вернёмся в библиотеку?

Желательно смотреть с разрешением 1024 Х 768

«Земля и Вселенная» 1994 №4



Российские космические
проекты: исследования Марса


В. И. МОРОЗ,
доктор физико-математических наук
Институт космических исследований РАН

Наша страна, находясь в условиях жестокого кризиса, тем не менее, предпринимает вызывающие уважение усилия для того, чтобы не потерять завоеванные десятилетиями позиции в освоении космоса. Одной из крупных

тем, по которым пока поступают финансовые ресурсы, остаются исследования Марса. Почему это направление признается чрезвычайно важным, что предусматривается программой ближайших лет? Ответ на эти вопросы — на следующих страницах.

ПОЧЕМУ МАРС?

В Солнечной системе есть две планеты, похожие на нашу и потому привлекающие особое внимание — это Венера и Марс. В то же время они доступнее, чем любые другие тела Солнечной системы, для исследований с космических аппаратов (КА), кроме, конечно, Луны. Первые попытки направить КА к Венере и Марсу относятся к началу шестидесятых годов, т. е. они начинались через несколько лет после выхода на орбиту первого искусственного спутника Земли. Освоение космоса стало тогда предметом соревнования двух сверхдержав, в котором СССР поначалу лидировал. Наша «Венера-4» (1967 г.) первой совершила успешное «путешествие» на другую планету и послала оттуда на Землю результаты проведенных там прямых измерений. Это казалось настоящим чудом, и, пожалуй, именно после ее полета стало ясно, что в изучении Солнечной системы началась новая эпоха — космическая.

Прошло четверть века, космическое первенство нашей страны было утеряно, когда вступили в действие такие «постоянно действующие факторы», как общий экономический и технический потенциал. Но оставались отдельные узкие направления, где лидирующее положение удавалось сохранять. Если Америка шла по Солнечной системе широким фронтом от Меркурия до Нептуна, то мы в основном концентрировались на одном ее объекте — Венере. Жизнь показала, что эта стратегия для нас оптимальна и, наверное, такой и останется в обозримом будущем, подтверждая мысль, отстаивавшуюся еще М. В. Келдышем.

В середине 80-х гг., однако, венерианская тематика оказалась в значительной мере исчерпанной. Надо было остановиться, занявшись углубленным изучением полученных данных, а для эксперимента, для полетов КА выбрать другую цель. Подобной тактики придерживались американцы в исследованиях Марса. После весьма успешной экспедиции «Викинг» (1976 г.) они 16 лет не направляли КА к этой планете, но в эти годы не иссякал поток научных результатов по интерпретации огромного массива данных, полученных в ходе этой программы.

Сейчас пришло время вновь серьезно заняться Марсом. Сформулированы и осознаны новые задачи, предложены, разработаны и даже частично испытаны (у самого Марса) в ходе экспедиции «Фобос» новые средства экспериментальных исследований. Идея послать к Красной Планете серию новых экспедиций овладела умами в России, США, Европе, Японии, причем речь уже идет скорее о сотрудничестве, чем о конкуренции. Наша страна хорошо подготовлена для такой работы: ее космическая промышленность располагает целым рядом готовых технических решений, которые можно использовать для исследований Марса. Прежде всего, это космический аппарат (типа «Фобос»), способный нести весьма развитый комплекс научной аппаратуры. Он специально создавался для полетов во внутренней части Солнечной системы. Это самый большой по возможному объему и разнообразию полезной нагрузки космический аппарат, когда-либо создававшийся для полетов к другим планетам. Такого еще не было ни у кого — ни у NASA, ни у ESA. Единственным «живым» прототипом марсохода остается наш «Луноход», путешествовавший когда-то по Луне. Таким образом, со стороны производственно-технического задела российская марсианская программа обоснована безупречно. Что же касается экономики, то и здесь имеются серьезные аргументы: максимальное использование готовых разработок означает минимальную стоимость, а кооперация с зарубежными космическими агентствами и научно-исследовательскими организациями позволяет привлекать их средства при реализации программы.

Наш выбор в пользу Марса, как новой цели для долговременной программы исследований Солнечной системы, был сделан в 1987 г. Экспедиция «Фобос» (1989 г.) может рассматриваться как ее первый шаг,. хотя осознано это было не сразу. Заметим, что значительная часть ее научных задач была выполнена, хотя наиболее амбициозные замыслы, вроде сближения до 50 м с поверхностью Фобоса и высадки на него малых станций, не удалось воплотить в жизнь. Сейчас мы понимаем, что такую сложную «акробатику» стоило бы оговаривать как не полностью гарантированную (пусть при этом и самую интересную) часть программы: получится — прекрасно, нет — не стоит объявлять экспедицию неудачной. Трудно сказать, пойдет ли урок на пользу.

