Offсянка

Наши на Марсе

⇣ Содержание

ExoMars – это совместный проект Европейского космического агентства (ЕКА) и госкорпорации «Роскосмос» по изучению поверхности, атмосферы и климата Марса. Одна из основных задач разработки – поиск признаков жизни. Предыдущие исследования, проведённые с помощью космических аппаратов, не смогли ответить на многие вопросы, в частности – откуда в марсианской атмосфере взялся метан? На Земле этот газ является в основном продуктом биологических процессов, и в гораздо меньшей степени – результатом вулканической или гидротермальной деятельности. ExoMars будет изучать метан и другие газовые примеси в атмосфере Марса.

#История

ЕКА начало изучать возможности посылки космического аппарата к Красной планете в конце 1970-х – начале 1980-х. В июне 2003 года российская ракета «Союз-ФГ», стартовавшая с космодрома Байконур, запустила зонд MarsExpress, который в декабре вышел на орбиту вокруг Марса, реализовав тем самым первый европейский проект в данном направлении. Чуть ранее, в 2002-м, был инициирован проект ExoMars, который рассматривался как специализированная посадочная миссия флагманского класса для биологической оценки марсианской среды и поиска признаков жизни. Для решения данной задачи на Марс в 2009 году предполагалось высадить ровер с научной аппаратурой Pasteur, названной в честь знаменитого микробиолога Луи Пастера.

Так, по мнению художника, мог выглядеть ровер Pasteur в момент взятия пробы марсианского грунта с глубины 2 м. Графика ЕКА

Так, по мнению художника, мог выглядеть ровер Pasteur в момент взятия пробы марсианского грунта с глубины 2 м. Графика ЕКА

С момента публикации проект испытывал трудности: на целый год задержалось начало финансирования, и срок старта миссии сдвинули на осень 2011 года. В 2005 году к работам присоединились США, предложив организовать ретрансляцию научных данных через марсианский спутник MTO (Mars Telecommunications Orbiter), находившийся в разработке.

По мере проектирования разработка становилась всё дороже, а аппарат всё тяжелее. Когда в ноябре 2005 года началось финансирование очередной фазы работ, выяснилось, что масса межпланетного комплекса превысила возможности запланированного носителя – российского «Союза-2.1Б», а американцы отказались от создания спутника-ретранслятора. Теперь орбитальный и посадочный модули можно было запустить по отдельности двумя «Союзами» или вместе – одной Ariane 5, но денег на это не было. Осенью 2006 года запуск пришлось перенести на ноябрь 2013 года.

В июне 2007 года концепцию миссии пересмотрели: теперь предполагалось использовать ракету Ariane 5, а полезную нагрузку Pasteur сфокусировать на поисках признаков марсианской жизни в прошлом или настоящем.

Весной 2008 года концепция, казалось, была окончательно сформирована, и команда разработчиков рапортовала о готовности перейти к детальному проектированию перелётного аппарата и марсохода. В июне 2008 года было подписано соглашение между ЕКА и Роскосмосом на поставку радиоизотопных нагревателей для ровера и разрешение заказать для запуска «Протон», если в том возникнет необходимость. Вклад NASA сводился к некоторому участию в научной программе и в предоставлении каналов связи с Землёй.

В конце ноября 2008 года на Совете ЕКА министры стран — участниц агентства ограничили возможный европейский вклад суммой в 1 млрд € и настоятельно рекомендовали «искать возможности международного сотрудничества» для завершения миссии. В декабре США объявили о готовности объединить свою марсианскую программу с европейской. Начался «марсианский роман» двух агентств, который длился бурно, но недолго – меньше четырёх лет.

За это время менялась конфигурация миссии, состав научной аппаратуры, ракеты-носители и сроки запуска. В октябре 2009 года ЕКА объявило о новом варианте плана – ExoMars решили разбить на два этапа: в 2016 году летит орбитальный аппарат с приборами для изучения малых компонентов марсианской атмосферы и аппаратурой для ретрансляции данных с марсохода, который уходил вторым запуском, в 2018 году, на американском посадочном комплексе вместе с американским марсоходом MAX-C.

