то вышел на эллиптическую орбиту захвата. Подтверждающий это сигнал от «вынырнувшей» из-за планеты станции был получен в 2 ч 16 мин по тихоокеанскому времени в центрах управления Лаборатории реактивного движения НАСА (NASA's Jet Propulsion Laboratory) в Пасадене (Pasadena, штат Калифорния) и отделения космических систем компании «Локхид Мартин» (Lockheed Martin Space Systems) в Денвере (Denver). Впереди у станции – долгие месяцы научных исследований и, возможно, уникальные открытия. Предлагаем читателям завершающую публикацию из цикла о новой американской экспедиции к Марсу (начало – см. «Взлёт» №11/2005, с. 44-47, №12/2005, с. 44-47, №3/2006, с. 40-44).

«Мы прошли очень важный рубеж, но он все же только один из длинной череды других не менее важных рубежей. И только после преодоления всех их мы сможем наконец-таки открыть бутылку шампанского», – заявил журналистам один из высокопоставленных руководителей отделения научных исследований НАСА.

Для выхода на указанную орбиту станции MRO необходимо было почти на 1000 м/с снизить свою скорость, в связи с чем пришлось более чем на два десятка минут включить, развернув их по направлению движения, шесть главных бортовых двигателей «разведчика», тяга каждого из которых составляет 170 Н. Причем примерно на пятнадцатой минуте их работы орбитальный модуль вошел в тень и радиотень (в это время бортовое устройство управления переключило подачу энергии с солнечных панелей на батареи), заставив в течение следующего получаса сильно поволноваться специалистов в обоих центрах управления на Земле. Это и понятно – едва ли не половина всех экспедиций, направленных к Марсу и его спутникам, потерпела неудачу на той или иной стадии полета.

«Итак, наш космический аппарат наконец-то стал орбитальной станцией», – с восторгом воскликнул один из руководителей проекта, сотрудник Лаборатории реактивного движения Джим Граф (Jim Graf). «Празднование такого замечательного события – это прекрасно, но оно не будет длиться слишком долго. У нас впереди – напряженная работа. Дело в том, что мы имеем в своем распоряжении шесть месяцев до того, как MRO начнет выполнять основную научную программу. За это время мы должны еще раз все проверить и точно вывести орбитальный модуль на необходимую нам орбиту, с заданными параметрами».

Согласно утвержденной программе научной экспедиции, в период с марта по ноябрь 2006 г. будет осуществляться этап так называемого аэродинамического торможения (в английской терминологии – aer- obraking), в ходе которого станция должна перейти с нынешней сильно вытянутой эллиптической орбиты с периодом обращения около 35 ч на более низкую почти круговую орбиту с периодом обращения всего около 2 ч. При этом для создания наиболее оптимальных условий для проведения научных исследований планеты высота орбиты «разведчика» должна составлять от 255 км в южной полярной области до 320 км в северной – т.е. на самой низкой орбите за всю историю исследования Красной планеты. Высота орбиты подобрана таким образом, чтобы трасса MRO повторялась ровно через 359 суток. Таким образом, будет достигнуто очень плотное покрытие поверхности планеты – на экваторе расстояние между соседними витками составит в среднем немногим более 9 км.

Для сравнения, находящиеся в настоящее время в районе Марса другие станции вращаются на более высоких орбитах: «Марс Глоубал Сервайер» (Mars Global Surveyor) – практически круговая орбита с высотой 378 км, «Марс Одиссей» (Mars Odyssey) – 400 км, «Марс Экспресс» (Mars Express) – эллиптическая орбита с периодом обращения 7,5 ч и высотой в диапазоне от 259 до 11 560 км.

На март, в течение первых «длинных» витков станции, были запланированы несколько технических мероприятий. Так, например, инженеры НАСА и ЛРД на первых двух витках провели общее тестирование станции. Затем, в момент прохождения MRO в конце третьего витка, пришедшегося на 14 марта, над южным полюсом Марса была проверена работа всех трех камер станции – высокого разрешения HiRISE, контекстной и цветной MCI. Они сделали первые снимки Красной планеты. На следующий день аналогичное тестирование прошла и аппаратура MCS – было проведено первое сканирование атмосферы планеты. Кроме того, в течение первых пяти витков вокруг планеты специалистами НАСА и ЛРД была проведена так называемая «пристрелка» – предварительная перед процессом аэродинамического торможения процедура, в ходе которой были еще раз проверены все сделанные ранее расчеты и получены данные о плотности верхних слоев атмосферы планеты.

Что касается самого процесса аэродинамического торможения, то он выглядит следующим образом. В течение марта-сентября сего года станция, вращаясь на околомарсианской орбите, будет совершать «нырки» в атмосферу планеты и тормозиться за счет естественного сопротивления ее верхних слоев (первый «нырок» назначен на 30 марта, всего же их количество составит несколько сотен). Согласно расчетам американских специалистов, на основную фазу аэродинамического торможения должно уйти около 500 орбитальных витков. При этом MRO может в некоторых случаях даже временно опускаться на высоту до 95-100 км над поверхностью Красной планеты. Стабилизация аппарата во время «нырков» должна обеспечиваться путем выноса центра тяжести станции вперед (наподобие того, как это происходит с воланчиком для игры в бадминтон), а по ходу движения MRO будут обращены корпус станции и задние плоскости солнечных батарей и «большой» антенны космического аппарата.

