«Авиация и космонавтика» 1990, №3, с. 44-45.


сканировал Игорь Степикин


Псевдоцветное изображение поверхности Марса.
Фото из архива ИКИ АН СССР.



Псевдоцветной снимок спутника Фобос, синтезированный по двум спектральным каналам.



Фрагмент тепловых изображений поверхности Марса, полученный с помощью прибора «Термоскан».
Космонавтика — науке

В ОБЪЕКТИВАХ МАРС И ФОБОС
Ю. ЗАЙЦЕВ, зав. отделом ИКИ АН СССР.

  • Одним из важных итогов реализации проекта «Фобос» стало получение серии снимков естественного спутника Марса — Фобоса.
  • Созданный для проведения эксперимента комплекс приборов состоял из трех телевизионных камер — двух широкоугольных и одной узкоугольной, спектрометра, систем управления и видеозаписи. Приемником излучения в телевизионных камерах и спектрометре служил так называемый прибор с обратной зарядовой связью или ПЗС-матрица, представляющий собой кремниевый монокристалл, поверхность которого содержит сотни тысяч датчиков. Они-то и преобразуют в электрические сигналы падающий на них свет пропорционально его интенсивности. Если фотопластинки, которые всегда были «стандартным приложением» к наземным астрономическим камерам, регистрировали только семь из тысячи световых квантов, то прибор с зарядовой связью — 700 из каждой тысячи.
  • Широкоугольные телевизионные камеры обеспечивали проведение двухзональной съемки с большим захватом для изучения топографического, геологического и морфологического строения марсианского спутника. А узкоугольная камера позволяла решать навигационные задачи и проводить детальную съемку Фобоса и самого Марса.
  • На входе телевизионных камер располагалось зеркало-крышка. Крышка защищала объективы в полете, а зеркало служило для фотометрической калибровки телевизионных камер от внутренних источников излучения. При проведении съемки и навигационных сеансов крышка, естественно, открывалась.
  • Спектрометр осуществлял измерение средней яркости в узких спектральных зонах. Ширина полосы спектрометрирования соответствовала полю зрения широкоугольной телевизионной камеры, а длина определялась скоростью смещения космического аппарата. Так, при скорости 2—5 м/с она составляла 20—50% поля зрения широкоугольной телевизионной камеры.
  • Система видеозаписи служила для записи телевизионной и спектрометрической информации, ее хранения и передачи в радиоканал. Необходимость использования видеоэапоминающего устройства определялась невозможностью передачи по радиоканалу больших потоков телевизионной информации в реальном времени.
  • Официальное название всей съемочной системы — видеоспектрометрический комплекс «Фрегат». Он предназначался для решения двух очень разных по характеру задач: сбора навигационной информации, необходимой для уточнения взаимного положения межпланетной станции и марсианского спутника, и получения данных о Фобосе.
  • В результате оперативной навигационной обработки изображений, переданных с борта станции «Фобос-2», точность прогнозирования положения марсианского спутника была увеличена примерно в десять раз, что позволило успешно выполнить операции по коррекции орбиты межпланетной станции и подвести ее на расстояние до 200 км от Фобоса.
  • Проведенные навигационные измерения представляют значительный интерес для науки. В частности, они позволяют уточнить характеристики приливного взаимодействия Фобоса с Марсом, либрационное движение Фобоса, его массу и плотность, дают некоторую информацию для анализа его внутреннего строения.
  • В ходе эксперимента с расстояний от 200 до 1100 км было получено около 40 изображений Фобоса, покрывающих более 80% его поверхности. Разрешение снимков, сделанных с минимальных расстояний, составляет 40 метров. Сопоставление изображений, полученных с борта «Фобоса-2», со снимками с американских космических аппаратов «Маринер-9» и «Викинг» показывает, что они хорошо дополняют друг друга как по покрытию поверхности спутника Марса, так и по спектральным зонам и условиям наблюдения. Так, «Фобосом-2» наиболее детально снят район к западу от кратера Стикни, который по результатам предыдущих экспедиций был плохо картирован.
  • Новые изображения позволяют значительно уточнить фигуру и карту поверхности Фобоса. Впервые были получены изображения Фобоса и в ближнем инфракрасном диапазоне излучения.
  • В совокупности все телевизионные снимки, сделанные при разных углах наблюдения и освещенности, позволяют проанализировать угловую зависимость яркости поверхности Фобоса и определяющие ее параметры микроструктуры, например характерные размеры частиц реголита. Эти данные необходимы для изучения процессов, происходящих при метеоритной бомбардировке поверхности Фобоса, а также для оценки механических и теплофизических свойств слагающего его вещества.
  • К числу наиболее интересных результатов исследований самого Марса, несомненно, следует отнести полученные с помощью прибора «Термоскан» изображения поверхности планеты в инфракрасном диапазоне, где она «светит» не отраженным солнечным, а «собственным» тепловым излучением. Ведь часть энергии солнечного излучения, приходящая на поверхность Марса, поглощается и нагревает ее. При этом чем выше температура поверхности, тем больше яркость инфракрасного излучения.
  • Этот классический метод измерения температуры планет Солнечной системы применялся сначала при наблюдениях с Земли, затем с борта космических аппаратов. Многократно использовался он и для исследований Марса, но никогда еще не удавалось построить видимое изображение планеты с помощью тепловых лучей. Исключение составляет лишь наша Земля — ее «тепловые портреты» регулярно передаются с метеорологических спутников.
  • «Сердцем» прибора «Термоскан» является высокочувствительный инфракрасный приемник излучения, охлаждаемый бортовой криогенной машиной замкнутого цикла, в которой в качестве теплоносителя используется жидкий азот. Подобные приборы ранее на автоматических межпланетных станциях не устанавливались ни в СССР, ни за рубежом.
  • С круговой орбиты высотой около 6000 км «Термоскан» «осмотрел» значительную часть экваториальной зоны поверхности Марса в полосе шириной примерно 1500 км с разрешением около 2 км. Переданные на Землю тепловые изображения отличают четкость и высокая контрастность. В этом отношении они даже превосходят лучшие телевизионные снимки Марса. А поскольку температура, до которой нагрета поверхность, зависит от ее физических характеристик, в частности от степени раздробленности грунта, то тепловые изображения дают сведения и о макроскопических особенностях поверхности (рельефе), и о ее микроструктуре.
  • Синхронно с инфракрасным «Термоскан» принимал отраженное поверхностью коротковолновое излучение. Таким образом, одновременно для каждого ее элемента получалось сразу два значения яркости — в тепловых и видимых лучах. Это давало возможность синтезировать псевдоцветное изображение поверхности.