Почему же столь велик интерес к исследованиям именно Марса? Причин несколько: первая — поверхность Марса и состав его атмосферы несут следы глубоких изменений, сложной эволюции, говорят о том, что в далеком прошлом атмосфера планеты была более мощной, климат более мягким, сам Марс имел гидросферу; существовали открытые водоемы, текли реки. Если удастся разобраться в эволюции атмосферы и климата Марса, это поможет пониманию истории и прогнозу будущего нашей планеты. А вообще Марс (и Венеру тоже) можно рассматривать как полигон для проверки геофизических и геохимических теорий. Вторая — на Марсе при наличии гидросферы в прошлом могла сформироваться и биосфера, зародиться жизнь. Марс, по-видимому, остается единственным уголком Солнечной системы за пределами Земли, где это могло произойти. Обнаружение следов марсианской биосферы, живой или вымершей, было бы величайшим открытием в истории науки. Заметим, что важнейшей научной задачей экспедиции «Викинг» был поиск на Марсе живых организмов или следов их жизнедеятельности. К сожалению, ничего подобного найдено не было, но как любил говорить основатель и первый директор ИКИ академик Г. И. Петров, жизнь на Марсе можно открыть, но нельзя закрыть. Если будет получен отрицательный результат, обязательно останутся сомнения: там ли искали, то ли и так ли. И действительно, после «Викингов» возникло немало новых идей и подходов в этой области.

Третья — Марс первая планета, на которую высадятся космонавты. Перед этим следует как можно более тщательно исследовать ее при помощи автоматов. И будем помнить прогноз К. Э. Циолковского о том, что человечество не останется на Земле на вечные времена, что вся Солнечная система станет его домом. Луна и Марс, наверное, будут осваиваться первыми. Уже сейчас на серьезном научном уровне обсуждается тема преобразования атмосферы и климата других планет.

Незадолго до распада СССР были сформированы и приняты двадцать государственных научно-технических программ (ГНТП), посвященных различным областям фундаментальных и прикладных наук. Они имели высший приоритет при определении финансирования научных исследований. Единственной из этой двадцатки связанной с космосом была ГНТП «Марс». Она предусматривала последовательность нескольких космических экспедиций, постепенно включающих все более сложные элементы: спутники, посадочные аппараты разных типов, в том числе сеть малых станций, марсоходы, аэростатные станции. Завершающим был проект доставки образца марсианского вещества на Землю вскоре после 2000 г. Первая экспедиция планировалась на 1994 г. и ее начали готовить уже с 1988 г. Вначале предполагался запуск двух идентичных КА. В 1991 г. проект изменили, разделив на два: один КА запускается в 1994 г., следующий в 1996 г. Распад СССР не привел к отказу от этих планов, и, хотя сроки их реализации (как бы ни хотелось их сохранить) могут измениться, оба проекта («Марс-94» и «Марс-96») вошли в недавно утвержденную Федеральную космическую программу России.

Проект «Марс-94» предусматривает запуск искусственного спутника Марса (орбитального аппарата) с научными приборами для дистанционных исследований поверхности и атмосферы и прямых исследований околопланетного пространства. Аппарат доставит на планету две малых автономных станции (МАС) для прямых исследований атмосферы и поверхности и два пенетратора для прямых исследований грунта на глубинах до нескольких метров.

Проект «Марс-96» включает исследования при помощи орбитального аппарата, аэростатной станции, малого марсохода, пенетраторов, возможно, также будет и малая станция.

Из числа других государств СНГ в осуществлении этих проектов будут участвовать Казахстан и Украина. На территории Казахстана находится полигон Байконур, а запуск КА к Марсу пока возможен только оттуда, а на Украине, в Евпатории, расположен Центр дальней космической связи (ЦДКС), который необходим для управления КА в полете и для приема телеметрической информации. Принимать данные можно также в пунктах, расположенных на территории России (Уссурийск, Медвежьи Озера под Москвой), но управление КА в ближайшие годы без ЦДКС вряд ли будет возможным. Да надо ли так уж стремиться к полной независимости и в этой области? Похоже, что все государства СНГ заинтересованы в сближении, и это станет, наверное, доминирующей тенденцией близкого будущего.

НАУЧНЫЕ ЗАДАЧИ

Что нового мы узнаем о Марсе? Ведь там успешно работали две американские экспедиции «Маринер-9» (1971 г.), «Викинг-1, -2» (1976 г.), несколько наших «Марс-3» (1971 г.), «Марс-4, -5, -6» (1974 г.), «Фобос-2» | (1989 г.). Есть все основания надеяться, однако, что «Марс-94» и «Марс-96» существенно продвинут исследования по многим направлениям, основными из которых можно считать следующие.

Строение (морфология) поверхности, геология. Будет впервые осуществлено картирование значительной части поверхности планеты с разрешением около 10 м (ТВ-съемка со спутника при помощи камеры высокого разрешения). Такие карты позволят геологам глубже понять природу и процессы образования разнообразных геологических форм: ударных и вулканических кратеров, долин (которые могли быть «прорыты» и лавой, и древними реками, и ледниками, и образоваться вследствие тектонических явлений), карстовых провалов, останцов, наносов и т. д. Для планетной геологии это интереснейший материал. Особое внимание будет уделено картированию предполагаемых мест посадки для будущих экспедиций. Уже подготовлен перечень таких районов, они выбраны так, чтобы быть не только перспективными с научной точки зрения, но и безопасными.

