Карфидов В. «Космонавтика», 2021 г.
Проекты американских АМС 2001- 2010 гг.
ТЕМАТИЧЕСКИЕ ПРОГРАММЫ


Было подано 24 предложения. Во второй тур были выбраны проекты 1-3.
В 2007 году к реализации был принят проект «GRAIL».


Было подано 28 предложений. Во второй тур были выбраны проекты 1-3.
В 2012 году к реализации был принят проект «InSight».

12.8. Программа «Prometheus»
По программе «Prometheus» (см. п. 5.11) проводилась разработка ядерных источников энергии для космических аппаратов и самих космических аппаратов на основе этих источников.
В программе на начало 2005 года числилась разработка двух КА:
JIMO - АМС для исследования спутников Юпитера (п. 5.11.2);
NOP - АМС для исследования Нептуна (п. 5.11.3).
Программа закрыта в 2005 году в связи с объявленной необходимостью сконцентрировать усилия и финансы для реализации программы «Constellation».

ИССЛЕДОВАНИЕ МАРСА
«Mars Surveyor 2005»
Рассматривалось предложение запустить в 2005 году две АМС для доставки на Марс усовершенствованных марсоходов типа «MER», однако, было признано целесообразным не менять ранее утвержденную программу 2000 года, и в 2005 году отправить к Марсу АМС «Mars Reconnaissance Orbiter» с высокоточной телекамерой.

2.6.13. Марсоход «MSL» («Curiosity»)
2.6.13.1. АМС «Mars Smart Lander»
В 2001 году в планах NASA появилась доставка на Марс в 2007 году научной лаборатории - «Mars Smart Lander 2007» («MSL-2007»). Посадка АМС в намеченный район должна была выполняться с высокой точностью - не более 5 км от точки прицеливания, для чего было решено использовать посадку на реактивных двигателях. Платформа, оборудованная реактивной системой посадки, должна была доставить на поверхность Марса научную станцию массой около 800 кг. Предполагалось оснастить АМС компьютерной системой управления, обеспечивающей значительную самостоятельность в проведении научных экспериментов, что и обусловило употребление в названии эпитета «smart» - «умный». Для энергопитания аппаратуры должен был использоваться радиоизотопный источник, что обеспечило бы всесезонную работу АМС как минимум в течение года.
Рассматривались два варианта АМС «MSL-2007»:
- мобильная биогеологическая станция для исследования палеоклимата и поиска признаков предположительно существовавшей ранее жизни в районах древних озерных или морских отложений. Масса научной аппаратуры - 70-100 кг;
- многоцелевой стационарный комплекс, снабженный аналитической аппаратурой и приборами для метеорологических и геофизических испытаний. В состав комплекса входят бурильная установка с глубиной бурения 5-10 м и мини-марсоход для доставки образцов с некоторого удаления от стационарной станции.
В конце 2001 года возможный срок запуска АМС был перенесен на 2009 год.

2.6.13.2. АМС «Mars Science Laboratory» (Марсоход «Curiosity»)
К 2002 году был выбран вариант АМС «MSL» - мобильная лаборатория с радиоизотопным генератором. В связи с тем, что для радиоизотопных источников требуется активный материал, количество которого вырабатывается атомной промышленностью в ограниченных количествах, АМС могла быть подготовлена только к 2009 году. Одновременно было решено заменить в названии АМС слово «Smart» на «Science». АМС стала называться «Mars Science Laboratory 2009» (Марсианская Научная Лаборатория 2009), или, коротко, «MSL-2009». Для собственно передвижной лаборатории использовалось также наименование «Mars Rover 2009». Позднее запуск был перенесен на 2011 год.
АМС «MSL» состоит из перелетной ступени и спускаемого аппарата, который, в свою очередь, конструктивно делится на лобовой экран, хвостовой обтекатель, посадочную платформу и марсоход (ровер).
Перелетная ступень имеет форму «бублика» с прямоугольным сечением. На нижней стороне ступени расположены солнечные батареи общей площадью 12,8 м². Батареи обеспечивают мощность 1,08 кВт на орбите Марса. Предусмотрена возможность использования аппаратурой перелетной ступени электроэнергии, вырабатываемой радиоизотопным источником марсохода. Ступень оснащена двумя блоками по четыре однокомпонентных гидразиновых ЖРД MR-111C тягой по 1,1 кгс, обеспечивающих закрутку АМС для стабилизации при перелете, а также выполнение коррекций траектории. Максимальный диаметр перелетной ступени - 4,5 м, высота - 0,9 м. Перелетная ступень обеспе-чивает полет к Марсу и вход в его атмосферу по заданной траектории, после чего отделяется, а спускаемый аппарат входит в атмосферу Марса.
Хвостовой обтекатель выполнен в виде трех конических сегментов. Максимальный диаметр обтекателя - 4,5 м. На обтекателе закреплены парашютная система, антенны и 8 двигателей типа MR-107U для управления спуском при баллистическом торможении. Тяга каждого двигателя - 30,8 кгс.
Лобовой экран диаметром 4,5 м предназначен для защиты конструкции АМС от аэродинамических и тепловых нагрузок при входе в атмосферу Марса.
После аэродинамического торможения лобовой экран на высоте примерно 10 км сбрасывается, и в действие вводится парашютная система. На высоте 800 м парашют и хвостовой обтекатель отстреливаются, а посадочная платформа с закрепленным снизу марсоходом выполняет управляемый спуск на реактивной тяге, которую обеспечивают 8 ЖРД типа MR-80B, попарноустановленные по углам платформы. ЖРД, работающие на гидразине, имеют регулируемую тягу до 336 кгс каждый. Запас гидразина, помещенного в три сферических бака, составляет 387 кг. Управление работой посадочных двигателей осуществляет компьютер по сигналам с радиолокатора, измеряющего высоту и вертикальную и горизонтальную скорости в процессе снижения.
На последнем этапе марсоход вывешивается на тросах длиной 20 м. В момент касания колесами марсохода поверхности Марса тросы отцепляются, посадочная платформа уводится в сторону на полной тяге двигателей и разбивается после выработки топлива, а марсоход приступает к работе.


Марсоход, по результатам всеамериканского конкурса получивший имя «Curiosity» («Любопытство»), имеет длину (без учета манипулятора) 3,0 м, ширину 2,77 м и высоту с учетом мачты телекамер - 2,77 м. Марсоход оснащен шестиколесным шасси. Все колеса - ведущие, четыре из них являются поворотными. Диаметр колес - 0,51 м. Максимальная скорость движения марсохода - 4 см/с (144 м/час). В передней части марсохода смонтирован манипулятор, который несет турель с двумя научными приборами и тремя инструментами для копки грунта, фрезерования камней и дробления образцов.
Энергопитание систем «Curiosity» осуществляется от радиоизотопного генератора, установленного в хвостовой части марсохода. Мощность, вырабатываемая генератором, составляет 110 Вт. Ресурс генератора составляет 14 лет.
Основная задача, которая поставлена перед марсоходом «Curiosity» - всестороннее исследование района посадки и проверка наличия в этом районе в прошлом или настоящем условий, благоприятных для существования жизни - вода, энергия, химический состав. Задачи непосредственного обнаружения проявлений жизни не ставилось.
В состав научного оборудования марсохода входят следующие приборы:
- MustCam - две камеры с фиксированным фокусным расстоянием - 100 мм правая камера, 34 мм - левая. Первоначально планировалось установить стереокамеру с двумя объективами с переменным фокусным расстоянием от 34 до 100 мм, однако NASA в 2007 году отказалась от такого решения. Камеры установлены на мачте на высоте 1,97 м от грунта и разнесены на 24,5 см по горизонтали. Левая камера имеет поле зрения 15 по вертикали и 18 по горизонтали. Правая камера, поле зрения которой равно 5х6°, имеет разрешение 7,5 см на дальности 1 км и 0,15 мм на расстоянии 2 м.
- ChemCam - анализатор элементного состава, установленный на мачте рядом с камерами. Анализатор включает инфракрасный лазер, который излучает импульсы, испаряющие поверхностный слой в выбранной точке образка породы, и спектрометр, позволяющий определять химический состав испаренного вещества.
- ДАН (детектор активный нейтронный) - прибор для определения наличия воды и водородсодержащих минералов в поверхностном слое грунта толщиной 0,5-1,0 м.
- APXS - альфа-рентгеновский спектрометр.
- MAHLI - микроскопическая камера для получения детальных цветных изображений исследуемых образцов грунта. Разрешение камеры при съемке с расстояния 21 мм составляет 14 мкм.
- CheMin - рентгеновский дифракцион-ный анализатор для изучения структуры и состава кристаллических образцов.
- SAM - высокочувствительная аппаратура для поиска органических соединений.
- MARDI - десантная камера для цветной видеосъемки на этапе спуска и посадки. Во время работы на поверхности камера может выполнять съемку грунта под днищем марсохода с разрешением 1,5 мм.
- RAD - радиационный телескоп с детекторами заряженных частиц, нейтронов и гамма-лучей.
- REMS - метеорологический комплекс, включающий датчики скорости и направления ветра, атмосферного давления, температуры и влажности, а также инфракрасный датчик температуры грунта и прибор для измерения ультрафиолетового излучения Солнца.
Масса АМС «MSL» при старте составляла 3 839 кг, в том числе масса перелетной ступени - 539 кг, масса марсохода - 899 кг.
Старт АМС «MSL» состоялся 26.11.11 г. при помощи РН Atlas V (541). 06.08.12 г. АМС «MSL» вошла в атмосферу Марса. Марсоход «Curiosity» совершил посадку в кратере Гейл в точке 4,5895° ю.ш., 137,4417° в.д., с отклонением от расчетной точки 2,5 км. Расчетный эллипс посадки показан на трехмерной карте (рис. 3.96), полученной по данным АМС «Mars Express». Направление посадки - справа налево.
В склонах кратера Гейл марсоход обнаружил осадочные породы и выполнил их анализ. Установлено, что эти осадочные породы являются следами древнего озера, которое существовало приблизительно 3,6 млрд. лет назад и было, вероятно, пресноводным.
Расчетное время работы марсохода «Curiosity» - 1 марсианский год, то есть, 687 земных суток или 669 марсианских суток. За это время марсоход должен пройти около 20 км, приблизившись к своей главной цели - центральному пику кратера Гейл, слоистой горе Шарпа.
На конец марта 2017 года «Curiosity» преодолел путь длиной около 16 км.

2.6.14. Проект «MID-ROVER»
На 2016 и 2018 годы предполагался (по состоянию на 2007 год) запуск на Марс двух мобильных АМС (роверов) среднего класса для детальных геологических исследований в двух районах Марса. Проект закрыт в 2008 году.
2.6.15. Проект АМС «Astrobiology Field Laboratory 2016»
В 2007 году в планах NASA фигурировала доставка на Марс в «окне» 2016 года мобильной астробиологической полевой лаборатории «AFL» («Astrobiology Field Laboratory»), задачей которой должен был стать поиск современной или следов прошлой жизни на Марсе. Проект был закрыт в связи с перенацеливанием NASA на проект доставки марсианского грунта.

