Мир Знаний

Исследование планеты Марс с помощью космических аппаратов (стр. 5 из 6)

Одной из основных задач Beagle 2 является (впервые после пионерских экспериментов на посадочных аппаратах Viking) поиск химических признаков жизни на Марсе, прошлой или современной. Две другие – исследовать геологию, минеральный и химический состав в точке посадки, изучить погоду и климат.

Роботизированный комплекс Beagle 2 – это произведение инженерного искусства, авторами которого являются германская DLR, российский "Трансмаш" и итальянская Techniospacio. В состав его входит манипулятор со стереокамерой, микроскопом, точильно-сверлильным рабочим органом и "кротом" – полуавтономным ползающим сборщиком образцов. На Марсе, где буквально все породы покрыты ржавчиной, необходимо сначала избавиться от неё, а уже потом вести измерения. Для этого предусмотрены две возможности.

Первая состоит в том, что поверхность камня фрезеруется, а затем на очищенной площадке высверливается полым сверлом отверстие и забирается образец диаметром 2 мм и длиной 10 мм. Вторая заключается в использовании "крота" по имени Pluto, который выползает из своего "домика", перемещается со скоростью около 1,5 мм/с на расстояние до 3 метров и зарывается в грунт под защитой какого-нибудь камня. Обратно он возвращается за счёт сматывания кабеля на катушку, неся в своей "пасти" неокисленный образец.

в) АМЕРИКАНСКИЙ ПРОЕКТ MARSEXPLORATIONROVER

Американским вкладом в план 2003 г. является пара марсоходов MER (MarsExplorationRover), способных проходить до 100 метров в сутки. Пуск двух станций значительно увеличивает шансы на успех и – в наиболее благоприятном случае – позволит исследовать сразу два района Марса.

Если сравнить задачи и состав научной аппаратуры КА MER с полезной нагрузкой Beagle 2 – сходство просто бросается в глаза. "Американцы" также оснащаются панорамной камерой, микроскопом и спектрометром Мёссбауэра, манипулятором с пятью степенями свободы и даже шлифовальным устройством RAT для удаления ржавчины на участке диаметром 47 мм.

Когда летом 2000 г. было принято решение о создании этих аппаратов, задача казалась относительно простой. Нужно повторить посадку знаменитой станции MarsPathfinder (1996 – 1997) с другой полезной нагрузкой – марсоходом с комплексом научной аппаратуры Athena, разработка которого велась уже несколько лет. Но ровер массой 150 кг оказался великоват для разработанной ранее подсистемы обеспечения посадки. Понадобились бóльшие по размеру парашюты и посадочные амортизаторы, и на их отработку ушло немало времени.

Как бы там ни было, в феврале 2002 г. начался этап сборки и лётных испытаний. Старт КА планируется 30 мая и 27 июня 2003 года, прибытие на Марс – 4 января и 8 февраля 2004 года соответственно. Каждый марсоход рассчитан на 3 месяца непрерывной работы на поверхности красной планеты.

Что порадовало разработчиков осенью 2001 г., так это выход на орбиту вокруг Марса станции MarsOdyssey. Марсоход MER в принципе может связываться с Землёй напрямую, но это очень медленный канал. Чтобы передать "картинку", нужен орбитальный ретран-слятор. В штатном режиме для этого используется ретранслятор на "Одиссее", и он, по-видимому, будет работоспособен. Его может заменить MarsExpress, а в самом крайнем случае – MarsGlobalSurveyor (но к этому моменту станции исполнится уже 8 лет, и доживёт ли "Глобал Сервейор" до весны 2004 г., никто не поручится).

г) ПРОЕКТЫ 2005 – 2011 ГОДОВ

В нижеприведённой таблице перечислены перечень аппаратов и сроки их работы в период с 2005 по 2018 годы, согласно материалам планирования загрузки Сети дальней связи (DSN).

КА

Запуск

Завершение работы

Задача и результаты выполнения

Mars Reconnaissance Orbiter (США)Mars Smart Lander 2007 (США)Mars Competed Scout 2007 (США)Mars CNES Orbiter 2007 (Франция)Mars Netlander (Франция)Mars АSI/NASA Telecommunications Orbiter 2007 (Италия – США)Mars ASI/NASA Science Orbiter 2009 (Италия – США)Mars CNES MSR Lander 2011 (Франция – США)Mars CNES MSR Orbiter 2011 (Франция – США)

17.08.2005

04.09.2007

04.09.2007

09.09.2007

09.09.2007

09.09.2007

04.10.2009

30.10.2011

30.10.2011

27.02.2016

19.08.2010

19.11.2008

11.08.2008

(12.08.2010)

09.08.2018

29.08.2012

10.09.2014

22.07.2014

КА для высокодетальной съёмки поверхности Марса, изучения следов воды на его поверхности и выполнения атмосферной программы станции МСО.Мобильная долговременная автоматическая научная лаборатория. Отработка технологии посадки в заданную точку и подготовка к экспедиции по доставке грунта.Конкурсный попутный проект. Рассматриваются варианты марсианского самолёта, сети малых посадочных зондов и др.КА для дистанционного зондирования Марса с орбиты спутника и ретрансляции данных с аппаратов Netlander.Сеть из четырёх малых посадочных аппаратов для изучения динамики атмосферы и внутренней структуры Марса методом сейсмозондированияСпутник-ретранслятор TeleMars для передачи научной информации с сети Netlander и других посадочных аппаратов. Возможен попутный запуск германского микроспутника.КА, оснащённый радиолокатором с синтезированием апертуры для детальной съёмки Марса.Посадочный аппарат комплекса по доставке марсианского грунта.Орбитальный аппарат комплекса по доставке марсианского грунта.