В экспедициях «Марс-94» и «Марс-96» большое внимание уделяется получению изображений не только со спутников, но также и с помощью миниатюрных ТВ-камер малых станций, пенетраторов, марсохода. Эти панорамные изображения тоже представят большой интерес: пока такие панорамы были получены только в двух точках планеты — в местах, где работали «Викинг-1 и -2». Поэтому мы знаем, как выглядит поверхность Марса с разрешением от миллиметров до метров только в этих точках. «Марс-94» добавит еще четыре (в местах посадки малых станций и пенетраторов), а «Марс-96» еще несколько сотен, а может быть и тысяч (вдоль трассы полета аэростатной станции и пути движения марсохода).

Другая проблема в изучении поверхности — это гипсометрия (т. е. картирование высот) в планетарных масштабах. Имеющиеся сейчас гипсометрические данные недостаточно надежны. Новый банк данных о высотах на Марсе будет создан в результате измерений со спутника (стереоскопическая ТВ-съемка и спектральная съемка в полосах СО2).

Съемка в тепловом (инфракрасном) диапазоне даст сведения о структуре грунта (от нее зависят тепловая инерция и, соответственно, суточное изменение температуры поверхности). Первый опыт получения изображения Марса в этом диапазоне был приобретен в экспедиции «Фобос» и дал весьма обещающие результаты.

Элементный и минеральный состав пород. Эти исследования тоже могут проводиться как дистанционно со спутника, так и локально при помощи приборов, установленных на посадочных средствах. Локальных измерений пока было всего два (в местах посадки «Викингов»). Малые станции и пенетраторы добавят еще четыре. Инструментальные средства — рентгеновский флюоресцентный, альфа-протонный, нейтронный и гамма-спектрометры. Эти приборы (в специальном очень миниатюрном исполнении) измеряют содержание элементов по их характеристическому жесткому излучению, возбуждаемому искусственно или природному.

Гамма-спектрометры на спутнике «Марс-94» проведут глобальное картирование элементного состава, а инфракрасные — минерального. Эта работа была начата на КА «Фобос-2». Особый интерес среди подобных задач представляет поиск осадочных пород (карбонатов), районы залегания которых, если они будут обнаружены, укажут на расположение исчезнувших марсианских озер и морей.

Запасы летучих веществ (вода, углекислота) в грунте и на поверхности (в полярных шапках). На Марсе несомненно есть «криолитосфера» — обширные зоны вечной мерзлоты в средних и высоких широтах. Вместе с водным льдом в полярных шапках они составляют современный марсианский эквивалент земной гидросферы. Подозревается, что вечной мерзлоте принадлежит большая роль в формировании поверхности многих областей Марса, но прямых данных о глубине ее залегания на разных широтах пока нет. Ожидается, что впервые они будут получены со спутника «Марс-94» при помощи длинноволнового радиолокатора. Этот же прибор, по-видимому, позволит «пробить» полярные шапки и получить оценки их толщины.

Внутреннее строение планеты — о нем пока мало что известно. На Земле основной метод этих исследований — сейсмометрия, поэтому именно его и будут использовать для изучения «внутренности» Марса. На малых станциях и пенетраторах будут установлены соответствующие датчики для разведки сейсмической обстановки на Марсе. Для обнаружения сейсмических колебаний на фоне других эффектов очень важно иметь по крайней мере два разнесенных сейсмометра. Такие приборы были на обоих посадочных аппаратах «Викинг», но один из них «заклинило» и в результате никаких данных о марсианской сейсмической активности получить тогда не удалось. Может быть, теперь повезет больше.

С помощью приборов, установленных на пенетраторах, будет сделана первая попытка измерить потоки внутреннего тепла планеты. Важным источником сведений о внутреннем строении планеты явится гравитационное поле; его характеристики уточнят по траекторным измерениям. Помимо этого, на спутниках, малых станциях, пенетраторах, марсоходе будет измеряться магнитное поле, а оно тоже зависит от внутреннего строения.

Температура и давление атмосферы, ветер, турбулентность. Их измерения вблизи поверхности (до одного метра) будут производиться аппаратурой малых станций и пенетраторов постоянно. Эти данные, как показал опыт посадочных аппаратов «Викинг», дают основу для понимания марсианских метеорологических процессов на самых разных масштабах времени и пространства (от «погоды» в данном регионе до характеристик общей циркуляции атмосфер).

Плохо известна зависимость от высоты температуры атмосферы, давления и плотности. До сих пор получены всего три вертикальных профиля атмосферы при помощи прямых измерений («Марс-6», «Викинг-1 и -2»). Во время спуска малых станций «Марс-94» будут получать еще два.

Особенно плохо изучен планетарный пограничный слой — часть атмосферы толщиной в несколько километров, прилегающая к поверхности. Метеорологические измерения на аэростатной станции «Марс-96» закроют этот пробел.