Доставка марсианского грунта
В 2003 году сроки американской экспедиции были еще раз изменены: срок первого запуска был переназначен на сентябрь 2020 года с доставкой марсианского грунта на Землю в октябре 2024 года.
В 2008 году NASA приняла решение сосредоточиться на программе доставки марсианского грунта, принеся в жертву проекты таких АМС, как «MSO-2013» и «AFL-2016». Финансовый кризис 2008 года перечеркнул эти планы, и руководство NASA вплоть до 2013 года о доставке марсианского грунта всерьез не говорило.

2.8.4. Проект «Mars Plane Scout»
В 2001 году NASA объявила программу «Mars Competed Scout», в соответствии с которой начиная с 2007 года научное изучение Марса должно выполняться малыми АМС. Отбор проектов проводился по аналогии с программой «Discovery» на конкурсной основе. Один из проектов, «Mars Plane Scout», показан на рис. 3.120.

2.8.5. Проект «ARES»
В 2002 году в рамках программы «Discovery» был проведен отбор проектов для реализации в 2007 году. В числе отбранных для дальнейшего рассмотрения был проект «ARES» (Aerial Regional-scale Environmental Survey).
Авторами проекта предлагалось доставить на Марс самолет «Mars Flyer» (рис. 3.121), который должен с высоты 1,5 км произвести изучение химического состава атмосферы вблизи поверхности и, в частности, измерить концентрацию водяного пара и химически активных соединений.
Самолет доставляется на Марс в спускаемом аппарате в сложенном состоянии. Во время парашютного спуска производится отцепление самолета и развертывание в полетное состояние. Размах крыла самолета 6 м.
Проект выдвигался Исследовательским центром им.Лэнгли.

2.8.6. «Ingenuity» («Mars Helicopter Scout»)
Разработка проекта миниатюрного марсианского вертолета началась в JPL в 2013 году, и первоначально не была ориентирована ни на какой конкретный проект марсианской миссии. В конце 2015 года появилось предложение включить вертолет, получивший название «Mars Helicopter Scout» («Марсианский вертолет-разведчик»), в состав марсианского проекта «SER 2020». По первоначальному замыслу, вертолет должен разведывать оптимальный путь для марсохода.
Масса вертолета около 1,8 кг. Корпус вертолета имеет форму куба со стороной около 14 см. «Helicopter Scout» будет иметь два соосных винта диаметром 1,1 м, вращающихся в разные стороны со скоростью около 3 000 оборотов в минуту. Электродвигатель вертолета мощностью 220 Вт будет работать от литий-ионного аккумулятора, подзаряжаемого от солнечной батареи. Этот же аккумулятор будет подогревать аппарат марсианской ночью, чтобы избежать переохлаждения механизма.
Основная полезная нагрузка вертолета - цветная видеокамера с высоким разрешением. Вертолет должен выполнять рекогносцировку расчетной трассы движения марсохода, обнаруживая возможные препятствия и выявляя точки, интересные для исследования.
После посадки АМС «SER 2020» на Марс, вертолет будет перенесен манипулятором на поверхность, и его собственная программа испытаний начнется только после того, как марсоход отойдет на безопасное расстояние. Испытания вертолета продлятся 30 дней. На первом этапе он будет подниматься на высоту несколько метров и зависать на 30 секунд. Затем на высоту в несколько сотен метров с длительностью полета 90 секунд. Предполагалось, что вертолет будет совершать редкие полеты, суммарной длительностью 2-3 минуты в сутки.
В процессе подготовки к началу миссии конструкция вертолета и программа его использования были уточнены. Так, по информации, опубликованной в марте 2019 года, размеры корпуса вертолета уменьшены до 10 см¹, а диаметр винтов увеличен до 1,2 м, скорость вращения винтов уменьшена до 2 400 об/мин. Уточненная базовая программа использования вертолета предусматривает всего пять полетов на высоту до 5 м, длительность каждого полета - не более 90 секунд.
¹ По информации от июня 2020 года - 20 х 16 х 14 см.
В апреле 2020 года вертолету было присвоено название «Ingenuity» («Находчивость»).

2.12. Программа «Mars Scout»
2.12.1. Программа «Mars Competed Scout 2007», этап 1
В 2001 году NASA объявила программу «Mars Competed Scout», в соответствии с которой начиная с 2007 года научное изучение Марса должно выполняться малыми АМС. Отбор проектов проводился по аналогии с программой «Discovery» на конкурсной основе. Один из проектов показан на рис. 3.136.
На начальном этапе было отобрано 10 проектов:
- SCIM (Sample Collection for Investigation of Mars - cбор образцов для исследования Марса) сбор атмосферной пыли и газа с помощью аэрогеля с последующей доставкой на Землю по «траектории свободного возвращения».
- Kitty-Hawk - доставка на Марс трех планеров для изучения состава и стратиграфии (последовательности формирования горных пород) стен долины Маринер в местах,
недоступных для спутников и наземных аппаратов.
- Urey - проект вездехода с оборудованием, позволяющим определять абсолютный возраст геологических материалов на любой планете.
- МАСО (Mars Atmospheric Constellation Observatory - Марсианская Атмосферная Звездная Обсерватория) - сеть микроспутников, предназначенных для создания трехмерной карты атмосферы планеты.
- Artemis - запуск трех микровездеходов для изучения поверхности и климата Марса, а также для поиска органических материалов.
- МЕО (Mars Environmental Observer - Исследователь Окружающей Среды Марса) - научный спутник для изучения основных этапов гидрологического цикла.
- Pascal - сеть из 24 метеорологических станций на поверхности Марса для мониторинга влажности, температуры, давления и других параметров в течение двух лет.
- MSR (Mars Scout Radar - Марсианский Разведывательный Радар) - спутник Марса, оборудованный радаром с синтезированной апертурой для создания геоморфологической карты поверхности и подповерхностного слоя глубиной до трех метров, для поиска скрытых источников воды и других подобных исследований.
- The Naiades - доставка четырех посадочных модулей для поисков жидкой воды в нижнем горизонте почвы с помощью низкочастотного эхолокатора.
- CryoScout - АМС для глубинного исследования состава льда в марсианских ледяных шапках. АМС должна расплавлять лед и погрузиться, таким образом, на глубину 10-100 м.

2.12.2. Программа «Mars Competed Scout 2007», этап 2
Отбор предложений для реализации в 2007 году был повторен в 2002 году. В конце года для дальнейшего изучения было выбрано четыре проекта :
- SCIM (Sample Collection for the Investigation of Mars) - сбор образцов пыли для исследования Марса. Предлагался ранее в 2001 году;
- ARES (Aerial Regional-scale Environmental Survey) - воздушный обзор региона Марса;
- Phoenix - проведение химического и геологического анализа грунта на небольшой глубине, поиск органики, подпочвенного льда и изучение климатической истории Марса;
- MARVEL (MARs Volcanic Emission and Life scout) - поиск вулканической деятельности и признаков жизни.

В августе 2003 года из четырех проектов был выбран проект «Phoenix».

2.12.2.1. АМС «Phoenix»
АМС «Phoenix» («Феникс») стала первой в серии малых АМС «Scout». В соответствии с проектом на Марс был доставлен посадочный аппарат с комплексом научного оборудования. Для разработки программы исследования и научного оборудования этой АМС NASA выбрала Аризонский унивеситет. В разработке приняли участие и другие университеты США. Общее руководство программой «Phoenix» осуществляла JPL.
Изготовление АМС «Phoenix» осуществлено путем доработки АМС «Mars Surveyor 2001 Lander», изготовленной фирмой Lockheed Martin для запуска в 2001 году. Запуск был отменен после неудачной посадки АМС «Mars Polar Lander», и готовая АМС «Mars Surveyor 2001 Lander» была помещена на хранение.
После утверждения программы «Phoenix» АМС «Mars Surveyor 2001 Lander» была расконсервирована и в значительной мере доработатна во избежание повтора ситуации с АМС «Mars Polar Lander».
АМС «Phoenix» состоит из посадочного модуля и небольшой перелетной ступени. В свою очередь, посадочная ступень состоит из посадочного аппарата и модуля служебной аппаратуры, защищенных снизу сбрасываемым лобовым аэродинамическим экраном, а сверху - коническим хвостовым обтекателем. Масса хвостового обтекателя 110 кг, лобового экрана 62 кг.
АМС в сборе имеет высоту 1,74 м, диаметр 2,64 м. На перелетной ступени размещены панели солнечных батарей размахом 3,6 м. На посадочном аппарате находятся 20 гидразиновых однокомпонентных ЖРД, из них 12 - тормозных, тягой по 30 кгс, 4 - двигатели коррекции, тягой по 1,59 кгс, и 4 - ориентации и стабилизации, тягой по 0,45 кгс. Для работы ЖРД коррекции, ориентации и стабилизации в конусе хвостового обтекателя предусмотрены отверстия.
Масса АМС в сборе - 664 кг, в т.ч. перелетная ступень - 82 кг.

Перед входом в атмосферу Марса перелетная ступень отбрасывается. Посадочный аппарат входит в атмосферу Марса со скоростью 5,7 км/с. Аэродинамическое торможение происходит до высоты 11 км, на которой вводится в действие парашютная система и сбрасывается лобовой экран. На высоте 880 м включаются тормозные ЖРД, которые работают в импульсном режиме и обеспечивают касание посадочного аппарата с грунтом на скорости не более 2,4 м/с.
Корпус посадочного аппарата имеет плоскую круглую форму. Диаметр корпуса - 1,5 м. К корпусу крепится трехопорное шасси, метеомачта и две откидные десятиугольные панели солнечных батарей размахом 5,52 м и общей площадью 4,2 м². Высота аппарата от опор до верхушки метеомачты - 2,2 м.
Максимальная мощность солнечных батарей составляет 770 Вт. Для работы аппаратуры во время марсианской ночи, а также сразу после посадки до развертывания солнечных батарей, на посадочном аппарате имеются литиево-ионные батареи емкостью 25 А-час.
Масса посадочного аппарата 410 кг, в.т.ч. 59 кг научной аппаратуры и 67 кг топливо двигательной установки.
Главные задачи АМС «Phoenix»:
- изучение геологической истории существования воды на Марсе, что является ключевым вопросом в загадке глобального изменения марсианского климата;
- поиск подпочвенного водяного льда;
- поиск подтверждения о наличии на Марсе зон, пригодных для существования жизни.
Состав научных приборов, устанавливаемых на АМС:
- MARDI (Mars Descent Imager) - посадочная телекамера;
- SSI (Stereo Imager) - панорамная стереокамера;
- TEGA (Thermal Evolved Gas Analyzer) - тепловой газовый анализатор
- RA (Robot Arm) - манипулятор длиной 2,35 м, способный прокапывать канавы глубиной до 0,5 м;
- RAC (Robot Arm Camera) - установленная на манипуляторе камера;
- MET (Meteorology Suite) - метеорологическая подсистема;
- MECA (Mars Environmental Compatibility Assessment) - прибор для оценки условий окружающей среды и входящие в него приборы:
- микроскопы;
- электро- и термодатчики;
- химическая лаборатория для анализа образцов грунта.