Европейский и американский роверы должны были исследовать поверхность Марса совместно. Рисунок с обложки журнала Astrobiology (v.10, №7, September 2010)

Европейский и американский роверы должны были исследовать поверхность Марса совместно. Рисунок с обложки журнала Astrobiology (v.10, №7, September 2010)

Весной 2011 года оказалось, что NASA не в состоянии выполнить свои обязательства по совместной программе. Из-за риска срыва проекта ЕКА обратило взор на восток: осенью европейцы предложили Роскосмосу принять участие в программе, но уже в качестве не просто поставщика ракеты, а полноправного партнёра. Владимир Поповкин, возглавлявший в то время отечественное космическое ведомство, совместной работой заинтересовался. В начале декабря 2011 года в Париже состоялись переговоры представителей Роскосмоса, ЕКА и NASA. По итогам встречи были созданы две рабочие группы: одна анализировала научную составляющую российского участия, а вторая занималась вопросами адаптации ракеты «Протон-М» к требованиям миссии.

В феврале 2012 года NASA объявило о выходе из программы ExoMars из-за отсутствия средств. У ЕКА остался только один крупный партнёр – Роскосмос. 14 марта 2013 года между двумя агентствами было подписано соглашение, подразумевавшее полноправное участие российских учёных и инженеров во всех международных научных и технических группах в рамках проекта ExoMars, равные права российских и европейских участников проекта на научные данные, а также дальнейшие возможные проекты в области исследований Юпитера и Луны.

14 марта 2013 года руководитель Роскосмоса Владимир Поповкин и генеральный директор ЕКА Жан-Жак Дорден подписали межагентское соглашение о сотрудничестве по проекту ExoMars. Фото ЕКА

14 марта 2013 года руководитель Роскосмоса Владимир Поповкин и генеральный директор ЕКА Жан-Жак Дорден подписали межагентское соглашение о сотрудничестве по проекту ExoMars. Фото ЕКА

Россия должна была обеспечить запуски и участвовать в научной программе обоих этапов проекта, для чего предстояло создать общий с ЕКА наземный комплекс для приёма и обработки научной информации. На первом этапе миссии – ExoMars-2016 – российское участие ограничивалось предоставлением средств выведения и двух научных приборов: блока для исследования химического состава атмосферы и нейтронного детектора. Второй этап миссии – ExoMars-2018 – включал в себя тяжёлый европейский марсоход и российскую посадочную платформу. ExoMars-2016 (в основном в части посадки) должен был стать подготовительным или даже «тренировочным» этапом к ExoMars-2018, в котором решались основные научные задачи миссии на поверхности Красной планеты.

Следует напомнить, что советским и российским учёным хронически не везло с исследованиями Марса, в отличие, например, от программ изучения Луны и Венеры. Последние позволили достичь значимых научных результатов и добиться ряда мировых приоритетов, например в деле первой мягкой посадки на Луну, доставки образцов лунного грунта на Землю с помощью беспилотного аппарата или первой в мире съёмки поверхности Венеры. Что же касается Красной планеты, то СССР предпринял 16 попыток отправки автоматических марсианских станций, и лишь семь из них окончились частичным успехом. Российские же проекты «Марс-96» и «Фобос-Грунт», на которые возлагались большие надежды, потерпели неудачу ещё на стадии запуска…

И вот теперь – ExoMars. Он даёт российским учёным хороший шанс реализовать целый ряд идей, разработанных ранее для миссий «Марс-96» и «Фобос-Грунт», а также для перспективного проекта «Марс-НЭТ». Последний предполагал развернуть в различных частях марсианской поверхности примерно десяток метеостанций для изучения погоды, радиационной обстановки и сейсмической активности на планете Аэлиты.

Участие в проекте ExoMars даёт российским учёным возможность проверить решения и идеи, разработанные для миссий «Марс-96», «Фобос-Грунт» и «Марс-НЭТ». На коллаже – станция «Фобос-Грунт», фото ИКИ РАН, Роскосмос, НПО имени С. А. Лавочкина

Участие в проекте ExoMars даёт российским учёным возможность проверить решения и идеи, разработанные для миссий «Марс-96», «Фобос-Грунт» и «Марс-НЭТ». На коллаже – станция «Фобос-Грунт», фото ИКИ РАН, Роскосмос, НПО имени С. А. Лавочкина

#Наука и техника

После заключения соглашения с Россией проект ExoMars-2016 «заморозили»: был утверждён окончательный состав приборов для орбитального модуля, а летом 2013 года ЕКА подписало контракт с концерном Thales Alenia Space на постройку орбитального модуля и посадочного аппарата. Всего на первый этап проекта было выделено 643 млн €, а общие затраты на оба этапа превысят 1 млрд €.