Глобальное картирование атмосферных температур и давлений на высотах от 0 до 60—70 км (с разрешением около 5 км) будет проводиться со спутника длинноволновым инфракрасным спектрометром, а также ослабление радиосигнала КА во время «радиозаходов» и «радиовосходов» (метод радиопросвечивания). Такие измерения уже проводились, но атмосфера Марса изменчива, и необходимо расширение базы наблюдательных данных.

Газовый состав атмосферы. Имеющиеся сведения о нем недостаточны. Основные газы нам известны (основная составляющая атмосферы — углекислый газ, около десятка других, включая азот, аргон, СО, водяной пар, озон), но данные о таких, как, например, гелий и формальдегид, имеют лишь очень предварительный характер. Гелий — продукт радиоактивного распада и его концентрацию важно знать для оценки содержания радиоактивных веществ в коре. А формальдегид — возможный участник процессов предбиологического синтеза. Оба газа будут исследоваться дистанционными (спектральными) методами, а гелий еще при помощи масс-спектрометра (прямые измерения в верхней атмосфере) на спутнике «Марс-94». Хотя и оптические и масс-спектрометрические данные о гелии будут относиться к верхней атмосфере (выше 150— 200 км), но по ним можно будет судить и о полном его количестве. Что же касается самой верхней атмосферы, то может оказаться, что в некотором (и притом большом) интервале высот этот газ вообще преобладает.

Почти нет данных о том, как меняется с высотой содержание даже уверенно идентифицированных газов, а без этого трудно понять химические процессы в атмосфере. Специальные оптические спектрометры на спутнике «Марс-94» будут измерять спектральный состав света Солнца и ярких звезд, визируя их вблизи края планеты (метод спектрометрии затмений Солнца и звезд). Это позволит определить зависимость содержания от высоты для части атмосферных газов. Очень сложна и изменчива картина горизонтального распределения водяного пара. Ее регистрировали прежде, используя инфракрасные спектрометры на всех марсианских спутниках, и такие наблюдения будут продолжены («Марс-94»).

Аэрозоли. Взвесь минеральной пыли и конденсата всегда присутствует в атмосфере Марса и участвует в процессах, определяющих ее температуру, динамику, химический состав. Имеющиеся данные о характеристиках марсианского аэрозоля недостаточны и противоречивы, поэтому их предстоит расширять и уточнять, проводя измерения на малых станциях (датчик прозрачности атмосферы), спутнике (по влиянию на спектральные и фотометрические свойства системы «атмосфера + поверхность») и марсоходе (счетчик частиц и лазерное зондирование) и аэростатной станции (счетчик частиц).

Динамика атмосферы. К ней относятся общая циркуляция атмосферы, ветры в пограничном слое, локальные конвекция, турбулентность. Метеорологические измерения дадут основные сведения, необходимые для воссоздания картины этого сложного комплекса явлений. Добавим, что будет продолжено изучение удивительного феномена — глобальных пылевых бурь, который не имеет земных аналогов и плохо понимаемого до сих пор. Для этого применят телевизионное наблюдение форм и движений облачных структур.

Верхняя атмосфера (нейтральные газы и ионосфера). Под ней условно понимается область газовой оболочки Марса, расположенная выше 100—120 км. Это очень протяженная и самая «нежная» ее часть откликающаяся на все: изменения солнечной активности, гелиоцентрического расстояния (при движении Марса по его довольно эксцентричной орбите), динамического состояния нижней атмосферы. Как и в атмосфере Земли, на таких высотах газы частично ионизованы. Концентрация нейтральных и ионизованных атомов в верхней атмосфере будет измеряться масс-спектрометром спутника «Марс-94», а самую внешнюю часть атмосферы — водородную корону предстоит исследовать при помощи УФ-спектрометра. Полная же массовая плотность верхней атмосферы Марса будет определяться по торможению спутников, как это делается на Земле со времен ИСЗ-1.

Полную электронную концентрацию в ионосфере предстоит измерять несколькими методами, в том числе «радиопросвечиванием» и длинноволновой радиолокацией. Все эти данные необходимы для понимания процессов эволюции марсианской атмосферы, так как до сих пор наблюдается процесс диссипации (убегания) газов из нее.

Взаимодействие солнечного ветра с Марсом. При обтекании планеты плазмой солнечного ветра свойства последней изменяются. Характер этих изменений зависит от того, имеет ли планета собственное магнитное поле и насколько развита ее ионосфера. На спутнике «Марс-94» имеется комплекс приборов, предназначенных для прямых измерений характеристик плазмы солнечного ветра, будут измеряться ионный и энергетический состав, плазменные волны, магнитное поле. Может быть, наконец, удастся более уверенно выделить собственное магнитное поле Марса, сильно «замаскированное» явлениями, возникающими при взаимодействии с солнечным ветром.

«МАРС-94» И «МАРС-96»

В основном конструкция аппаратов «Марс-94» и «Марс-96» та же, что и у КА «Фобос», но в нее был введен ряд мер для увеличения надежности. Полная масса орбитального аппарата «Марс-94» около 6 т. Ориентация трехосная, поддерживается маленькими двигателями, которые управляются оптическими датчиками, направленными на Солнце и звезду Канопус. Имеется АДУ — двигательная установка, позволяющая корректировать траекторию и, в частности, осуществлять торможение после подхода к Марсу. Выведение в космос аппаратов «Марс-94» и «Марс-96» планируется произвести надежной ракетой «Протон». Источником энергии являются панели солнечных батарей.

