«Наука и жизнь» 1986, №10, стр 16-19. Перепечатка из журнала "Наука в СССР"


сканировал Игорь Степикин

ПРОЕКТ "ФОБОС"
Кандидат физико-математических наук В. БАЛЕБАНОВ, заместитель директора Института космических исследований АН СССР, кандидат физико-математических наук А. ЗАХАРОВ, ученый секретарь, кандидат физико-математических наук В. ЛИНКИН, заведующий лабораторией.



Схема перелета космического аппарата к Фобосу. В центре схемы — Солнце, кружочками со стрелкой обозначен Марс; кружочками, перечеркнутыми внутри,— Земля.



Эксперименты по лазерному и ионному зондированию марсианского спутника — кульминационный момент предстоящей экспедиции. Эксперимент "Лима" (слева) предусматривает изучение массового состава грунта Фобоса с помощью лазерного луча. Массовый и изотопный состав грунта будет исследоваться и в ходе эксперимента "Дион", предусматривающего зондирование Фобоса ускоренными ионами криптона (справа).



Помимо Фобоса, объектами исследований в рамках многоцелевого проекта станут Марс, Солнце и межпланетное пространство. Фотография Солнца в рентгеновском диапазоне получена 20 октября 1983 года с помощью зеркального телескопа Физического института им. П. Н. Лебедева АН СССР и Астрономического института АН УССР. Видны несколько активных областей вдоль солнечного экватора.
  • Фобос станет первым малым телом Солнечной системы, поверхности которого достигнет космический аппарат. Этот спутник Марса дал название многоцелевюму международному проекту. В его рамках, помимо Фобоса, будут изучаться Марс, Солнце и межпланетное пространство. Насколько плодотворна идея таких исследований, показал проект "Вега". Инициаторы обеих экспедиций — советские ученые во главе с директором Института космических исследований АН СССР академиком Р. 3. Сагдеевым. Научная аппаратура для "Фобоса" готовится силами специалистов одиннадцати стран и Европейского космического агентства.
  • Обнаруженные в 1877 году марсианские луны были названы "Фобос" (Страх) и "Деймос" (Ужас) по древнегреческим именам спутников бога войны Марса. Размеры Фобоса достигают 27 километров в поперечнике. Его масса примерно 1,5·10-8 массы Марса, плотность 2 г/см3. Плотность характерна для углистых хондритов (известного типа метеоритов). Природа марсианских спутников еще во многом необъяснима. По одной из наиболее вероятных версий, они представляют собой захваченные Марсом астероиды. Но как они попали на околомарсианскую орбиту? На этот вопрос пока нет однозначного ответа.
  • В ландшафте Фобоса немало загадочного. Его поверхность испещрена кратерами ударного происхождения. Крупнейший кратер Стикни имеет диаметр 10 километров — более трети поперечника всего небесного тела. От кратера Стикни расходятся удивительные образования — множество почти прямых и примерно параллельных борозд шириной 400-600 и глубиной 60-90 метров. Есть несколько объяснений их возникновения, но ни одно из них не выглядит убедительным из-за явного недостатка информации...
  • Проект "Фобос" станет первым шагом в глубоком познании обширного класса космических объектов. Начало экспедиции запланировано на середину 1988 года. Время выбрано не случайно. Раз в два года Земля находится на прямой, соединяющей Марс с Солнцем, и 1988 год наиболее благоприятен для того, чтобы аппарат попал на орбиту Марса в плоскости орбиты Фобоса. На это понадобится примерно 200 дней — для достижения окрестностей планеты с выходом на первую эллиптическую орбиту вокруг Марса. Но до основной цели экспедиции — Фобоса — потребуется затратить несколько недель или даже месяцев, чтобы изменить траекторию полета аппарата с тем, чтобы она практически совпала с орбитой Фобоса. Ведь планируется такой маневр — пролет над поверхностью спутника Марса на высоте нескольких десятков метров. Но совершить его можно только тогда, когда спутник и аппарат будут вращаться вокруг Марса синхронно.
  • Скорость движения "пришельца" относительно поверхности окажется при этом всего 2-5 метров в секунду (немного большей, чем у пешеходов). Пролет над Фобосом займет около 20 минут и станет тем кульминационным событием, ради которого готовится экспедиция.
  • Основой программы исследований марсианского спутника станет активное дистанционное зондирование поверхности. Впервые за всю историю планетных экспериментов предполагается изучить массовый и изотопный состав грунта небесного тела с помощью лазера и потоков ионов.
  • В эксперименте "Лима" лазерный луч с энергией около джоуля, сфокусированный на поверхности Фобоса до диаметра 1 миллиметр, в течение очень короткого времени (10-8 с) вызовет взрывоподобное испарение и ионизацию вещества. Образовавшиеся ионы разлетятся, и часть из них попадет в специальный прибор, установленный на космическом аппарате. Он будет анализировать массовый состав ионов по времени пролета частиц от поверхности Фобоса до ловушки на борту.
  • Зондирующими элементами в эксперименте "Дион" станут ускоренные до 2-3 килоэлектрон-вольт ионы криптона, испускаемые специальной "пушкой". Они выбьют с поверхностного слоя грунта вторичные ионы. Их зарегистрирует на борту космического аппарата масс-спектрометр. Приборы зафиксируют также вторичные ионы, образовавшиеся под воздействием естественного ионного потока — солнечного ветра. За время пролета над поверхностью Фобоса подобными методами будет исследован грунт примерно в ста точках.