 

Межпланетный аппарат ExoMars-2016 значительно больше и тяжелее станции MarsExpress. Рисунок с сайта en.wikipedia.org

Межпланетный аппарат ExoMars-2016 значительно больше и тяжелее станции MarsExpress. Рисунок с сайта en.wikipedia.org

Научные задачи первого этапа миссии формулировались в следующих пунктах (в соответствии с приоритетностью):

  • исследовать состав атмосферы и климат планеты с орбитального аппарата, ответив на вопрос о том, сколько в атмосфере метана и как он распределяется;
  • измеряя содержание газов в атмосфере, изучить возможный вулканизм Марса с орбиты;
  • изучить распространённость воды в подповерхностном слое с орбиты и внутреннее строение и климат планеты – с поверхности;
  • определить теоретическую пригодность поверхности Марса для существования жизни;
  • разведать районы посадки ExoMars-2018;
  • провести мониторинг радиационной обстановки на траектории перелёта, на орбите и поверхности планеты;
  • создать объединённый с ЕКА наземный комплекс приёма данных и управления межпланетными миссиями.

Межпланетный аппарат ExoMars-2016 стартовой массой 4332 кг состоит из двух компонентов: орбитального модуля TGO (Trace Gas Orbiter) и посадочного модуля-демонстратора входа и спуска в марсианской атмосфере EDM (Entry, Descent and Landing Demonstrator Module) Schiaparelli. Последний назван в честь итальянского астронома Джованни Скиапарелли, открывшего в 1877 году так называемые марсианские каналы.

Орбитальный модуль TGO массой 3755 кг внешне мало отличается от классического геостационарного спутника. Ничего экстраординарного в экстерьере – тот же коробчатый корпус с остронаправленной антенной и раскинувшимися в стороны панелями солнечных батарей. В состав научной аппаратуры входят четыре уникальных прибора:

  • NOMAD (Nadir and Occultation for Mars Discovery) – комплекс из трёх спектрометров (двух инфракрасных и одного ультрафиолетового), предназначенный для идентификации компонентов атмосферы с высокой чувствительностью. В создании прибора, разработанного в Бельгийском институте космической астрономии в Брюсселе, участвовали учёные из Испании, Италии, Великобритании, Канады и США;
  • ACS (Atmospheric Chemistry Suite) – комплекс для изучения химии атмосферы, состоящий из трёх спектрометров. По характерным особенностям полученных спектров можно узнать, какие вещества составляют атмосферу, определить их концентрацию и распределение по высоте. Все приборы комплекса ACS разработаны в Институте космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) при участии организаций Франции (Лаборатория исследований атмосферы, окружающей среды и космоса LATMOS Национального центра научных исследований CNRS), Германии и Италии. Результаты работы ACS и NOMAD будут дополнять друг друга;
  • CaSSIS (Colour and Stereo Surface Imaging System) – система цветной стереоскопической съёмки поверхности для поиска мест, являющихся потенциальными источниками газовых примесей, а также динамических поверхностных процессов, например сублимации, эрозии или вулканизма. С помощью прибора будут подбираться потенциально возможные места посадки лэндера EDM, уточняться данные о деталях рельефа и других возможных опасностях. Система разработана Бернским университетом в Швейцарии с участием организаций из Италии и Польши;
  • FREND (Fine Resolution Epithermal Neutron Detector) – детектор эпитепловых нейтронов с высоким разрешением. Прибор регистрирует и картографирует потоки нейтронов от поверхности Марса, которые позволят судить о содержании водорода (и, как следствие, воды и водяного льда) в приповерхностном слое глубиной до одного метра. Карты распространённости водорода важны для выбора мест посадки будущих марсианских миссий. FREND создан в ИКИ РАН и во многом похож на своих предшественников – российские приборы HEND и LEND для миссий NASA Mars Odyssey и Lunar Reconnaissance Orbiter.
Расположение научных инструментов на модуле TGO. Графика ЕКА

Расположение научных инструментов на модуле TGO. Графика ЕКА

Как следует из аббревиатуры названия, посадочный модуль EDM Schiaparelli массой 577 кг предназначен для отработки технологии посадки и проведения научных исследований на поверхности Марса. В транспортировочном положении он закрыт теплозащитным «коконом» и напоминает «летающую тарелку» диаметром 2,4 м, составленную из двух приплюснутых конусов. Schiaparelli врезается в марсианскую атмосферу со скоростью 5800 м/с. После первоначального аэродинамического торможения вводится в действие парашютная система, а теплозащитный «кокон» сбрасывается по частям. Сначала уходит передний экран. Когда до поверхности останется чуть больше километра, сбрасывается задний экран с парашютом и включаются три блока тормозных двигателей, снижающие скорость спуска до 0,5 м/с. На высоте 2 м двигатели отключаются, и модуль плюхается на поверхность Марса. Удар смягчает специальная сминаемая конструкция в донной части аппарата – никаких особых опорных «ножек» у Schiaparelli нет.