НАУЧНАЯ АППАРАТУРА «МАРС-94»

Прибор/экспериментМасса
(кг)
Страна
Приборы для исследования поверхности и атмосферы
HRSC — стереоскопическая ТВ-камера с разрешением 10 м.24ФРГ, Россия
WAOSS — широкоугольная стереоскопическая камера.8ФРГ, Россия
ОМЕГА — картирующий спектрометр, диапазон 0.35-5 мкм, прибор оптимизирован для исследований поверхности.30Франция, Италия, Россия
ПФС — инфракрасный фурье-спектрометр, диапазон 1.25-45 мкм, прибор оптимизирован для исследований атмосферы.40Италия, Россия, Польша, ФРГ, Франция, Испания
СПИКАМ — комплекс приборов для исследования атмосферы методом спектрометрии затмений и звезд.40Бельгия, Россия, Франция
УФС — ультрафиолетовый фотометр на линии Не 584А, Н 1215А и др.12ФРГ, Россия, Франция
СВЕТ — картирующий спектрофотометр, диапазон 0.26-2.7 мкм.12Россия
ТЕРМОСКАН — картирующий радиометр теплового ИК-диапазона.25Россия
РЛК — длинноволновый радиолокатор.35Россия, ФРГ
ФОТОН — гамма-спектрометр.20Россия
ПГС — гамма-спектрометр высокого спектрального разрешения.38Россия, США
НЕЙТРОН-С — нейтронный спектрометр.10Россия
МАК — масс-спектрометр для исследования нейтрального и ионного состава верхней атмосферы.12Россия, Финляндия
Приборы для исследования околопланетной плазмы и солнечного ветра
АСПЕРА-С — энерго-масс-анализатор ионов и детектор нейтральных частиц.12Швеция, Россия, Финляндия, Польша, США, Норвегия, ФРГ
ФОНЕМА — быстрый всенаправленный энерго-масс-анализатор ионов.10Великобритания, Россия, Чехия, Франция, Ирландия
ДИМИО — всенаправленный ионосферный энерго-масс-спектрометр.7Франция, Россия, ФРГ, США
МАРИПРОБ — комплекс спектрометров ионосферной плазмы.8Австрия, Бельгия, Болгария, Чехия, Венгрия, Ирландия, США, Россия
МАРЕМФ — спектрометр электронов и магнитометр.12Австрия, Бельгия, Великобритания, Венгрия, ФРГ, Ирландия, Россия, США, Франция
ЭЛИСМА — комплекс для Исследования плазменных волн.13Франция, Болгария, Великобритания, ЕКА, Польша, Россия, США
СЛЕД-2 — спектрометр энергичных заряженных частиц.3Ирландия, Словакия, ФРГ, Венгрия, Россия
Приборы для астрофизических исследований
СОЯ — спектрометр солнечных осцилляций.1Украина, Россия, Франция, Швейцария
ЭВРИС — фотометр звездных осцилляций.8Франция, Россия, Австрия
ЛИЛАС-2 — спектрометр гамма-всплесков.6Франция, Россия
РАДИУС-М — радиационно-дозиметрический комплекс.35Россия, Болгария, Греция, США, Франция, Чехия
Научно-служебные системы
АРГУС — платформа для наведения приборов HRSC, WAOSS, ОМЕГА.135Россия
ЗУ и контроллер для них.25ФРГ
НК — навигационная камера.6Россия
ПАИС — платформа для наведения приборов СПИКАМ-Е, ФОТОН, ЭВРИС.70Россия
МОРИОН — система управления научными приборами.25Россия, ЕКА
Эксперименты, не требующие установки приборов на борту
Исследования гравитационного поля.
Исследования верхней атмосферы по торможению КА.
Зондирование атмосферы методом радиозатмений КА.
Бистатическая радиолокация Марса.
Радиопросвечивание солнечной короны.

Орбитальный аппарат «Марс-96» будет нести значительно меньше приборов, чем «Марс-94»; пока на нем планируют оставить только подвижную платформу с двумя ТВ-камерами и одним спектрометром. Зато на его борту установят десантный аппарат, который доставит на поверхность планеты аэростатный зонд и марсоход (Земля и Вселенная, 1993, № 6, с. 13). Предусматривается, что первая из этих двух экспедиций нацеливается преимущественно на исследования с борта орбитального аппарата, а вторая — при помощи посадочных средств.

Рассмотрим более детально проект «Марс-94». Старт запланирован на октябрь 1994 г., длительность перелета от Земли до Марса составит 315 суток. В сентябре 1995 г. КА приблизится к Марсу, его переведут на орбиту искусственного спутника планеты. Орбита эта будет эллиптической, с периодом 14,77 ч, минимальной высотой над поверхностью Марса — 300 км (в периапсисе), максимальной (в апоапсисе) около 22 000 км и наклонением, близким к 90°. Величина периода обращения выбиралась так, чтобы оптимизировать условия съемки ТВ-камерой высокого разрешения.