Запуск АМС «Phoenix» произведен 04.08.07 г. с помощью РН Delta 7925-9.5. Посадка АМС на Марс в районе границы полярной шапки произошла 25.05.08 г. Координаты места посадки - 68,22°с.ш., 125,75°з.д.
Работа посадочного аппарата АМС «Phoenix» была рассчитана на 90 марсианских суток (92 земных), но фактически продолжалась более пяти месяцев. К концу этого периода в связи с наступлением полярной осени высота подъема Солнца над горизонтом значительно уменьшилась, что привело к падению уровня вырабатываемой электроэнергии. Работа аппаратуры была прекращена 02.11.08 г. из-за резкого падения тока, поступающего от солнечных батарей в условиях пылевой бури. После окончания марсианской зимы - в январе, феврале, апреле и мае 2010 года специалисты NASA пытались установить связь с АМС, в надежде, что «Phoenix» смог перенести зиму без повреждений, но безрезультатно. 24.05.10 г. NASA официально признала АМС «Phoenix» погибшей.
Одним из важнейших результатов работы АМС «Phoenix» явилось обнаружение в районе посадки водяного льда под слоем грунта в несколько сантиметров. Были получены ценные результаты метеонаблюдений и по анализу образцов грунта.

2.12.2.2. Проект SCIM
Проект SCIM (Sample Collection for the Investigation of Mars) выдвинут Университетом г.Темпе (Аризона). Проект предусматривал создание АМС для захвата образцов марсианской пыли при пролете через атмосферу Марса. АМС должна пролететь по гиперболической траектории на высоте 37 км над поверхностью Марса со скоростью 6,2 км/с. По расчетам, за одну минуту пролета должно быть собрано с помощью аэрогелевой ловушки не менее 1 000 пылинок размером 10 микрон и более. Траектория пролета рассчитывается таким образом, чтобы после пролета АМС оказалась на траектории возвращения на Землю без дополнительного разгона. Анализ захваченных пылинок должен обеспечить понимание химии Марса, его поверхности, атмосферы, эволюции и возможной биологической активности.
Проект SCIM дважды выдвигался на конкурс (в 2001 и 2002 г.г.), но не был принят NASA.


2.12.2.3. Проект MARVEL
Задачей проекта MARVEL (Mars Volcanic Emission and Life Scout) являлся глобальный обзор фотохимии марсианской атмосферы с поиском линий излучения, которые могут быть связаны либо с активным вулканизмом, либо с микробиологической активностью. Кроме того, предполагалось проследить за сезонными изменениями состояния воды в атмосфере. Исследования должны были проводиться с орбитальной АМС, оснащенной следующими приборами:
- инфракрасный спектрометр солнечного излучения, проходящего через атмосферу;
- субмиллиметровым спектрометром для поиска местных концентраций водяного пара
или пыли;
- камерой MICA для съемки облачного фона.
Проект на конкурс программы «Scout» был выдвинут JPL.

2.12.3. Программа «Mars Scouts 2011»
В планах NASA 2002 года в рамках программы «Scout» на «окно» 2011 года был предусмотрен запуск к Марсу АМС для доставки небольшого марсохода. Выбор научных задач для проекта планировалось выполнить по конкурсу. В дальнейшем планы изменились.
В 2006 году NASA запросила предложения на использование марсианского «окна» 2011 - начала 2012 года. Было подано 26 предложений, из которых было выбрано два: MAVEN (Mars Athmosphere and Volative Evolution) и TGE (The Grand Escape). Оба проекта предусматривали создание АМС для изучения эволюции марсианской атмосферы.
В сентябре 2008 года было объявлено, что NASA выбрала победителем проект MAVEN со сроком запуска к Марсу 2013 год.

2.12.3.1. АМС «MAVEN»
В соответствии с проектом MAVEN (Mars Athmosphere and Volative Evolution - Эволюция атмосферы и летучих веществ на Марсе) для детального изучения процессов, происходящих в атмосфере Марса, построена и запущена АМС «MAVEN». Разработку и изготовление АМС выполнила компания Lockheed Martin.
АМС «MAVEN» разработана на основе АМС «Mars Reconnaissans Orbiter» и «Juno». Несущая конструкция АМС представляет собой две квадратные сотовые панели со стороной 2,4 м и толщиной 38 мм, между которыми находятся опорный цилиндр и вспомогательные боковые панели. Внутри цилиндра расположен топливный бак емкостью 1 700 л.
Маршевая ДУ, состоящая из шести ЖРД MR-107N, установлена с помощью крепежной рамы на задней сотовой панели. Двигатели маршевой ДУ работают на гидразине и имеют регулируемую тягу в пределах от 11,1 до 30,2 кгс. Система ориентации и стабилизации имеет шесть ЖРД MR-106E тягой по 2,25 кгс и восемь ЖРД MR-103D тягой по 0,1 кгс.
АМС имеет четыре панели солнечных батарей общей площадью 12 м², вырабатывающих мощность от 1 135 Вт в афелии орбиты Марса до 1 700 Вт в перигелии Марса.
На борту АМС установлено восемь научных приборов:
- SWEA - анализатор электронов солнечного ветра;
- SWIA - анализатор ионов солнечного ветра;
- STATIC - анализатор состава промежуточных и тепловых ионов;
- SEP - регистратор энергичных солнечных частиц;
- LPW - зонды Лэнгмюра (2 шт.);
- MAG - магнитометры (2 шт.);
- IUVS - видовой ультрафиолетовый спектрометр;
- NGIMS - масс-спектрометр нейтральных газов и ионов.
В состав оборудования АМС также входит ретрансляционный комплекс для работы с АМС «Opportunity» и «Curiosity» находящимися на поверхности Марса, а также с другими АМС, доставка которых планировалась в последующие годы.
Размер АМС с раскрытыми солнечными батареями - 11,43 м при высоте 3,47 м и продольном размере 2,29 м.
Начальная масса АМС 2 550 кг, в том числе 1 640 кг топлива, 65 кг научного оборудования. Масса ретрансляционного комплекса - 6,5 кг.
АМС «MAVEN» была запущена 18.11.13 г. с помощью РН Atlas V. 22.09.14 г. АМС вышла на эллиптическую орбиту спутника Марса высотой 150 х 6 000 км. Затем был осуществлен переход на рабочую орбиту высотой 125 х 6 220 км и наклонением 75 град. Период обращения АМС по этой орбите - 4,5 часа.
Расчетный срок работы АМС по научной программе - 1 год, с октября 2014 года по октябрь 2015 года. Работа в качестве ретранслятора планируется до 2023 года.

2.13. «Mars Lander Network»
2.13.1. Программа «MESUR Network»
В 1991 году NASA приступила к разработке программы исследования объектов Солнечной системы недорогими АМС. Одним из пунктов этой программы, получившей название «Discovery»1, была программа «MESUR» (Mars Environment SURvey - изучение окружающих условий на Марсе), которая предусматривала доставку на Марс нескольких максимально простых дешевых АМС.
В 1992 году был сформулирован предварительный план, в соответствии с которым предлагалось запустить 16 АМС, проектная масса которых не превысит 143 кг, а размеры не более 2 м. Первые четыре АМС при условии начала финансирования в 1996 году могли бы быть запущены одной РН Delta в январе 1999 года. Планировалось, что АМС достигнут Марса в декабре 1999 года и выполнят мягкую посадку на поверхность. В апреле 2001 года должны быть запущены еще четыре АМС, а в мае 2003 года двумя РН еще восемь АМС. Кроме того, в 2001 году должна быть запущена и выведена на ареоцентрическую орбиту АМС-ретранслятор, которая будет принимать от наземных АМС информацию и передавать ее на Землю. Сеть из 16 АМС на поверхности Марса должна функционировать до 2005 года. Проект комплекса АМС получил название «MESUR Network».

2.13.2. Проект «Mars Long Lived Lander Network»
В начале 2000-х годов NASA вновь вернулась к рассмотрению идеи создания сети АМС на поверхности Марса. Новый предложеный проект предусматривал создание на Марсе сети посадочных АМС, рассчитанных на длительный период работы. Реализация проекта была запланирована на 2014 год, но уже в 2007 году срок запуска отодвинулся на 2016 год (при условии переноса запуска АМС «AFL» на 2018 год). Проект закрыт в 2008 году.

2.14. АМС «InSight»
Проект АМС «InSight» (INterior exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport - Изучение недр с использованием сейсмических исследований, геодезии и теплообмена) был под названием «GEMS» (GEophysical Monitoring Station - Станция геофизического мониторинга) выдвинут Лабораторией Реактивного Движения (JPL) на конкурс Discovery и в 2012 году стал победителем этого конкурса. Тогда же по требованию NASA у проекта было изменено название.

2.14.1. АМС «InSight»
АМС «InSight» создана на базе конструкции АМС «Phoenix». АМС оснащена манипулятором для размещения аппаратуры непосредственно на поверхности грунта. В составе научных приборов:
- шестикомпонентный сейсмометр SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure);
- бур с комплектом термодатчиков HP3 (Heat Flow and Physical Properties Package), рассчитанный на глубину бурения скважины до 5 м;
- аппаратура для точного определения динамики и параметров вращения Марса RISE (Rotation and Interior Structure Experiment);
- лазерный отражатель LaRRI (Laser RetroReflector for InSight).
Масса научной аппаратуры около 50 кг.
Основные научные задачи, котрые должны решаться с помощью аппаратуры АМС «InSight»:
- определение размера, состава и физического состояния ядра Марса;
- определение толщины и структуры марсианских коры и мантии;
- оценка теплового состояния недр планеты;
- измерение уровня и географическая локализация сейсмической активности;
- оценка уровня ударного воздействия метеоритов на поверхность Марса.
Конструктивно АМС состоит из перелетного блока и посадочного аппарата, заключенного в кожух биконической формы. Общая масса АМС составляет 654 кг, в том числе:
- перелетный блок - 79 кг;
- топливо и сжатый газ - 67 кг;
- защитный кожух - 189 кг;
- посадочный аппарат - 358 кг.
В полетном состоянии АМС имеет диаметр 2,64 м и высоту 1,76 м. На перелетном блоке диаметром 0,95 м установлены две панели солнечных батарей, размах которых составляет 3,4 м.
Двигательная установка АМС состоит из 20 ЖРД, работающих на однокомпонентном топливе - гидразине. В состав ДУ входят четыре ЖРД коррекции траектории тягой по 2,27 кгс, четыре ЖРД ориентации и стабилизации тягой по 0,45 кгс, и шесть пар посадочных ЖРД тягой по 22,7 кгс каждый.
Посадка АМС выполняется аналогично посадке АМС «Phoenix». Вход в атмосферу Марса происходит со скоростью 5,9 км/с на высоте 128 км, через несколько минут после отделения перелетного блока. На высоте 12 км при скорости 415 м/с вводится в действие парашютная система и отбрасывается тормозной щит (нижняя половина защитного кожуха). По сигналу радара на высоте 1 100 м отстреливается парашют с верхней половиной кожуха, скорость движения посадочного аппарата в этот момент составляет 60 м/с. Дальнейшее торможение выполняется с помощью 12 посадочных ЖРД. Расчетное время снижения с работающими ЖРД - 43 секунды. Посадочная скорость - 2,4 м/с. Энергопитание аппаратуры на этапе посадки обеспечивают два литий-ионных аккумулятора емкостью по 25 А.ч.
Корпус посадочного аппарата диаметром 1,56 м опирается на трехопорное шасси. Высота от основания опор 1,08 м. После посадки разворачиваются две круглых панели солнечных батарей диаметром по 2,15 м, вырабатывающими в ясную погоду мощность 600-700 Вт, а при сильной запыленности атмосферы - 200-300 Вт. Полный поперечный размер АМС в развернутом состоянии равен 6,0 м. АМС оснащена манипулятором длиной 2,4 м.
Запуск АМС «InSight» планировался на март 2016 года, а посадка на Марс - на 28.09.16 г. В декабре 2015 года было принято решение о переносе запуска на следующее «окно» - на 2018 год, в связи с технической неготовностью главного прибора АМС - сейсмометра изготовления CNES (Франция).
Запуск АМС «InSight» произведен 05.05.2018 г. ракетой-носителем Atlas-5/401. Посадка произведена 26.11.2018 г. в районе нагорья Элизий в точке с координатами 4,5° с.ш., 135,9° в.д.
Расчетная длительность работы АМС «InSight» на поверхности Марса - два земных года.