д) ВЫСАДКА АСТРОНАВТОВ СОСТОИТСЯ В 2019 ГОДУ?

14 – 16 сентября 1998 г. в Институте космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) состоялось международное совещание под названием "Экспедиция к Марсу", организованное РКК "Энергия", ИКИ РАН и Планетарным обществом США.

Казалось бы, трудно было выбрать для этого более неподходящее время и место. Всерьёз обсуждать перспективы пилотируемой марсианской экспедиции в России в дни жестокого кризиса? Но, если подходить не с позиций сегодняшнего дня, то ясно, что ни в России, ни в США такая экспедиция невозможна без политического решения, которое с тем большей вероятностью будет положительным, чем более обоснованными и менее дорогостоящими будут предложения разработчиков и учёных. А значит, совещание в ИКИ прошло не зря. Ведь как российские, так и американские проекты находятся на сугубо предварительном этапе разработки. И взаимное ознакомление с работами друг друга, их прямой диалог помогают и нашим, и американцам "нащупать" оптимальные варианты.

Два основных доклада с подробным изложением предлагаемых сценариев марсианской экспедиции сделали Л.А.Горшков (РКК "Энергия") и Д.Кук (Douglas R. Cooke, Космический центр им. Джонсона, NASA).

Л.А.Горшковым был представлен проект пилотируемой марсианской экспедиции РКК "Энергия", основанный на опыте более чем 30-летних исследований "королёвской" фирмы. Проект является инициативной разработкой, не утверждённой на уровне РКА.

Класс ДУ для межпланетного перелёта – ЭРДУ. Ядерный ракетный двигатель менее эффективен и мало приемлем с политической точки зрения. В качестве источника энергии для ЭРДУ рассматривается не ядерный реактор, а солнечные батареи.

При использовании ЭРДУ необходимая начальная масса комплекса получается порядка 400 тонн. Наилучшим вариантом по носителю было бы использование РН класса "Энергия" – для сборки комплекса нужны только пять пусков носителя и четыре стыковки, причём такой сложный объект, как марсианский посадочный аппарат со взлётной ракетой, выводится за один пуск.

Марсианский комплекс состоит из солнечного буксира массой 210 – 250 т с запасом рабочего тела 160 т, жилого (орбитального) модуля массой 80 т и посадочного аппарата массой около 60 т. В состав последнего входит взлётная ракета массой около 25 т. Жилой модуль включает в себя радиационное убежище с каютами членов экипажа, средства жизнеобеспечения и завод по производству пищи, командный пост и аппаратуру управления полётом, привода солнечных батарей, шлюзовую камеру. В состав солнечного буксира входят центральный модуль, топливный модуль с баками рабочего тела (ксенон), панели с большим количеством двигателей, многократно резервированных, система управления ЭРДУ. Солнечные батареи расположены в форме ромба со стороной 400 м и строятся на основе ферм с плёночными электрическими преобразователями.

Сборка марсианского комплекса осуществляется автономно, без использования в качестве базы той или иной орбитальной станции. Первым на орбиту выводится жилой блок, на который транспортными кораблями доставляются сменные экипажи сборки и испытаний. В течение нескольких месяцев последовательно запускаются элементы солнечного буксира, последним доставляется марсианский посадочный аппарат. Экипажи сборки и испытаний развёртывают батареи солнечного буксира и проводят испытания комплекса, а затем прибывает экипаж марсианской экспедиции (четыре человека).

Разгон с орбиты ИСЗ по спиральной траектории до отлётной скорости выполняется с помощью ЭРДУ в течение примерно трёх месяцев. В течение примерно 20 суток, когда комплекс проходит через радиационные пояса, экипаж укрывается в радиационном убежище. Для выхода на орбиту спутника Марса и отлёта к Земле также используется солнечный буксир. Для схода посадочного аппарата с орбиты, а затем для старта взлётной ракеты используются ЖРД. При подлёте к Земле с помощью солнечного буксира выполняется выход на орбиту ИСЗ, на которой экипаж проходит карантин. После этого буксир, за исключением фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей, может быть использован повторно.

Работы по осуществлению марсианской экспедиции осуществляются в три фазы. На первой, в 1999 – 2005 гг., на базе российского сегмента МКС отрабатывается использование электрореактивных ДУ (проекты "Модуль-М", "Модуль-М2" и "Марс-Модуль"). "Марс-Модуль" представляет собой масштабный прототип пилотируемого корабля. Эти прототипы должны подтвердить закладываемые в проект принципы и – дополнительно – принести научную информацию. На втором этапе, в 2010 – 2012 гг., проводится генеральная репетиция марсианской экспедиции в беспилотном варианте. Служебный (орбитальный) модуль не включается в состав комплекса – он отрабатывается в пилотируемом режиме на орбите ИСЗ. Вместо него к Марсу отправляется второй посадочный аппарат. Первый посадочный аппарат заберёт образцы марсианского грунта и вернёт их на Землю. Второй вместо взлётной ракеты будет нести полезную нагрузку, в качестве которой рассматривается комплект из десяти марсоходов массой по 1,5 – 2 тонны с большим радиусом действия. Они могли бы пройти по разным трассам и выполнить огромный объём научных исследований. На третьем этапе реализуется первая пилотируемая экспедиция, старт которой может быть осуществлён в 2015 г., а длительность составит два года. Если в её задачи не будет включено развёртывание марсианской базы, длительность работы экипажа на поверхности Марса составит от 7 до 30 суток. Если на этапе беспилотных исследований выяснится, что такая база (радиационное убежище) необходима, её оборудование может быть доставлено одновременно с марсоходами, а первая пилотируемая экспе-диция продлится дольше. Вопрос о политической и экономической осуществимости данного проекта на совещании не рассматривался.