Для посадки намечен район на Плато Меридиана (Meridiani Planum), неподалёку от места высадки американского марсохода Opportunity, который функционирует там уже 12 лет, более чем в 40 раз превысив запланированный срок службы.

Схема посадки на Марс модуля EDM. Графика ЕКА

Схема посадки на Марс модуля EDM. Графика ЕКА

Поскольку посадочный модуль EDM должен проработать всего несколько суток, он оснащён аккумуляторами и имеет на борту несколько научных инструментов:

  • DREAMS (Dust Characterisation, Risk Assessment, and Environment Analyser on the Martian Surface) – комплекс датчиков для измерения скорости и направления ветра на местности, влажности, давления, температуры у поверхности, прозрачности атмосферы и напряжённости электрического поля;
  • AMELIA (Atmospheric Mars Entry and Landing Investigation and Analysis) – датчики сбора данных об окружающей обстановке во время входа в атмосферу, спуска и посадки. После определения фактической траектории спуска их информация позволит улучшить модель марсианской атмосферы.
  • COMARS+ (Combined Aerothermal and Radiometer Sensors Instrument Package) – комбинированный комплекс аэротермодинамических и радиометрических датчиков для измерения тепловых потоков, воздействующих на хвостовой обтекатель модуля при спуске;
  • DECA (Descent Camera) – камера для съёмки на этапе спуска. Начнёт получать изображения вскоре после сброса лобового обтекателя. С интервалом полторы секунды будут сделаны 15 снимков, которые сохранятся в локальной памяти и после посадки будут переданы сначала в компьютер модуля, а затем – на Землю;
  • INRRI (INstrument for landing – Roving laser Retroreflector Investigations) – лазерный уголковый отражатель, укреплённый в верхней части снаружи модуля. Предназначен для исследований, проводимых при посадке и передвижении будущего ровера по поверхности. У Schiaparelli служит для поиска посадочного модуля с орбитального методом лазерной локации.
Расположение научных инструментов на посадочном модуле EDM. Графика ЕКА

Расположение научных инструментов на посадочном модуле EDM. Графика ЕКА

Комплект научной аппаратуры модуля будет измерять скорость ветра, влажность, давление и температуру на месте посадки. Приборы должны получить первые научные данные по электрическим полям на поверхности планеты, которые в сочетании с исследованиями концентрации пыли в атмосфере обеспечат понимание роли электрических сил в процессе возникновения пылевых бурь.

Как уже отмечалось выше, в 2018 году должен начаться второй этап проекта ExoMars, с гораздо более широким участием России: в нём наши учёные и инженеры получают возможность как показать своё искусство, так и получить бесценный опыт.

Межпланетный аппарат ExoMars второго этапа состоит из перелётного и десантного модулей. Последний разрабатывает российское НПО имени С. А. Лавочкина. Перелётный модуль обеспечит коррекцию курса, снабжение аппарата электроэнергией и поддержание теплового режима. Интересно, что бортовой компьютер, управляющий полётом к Марсу, будет находиться в десантном модуле. Основная задача «десантника» – доставка на поверхность планеты посадочной платформы (тоже российской разработки) и европейского марсохода. Последний впервые в истории космических исследований будет снабжён полноценной буровой установкой, способной многократно извлекать образцы пород из-под поверхности с глубины до 2 м. На марсоходе будут установлены прибор для анализа органических молекул, радар для поиска линз подповерхностного льда, водородный детектор для поиска воды, спектрометры и другие инструменты.

Схема расположение марсохода на посадочной платформе десантного модуля ExoMars второго этапа. Графика НПО имени С.А. Лавочкина

Схема расположения марсохода на посадочной платформе десантного модуля ExoMars второго этапа. Графика НПО имени С. А. Лавочкина

Российская посадочная платформа – это не просто рама для крепления марсохода при спуске. У неё будет собственная научная программа: мониторинг климата и радиационной обстановки на поверхности Марса, исследования состава атмосферы и поверхности, изучение их взаимодействия, а также внутреннего строения планеты. Для этого на платформе будут размещены 11 исследовательских приборов.