Бурение на глубину 5 м не удалось выполнить, т.к. бур на глубине 30 см прекратил погружение. Было выдвинуто предположение о недостаточном трении бура, которое, по расчетам, должно было тормозить обратный ход бура. Возможной причиной малого трения называлась неожиданно большая сыпучесть грунта. Попытки придавить бур манипулятором, чтобы заблокировать обратное движение бура, также не привели к успеху. В начале 2021 года NASA приняла решение прекратить попытки добиться более глубокого погружения бура.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕНЕРЫ
3.4.6. Проект «SAGE»
Проект «SAGE» (Surface and Atmosphere Geochemical Explorer - «Исследователь поверхности и геохимии атмосферы») был выдвинут на конкурс по программе «New Frontiers» в 2009 году. Проект предусматривал создание АМС для посадки на Венеру. АМС должна выполнить комплекс исследований как во время спуска в атмосфере Венеры, так и на поверхности, в том числе с механическими опытами над образцами грунта. Проект был выбран для второго этапа конкурса.

3.5.3. Проект «MuSAR»
В августе 2010 года между NASA и ISA (Israel Space Agency) в рамках американо-израильского сотрудничества обсуждался проект АМС «MuSAR» для радиолокационного картографирования Венеры с разрешением от 10 до 1 м. В АМС предполагалось использовать технологию дистанционного зондирования, применяемую Израилем в спутниках TecSAR.

ПОЛЕТЫ К ВНЕШНИМ ПЛАНЕТАМ
5.11. Программа «Prometheus»
Программа «Prometheus», объявленная в 2003 году, имела следующие цели:
- разработка ядерных источников энергии большой мощности для обеспечения пилотируемых планетных баз, в первую очередь лунных;
- создание ядерных ракетных двигателей для верхних ступеней РН большой грузоподъемности;
- разработка ядерных электрореактивных ДУ для АМС, предназначенных для полетов к внешним планетам и их спутникам.
Первым этапом программы должно было стать создание АМС с ядерным реактором, обеспечивающим энергией электрореактивную ДУ.

5.11.1. АМС «Prometheus 1»
Экспериментальная АМС с электрореактивной двигательной установкой для испытаний и летной отработки ядерного реактора. Полет АМС должен был продолжаться три года с последовательным пролетом Луны, Марса и одного из астероидов или кометы. Планировавшийся срок запуска АМС - 2014 год.
Проект не был утвержден.

5.11.2. АМС «JIMO»
Вторая тяжелая АМС («Prometheus 2»), разрабатывавшаяся по проекту Prometheus, получила наименование «JIMO» («Jupiter Icy Moons Orbiter»).
Задачей АМС являлось исследование трех спутников Юпитера - Европы, Ганимеда и Каллисто, которые могут иметь под ледяной поверхностью незамерзшие океаны и, возможно, условия, пригодные для существования жизни. Состав аппаратуры должен был определяться на конкурсной основе. Наиболее вероятным считалась установка радиолокатора для измерения толщины льда, лазерного альтиметра для топографического картирования и телекамер для съемки в видимом и инфракрасном диапазонах. Ожидалось, что вся поверхность Ганимеда, Каллисто и половина поверхности Европы будут засняты с разрешением 10 м.
По данным 2005 года, АМС должна была состоять из двух блоков, каждый из которых планировалось выводить на орбиту ИСЗ РН Delta IV Heavy. На орбите высотой 1 000 км блоки должны были стыковаться, образуя полетную конфигурацию АМС. Дальше полет планировалось выполнять с постоянным разгоном электрореактивным двигателем, питающимся от ядерного реактора. Захват АМС «JIMO» гравитационным полем Юпитера должен был произойти на 1041-й день полета. На 1210-й день полета АМС должна была выйти на орбиту спутника Каллисто. Выполнив цикл исследований, АМС должна была последовательно перейти на орбиты спутников Ганимеда и Европы.
Расчетный срок активного существования АМС 10-15 лет. При запланированном начале работ в 2004 году запуск планировалось произвести в 2011 году. В начале 2005 года запуск был перенесен на 2017 год по финансовым соображениям.
В мае 2005 года руководство NASA заявило о закрытии проекта «Prometheus». Причиной, вероятно, послужило желание NASA высвободить средства на ускорение работ по программе возобновления пилотируемых полетов на Луну (программа «Constellation»).

5.11.3. АМС «NOP»
В середине 2004 года компания Boeing по контракту NASA в рамках программы «Prometeus» начала научно-исследовательские работы по проекту АМС «NOP» («Neptune Orbiter with Probes»). Проект предусматривает вывод АМС, которая должна была стать третьей АМС проекта «Prometeus», на полярную орбиту спутника Нептуна и сброс зондов в атмосферу. АМС должна иметь ядерно-электрическую двигательную установку.
Запуск АМС «NOP» планируется на 2023 год.

5.12. Проект «Juno»
Проект АМС «Juno» является доработанной версией проекта «JPOP» («Jupiter Polar Orbiter with Probes»), который, в свою очередь, появился, как синтез нескольких проектов научных миссий - «INSIDE Jupiter», «JASSI», «Jupiter Polar Orbiter».

5.12.2. Проект «JASSI»
В 2001 году JPL предложила выполнить просвечивание атмосферы Юпитера многоканальным микроволновым радиометром с пролетной траектории. Этот проект получил условное наименование «JASSI» («Jupiter Atmospheric Sounding and Sensing of the Interior»). Планировалось, что просвечивание позволит получить информацию об атмосфере Юпитера до глубины, где давление составляет 500 атм.

5.12.3. Проект «Jupiter Polar Orbiter»
В 2002 году Университетом Колорадо была предложена миссия с условным названием «Jupiter Polar Orbiter» для иcследования магнитосферы Юпитера с полярной орбиты.

5.12.4. Проект «JPOP»
В 2004 году три проекта («INSIDE Jupiter», «JASSI» и «Jupiter Polar Orbiter») были объединены в единый проект «JPOP» («Jupiter Polar Orbiter with Probes»), который был выдвинут на конкурс NASA по программе New Frontiers. Кроме исследований с орбиты, было предусмотрено прямое зондирование атмосферы Юпитера с помощью сбрасываемых зондов. По состоянию на 2003 год запуск АМС предполагался в 2016 году.
Проект прошел первый этап конкурса и вместе с проектом «MoonRise» (доставка лунного грунта) был направлен для дальнейшего рассмотрения. В процессе обсуждения проект был доработан, в частности, было принято решение отказаться от атмосферных зондов. В июне 2005 года проект АМС, названной «Juno», был утвержден к реализации.

5.12.5. АМС «JUNO»
АМС для исследования Юпитера с полярной орбиты.
Основные задачи:
- исследование возможного существования ледяного ядра Юпитера;
- определение количества воды и аммиака в атмосфере Юпитера;
- изучение атмосферных процессов на Юпитере;
- изучение магнитного поля Юпитера;
- исследование полярных областей магнитосферы.
Корпус АМС представляет собой шестигранную призму высотой 3,5 м, максимальный поперечный размер - около 6,5 м. Масса АМС - 3 625 кг, в т.ч. 2 032 кг - топливо (гидразин и тетраоксид азота). Двигательная установка АМС состоит из маршевого ЖРД тягой 66 кгс и 12 однокомпонентных двигателей ориентации. АМС «Juno» стабилизируется вращением со скоростью 1 об/мин при перелете и 2 об/мин на орбите Юпитера. При проведении коррекций траектории скорость вращения увеличивается до 5 об/мин. для лучшей стабилизации во время выдачи корректирующего импульса. Для энергопитания предусмотрено использование солнечных батарей и литий-ионных аккумуляторов. АМС имеет три панели солнечных батарей размерами 2,65 х 9 м. Общая площадь СБ - 60 м². Мощность СБ на орбите Земли составляет 14 кВт, а на орбите Юпитера - только 486 Вт.
АМС изготовлена фирмой Lockheed Martin.
В состав научной аппаратуры АМС входят следующие приборы:
- MAG (MAGnetometer) - магнитометр;
- MWR (MicroWave Radiometer) - микроволновый радиометр;
- GS (Gravity Science) - передатчики X- и Ka-диапазона для измерения гравитационного поля Юпитера методом измерения допплеровского сдвига частот;
- JEDI (Jupiter Energetic-particle Detector Instrument) - детектор частиц высоких энергий;
- JADE (Jovian Auroral Distributions Experiment) - аппаратура для для изучения распределения заряженных частиц в ионосфере;
- UVS - ультрафиолетовый спектрограф;
- RPW (Radio and Plasma Waves) - детектор радио и плазменных волн;
- JIRAM (Juno Infra-Red Auroral Mapper) - инфракрасная камера для изучения полярных сияний;
- VC (Visible-spectrum Camera) - камера видимого диапазона.
Видеокамера VC передавала цветные изображения атмосферы Юпитера размером 1 200 х1 600 пикселов с разрешением 25 км/пикс.
Для защиты бортовой электроники от воздействия мощных радиационных поясов Юпитера основная часть приборов была смонтирована внутри радиационно-защитного отсека. Этот отсек представляет собой титановый куб с толщиной стенок около 1 см.
АМС была рассчитана на шесть лет работы: пять лет - перелет до Юпитера, и один год на орбите спутника Юпитера. В связи с тем, что энергопитание обеспечивали солнечные батареи, а не радиоизотопный источник, работа АМС происходила в виде сеансов, время между которыми использовалось для зарядки аккумуляторов. Орбита для АМС была выбрана таким образом, чтобы основное время АМС находилась выше радиационных поясов Юпитера. Однако, даже остававшегося малого времени пребывания внутри радиационных поясов было достаточно для сокращения срока работоспособности аппаратуры, даже размещенной в радиационно-защитном отсеке. Именно поэтому расчетная длительность активного пребывания АМС на орбите была ограничена одним годом. Научная программа работы АМС на орбите спутника Юпитера была рассчитана на 37 витков, без возможности ее продления. Такое решение было продиктовано опасностью неожиданного отказа бортовой электроники и возможным последующим неконтролируемым падением нестерилизованной АМС на один из спутников Юпитера.
Первоначально планировалось осуществить запуск 09.06.09 г., фактически же АМС была запущена ракетой-носителем Atlas V только 05.08.11 г. Перенос срока объяснялся форс-мажорными обстоятельствами - землетрясение на севере Италии нарушило работу предприятия, изготавливавшего часть оборудования для АМС.
После двух лет полета по гелиоцентрической орбите, 09.10.13 г. АМС «Juno» сблизилась с Землей до расстояния 559 км и, выполнив гравитационный маневр, перешла на траекторию полета к Юпитеру.
05.07.16 г. АМС была выведена на начальную эллиптическую орбиту спутника Юпитера высотой 4 700 х 8 000 000 км, наклонением 89,8 град. и с периодом 53с 10ч 03м. 19.10.16 г. АМС должна была быть переведена на низкую рабочую орбиту с периодом обращения 13с 23ч 41м, но из-за сбоев в работе бортовой аппаратуры перевод был отложен. В феврале 2017 года NASA сообщила об отказе от снижения орбиты в связи с выявленными неисправностями в двигательной установке. Было решено, что АМС останется на высокой орбите до окончания миссии.
По штатному графику работы после года работы на орбите спутника Юпитера АМС «Juno» должна была быть сведена с орбиты и упасть на Юпитер, однако в июне 2018 года было объявлено, что работа АМС на высокой орбите продлена до 2021 года.
АМС «Juno» - девятая АМС, изучавшая Юпитер с близкого расстояния, и второй искусственный спутник этой планеты. До этого вблизи Юпитера побывали:
- Pioneer-10 (США), пролет 04.12.73 г. на расстоянии¹ 131 358 км;
- Pioneer-11 (США), пролет 03.12.74 г. на расстоянии 42 450 км;
- Voyager-1 (США), пролет 05.03.79 г. на расстоянии 277 600 км;
- Voyager-2 (США), пролет 09.07.79 г. на расстоянии 650 300 км;
- Ulisses (ESA), гравитационный маневр 08.02.92 г. на расстоянии 376 000 км;
- Galileo (США), на орбите спутника 07.12.95 г. - 21.09.03 г., минимальная высота 214 569 км;
- Cassini (США), пролет 30.12.00 г. на расстоянии 9 700 000 км;
- New Horizons (США), пролет 28.02.07 г. на расстоянии 2 304 537 км.
¹ Нижеприведенные расстояния пролета - высота над облачным покровом Юпитера.