Вскоре после выхода КА на орбиту от него отделятся и совершат посадку малые станции и пенетраторы. Полученная ими научная информация будет периодически передаваться на спутник и затем ретранслироваться на Землю. Расчетное время активного функционирования всех элементов экспедиции — не менее года.

Наиболее сложен комплекс приборов, предназначенный для дистанционного зондирования поверхности и атмосферы: телевизионные камеры HRSC и WAOSS, оптические спектрометры (перекрывающие широкий диапазон длин волн — от 584 Å до примерно 50 мкм), спектрометры для анализа гамма— и нейтронного излучения планеты, радиолокатор РЛК, радиометр Термоскан для картирования планеты в тепловом инфракрасном диапазоне. Часть оптических приборов и один из гамма-спектрометров размещены на поворотных платформах (их две, Аргус и Паис), обеспечивающих автоматическое наведение по заданной программе.

Другой комплекс приборов предназначен для прямых измерений физических свойств плазмы: распределение ионов и электронов по энергиям, по направлениям, ионный состав, волновые процессы, магнитное поле. Эти исследования проведут не только в окрестностях планеты, но и на трассе перелета Земля — Марс. Здесь же будет работать несколько астрофизических приборов, в их числе прибор СОЯ для исследования солнечных осцилляции, фотометр Эврис для обнаружения звездных осцилляций (таких наблюдений пока не было), анализаторы космических лучей и гамма-всплесков.

Масса научных приборов спутника, платформ и других «обслуживающих» систем, таких как запоминающие устройства (ЗУ), около 500 кг.

НАУЧНАЯ АППАРАТУРА МАЛЫХ СТАНЦИЙ

Прибор/экспериментМасса
(кг)
Страна
MIS-комплекс для измерений Т, Р, ветра, влажности, прозрачности атмосферы.0.4Финляндия, Франция, Россия
DPI-комплекс для измерений Т, Р, плотности во время спуска.0.2Россия
Альфа-протонный и рентгеновский спектрометры.0.6ФРГ, Россия, США
ОПТИМИЗМ — магнитометр и сейсмометр.1.5Франция, Россия
PanCam — панорамная ТВ-камера.0.2Финляндия, Франция, Россия
DesCam — камера для съемки во время спуска.0.3Франция, Россия
МОКС — прибор для определения состояния окисления пород.1.0США, Россия

После каждого прохождения периапсиса (ближайшей к планете точке) орбиты (где включается «на всю катушку» большинство приборов) будет накапливаться очень большой объем информации — до 2 Гбит. Специальная автоматическая система (МОРИОН) собирает ее, записывает в своем запоминающем устройстве, «упаковывает», подает команды на приборы. Отдельное ЗУ обслуживает две ТВ-камеры и спектрометр Омега.

Передача информационного массива на Землю будет проводиться на участках орбиты, далеких от периапсиса. Скорость передачи, выбираемая в зависимости от отношения сигнал/шум, может достигать 132 кб/с.

МАЛЫЕ СТАНЦИИ

В последние годы возник интерес к малым космическим аппаратам для исследования планет — относительно недорогим, решающим небольшой объем задач, построенным из компактных систем с высокой степенью интеграции. Малые автономные станции (МАС) и пенетраторы относятся к этому классу аппаратов, который может поднять и удержать в руках один человек.

Первоначально идея малых автономных станций (МАС) состояла в том, чтобы «разбросать» по всей планете 20-30 крошечных (с массой несколько килограммов) метеостанций. В ходе дальнейшей проработки от этой идеи пришлось уйти довольно далеко: станция «Марс-94» МАС весит около 30 кг, с ее помощью предполагается провести измерения физических характеристик атмосферы во время спуска, а затем длительный цикл метеорологических и сейсмометрических исследований на поверхности. Одна ТВ-камера, направленная вниз, будет работать во время спуска, другая после посадки сделает панорамную съемку окрестностей. На месте посадки осуществят измерения элементного состава вещества поверхностного слоя, степень его окисления. В состав метеокомплекса войдет миниатюрный оптический прибор для измерений атмосферной прозрачности и яркости неба. Масса научных приборов вместе с компьютерной системой управления, радиосистемой, системой электроснабжения не превысит 8 кг. Источник энергии — два радиоизотопных генератора.