Одной из главных научных задач марсохода станет поиск следов жизни, имевшей место в далёком прошлом, когда климат на Красной планете был много мягче. Для этого необходимо обследовать древние породы, сформировавшиеся в присутствии воды. Наличие таких пород накладывает геологические ограничения на поиск подходящей площадки: они должны залегать на поверхности или вблизи неё на достижимом расстоянии от аппарата, независимо от того, в какой точке достаточно большой зоны он совершит посадку.

Европейский марсоход должен найти следы жизни. Графика ЕКА

Европейский марсоход должен найти следы жизни. Графика ЕКА

Поиски подходящего места велись в 2013–2014 годах, рассматривались четыре района: Долина Мавра (Mawrth Vallis), Плато Кислое (Oxia Planum), Долина Гипанис (Hypanis Vallis) и Ложбина Овна (Aram Dorsum).

Схема посадки ExoMars второго этапа во многом похожа на широко освещавшуюся в СМИ последовательность посадки марсохода Curiosity. Однако если американский аппарат на последнем этапе спускали на поверхность тросы с зависшего «небесного крана», в миссии ExoMars требуется посадить платформу, на которой сверху закреплён марсоход.

Десантный модуль включает несколько систем. Теплозащитный «кокон» (передний экран и задний кожух) принимает на себя тепловую и аэродинамическую нагрузку во время входа в атмосферу Марса, а двухкаскадная парашютная система затормозит модуль до дозвуковой скорости, после чего отделится посадочная платформа. Используя двигательную установку, она погасит оставшуюся скорость и мягко приземлится на поверхность планеты. Платформа имеет четыре посадочные опоры и два «пандуса» для схода марсохода.

Схема посадки на поверхность Марса десантного модуля ExoMars второго этапа. Графика НПО имени С.А. Лавочкина

Схема посадки на поверхность Марса десантного модуля ExoMars второго этапа. Графика НПО имени С. А. Лавочкина

В посадочном модуле будет использована европейская аппаратура, проверенная в миссии ExoMars-2016: бортовой компьютер, радар и радиосистема. Программное обеспечение также предоставят европейские специалисты. Они же будут управлять бортовыми системами всего аппарата на этапах перелёта и спуска/посадки. Российскому компьютеру на посадочной платформе управление будет передано только после схода марсохода с трапов. После этого европейский вычислительный комплекс обеспечит взаимодействие российского с приёмно-передающей аппаратурой платформы.

Однако разработка матчасти для ExoMars второго этапа сильно выбивалась из графика. В конце 2015 года специально организованная группа специалистов Роскосмоса, ЕКА, российских и европейских промышленных компаний начала проработку решений для компенсации задержки. По итоговому отчёту группы в мае 2016 года участники работ решили перенести запуск на следующее пусковое окно, которое откроется в июле 2020 года.

Понятно, что ExoMars-2020 является гвоздём всей программы, но сейчас внимание публики приковано к миссии первого этапа.

Сборка межпланетного аппарата ExoMars-2016 на космодроме Байконур. Фото Роскосмоса

Сборка межпланетного аппарата ExoMars-2016 на космодроме Байконур. Фото Роскосмоса

#Миссия

Ожидалось, что ExoMars-2016 стартует 7 января 2016 года. Но, как частенько случается в сложных проектах, срок выдержать не удалось. В начале года испытатели обнаружили проблему с двумя датчиками давления топлива на посадочном модуле. В теории она могла привести к утечке топлива и представлять серьёзную угрозу для успеха посадки на Марс. Было решено эти датчики... попросту удалить из модуля. Работы потребовали времени, и запуск перенесли с января на март. Новое пусковое окно оставалось открытым с 14 по 25 марта, и, благодаря орбитальному расположению планет, ExoMars-2016 по-прежнему мог достичь своей цели в октябре.

Наконец все системы собрали и вновь проверили, получив добро. 14 марта, в начале пускового окна в 12:31:42 по московскому времени (или в 09:31:42 по Гринвичу), межпланетный комплекс стартовал на ракете-носителе «Протон-М». Схема выведения была новой, аппарат выводился на траекторию полёта к Марсу в течение 12 часов. Поскольку предыдущие флагманские российские миссии «Марс-96» и «Фобос-Грунт» потерпели неудачу именно на этапе выведения, можно понять то волнение, которое испытывали все участники проекта. Но все прошло как по маслу.