5.14.5. Проект «Europa Geophysical Explorer»
В 2005 году NASA изучала проект АМС «Europa Geophysical Explorer», сходный по задачам с проектом АМС «Europa Orbiter», но выполняемый с учетом прогресса в области технологий. Финансирования на реализацию проекта не было выделено.

5.14.6. Проект АМС «Europa Explorer»
В 2007 году JPL предложила проект АМС «Europa Explorer». Проект предусматривал создание АМС для выведения на орбиту спутника Европы. В связи с высоким уровнем радиационного излучения около Европы, гарантированный срок работы АМС оценивался в три месяца, а также еще 135 суток с вероятностью 50%. Двигательная установка АМС использовала ЖРД на химическом топливе. Энергопитание бортового оборудования обеспечивали радиоизотопные генераторы.
Рассматривалось несколько вариантов конфигурации АМС. В одном из них предусматривалась установка 10 научных приборов, при этом стартовая масса АМС составила бы 6 888 кг, что потребовало бы использовать для запуска РН Delta IV Heavy.
В качестве основного был выбран вариант АМС массой 4 930 кг (в т.ч. 2 952 кг топлива), запускаемой РН Atlas V, при этом пришлось ограничиться установкой только семи научных инструментов массой 80 кг и посадочного аппарата массой 20 кг.

5.14.7. Проект АМС «Jupiter Europa Orbiter»
В 2008 году JPL совместно с Лабораторией прикладной физики APL Университета Джона Хопкинса на базе проекта АМС «Europa Explorer», добавив задачи по изучению системы Юпитера, предложили проект АМС «JEO» («Jupiter Europa Orbiter»). Схема полета предусматривала выход на орбиту вокруг Юпитера с последующими близкими пролетами у спутников Юпитера:
- четыре пролета Ио;
- девять пролетов Каллисто;
- шесть пролетов Ганимеда;
- шесть пролетов Европы.
При запуске в феврале 2020 года ракетой-носителем Arian 5 v.551 АМС «JEO» должна была выполнить три гравитационных маневра - один у Венеры и два у Земли, - и в декабре 2025 года прибыть в систему Юпитера. После выполнения программы пролетов АМС должна была в июле 2028 года выйти на орбиту спутника Европы высотой 200 км с последующим снижением. Работа на орбите спутника Европы должна была закончиться в марте 2029 года. Источником электроэнергии для оборудования АМС должны были быть радиоизотопные генераторы.
Масса научных приборов на АМС - 106 кг.
5.14.8. Проекты EJSM и TSSM
В 2008 году NASA и ESA договорились о совместной работе по проектам исследования дальнего космоса. Было подготовлено два совместных проекта: - EJSM (Europa Jupiter System Mission) и TSSM («Titan Saturn System Mission»).
В соответствии с проектом EJSM предлагалось создать две АМС для исследования крупнейших спутников Юпитера: NASA должна была построить АМС «JEO» («Jupiter Europa Orbiter») для выхода на орбиту вокруг Европы, а ESA - АМС «JGO» («Jupiter Ganymede Orbiter») для выхода на орбиту вокруг спутника Юпитера Ганимеда. Рассматривалось также участие в проекте японского космического агентства JAXA с АМС «JMO» («Jupiter Magnetospheric Orbiter»). АМС должны были быть по отдельности запущены с космодромов ESA и NASA. Прибытие АМС в систему Юпитера планировалось в 2025-2026 году. Расчетное время работы АМС «JEO» на орбите Европы - два месяца.
Проект TSSM предусматривал также создание двух АМС, американской и европейской, для полета в систему Сатурна и исследования спутника Сатурна Титана.
В феврале 2009 года выбор был сделан в пользу проекта EJSM.
В начале 2011 года NASA отказалась от участия в проекте EJSM в связи с сокращением бюджета. ESA продолжила работу над проектом АМС, запускаемой к Ганимеду. Проект АМС «JGO» («Jupiter Ganymede Orbiter») трансформировался в проект «JUICE» («Jupiter Icy Moon Explorer»).



5.14.9. Проект «Europa Mission»
В конце 2011 году NASA, в связи с поступившими оценками ученых приоритетной важности исследования Европы, как возможного места наличия жизни, возобновила работу по проекту АМС для исследования Европы. Было рассмотрено два варианта АМС, предложенных Калифорнийским технологическим институтом: орбитальная и пролетная. По заказу NASA разработчики рассмотрели также возможность оснащения АМС посадочным аппаратом.

5.14.9.1. Орбитальная АМС
Задачей орбитальной АМС являлось проведение геофизических измерений с низкой орбиты (порядка 100 км) с использованием бортового радиокомплекса, лазерного высотомера, магнитометра и картирующей камеры, которая при такой орбите имела разрешение около 100 м.
Масса научного оборудования составляла всего 20 кг, так как постоянное воздействие радиационного облучения требовало значительных весовых затрат для обеспечения защиты приборов. Электропитание обеспечивалось четырьмя высокоэффективными радиоизотопными генераторами ASRG, которые в это время находились в разработке. Поддержание трехосной ориентации АМС обеспечивалось маховиками. Двигательная установка включала двухкомпонентный ЖРД и 16 двигателей малой тяги.
Проектная масса АМС составляла 3 764 кг, в т.ч. 2 466 кг топлива. Запас топлива обеспечивал АМС приращение характеристической скорости, равное 2 400 м/с, в том числе на торможение у Юпитера - 900 м/с и на выход на орбиту спутника Европы - 600 м/с.
Для запуска АМС предполагалось использовать РН Atlas V (551). Старт должен был состояться в ноябре 2021 года. После трех гравитационных маневров (один у Венеры и два у Земли) АМС должна была выполнить полет к Юпитеру и в апреле 2028 года выйти на орбиту спутника Юпитера.

5.14.9.2. Пролетная АМС
Пролетная АМС должна была при сближении с Европой выполнить с помощью проникающего радиолокатора IPR измерения толщины и структуры ледяной коры. АМС также оснащалась коротковолновым ИК-спектрометром SWIRS, масс-спектрометром ионов и нейтральных атомов INMS, а также топографической камерой TI. В части системы энергоснабжения и двигательной установки АМС была аналогична орбитальной АМС. Запас топлива составлял 1 610 кг, что обеспечивало приращение характеристической скорости 1 600 м/с. Суммарный вес научных приборов был равен 85 кг, т.к. пролетная траектория требовала гораздо меньшую радиационную защиту для оборудования. Стартовая масса АМС по проекту равнялась 2 852 кг, что позволяло использовать для запуска РН Atlas V (431).
План полета предусматривал 34 сближения с Европой на расстояния от 2 700 км до 25 км. После выполнения программы научных измерений АМС должна была быть выведена на траекторию столкновения с Ганимедом.
Схема полета и даты старта и выхода на орбиту спутника Юпитера аналогичны варианту орбитальной АМС.
После сравнительного изучения двух предложенных вариантов предпочтение было отдано пролетной АМС, которая получила неофициальное название «Europa Clipper». Этот вариант был рекомендован к реализации.

5.14.9.3. Посадочные аппараты
По заказу NASA было рассмотрено несколько вариантов посадочных модулей, как для жесткой, так и для мягкой посадки на ледяную поверхность Европы. Модули рассчитывались на работу в течение 3-10 земных суток после посадки.
На этом этапе проекты посадочных аппаратов были отклонены NASA из-за их очень высокой стоимости.

ИЗУЧЕНИЕ КОМЕТ
6.16.2. Проект «DeepR» («Deep Impact-2»)
В 2006 году руководителями проекта «Deep Impact» был предложен проект «DeepR» - изготовление и запуск второго экземпляра АМС «Deep Impact» для исследования кометы Чурюмова-Герасименко (67P/Churyumov-Gerasimenko). 29 июля 2015 г. АМС могла бы повторить кометную бомбардировку, направив «снаряд» в ядро кометы со скоростью 10 км/с. Наблюдать за результатами второго «глубокого удара» могли бы в этом случае сразу две АМС: «Rosetta» и «DeepR».
По ряду причин, в том числе в связи с полетом к комете Чурюмова-Герасименко европейской АМС «Rosetta», проект АМС «DeepR» был отклонен.