Следует отметить, что в том случае, если бы вместо метода аэродинамического торможения специалистами НАСА был бы выбран традиционный способ перехода с одной орбиты на другую за счет тяги бортовых двигателей станции, то потребовалось бы разместить на космическом аппарате запасов топлива на 70% больше, чем это было на самом деле, т.е. примерно 450 кг дополнительного веса. Налицо экономия в стартовой массе и в расходуемом топливе, а лишние несколько месяцев – это не помеха для многолетней программы. Данная техника была опробована специалистами НАСА на двух предыдущих марсианских станциях: «Марс Глоубал Сервайер» и «Марс Одиссей».

В период с сентября по октябрь 2006 г. будут проведены от трех до четырех завершающих коррекций местоположения станции, для чего планируется использовать уже собственные бортовые двигатели MRO. Основной целью при этом будет вывод орбитального «разведчика» на рабочую солнечно-синхронную орбиту (пересечение экватора – в 15.00 по местному времени). Окончательный показатель периода обращения станции на орбите должен составлять 112 мин. При этом ежесуточно станция будет совершать 12 витков вокруг Марса.

В течение октября, согласно графику, будут выполнены и другие операции: развернут бортовой радар SHARAD, открыта крышка спектрометра (CRISM) и проведено финальное тестирование и калибровка бортовых научных приборов «марсианского разведчика».

Слева: команда «Марсианского орбитального разведчика» празднует успешный выход станции на орбиту Красной планеты. Справа (из двух пожимающих руки) – руководитель программы Джим Граф, в центре между ними – Фук Ли, директор Управления по исследованию Марса Лаборатории реактивного движения, 10 марта 2006 г.

Основной цикл научных исследований Марса начнется после того, как 8 ноября 2006 г. эта планета выйдет из-за Солнца (в период с 7 октября Марс будет находиться в соединении с Солнцем, что происходит примерно каждые 26 месяцев). Собственно активная фаза научных исследований планеты продлится с ноября 2006 г. по ноябрь 2008 г. включительно. В течение этого периода времени орбитальный модуль будет ежедневно отправлять на Землю полученную информацию, которая в конечном итоге, согласно ожиданиям ученых, должна не менее чем в пять раз превзойти по объему всю информацию, переданную ранее в ходе всех научных экспедиций к Красной планете! В конечном итоге MRO должен передать на Землю до 34 терабайт информации – это составит, как утверждают американские специалисты, около 6500 стандартных компакт-дисков формата DVD ценнейшей научной информации о планете.

Однако, как уже неоднократно заявляло руководство данной программы и как это наглядно продемонстрировали американские марсоходы «Спирит» и «Оппотьюнити», основная научная программа может быть и продлена. Пока же, согласно утвержденному и широко обнародованному графику, с декабря 2008 по декабрь 2010 гг. предусмотрена работа орбитального модуля MRO в качестве ретранслятора данных с других космических аппаратов, работающих в районе Марса. Впрочем, фаза «ретрансляции» может начаться намного раньше – уже в ноябре-декабре 2006 г. Это произойдет в том случае, если марсоходы «Спирит» и «Оппотьюнити» все еще будут находиться в рабочем состоянии и осуществлять сбор и передачу научных данных.

Ожидается, что бортовой комплекс «Электра» «марсианского разведчика» будет оказывать помощь вновь прибывающим к Марсу космическим аппаратам: в области навигации и связи (ретрансляции). Он также сможет поддерживать связь с любым из спускаемых модулей, которые будут работать на поверхности планеты: объем передачи данных при этом составит от 1 кб до 2 Мб в секунду при длительности сеанса связи не более 5 мин.

В скором времени к Красной планете отправится очередная экспедиция. НАСА планирует в августе 2007 г. вывести в космос еще одного «марсианского разведчика». На этот раз уже планируется его посадка на саму планету. Новая станция, получившая название «Феникс Марс Скаут» (Phoenix Mars Scout), должна прибыть на планету в мае 2008 г. Место для посадки выбрано в районе северного полюса планеты. Основная задача – в течение трех месяцев провести подробное изучение данного района на предмет наличия там запасов воды – в настоящем времени и в прошлом. Также будут изучаться слои подповерхностного льда и будет предпринята попытка обнаружить там следы какой-нибудь органики. У «Феникса» будет механический манипулятор, который позволит делать шурфы глубиной до полуметра. Станция MRO будет оказывать помощь «Фениксу» в ходе процесса посадки (навигация и связь), а затем – выполнять до двух-трех сеансов связи с посадочным модулем ежедневно. Проект разработан специалистами Университета Аризоны (University of Arizona) и одобрен руководством НАСА в 2003 г. Кроме того, начиная с 2011 г. НАСА планирует в рамках программы «Марс Скаут» отправить на эту планету еще несколько небольших станций.