Старт ракеты-носителя «Протон-М» с аппаратом ExoMars-2016. Фото Роскосмоса

Старт ракеты-носителя «Протон-М» с аппаратом ExoMars-2016. Фото Роскосмоса

Три ступени ракеты-носителя отработали штатно. Затем четырьмя включениями двигателя разгонный блок сформировал траекторию отлёта. Именно работа «Бриза-М» вызывала особые опасения наблюдателей: ни для кого не было секретом, что за время своей эксплуатации с 1999 года блок стал виновником четырёх аварий при запуске космических аппаратов. Причиной по крайней мере двух из них сочли особенности работы двигателя.

Дело в том, что тяга последнего сравнительно невысока – всего 2 тс (2000 килограмм-сил), и, для того чтобы разогнать аппарат до нужной скорости, он вынужден работать очень долго. Общая длительность его работы в этом запуске составила 2972 секунд (почти 50 минут!). Для сравнения: на блоке ДМ, иногда применяющемся на том же «Протоне-М», двигатель развивает тягу около 8 тс, а американские верхние ступени ракет Atlas V и Delta IV оснащены движком тягой 10-11 тс. Кроме того, чтобы уменьшить гравитационные потери, вызванные низкой тягой, при стандартных перелётах на геопереходную или геостационарную орбиту двигатель «Бриза-М» приходится включать несколько – от трёх до пяти – раз, отрабатывая требуемые приращения скорости относительно короткими импульсами, которые выдаются в районах перигея и апогея. И тем не менее длительность некоторых включений может превышать полчаса – а это много для ракетного двигателя данного типа: длительная работа может вызвать перегрев отдельных узлов или разрушение подшипников турбонасосного агрегата, подающего топливо в камеру сгорания.

В данном случае двигатель включался всего четыре раза. Но, в отличие от запусков геостационарных спутников связи, которые «Бриз-М» выводит обычно за 9 часов, разгоннику пришлось функционировать на 3 часа дольше. Для того чтобы сформировать очень точную траекторию перелёта к Марсу, «Бриз-М» должен был не только разгоняться, но и маневрировать, обеспечивая определённую ориентацию перед включениями двигателя как в зоне радиовидимости наземных пунктов управления, так и вне её. Вся циклограмма работы закладывалась в память компьютера разгонного блока перед стартом на Земле.

Разгонный блок «Бриз-М» после сброса дополнительного топливного бака при выведении на траекторию станции ExoMars-2016. Графика ЕКА

Разгонный блок «Бриз-М» после сброса дополнительного топливного бака при выведении на траекторию станции ExoMars-2016. Графика ЕКА

Забавно, но, видимо, именно необычность схемы выведения послужила причиной журналистского ляпа. Сразу после запуска зонда в некоторых СМИ появились броские заголовки: «Бриз-М» смог вывести ExoMars-2016 только с четвёртой попытки!» У знающих людей такая «сенсация» ничего, кроме смеха, не вызвала, а вот неискушённого читателя могла ввести в заблуждение. Тут нельзя не вспомнить бессмертное: «Учите матчасть!»…

Как бы то ни было, разгонный блок благополучно вывел межпланетный зонд на расчётную траекторию, отделился и, включив свой многострадальный двигатель, отошёл на безопасное расстояние. Это не было лишним: через семь часов обсерватория в Бразилии обнаружила «Бриз-М» в сопровождении шести фрагментов – разгонный блок частично разрушился при пассивации баков...

В это время ExoMars-2016, выполнив ориентацию на Солнце, передал сигнал о том, что все его системы работают нормально, и был взят на управление европейским Центром управления полётами (ЦУП) в Дармштадте. Самый первый этап миссии, которая в общей сложности длится семь месяцев, продолжался трое суток. 17 марта проверки завершились, и начался этап ввода аппарата в эксплуатацию. На седьмые сутки после старта планировалась первая коррекция траектории аппарата. Но выяснилось, что она не нужна – «Бриз-М» вывел зонд на отлётную траекторию с точностью более высокой, чем рассчитывалось. На этапе комплексной проверки научной аппаратуры 5 и 6 апреля прошли первые включения российских приборов на TGO. 7 апреля включили камеру высокого разрешения, которая передала первый снимок космического пространства. Анализ данных показал, что приборы успешно перенесли не только нагрузки при старте, но и первые три недели перелёта к Красной планете.