ИССЛЕДОВАНИЕ АСТЕРОИДОВ
7.7. АМС «Dawn»
Проект «Dawn» («Рассвет») утвержден к разработке по программе «Discovery» в декабре 2001 года.
АМС «Dawn» разрабатывалась для изучения двух крупнейших астероидов - Цереры и Весты.
Корпус АМС имеет прямоугольную форму размером 1,64 х 1,27 х 1,77 м. На корпусе закреплены две панели солнечных батарей с рекордным размахом 19,74 м и площадью 38,2 м², параболический отражатель остронаправленной антенны диаметром 1,52 м, средненаправленная антенна и штанга магнитометра длиной 5 м.
Масса АМС при старте - 1 217,7 кг, в т.ч. запас ксенона - 425 кг, запас гидразина - 45,6 кг.
Двигательная установка АМС состоит из трех электрических ионных двигателей с регулируемой тягой 1,9-9,4 гс при удельном импульсе 3 280 с. Ориентация АМС обеспечивается 12 моногидра-зиновыми двигателями тягой по 0,09 кгс.
Состав научного оборудования АМС:
- две телекамеры FC (Framing Camera);
- картирующий спектрометр VIR (Visible and Infrared Mapping Spectrometer);
- детектор гамма-лучей и нейтронов GRaND (Gamma Ray and Neutron Detector).
Первоначально (начало 2002 года) программа полета выглядела следующим образом:
- 27.05.06 г. - запуск АМС;
- 30.07.10 г. - выход на орбиту спутника Весты;
- 03.07.11 г. - отлет от Весты;
- 20.08.14 г. - выход на орбиту спутника Цереры;
- 26.07.15 г. - отлет от Цереры.
Предполагалось, что после завершения работы около Цереры АМС может продолжить исследования в поясе астероидов.
К 2005 году схема полета была уточнена. Было решено, что запуск АМС будет произведен 17.06.06 г. ракетой-носителем Delta 7925H. АМС «Dawn» после гравитационного маневра около Марса (в феврале 2009 года) сблизится в сентябре 2011 года с астероидом Веста (4 Vesta) и выйдет на орбиту вокруг него. Первый виток должен быть выполнен по орбите высотой 700 км, затем высота будет понижена до 120 км, а возможно и ниже - до 15-75 км. В мае 2012 года АМС должна покинуть Весту и отправиться в путешествие к астероиду номер 1 - к Церере (1 Ceres). Планировалось, что АМС в августе 2015 года выйдет на орбиту вокруг Цереры, сначала на высоте 890 км, затем высота орбиты будет понижена до 140 км. Возможно, минимальная высота орбиты будет еще меньше - 50-75 км. Программа полета должна быть завершена в январе 2016 года.
В сентябре 2005 года работы по проекту «Dawn» были остановлены, но затем, через несколько месяцев, снова возобновлены. Запуск АМС при этом был перенесен на 2007 год.
Запуск АМС «Dawn» состоялся 27.09.07 г. 04.02.09 г. АМС совершила гравитационный маневр при пролете Марса с минимальной высотой 500 км от поверхности. Основная цель маневра - выход из плоскости эклиптики для сближения с астероидом Веста.
16.07.11 г. АМС сблизилась с Вестой и вышла на орбиту вокруг астероида. За более чем годовой период работы около Весты АМС передала около 31 000 снимков поверхности астероида и большое количество результатов измерений, выполненных научной аппаратурой.
05.09.12 г. после завершения запланированного цикла исследований АМС вышла из зоны гравитационного влияния Весты и перешла на траекторию полета к Церере.
Поскольку Веста и Церера имеют разные наклоны плоскостей орбит (7,1 град. - Веста, 10,6 град. - Церера), по программе перелет между астероидами проходил с одним включенным ионным двигателем. 11.09.14 г. из-за сбоя в бортовой электронике двигатель выключился. 15.09.14 г. работоспособность аппаратуры была восстановлена, но из-за случившегося перерыва в работе двигателя траектория подлета к Церере изменилась и была откорректирована. Запланированная и реализованная траектории сближения и выхода на круговую орбиту вокруг астероида показаны на рис. 3.321. 06.03.15 г. АМС «Dawn» была захвачена гравитационным полем Цереры и после полета по сложной траектории с работающим двигателем 23.04.15 г. вышла на расчетную круговую орбиту RC3.


Изучение Цереры планировалось производить с четырех околокруговых орбит, постепенно понижая их высоту. В приводимой ниже таблице показаны основные параметры рабочих орбит.


Для трехосной стабилизации в состав АМС были введены четыре гироскопа, однако, два из них вышли из строя еще при нахождении АМС около Весты, в 2010 и в 2012 годах. Первое время специалисты, управлявшие полетом АМС, использовали для придания станции нужного пространственного положения ЖРД системы ориентации, но это приводило к быстрому расходу гидразина. При работе на орбите Цереры была применена схема, при которой АМС по двум осям стабилизируется с помощью двух гироскопов, оставшихся в рабочем состоянии, а по третьей оси - с помощью ЖРД системы ориентации. Это позволило сущетвенно уменьшить расход гидразина.
23.04.15 г. была достигнута первая «рабочая» орбита (Rotation characterization 3, RC3 - определение параметров вращения) высотой 13 500 км.
06.06.15 г. АМС вышла на вторую «научную» орбиту (Survey) вокруг Цереры, высотой 4 400 км.
Намеченный спуск на третью рабочую орбиту (HAMO) был начат на 20 дней позже из-за сбоя бортовой аппаратуры. После устранения неполадок, 20.07.15 г. АМС начала новое снижение по спирали до высоты круговой орбиты 1 470 км, на которую вышла 13.08.15 г. и на которой находилась почти до конца октября.
23.10.15 г. началось снижение до последней рабочей орбиты высотой 385 км, которой АМС достигла 08.12.15 г. С этой высоты были получены снимки с высоким разрешением (до 35 м на пиксел) и проведены исследования, позволившие, в частности, разгадать тайну белых пятен в кратере Оккатора. Как выяснилось, эти светлые пятна целиком состоят из солей, образующихся с участием воды - соды, карбоната и гидрокарбоната натрия. Полученные результаты наблюдений Цереры позволили пересмотреть представления о гидротермальных процессах в объектах Солнечной системы.
За время работы на низкой орбите (LAMO) вся поверхность Цереры трижды была отснята с высоким разрешением, причем два раза съемки были выполнены под углом, что позволило построить полную трехмерную модель поверхности.
Рассматривался вариант расширения программы полета АМС «Dawn» после завершения исследований Цереры - программа «New Dawn». Предлагалось осуществить перелет АМС к еще одному астероиду. В качестве третьей цели был выбран астероид (145) Адеона, имеющий диаметр около 150 км. Начало спирального разгона для ухода от Цереры должно было произойти в июле 2016 года, а прибытие к Адеоне - в мае 2019 года. АМС должна была бы выйти на орбиту около астероида и отснять всю поверхность с разрешением от 5 км до 200 м, определить состав и возраст поверхностных пород астероида.


После рассмотрения программы «New Dawn» и ее сравнения с первоначальным планом полета, было решено оставить АМС «Dawn» около Цереры, где она будет находиться не менее 50 лет. Срок активной работы АМС по программе истек 30.06.16 г., но по принятому решению АМС «Dawn» будет работать до исчерпания запасов топлива, которое требуется для периодического разворота АМС остронаправленной антенной в сторону Земли. Первое продление научной работы АМС было утверждено на срок с 01.07.16 г. по 30.06.17 г. Продленная программа получила обозначение XMO.
23.04.17 г. остановился третий гироскоп, но ориентацию АМС удалось поддерживать за счет гидразиновых ЖРД.
В июне 2017 года было принято решение о втором продлении программы научной работы АМС «Dawn». В мае 2018 года было принято решение понизить высоту орбиты АМС до 50 км.
Работа с АМС «Dawn» продолжалась до 31.10.2018 года, когда не удалось установить связь, предположительно по причине полной выработки гидразина в системе ориентации, из-за чего АМС оказалась не в состоянии сориентироваться остронаправленной антенной в сторону Земли.




7.10. АМС «OSIRIS-Rex»
7.10.1. Проект OSIRIS
Проект OSIRIS (Origins Spectral Interpretation, Resource Identification and Security) был предложен директором Лунно-планетной лаборатории Университета Аризоны Майклом Дрейком на конкурс малых АМС Discovery в 2006 году.
Главная цель проекта - доставка образца грунта с астероида Бенну 101955 (он же 1999 RQ36), считающегося одним из самых опасных для Земли объектов. Проект предусматривал запуск АМС в сентябре 2011 года, в феврале 2013 года - сближение с астероидом и изучение его в течение 300 суток. Забор грунта (не менее 150 г) должен был быть выполнен с помощью манипулятора. В декабре 2013 года АМС должна была стартовать к Земле. Посадка возвращаемой капсулы в заданном районе Земли планировалась в 2017 году.
Проект OSIRIS был выбран для рассмотрения во втором туре конкурса Discovery, однако, при окончательном рассмотрении был отклонен.

7.10.2. АМС «OSIRIS-REX»
В 2009 году проект под названием OSIRIS-REx (Origins Spectral Interpretation, Resource Identification and Security Regolith EXplorer) был представлен на конкурс по программе дорогостоящих миссий «New Frontiers» и, как и в варианте 2006 года, также прошел во второй тур конкурса. Цель полета осталась прежней - доставка грунта с поверхности астероида астероида Бенну (1999 RQ36, получившего позднее номер 101955). Астероид обращается по гелиоцентрической орбите с параметрами:
- перигелий - 0,897 а.е.
- афелий - 1,355 а.е.
- наклонение к плоскости эклиптики - 6,035°
- период обращения - 436,4 сут.
В 2011 году проект был утвержден и принят к реализации. Разработка и изготовление АМС были поручены компании Lockheed Martin.
Корпус АМС «OSIRIS-REx» имеет прямоугольную форму с размерами 2,4 х 2,4 х 3,4 м. На внешних сторонах размещаются возвращаемая капсула SRC (Sample Return Capsule), манипулятор TAGSAM (Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism), имеющий длину 3,3 м, и пять научных инструментов:
- комплект OCAMS (OSIRIS-REx Camera Suite) из трех камер:
- PolyCam - для детальной съемки поверхности астероида; имеет фокусное расстояние 635 мм, что обеспечивает разрешение до 10'' в поле зрения шириной 0.8°;
- MapCam - для картирования поверхности Бенну с дистанции 5 км.
Поле зрения камеры 4°, угловое разрешение - лучше 1';
- SamCam с полем зрения 21° и разрешением 4' для видеосъемки процесса взятия образцов грунта;
- лазерный альтиметр OLA - для осуществления трехмерной топографической съемки поверхности астероида;
- спектрометр видимого и инфракрасного диапазона OVIRS - для дистанционного получения спектральных данных о составе минералов на поверхности астероида;
- термоэмиссионный спектрометр OTES - для картографирования поверхности в тепловом инфракрасном диапазоне;
- спектрометр REXIS - для исследования поверхностного реголита в рентгеновском диапазоне.
Энергопитание аппаратуры АМС обеспечивается двумя панелями солнечных батарей и литий-ионными аккумуляторами. Общая площадь панелей солнечных батарей составляет 8,2 м², размах в раскрытом состоянии - 6,2 м, вырабатываемая мощность - от 1 226 Вт до 3 000 Вт, в зависимости от расстояния до Солнца. Маршевая ДУ включает четыре ЖРД Aerojet Rocketdyne MR-107S тягой по 20,4 кгс. Для коррекции траектории установлены шесть ЖРД MR-106L тягой по 2,2 кгс, для ориентации АМС - 16 ЖРД MR-111G тягой по 0,46 кгс. Все ЖРД работают на моногидразине. Кроме того, для выполнения сверхточных маневров в ходе сближения с астероидом и взятия пробы АМС оснащена двумя ЖРД MR-401, имеющими тягу по 0,007 кгс.
Стартовая масса АМС - 2 110 кг, сухая масса конструкции - 880 кг.
Возвращаемая капсула по своей конструкции аналогична капсуле АМС «Stardust». Масса капсулы составляет 46 кг. Диаметр капсулы 81 см, полная высота - 50 см.
Запуск АМС «OSIRIS-Rex» осуществлен 08.09.2016 года ракетой-носителем Atlas V (вариант 411) с разгонным блоком Centaur. АМС выведена на гелиоцентрическую орбиту с параметрами:
- перигелий - 0,775 а.е.
- афелий - 1,167 а.е.
- наклонение к плоскости эклиптики - 0,214
- период обращения - 349,7 сут.
Траектория полета АМС «OSIRIS-Rex» предусматривала выполнение гравитационного маневра при пролете Земли через год после старта. Это дало возможность изменить наклонение орбиты АМС на 6° и увеличить гелиоцентрическую скорость.
Операции по сближению АМС с астероидом Бенну начались в августе 2018 года. В связи с малой массой астероида (поперечный размер около 500 м) выход на круговую орбиту вокруг него невозможен, поэтому было запланировано выполнять «сопровождение» астероида, совершая полет рядом с ним на расстоянии в несколько километров и с разницей в скорости не более 0,2-0,3 м/с. 03.12.2018 г. АМС «OSIRIS-Rex» уравняла скорость, сблизившись с астероидом до начального расстояния 19 км.
Планировалось после полугодового изучения астероида с расстояния 4-5 км начать подготовку операции по забору грунта. АМС должна зависнуть на высоте 225 м над выбранной точкой астероида и выполнить съемку с разрешением 2 см. Затем, после изучения снимков, будут проведены две «репетиции» со снижением до 125 м и зависанием. Только после этого должна быть произведена попытка забора грунта.
Посадка АМС на поверхность астероида не предусмотрена, вместо этого АМС должна практически зависнуть над Бенну (скорость сближения - не более 10 см/с) и опустить на него манипулятор TAGSAM. Манипулятор специальным устройством будет прижимать грунтозаборное устройство к поверхности астероида. Контакт, в зависимости от твердости грунта, будет продолжаться от 2 до 20 секунд. Заборное устройство должно с помощью сжатого газа втянуть в специальную капсулу от 60 г до 2 кг материала с поверхности астероида. Для надежного срабатывания заборного устройства необходимо, чтобы контакт длился не менее 5 секунд.
Первые месяцы наблюдений за Бенну принесли неожиданные результаты. Поверхность астероида оказалась гораздо более неровной, чем предполагалось. Из-за большого количества камней реализуемость первоначальной схемы захвата образцов оказалась под вопросом. План сближения и взятия образцов вещества астероида пришлось корректировать.


