Исследование планеты Марс с помощью космических аппаратов
Незадолго перед встречей с Марсом модуль ЭРДУ, выполнив свою задачу доразгона, отделяется. В перицентре пролётной траектории бортовой ЖРД выдаёт тормозной импульс, и аппарат выходит на эллиптическую орбиту искусственного спутника Марса (ИСМ). Далее с этой орбиты аппарат переходит на так называемую круговую орбиту наблюдения, плоскость которой лежит в плоскости марсианского экватора, на 300 км выш
е орбиты Фобоса. В течение трёх недель с этой орбиты будут выполнены навигационные наблюдения Фобоса (уточнение параметров его орбиты и орбиты самого аппарата). Какая-то часть времени будет отдана научным наблюдениям Фобоса и Марса.
Наконец, начнётся последовательное сближение с Фобосом, методика которого, в принципе, уже рассчитана и частично отработана при подлёте советской АМС "Фобос-2" к Фобосу в январе – марте 1989 г.
Сближение с Фобосом включает два основных этапа:
- орбитальное сближение;
- непосредственное сближение.
На первом этапе КА выходит на квазисинхронную орбиту. Находясь на ней, аппарат в относительном движении обращается вокруг Фобоса с периодом, равным периоду обращения этого спутника вокруг Марса (Фобос всегда повёрнут к планете одной стороной).
Сближение и посадка на Фобос из-за малой силы гравитации на спутнике (менее 0,001 земной) представляет, по сути дела, операцию встречи и стыковки. В течение 1,5 – 2 часов аппарат в автономном режиме осуществит непосредственное сближение с Фобосом с использованием ДУ малой тяги. После выдачи последнего импульса скорость сближения КА со спутником составит около полуметра в секунду. В непосредственной близости от поверхности начнётся этап причаливания. С борта в сторону поверхности "выстреливаются" и заглубляются в грунте несколько "гарпунов", связанных с платформой аппарата гибкими тросиками. Далее КА с выключенными ДУ садится на поверхность. В момент касания срабатывают прижимные двигатели, а бортовые "лебёдки" выбирают глубину натяжения тросиков. Аппарат оказывается надёжно зафиксированным на поверхности.
Через некоторое время после посадки на аппарате приводится в действие грунтозаборное устройство. Взятые образцы грунта (реголита) массой около 170 г из устройства перегружаются в спускаемый аппарат (СА), входящий в состав взлётной ракеты (ВР). СА герметично закрывается, и грунтозаборное устройство отводится в сторону, чтобы не мешать старту ракеты с платформы.
Через 1 – 3 суток после посадки ВР должна стартовать с Фобоса на траекторию перелёта к Земле. После ухода от поверхности Фобоса на безопасное расстояние ВР разворачивается с помощью двигателей стабилизации на заданный угол; затем маршевый двигатель отрабатывает импульс для ухода возвращаемого аппарата на траекторию перелёта к Земле.
После старта на Фобосе останется орбитально-перелётный модуль (ОПМ) с научной аппаратурой, или так называемая долгоживущая станция. Сбор и передачу на Землю научных данных станция должна будет вести не менее трёх месяцев с момента посадки на Фобос.
Перелёт ракеты к Земле продлится около 280 дней. За это время она будет периодически выходить на связь с наземными станциями, сбрасывая телеметрию и принимая команды, и отрабатывать коррекции траектории двигателями малой тяги. За сутки до входа в атмосферу Земли будет проведена последняя коррекция, обеспечивающая попадание СА в заданный район на поверхности. За 15 минут до входа в атмосферу от ракеты отделится СА массой 12 кг.
Возвращение СА с образцами грунта на Землю произойдёт ориентировочно в мае – июне 2008 года.
б) ЕВРОПЕЙСКИЙ ПРОЕКТ MARSEXPRESS
Mars Express с посадочным аппаратом Beagle 2 должен быть запущен с Байконура РН "Союз – Фрегат" в период 23 мая – 2 июня 2003 года. Ориентировочно 26 декабря 2003 г. зонд Beagle 2 должен выполнить посадку с подлётной траектории в районе 11° с.ш. и 270° з.д., а станция выйдет на орбиту спутника Марса. Стартовая масса орбитального аппарата 1190 кг, сухая масса с установленными приборами – 680 кг, масса Beagle 2 – 60 кг. Приборный комплекс состоит из камеры высокого разрешения HRSC, картирующего спектрометра OMEGA, фурье-спектрометра PFS, радара MARSIS для зондирования коры планеты до глубины в несколько километров, атмосферного спектрометра SPICAM и анализатора нейтральных атомов ASPERA. С помощью бортового радиопередатчика будет выполняться эксперимент по радиозондированию MaRS. Многие из этих экспериментов перенесены на Mars Express с "Марса-96". В разработке проекта принимают участие 25 компаний из 15 стран Европы.
Mars Express должен проработать на орбите по крайней мере один марсианский год (до декабря 2005 г.), но топлива несёт на двойной срок. Программа работы Beagle 2 на поверхности рассчитана на 6 месяцев, дополнительная программа – до конца первого марсианского года (669 местных или 687 земных суток). Связь с Землёй будет вестись через ретранслятор на КА Mars Express или Mars Odyssey.
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 (Mars Exploration Rover), 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.
Скачать реферат