Команда миссии ExoMars Mission в Центре управления полётами ESOC (European Space Operations Centre) в Дармштадте. Фото ЕКА

Команда миссии ExoMars Mission в Центре управления полётами ESOC (European Space Operations Centre) в Дармштадте. Фото ЕКА

24 апреля аппарат был введён в эксплуатацию и передан в штатное управление; три раза в неделю ЦУП связывался с зондом, вёл измерения параметров полёта по технологии сверхвысокой точности (Delta-differential One Way Ranging) для подготовки коррекции параметров траектории. Серьёзную плановую коррекцию провели 28 июля — для того, чтобы обеспечить заданную дату прихода в близкие окрестности планеты-цели (19 октября 2016 г.) и минимизировать импульс перевода аппарата на высокоэллиптическую орбиту вокруг Марса. 11 августа прошла вторая коррекция.

6 октября 2016 года команда миссии ExoMars в Дармштадте провела заключительную тренировку с имитацией прибытия на Красную планету.

В эти дни семимесячный полет межпланетного комплекса должен подойти к своей кульминации.

14 октября 8:45 UTC (11:45 ДМВ) была проведена последняя коррекция траектории ExoMars-2016 перед отделением посадочного модуля. Она выполнялась для наведения Schiaparelli на точку входа в атмосферу Марса. На следующий день все системы EDM были включены и протестированы. По радиоканалу специалисты ЦУПа загрузили коды программ, необходимых для автономного трёхдневного полёта модуля.

16 октября в 14:42 UTC (17:42 ДМВ) была подана команда на отделение демонстратора EDM от орбитального модуля TGO. В нынешнем взаимном расположении планет сигнал до Марса идёт примерно 10 минут, и через 21 минуту после команды в ЦУПе раздались нестройные аплодисменты: группа динамики полёта подтвердила разделение отсеков, проанализировав доплеровский сдвиг частоты сигналов.

Затем в зале повисла тишина — радостного оживления не было. Руководитель полёта (Flight Director) объяснил, что «хорошее отделение есть, несмотря на то, что телеметрии с аппаратов нет». Радиотелескоп GMRT (Giant Metrewave Radio Telescope) около Пуны (Национальный центр радиоастрофизики, Институт фундаментальных исследований Тата, Бомбей, Индия) смог принять только несущую частоту радиомаяка аппарата. После этого прямая интернет-трансляция из Дармштадта прервалась: персонал удалился на брифинг.

Через полтора часа на сайте  http://exploration.esa.int/mars/  появилось сообщение, что станция дальней космической связи ЕКА в Маларгуэ (Malargüe), Аргентина, получила полный набор данных от TGO и EDM. Теперь стало понятно, что через три дня десантный модуль совершенно точно окажется на Марсе!

Следует отметить, что если бы по каким-то причинам разделение было отменено, имелось еще два расчётных момента для разделения с попаданием на поверхность в «живом состоянии» и один для того, чтобы просто сбросить EDM как балласт.

В крайнем случае, если бы избавиться от Schiaparelli не удалось вообще, предполагался облёт Красной планеты с возвращением к ней через год и хорошим шансом по-прежнему попасть на её орбиту.

17 октября Schiaparelli продолжил двигаться по траектории, соприкасающейся с Марсом, а орбитальный аппарат TGO в 02:42 UTC (05:42 ДМВ) выполнил маневр уклонения, чтобы уйти с этой траектории и в нужный момент начать выход на орбиту искусственного спутника Красной планеты.

К тому времени специалисты провели всесторонний анализ траектории космического аппарата и возможных научных задач для работы на высокоэллиптической околомарсианской орбите, составили программу наблюдений, согласовали ее с работой других систем, подготовили телекоманды для управления аппаратурой и программное обеспечение для последующей обработки уже ноябрьских данных

19 октября в 13:04 UTC (16:04 ДМВ) «орбитер» начал выдачу тормозного импульса. Чтобы снизить скорость тяжёлого (около 3700 кг) перелётного модуля на 1550 м/с и выйти на околомарсианскую орбиту, двигатель TGO тягой всего 43 кгс должен проработать более двух часов — 147 минут! Однако этот моторчик не имеет турбонасоса, и условия его работы несколько другие, чем у двигателя разгонного блока… 

Программа выдачи тормозного импульса выполнялась автономно, на основе команд, переданных заранее группой управления из Дармштадта. В 15:30 ДМВ аппарат повернулся соплом против направления движения, заблокировал свою большую остронаправленную антенну диаметром 2,2 м в безопасном положении и зафиксировал панели солнечных батарей. Поскольку «тарелка» при этом не смотрит на Землю, контакт с аппаратом теряется. Радиосистема модуля перестраивается на малонаправленную антенну: пересылать через нее телеметрию и научные сложно, но передаваемый сигнал радиомаяка равномерен почти вне зависимости от ориентации TGO.