06.01.2019 г. камера OSIRIS-REx зафиксировала выброс вещества с поверхности астероида. В дальнейшем были зарегистрированы новые выбросы. Наблюдения показали, что бoльшая часть выброшенного вещества навсегда покидает Бенну, но некоторые частицы остаются на его орбите. В целях обеспечения безопасности высота полета АМС была увеличена.
Операция по взятию образцов материала астероида была назначена на 20.10.2020 года. Было предусмотрено, что в случае неудачи забор грунта может быть повторен еще два раза. АМС с высоты постоянного нахождения - около 770 м, - снизилась сначала до высоты 125 м, затем, после зависания и анализа ситуации, до высоты 54 м. После этого было выполнено снижение до касания поверхности астероида грунтозаборным устройством, включение устройства, и отлет. Проверка показала наличие захваченного материала в заборном устройстве, и АМС выполнила отлет от астероида на прежнее расстояния. Весь процесс происходил в автоматическом режиме, под управлением бортового компьютера.
После проверки, подтвердившей успешность операции, захваченный грунт был перемещен в возвращаемую капсулу.
Стартовое окно для обратного полета открывается 03 марта 2021 года. Для перехода на траекторию перелета к Земле для АМС требуется импульс характеристической скорости 328 м/с.
Возвращение на Землю ожидается в 2023 году. Капсула с грунтом должна войти в атмосферу Земли со скоростью 12,4 км/с под углом 8,2 к местному горизонту. Максимальная перегрузка при баллистическом торможении - 32g. На высоте 31 км, когда скорость капсулы будет составлять 1,4 М, раскрывается тормозной парашют. На высоте 3 км раскрывается основной парашют диаметром 8,2 м. Посадка возвращаемой капсулы должна произойти на территории армейского полигона в штате Юта, США.


7.15. Астероиды пояса Койпера
По наблюдениям с Земли и с телескопов, выведенных на орбиты ИСЗ, было обнаружено, что за орбитой Нептуна (и Плутона, который ранее также считался планетой) на гелиоцентрических орбитах находится огромное количество объектов. Размеры некоторых были сопоставимы с размером Плутона (например, Эрида), что и послужило дополнительным2 аргументом для перевода Плутона в разряд карликовых планет. Совокупность этих объектов назвали поясом Койпера в честь американского астронома Джерарда Койпера (Gerard Peter Kuiper)


² Главный аргумент - орбита Плутона лежит вне плоскости эклиптики и имеет, в отличие от других планет, большой эксцентриситет.

7.15.1. Полет АМС «New Horizons»
При подготовке полета АМС «New Horizons» в планы исследований включили возможность перенаправления АМС после пролета Плутона к одному из астероидов пояса Койпера.


АМС была запущена 19.01.2006 года. Своей основной цели - Плутона, - АМС «New Horizons» достигла 14.07.2015 года. В период полета АМС к Плутону выбирались объекты пояса Койпера, к которым можно было бы направить АМС после Плутона. Кандидатом №1 был выбран астероид 2014 MU69, получивший неофициальное наименование Ультима Тулe¹ (Ultima Thule), что на латыни означает «место за пределами известного мира».
¹ 12.11.2019 года астероиду официально было присвоено наименование Аррокот (Arrokoth), что переводится как «небо» с языков алгонкинских племён.
01.01.2019 года АМС «New Horizons» пролетела около астероида Ultima Thule, минимальное расстояние составило 3 538,5 км. АМС производила съемку астероида и научные наблюдения в течение нескольких часов, после чего началась передача полученной информации на Землю. Удаление АМС от Земли в момент пролета составляло 43,3 а.е. (около 6,5 млрд. км) - расстояние, которое радиосигнал проходит более чем за 6 часов.
Астероид представляет собой два слипшихся шарообразных тела. Больший шар, диаметром около 19,5 км, получил наименование «Ultima», а меньший, диаметром 14,2 км, назвали «Thule».
ИЗУЧЕНИЕ СОЛНЦА И МЕЖПЛАНЕТНОГО ПРОСТРАНСТВА
8.6.6. Проект 2002 года
В середине 1990-х годов проект «Solar Probe» был увязан с проектами АМС «Europa Lander» и «Pluto Fast Flyby», которые должны были использовать аналогичную аппаратуру, поэтому, когда расходы на проект «Europa Lander» стал превышать первоначально выделенные суммы, недостающие средства были взяты NASA из проектов «Solar Probe» и «Pluto Fast Flyby». Тем временем научные организации искали все новые пути запуска АМС к Солнцу.
В 2002 году Лаборатория прикладной физики Университета Джона Хопкинса предложила новый вариант АМС «Solar Probe».
По новому проекту вновь используется конический экран. Энергопитание обеспечивается тремя радиоизотопными генераторами. Масса АМС 713 кг, в т.ч. 55 кг научной аппаратуры. Запуск осуществляется РН Atlas V с разгонным блоком Star 48B.
Предлагавшийся срок запуска - май 2010 г.

8.6.7. Проект «Solar Probe Imager»
В процессе рассмотрения различных вариантов солнечной АМС был выдвинут проект, носивший название «Solar Probe Imager». АМС должна быть выведена на полярную околосолнечную орбиту для наблюдения за полярными областями Солнца. Предлагавшийся срок запуска - 2011 год.

8.6.8. Проект 2005 года
В 2005 году Центр космических полетов имени Годдарда вместе с фирмой APL представил уточненный проект АМС «Solar Probe».
В состав научной аппаратуры входили:
- анализатор быстрых ионов FIA;
- анализатор ионного состава ICA;
- два анализатора быстрых электронов FEA;
- прибор для исследования энергичных частиц EPI;
- магнитометр MAG;
- плазменно-волновой инструмент PWI;
- нейтронный и гамма-лучевой спектрометр NGS;
- детектор корональной пыли CD;
- полусферическая камера HI для съемки структур солнечной короны;
- полярная камера для ультрафиолетовой съемки PSRI.
Масса АМС составляет 672 кг, масса научных приборов - 51,7 кг.
Запуск мог быть осуществлен в октябре 2014 года, первое сближение с Солнцем - в ноябре 2018 г.

8.6.9. АМС «Parker Solar Probe»
В 2007 году проект АМС «Solar Probe» был в очередной раз пересмотрен и, наконец, принят к осуществлению под условным названием «Solar Probe Plus» (SPP). В 2017 году было решено присвоить АМС название «Parker Solar Probe» (PSP) в честь американского астрофизика Юджина Паркера, которому летом 2017 года исполнилось 90 лет. Затем название сократили до просто «Parker».
В окончательном проекте разработчики отказались от маневра в гравитационном поле Юпитера, заменив его серией из семи гравитационных маневров около Венеры и 12 коррекций траектории в афелии с помощью бортовой ДУ. В связи с изменением схемы полета оказалась недостижима полярная околосолнечная орбита, наклонение орбиты АМС будет составлять всего 3,4 град. от плоскости эклиптики. Кроме того, минимальное расстояние до Солнца будет составлять не четыре, а 8,5 солнечных радиусов (6,4 млн. км). Максимальная скорость АМС в перигелии - более 200 км/с.
Преимуществом новой траектории является то, что АМС будет сближаться с Солнцем намного чаще (минимальная продолжительность витка 88 дней), чем по схеме с облетом Юпитера - один раз в пять-шесть лет.
Стартовая масса АМС - 610 кг, в т.ч. 52,7 кг топлива, 40 кг научной аппаратуры. Корпус АМС выполнен в виде шестиугольной призмы высотой около 3,0 м и диаметром 1,0 м. АМС защищена от солнечного нагрева плоским экраном из композиционных материалов. Диаметр экрана 2,4 м, толщина - 115 мм, масса - 72,5 кг. В точке перигелия наружная поверхность экрана будет нагреваться до 1 400° С, температура позади экрана будет сохраняться в пределах +20-+40° С. Для поддержания нужного положения - защитным экраном к Солнцу, - АМС оборудована системой трехосной ориентации.
Источником энергии для бортовых систем АМС служат две пары панелей солнечных батарей. Основные батареи имеют общую площадь 3 м², вторая пара батарей имеет меньшую площадь, поворотные приводы и жидкостное охлаждение. По мере приближения к Солнцу основные батареи сдвигаются в тень защитного экрана, затем и вторая пара также частично убирается под экран. Запасным источником питания является литий-ионная аккумуляторная батарея емкостью 20 А-час.
Двигательная установка АМС работает на однокомпонентном топливе - гидразине. В состав ДУ входят два основных ЖРД тягой по 0,45 кгс и 12 ЖРД малой тяги по 0,09 кгс.