НАУЧНАЯ АППАРАТУРА ПЕНЕТРАТОРОВ

Прибор/экспериментМасса
(кг)
Страна
ТВ-камера1Россия
МЕКОМ — метеокомплекс0.4Россия, Финляндия
ПЕГАС — гамма-спектрометр0.8Россия
АНГСТРЕМ — рентгеновский спектрометр0.4Россия, ФРГ
АЛЬФА — альфа-протонный спектрометр0.3Россия, ФРГ
НЕЙТРОН-Р — нейтронный спектрометр0.2Россия, Румыния
ГРУНТ — акселерометр0.1Россия, Великобритания
ТЕРМОЗОНД — измеритель профиля температуры грунта0.3Россия
КАМЕРТОН — сейсмометр0.3Россия, Великобритания
ИМАП-6 — магнитометр0.25Россия, Болгария

Малая автономная станция — общий вид в развернутом положении

При посадке на планету МАС постепенно снижает скорость (сначала тормозной экран, потом — парашют). Расчетная величина скорости перед контактом с поверхностью — около 20 м/с, т. е. посадка должна получиться довольно мягкой. После нее раскрываются опорные панели, обеспечивающие устойчивость.

Посадка пенетратора совершается по-другому: он «врубается» в поверхность со скоростью около 80 м/с (перегрузки достигают 500 g), разделяясь на две части, соединенные кабелем. Верхняя остается на поверхности, нижняя внедряется в грунт на глубину до 3—4 м. Основная цель этого эксперимента добраться до вещества, не тронутого процессами эрозионного перемешивания, и провести анализ его состава. Приборы пенетраторов тоже миниатюрные, их около десятка, но суммарная масса не превысит 4 кг.

В работе над проектом «Марс-94» изготовление самого космического аппарата и его системы поручено организациям промышленности, среди которых НПО им. С. А. Лавочкина. Эта фирма спроектировала и изготовила все наши КА, запускавшиеся к планетам. Естественно, она работает в сотрудничестве с множеством других промышленных и научно-производственных организаций, разрабатывающих и изготавливающих отдельные системы (бортовой компьютер, система электропитания, оптические датчики ориентации, радиосистема и т. д.), но в конце концов именно НПО им. Лавочкина произведет сборку КА, его испытания, и будет управлять им в полете.
Макет аппарата «Марс-94», установленный в ИКИ для совместных электрических испытаний его научных приборов и систем. На испытаниях проверяется правильность прохождения команд, вывода телеметрической информации. Снимок сделан в июне 1993 г., когда шли испытания т. н. технологических образцов научных приборов. Это пока не те приборы, которые направятся к Марсу, но по всем электрическим связям с КА они эквивалентны летным

За научные приборы и обслуживающие их системы отвечает Российская Академия наук (РАН). Головным по проекту выступает Институт космических исследований (ИКИ РАН). В проекте активно участвуют еще два академических института: Институт геохимии и аналитической химии (ГЕОХИ) им. Вернадского, Институт радиоэлектроники (ИРЭ). ГЕОХИ «ведет» пенетраторы и два эксперимента на спутнике (Фотон и Нейтрон-С), ИРЭ — радиолокатор РЛК и радиофизические эксперименты (см. табл. 1). Остальными приборами спутника, а также платформами, системой МОРИОН, малыми станциями занимается ИКИ. Все институты также имеют своих смежников, которым заказаны приборы, системы, либо их узлы, а часть приборов делается прямо в институтах. Комплексные же испытания приборов спутника на полномасштабном его макете («имитаторе») проводятся в ИКИ. На этих испытаниях проверяются все электрические связи приборов с системами спутника.

Руководят проектом «Марс-94» директор ИКИ академик РАН А. А. Галеев и Генеральный конструктор НПО им. Лавочника член-корреспондент РАН В. М. Ковтуненко.

В разработке и изготовлении научных приборов значительная роль отведена ученым и инженерам других стран. Это сотрудничество имеет самые разные формы: в одних случаях оно осуществляется на уровне космических агентств (Франция, ФРГ, США), в других — институтами и лабораториями. Без активного привлечения международной кооперации такой широкий фронт исследований невозможен — не хватило бы ни материальных, ни интеллектуальных ресурсов. Тем не менее проект «Марс-94» по своему статусу не может называться международным, поскольку самая ответственная и дорогая его часть, а именно, космический аппарат, его запуск, работа с ним в полете — целиком обеспечивается Россией, «Марс-94» — российский проект с международным участием.

Для общей координации работ создан Международный научный совет проекта (МНС), который собирается один раз в год и обсуждает состояние дел. Однако МНС и учреждаемые им для изучения некоторых вопросов (например, уточнение характеристик орбиты) рабочие группы — лишь совещательные органы, все же решения принимает российское руководство проекта.

Каждый эксперимент с международным участием «ведет» группа ученых и инженеров из нескольких лабораторий разных стран. Ее возглавляет научный руководитель обычно из организации, которая взяла на себя ответственность за сборку прибора, его лабораторные испытания и установку на космический аппарат. В некоторых случаях имеется два научных руководителя, причем один из них обязательно российский. И всегда среди активных участников эксперимента имеются российские ученые, защищающие его интересы, ведущие испытания прибора на космическом аппарате и т. д.
Технологический образец прибора ПФС (инфракрасный спектрометр), установленный на торе. Рядом с ним научный сотрудник А. В. Григорьев — ведущий специалист по прибору