Следует добавить, что в НАСА уже полным ходом идет работа над еще более грандиозной программой из «марсианской серии». Она именуется «Марс Сайнс Лаборатори» (Mars Science Laboratory – Марсианская научная лаборатория) и будет представлять собой большой марсоход, способный взять на борт научную аппаратуру весом в 10 раз большим, чем на работающих уже на планете американских марсоходах типа MER (общая масса его составит около 600 кг). Его рабочий цикл составит до одного марсианского года (687 земных суток). Кроме того, в ходе доставки этой лаборатории на поверхность Марса будет изучена техника выполнения подобных операций, что может пригодиться при отправке на Красную планету в будущем более масштабных экспедиций, в том числе и с участием человека. Это чудо космической техники, которое планируется оснастить еще и буровой мини-установкой для бурения скважин глубиной до 5 м, должно быть выведено в космос в октябре 2009 г. и сесть на поверхность Красной планеты в октябре 2010 г. В качестве ретранслятора данных с этого марсохода будет также использоваться орбитальный модуль MRO. Не забыт и «наказ» нынешнего президента США Джорджа Буша младшего по поводу отправки в среднесрочной перспективе на Марс пилотируемых космических аппаратов (после создания базы на Луне).

Интересно, что имеются также и планы по отправке к Марсу в том же 2009 г. российского марсохода массой более 200 кг. По крайней мере, так утверждает совместная европейско-российская программа «Эксо-Марс», задачей которой является доставка к Красной планете орбитального модуля-ретранслятора и спускаемого аппарата с упомянутым выше марсоходом. Насколько российская промышленность и наука смогут «потянуть» такой проект – покажет время. Осталось ждать совсем недолго.

Завершение фазы ретрансляции (и одновременно – окончание основного срока работы станции) запланировано на 31 декабря 2010 г. После этого орбитальный модуль с помощью бортовых двигателей будет переведен на орбиту высотой 350х410 км, что позволит увеличить срок так называемого баллистического существования станции. Это будет сделано не только для увеличения срока работы орбитального модуля в интересах будущих экспедиций НАСА, но и для предотвращения заражения поверхности далекой и загадочной пока еще планеты земными микроорганизмами. Последнее предусмотрено положениями принятой в НАСА «Политики защиты планет» (NASA's Planetary Protection Policy) и обязывает предпринимать одно из следующих действий: либо оставить модуль на орбите не менее чем на 50 лет, либо же перед запуском проводить специальную тщательную обработку самого космического аппарата.

Также следует отметить, что перед стартом космический аппарат MRO был заправлен большим количеством топлива, чем это необходимо для его штатной работы сроком пять с лишним лет – даже по самым пессимистичным прогнозам. Если этот дополнительный объем топлива не будет израсходован в ходе каких-либо незапланированных ситуаций, то орбитальный модуль сможет еще достаточно длительное время использовать его для существования на орбите с целью ретрансляции данных и проведения мониторинга состояния марсианской атмосферы. Хотя при этом разрешающая способность камер из состава научной аппаратуры станции в условиях более высокой орбиты ухудшится примерно на 30%. Однако, и в этом случае «Марсианский орбитальный разведчик» еще долгие годы останется самой совершенной научной станцией в окрестностях Марса, которая будет находиться в распоряжении НАСА.

Во сколько же обошлась законопослушному американскому налогоплательщику программа MRO?

Согласно первоначальной смете расходы на ее изготовление должны были включать: непосредственно на постройку и сборку станции MRO – 145 млн долл., на разработку и изготовление двух новых научных приборов – 49 млн долл. Однако, как гласит поговорка,«человек – предполагает, а Бог – располагает». Так получилось и на этот раз. Реальные расходы намного превысили первоначальный бюджет практически по всем статьям и составили в конечном итоге:

– проектирование,изготовление и сборка комплектующих станции и всех научных приборов – 450 млн долл.;

– расходы на запуск ракеты-носителя – 90 млн долл.;

– затраты на управление полетом, обработку научных данных и обеспечение ретрансляции информации с аппаратов, уже работающих или планирующихся к работе на поверхности Марса или на его орбите (в течение 5,5 лет) – 180 млн долл.

Таким образом, окончательная сумма расходов достигла отметки в почти 720 млн долл. Много ли это? В общем-то, конечно, деньги немалые. Однако, если вспомнить о том, что стоимость каждого из последних атомных многоцелевых авианосцев типа «Нимиц» составляет более 5 млрд. долл., то можно утверждать, что расходы на исследование загадочной Красной планеты являются каплей в огромном море непомерных расходов Соединенных Штатов на военные нужды.

Вывод в космос 12 августа 2005 г.

Полет к Марсу 12 августа 2005 г. – 10 марта 2006 г.

Выход на орбиту Марса 10 марта 2006 г.

Аэродинамическое торможение март-ноябрь 2006 г.

Проведение научных исследований ноябрь 2006 г. – ноябрь 2008 г.

Функционирование в качестве ретрансляционного центра декабрь 2008 г. – декабрь 2010 г.