Состав научных приборов оставлен таким же, как в проекте 2005 года, за исключением полярной камеры PSRI. Расчетный период работы АМС - 7 лет, за это время «Parker Solar Probe» выполнит 24 оборота вокруг Солнца.
Запуск АМС планировалось осуществить в мае-июне 2015 года, но затем срок были перенесен на 2018 год. АМС «Parker Probe Plus» была запущена 12.08.2018 года ракетой-носителем Delta IV Heavy с разгонным блоком Star-48BV и вышла на начальную орбиту 31,1 х 151,5 млн. км, наклонение орбиты к эклиптике - 5,62 град.


8.7. Проект «Solar Sentinels»
8.7.1. Проект «Deep Space 3»
По проекту «Deep Space 3» должны быть запущены на орбиту вокруг Солнца три КА, несущих орбитальные оптические интерферометры. Предполагалось, что система из трех интерферометров позволит обнаруживать планеты у ближайших звезд.

8.7.2. Проект «Solar Orbiter Collaboration»
«Solar Orbiter Collaboration» (SOC) - проект АМС для изучения Солнца. Разрабатывался NASA совместно c ESA, которая должна была изготовить основные научные приборы и выполнять работу с запущенной АМС. NASA участвует в научной программе полета АМС и обеспечивает запуск АМС. Работы по проекту SOC велись в 2009-2011 годах, после чего их финансирование было прекращено.

8.7.3. Проект «Solar Sentinels»
Проект «Solar Sentinels» (Солнечные Часовые) был предложен в 2006 году. По проекту должно быть запущено шесть АМС:
- четыре АМС «IHS» (Inner Heliospheric Sentinels, часовые ближней гелиосферы) на гелиоцентрические орбиты с перигелием 0,25 а.е. и афелием 0,76 а.е.;
- одна АМС «NES» (Near-Earth Sentinel, часовой вблизи Земли) на орбиту ИСЗ;
- одна АМС «FSS» (Farside Solar Sentinel, часовой с обратной стороны Солнца) на гелиоцентрическую орбиту, позволяющую постоянно наблюдать обратную сторону Солнца.
Задачи проекта - наблюдение Солнца с различных точек для раннего обнаружения и прогнозирования солнечных вспышек, представляющих опасность для космических полетов.

8.10. АМС «Stereo»
По проекту Stereo (Solar TErrestrial RElations Observatory) две одинаковые АМС - «Stereo-A» и «Stereo-B», - в 2006 году были выведены на гелиоцентрические орбиты, близкие к земной, при этом «Stereo-A» (Ahead - впереди) двигается по орбите несколько быстрее, чем Земля, а «Stereo-B» (Behind - позади) - медленнее. Целью проекта является наблюдение Солнца с двух разнесенных точек (считая Землю - с трех точек). Две АМС, равноудаленные от Земли вперед и назад по орбите, обеспечивают стереоскопическое представление происходящих на Солнце процессов. АМС сначала удалялись от Земли со скоростью около 22 градуса в год, после чего, встретившись в 2014 г. в противоположной от Земли точке орбиты, снова начали приближаться к Земле, но уже с обратных сторон. Аппараты должны снова оказаться в окрестностях Земли примерно в 2023 году.
Обе АМС оборудованы одинаковым набором научной аппаратуры, объединенной в четыре комплекта:
- SECCHI (Sun Earth Connection Coronal and Heliospheric Investigation) - приборы для корональных и гелиосферных исследований солнечно-земных ссвязей;
- SWAVES (Stereo/Waves) - приборы для исследования радиоволновых возмущений, исходящих от Солнца;
IMPACT (In-situ Measurements of Particles and CME Transients) - приборы для наблюдения в режиме реального времени за потоками высокоэнергетичных электронов и ионов, а также для измерения магнитных полей;
- PLASTIC (PLAsma and SupraThermal Ion Composition) - приборы для изучения короны Солнца и солнечного ветра.
Масса научных приборов - 132,6 кг. Масса АМС - 620 кг, в т.ч. 73 кг топлива.
Корпус АМС имеет габариты 1,14 x 1,22 x 2,03 м. Энергопитание аппаратуры АМС производится от двух двухсекционных солнечных батарей, имеющих размах 6,47 м, и никель-водородных аккумуляторов. Трехосная ориентация АМС обеспечивается четырьмя гиродинами и 12 однокомпонентными гидразиновыми ЖРД, тягой по 0,45 кгс каждый.
Запуск АМС «Stereo-A» и «Stereo-B» был произведен 25.10.06 г. КА были выведены одним пуском РН Delta 2 (7925-10L) на высокоэллиптические орбиты высотой 182 х 419 018 км («Stereo A») и 184 x 409 671 км («Stereo B»). 15.12.06 г. на пятом витке АМС прошли около Луны, выполнив гравитационный маневр («Stereo-A» на высоте 7 359 км от поверхности Луны, «Stereo-B» - на высоте 11 776 км), после чего АМС «Stereo-A» перешла на опережающую («внутреннюю» по отношению к орбите Земли) орбиту с периодом 346 суток. АМС «Stereo-B», оставшаяся на геоцентрической орбите, 21.01.07 г. выполнила повторный гравитационный маневр при пролете Луны на высоте 8 818 км и перешла на орбиту отставания («внешнюю») с периодом обращения 388 суток.
Расчетный срок работы АМС «Stereo-A» и «Stereo-B» составлял два года. Когда по истечении этого времени было установлено, что аппаратура станций сохранила свою работоспособность, было решено продолжить работу с ними дальше.
06.02.11 г. АМС «Stereo-A» и «Stereo-B», двигаясь по своим орбитам, прошли через точки орбиты, диаметрально противоположные друг другу, полностью наблюдая, таким образом, два полушария Солнца одновременно.
На период с 24.03.14 г. по 08.07.14 г. связь с АМС «Stereo-A» была отключена в связи с нахождением станции на участке орбиты, противоположном от Земли, то есть, за Солнцем. Для предотвращения нацеливания остронаправленной антенны на Солнце, что привело бы к перегреву и выходу из строя передатчика, на АМС «Stereo-A» была загружена программа управления, обеспечивающая разворот станции на этот период и возвращение после него в положение устойчивой связи с Землей.
Для АМС «Stereo-B» перерыв в связи должен был продолжаться с 01.12.14 г. по январь 2016 года. 01.10.14 г. во время подготовки к загрузке программы разворота произошел отказ в системе инерционного измерительного модуля, в результате чего навигационный компьютер не смог восстановить правильную ориентацию АМС. Связь с «Stereo-B» прервалась и была восстановлена только в августе 2016 года. Как было установлено, АМС вращалась вокруг одной из осей, при этом компьютер, получая ошибочную информацию от измерительного модуля, выдавал команды на двигатели ориентации, которые на самом деле не останавливали вращение АМС, а только меняли параметры закрутки.

ТЕЛЕСКОПЫ В ДАЛЬНЕМ КОСМОСЕ

9.5. Проект КА «ATLAST»
В 2008-2010 годах NASA разрабатывала проект следующего после JWST большого космического телескопа «ATLAST» (Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope - «Космический телескоп с большой апертурой, создаваемый по улучшенной технологии»). Проект разрабатывался в нескольких вариантах. Все варианты предусматривали доставку зеркального телескопа в точку либрации L2 системы Солнце-Земля.
Вариант «ATLAST-9.2» был рассчитан на выведение в космос телескопа с раскрывающимся зеркалом, поперечный размер которого составлял 9,2 м. Зеркало должно было состоять из 36 шестиугольных сегментов размером по 1,3 м. Для защиты от засветки со стороны Солнца телескоп должен был иметь защитный прямоугольный экран большого размера, также раскрывающийся после доставки в точку назначения. Для запуска КА должна была использоваться РН Delta IV.
Два других варианта рассчитывались на запуск перспективной РН Ares V. В варианте «ATLAST-8» телескоп должен был иметь монолитное первичное зеркало диаметром 8,0 м. Для варианта «ATLAST-16» разрабатывалась раскрывающаяся конструкция, которая включала светозащитный кожух и зеркало с поперечным размером 16,2 м. Зеркало должно было состоять из 36 шестиугольных сегментов размерами по 2,4 м. На рис. 3.369 показаны КА в сложенном и развернутом состояниях, а также некоторые промежуточные положения.
Для сравнения на рис. 3.370 показаны относительные размеры зеркал космических телескопов: «Хаббл» (HST), им. Дж.Вебба (JWST) и два варианта телескопа «ATLAST».


В процессе разработки проекта телескопа «ATLAST» отмечалось, что мощности РН Ares V и объема головного обтекателя достаточно для выведения в космос и более крупных раскрывающихся конструкций - вплоть до 24-метровых телескопов.
В связи с закрытием программы «Constellation» и прекращением разработки РН Ares V работы по космическим телескопам «ATLAST» также были остановлены.

9.6. Проект КА «WFIRST»
КА «WFIRST» (Wide Field Infrared Survey Telescope) - проект космического инфракрасного телескопа. Проект был предложен в 2010 году, а в 2016 году был одобрен к разработке и запуску.
Основное назначение КА «WFIRST» - поиск, наблюдение и исследование экзопланет, а также исследования в области «темной энергии».
Телескоп, имеющий трехзеркальную конструкцию, имеет диаметр 2,4 м. Стартовая масса КА - 4 166 кг. Согласно проекту, телескоп «WFIRST» будет обеспечивать качество изображения не хуже телескопа «Hubble», но иметь при этом поле зрения больше в 100 раз.
Планируется осуществить запуск КА в середине 2020-х годов. КА должен быть выведен в точку Лагранжа L2 системы Солнце-Земля.

9.7. Проект «NeoCAM»
Проект «NEOCam» (Near Earth Object CAMera) предусматривал отправку АМС в точку Лагранжа L1 системы Солнце-Земля для поиска астероидов, сближающихся с Землей. Проект выдвигался на конкурс по программе «Discovery» в 2006, 2010 и 2015 годах, но не был принят.
Проект предусматривал установку на КА «NEOCam» инфракрасного телескопа с зеркалом диаметром 50 см. Расчетное время работы КА - четыре года.
Первичная задача КА формулировалась, как обнаружение большинства опасных астероидов размерами свыше 140 м. По расчетам, характеристики телескопа позволили бы обнаружить и рассчитать орбиты десятков тысяч объектов, размер которых превышает 30 м.
Вторичной задачей КА являлось обнаружение и каталогизация всех объектов в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера, количество которых оценивается примерно в миллион объектов, а также обнаружение тысяч комет.



ЗА ПРЕДЕЛЫ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
11.4. Проект «Innovative Interstellar Explorer»
В 2003 году NASA предложила проект АМС, несущей 35 кг научного обрудования, для исследования пространства за пределами гелиосферы на расстоянии 200 а.е. и более. Проект предусматривал использование тяжелой РН, гравитационного маневра при пролете Юпитера и электроионных двигателей, питаемых от радиоизотопного генератора. АМС должна развить скорость до 7,8 а.е./год (37 км/с). Предлагалось осуществить запуск АМС в 2014 году, тогда удаление на 200 а.е. было бы достигнуто к 2044 году.
На рис. 3.385 показан ранний вариант АМС, названный «Vision Mission» (Обзорная миссия).