Варианты международной кооперации в научных экспериментах самые разные. По большей части это разделение ответственности по узлам; например, в приборе ПФС узел входной оптики с управляющей им электроникой (сканер) и приемники излучения поставляет Россия, интерферометр и главный электронный блок — Италия, блок питания — Польша, элементы блока бортовой калибровки — Германия. Французские и испанские инженеры макетировали субсистемы главного электронного блока, Итальянский Институт физики межпланетной среды отвечает за сборку прибора и его калибровку, а ИКИ — за все испытания при стыковке с КА. Кроме того большая группа ученых из всех стран-участниц готовится к обработке данных и их интерпретации. Конечно, кооперация сложная, но работоспособная. Создан интернациональный коллектив, члены которого хорошо знают и понимают друг друга. Объединены не только материальные и производственные ресурсы, но также опыт многих людей, причем, именно этот опыт оказывается особенно важным.
Технологические образцы телевизионных камер — слева направо: WAOSS, HRSC, навигационная

Сейчас, когда пишутся эти строки (январь 1994 г.), все работы идут по графику, предусматривающему старт в октябре, но положение очень напряженное. В прошлом году финансирование проекта оставалось близким к нулю первые шесть месяцев. Инфляция же быстро обесценивала даже то немногое, что выделялось. Во второй половине года Российское космическое агентство (РКА) упорядочило финансовое обеспечение проекта, взяв на себя всю ответственность за него, но многие месяцы уже были потеряны, больше нет резерва времени, столь необходимого в работах такого рода — с жесткими, заданными самой природой сроками. Любая заминка в поставках систем КА в испытаниях приведет к тому, что старт в октябре станет или невозможным или чрезмерно рискованным, ведь временное «окно», подходящее для старта, очень узкое.


Технологические образцы приборов, установленных на одной из солнечных панелей. Слева направо: МАРИПРОБ, ФОНЕМА, ЛИЛАС-2. Рядом инженер В. Н. Цветков из группы, ведущей в ИКИ комплексные исследования на имитаторе

Что будет, если не успеем? — Тогда экспедиция сможет стартовать на два года позже планового срока. Будет время сделать все, чтобы экспедиция стала максимально надежной.

Напомним, что после преждевременной гибели КА «Фобос-2» случилась еще одна крупная неприятность: погиб по неизвестной причине американский «Марс-Обсервер». Он подошел к планете в августе 1993 г., должен был выйти на орбиту, но даже неизвестно, произошло это или нет (Земля и Вселенная, 1993, № 6, с. 101). Научное значение проекта «Марс-94» возросло после этой трагедии, но и возросла ответственность за его успешное осуществление.

Вместе с тем и у нас и за рубежом есть влиятельные люди, желающие «вытолкнуть» «Марс-94» в октябре 1994 г. любой ценой, даже пренебрегая значительным риском или заведомой потерей научной программы. Почему? Нашим, видимо, хочется показать, что Россия в срок выполняет свои международные обязательства, что российская космическая промышленность твердо стоит на ногах, несмотря на штормовую погоду в экономике, а зарубежные инвестиции, которые ей нужны, идут ей впрок. Зарубежные же «энтузиасты» имеют в виду другое: экономическое и политическое положение России в 1996 г. может настолько ухудшиться, что старт станет тогда невозможным даже при готовом КА. На подобные опасения есть простой ответ: если это произойдет, если дела в России не начнут улучшаться, вряд ли старт к Марсу вообще понадобится.

Платформа ПАИС с одним из приборов (ЭВРИС) во время наладки в ИКИ. ЭВРИС — вверху слева; перед его входным окном установлена «искусственная звезда» — лабораторный источник света для испытаний. Рядом с платформой — ее главный конструктор В. С. Трошин



СТОИМОСТЬ ПРОЕКТА

Здесь мы подошли к самому острому вопросу: сколько стоит проект и, если очень дорого, не следовало ли от него вообще отказаться? В ценах 1989 г. стоимость проекта составляет около 500 млн руб. Чтобы перейти к ценам января 1994 г., надо умножить эту цифру, видимо, на 1000. Иностранные участники вложили в научные приборы около 150 млн долл. и не менее 80% средств уже освоено. Итак, безусловно, проект очень дорогой, но ведь космические исследования вообще не дешевы, хотя и очень нужны для народного хозяйства (связь, разведка природных ресурсов, метеорология) и обороны. Только небольшая доля средств, идущих на космос, планируется для обеспечения нужд фундаментальной науки. Расходы на космос сокращать надо, но вряд ли стоит жертвовать при этом наукой. Остановив проект «Марс-94», мы потеряем на десятилетия, а может быть и навсегда, передовые позиции в одном из немногих научно-технических направлений, где они у нас были. Эта точка зрения находит понимание на высших уровнях власти: расходы, планируемые на космическую деятельность, в 1994 г. стали меньше, чем 2-3 года назад, но их общий объем все-таки достаточен для поддержания отрасли. Доля же, резервируемая на научные космические проекты, даже увеличилась. Происходит своего рода конверсия в космосе. Так что есть все основания надеяться на успешное завершение проекта «Марс-94» (причем не так уж страшно, если он «сползает» на два года) и на продолжение программы исследования Марса с участием России.