На Земле сигнал получают станции в Канберре и Мадриде. В случае отсутствия «нормальной» телеметрии он позволяет группе управления знать, что орбитальный аппарат работает, и показывает скачок частоты, вызванный доплеровским сдвигом в тот момент, когда TGO запускает двигатель на торможение, позволяя следить за ходом выдачи импульса. 

Комплекс дальней космической связи DSN (Deep Space Network) NASA в Канберре, Австралия, включает несколько антенн разного диаметра

Комплекс дальней космической связи DSN (Deep Space Network) NASA в Канберре, Австралия, включает несколько антенн разного диаметра

Окончание маневра TGO приходится на период «затенения» — в 18:11 ДМВ аппарат зайдет за Марс, сигналы от него перестанут поступать на Землю. Выход из тени намечается на 19:25 ДМВ. Итогом маневра станет высокоэллиптическая орбита с плановой высотой 298 х 95 856 км и периодом обращения четверо марсианских суток (чуть больше четырех земных суток). По ней «орбитер» должен летать до конца 2016 года.

В 13:22 UTC (16:22 ДМВ) станция MarsExpress, с декабря 2003 года обращающаяся по околомарсианской орбите, стала записывать сигналы, сопровождающие вход в атмосферу, спуск и посадку зонда Schiaparelli. В 14:20 (17:20 ДМВ) к ней присоединился TGO – передавать на Землю широкий поток данных он не мог, но принимал информацию от EDM. Радиотелескоп GMRT около Пуны, Индия, подтвердил, что слышит «сильный и устойчивый» сигнал посадочного аппарата. 

Схема операций по посадке и выходу на орбиту миссии ExoMars-2016

Схема операций по посадке и выходу на орбиту миссии ExoMars-2016

Демонстратор врезался в атмосферу в 14:42 (17:42 ДМВ) на высоте 122,5 км со скоростью примерно 5,83 км/с. Тепловой и динамический удар принял на себя лобовой щит. Пик нагрева пришёлся на высоту 45 км, а первый этап торможения закончился в 11 км от поверхности при скорости 0,460 км/с раскрытием сверхзвукового парашюта. На высоте 7 км от поверхности планеты при скорости всего 89 м/с лобовой щит отделился. Спуск на парашюте продолжался всего 2 минуты, затем вместе с куполом отошёл задний защитный кожух. Модуль начал свободное падение и через секунду включил тормозные двигатели. За 30 секунд работы они погасили оставшуюся скорость с 70 до 2,7 м/с, а окончательный удар при падении смягчили алюминиевые соты в нижней части аппарата. В 14:47 UTC (17:47 ДМВ) модуль сел.

Через девять минут TGO вышел из зоны приема сигнала от Schiaparelli, а еще через 6 минут передачу прекратил сам посадочный зонд, перейдя в режим гибернации для экономии электроэнергии. Соответственно, в 15:08 UTC (18:08 ДМВ) запись сигнала прекратил MarsExpress.

На Земле к Марсу прислушивались станции дальней космической связи ЕКА (система ESTRACK) в Маларгуэ (Аргентина) и NASA (сеть DSN) в Канберре (Австралия) и Мадриде (Испания). В рамках создания объединённого наземного сегмента проекта ExoMars в России планировался приём сигналов модуля TGO станциями в Медвежьих озёрах и Калязине – по ним предполагалось судить о начале маневра торможения и о выходе аппарата из радиотени Марса после окончания торможения.

Миссия ExoMars вплотную приблизилась к своей цели: спустя 226 дней и почти 500 млн км пути модуль TGO вышел на околомарсианскую орбиту, с которой будет изучать атмосферу (в частности, малые газовые примеси) и распределение водяного льда в грунте Марса, а Schiaparelli высадился на планету.

Ну и в завершение: вот здесь можно посмотреть интересный ролик, выложенный ночной сменой ЦУПа в Дармштадте, коротко рассказывающий о ходе миссии ExoMars-2016.

 
 
⇣ Содержание
Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Материалы по теме
⇣ Комментарии
Прежде чем оставить комментарий, пожалуйста, ознакомьтесь с правилами комментирования. Оставляя комментарий, вы подтверждаете ваше согласие с данными правилами и осознаете возможную ответственность за их нарушение.
Все комментарии премодерируются.
Комментарии загружаются...
window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