  • Эксперименты "Лима" и "Дион" относятся пока к разряду экзотических. В планетологической же программе, предусмотренной в рамках проекта "Фобос", не обойтись и без традиционных методов. Прежде всего это телевизионная съемка поверхности. Ученые надеются получить цветные изображения. На фотографиях станут различимы детали размером в несколько сантиметров. Изображения и спектрограммы дадут возможность составить карту поверхности спутника.
  • Поворотное зеркало направит объекты не только на Фобос, но и на Марс, а также на наиболее яркие звезды. Это очень важно для решения задач навигации. В частности, телевизионная аппаратура поможет системе управления оптимально скорректировать траекторию движения космического аппарата для встречи с Фобосом.
  • Из других, так сказать, обычных методов хочется отметить инфракрасную и гамма-спектроскопию. Первая позволяет судить о теплофизических и отражательных свойствах поверхности, о минералогическом составе. Вторая предназначена для анализа основных породообразующих элементов — железа, кремния, алюминия, кальция, магния и других, а также естественных радиоактивных элементов — урана, тория, калия, их относительное содержание.
  • С помощью специального радиолокационного комплекса предполагается осуществить эксперимент с целью исследования рельефа Фобоса, его внутренней структуры и электрофизических характеристик грунта методом импульсного радиозондирования.
  • Благодаря дистанционным методам мы рассчитываем получить данные о ландшафте Фобоса, освещенном Солнцем в момент пролета космического аппарата. Но космические объекты, особенно такие малоизвестные, как марсианские спутники, хочется потрогать, прикоснуться к ним. Проект "Фобос" предусматривает и эту возможность.
  • Во время пролета отделится спускаемый аппарат для изучения тела непосредственно на его поверхности, контактными методами. Сейчас создают два варианта посадочных станций, принципиально отличных друг от друга.
  • Один из вариантов — долгоживущая станция. Когда орбитально-пролетный аппарат приблизится к поверхности Фобоса на несколько десятков метров, от него отделится долгоживущая автономная станция (ДАС) и медленно приблизится к марсианскому спутнику. Коснувшись его, выступающие контактные датчики выдадут команду "закрепиться на поверхности". Так как на Фобосе сила тяжести в тысячу раз меньше земной, необходимо механически закрепить станцию, чтобы она сохранила правильное положение — посадочной плитой вниз. Для этого нужно устройство причаливания — выстреливающее гарпунное ружье. Из него вылетит устройство, напоминающее якорь. В мягком сыпучем грунте оно сможет максимально углубиться на 10 метров, в песчанике — на полметра. Отличительная особенность второго варианта посадочной станции — способность перескакивать по поверхности и изучать ее характеристики в нескольких точках.
  • До сближения с Фобосом космический аппарат несколько месяцев будет находиться на орбите Марса. Это время в программе отводится изучению его поверхности, атмосферы, магнитосферы. Будут составлены температурные карты поверхности Марса с пространственным разрешением в несколько километров, проанализирована суточная и сезонная динамика его температурного режима, тепловая энергия грунта. Представляет интерес и поиск участков тепла, идущего из недр планеты, а также районов вечной мерзлоты. Хотелось бы расширить представления и о минералогическом составе грунта.
  • Измерения будут проводиться с помощью того же радиометрического спектрального комплекса, что предназначен для исследований поверхности Фобоса.
  • Проект предусматривает серию экспериментов по изучению атмосферы и ионосферы Марса. В частности, планируем уточнить распределение углекислого газа по высотам, озона, молекулярного кислорода, водяного пара, пыли, изучить профили температуры и давления... Методика измерений основана на спектральном анализе солнечного излучения, прошедшего через атмосферу Марса. Возможно, полученные сведения прольют наконец свет на прошлое небесного тела и объяснят причину исчезновения на нем жидкой воды.
  • Есть и другие фундаментальные проблемы, которые не решены. Например, плазменное окружение "красной планеты" известно гораздо хуже, чем Венеры и Меркурия и даже далеких Юпитера и Сатурна. Остается открытым вопрос о наличии у Марса собственного магнитного поля. Предыдущие эксперименты дали противоречивые результаты. По-видимому, оно все-таки существует, но настолько слабое, что не препятствует проникновению солнечного ветра в верхние разреженные слои атмосферы.
  • Для решения этих вопросов на космическом аппарате "Фобос" предназначен "плазменный комплекс" научной аппаратуры. Особое значение имеет многоплановый характер исследований. Ведь для изучения плазмы недостаточно измерять только потоки частиц. Здесь важно иметь представления и о полях. Поэтому в состав аппаратуры вошли приборы для определения магнитных и электрических полей, изменений их характеристик, вызванных движением заряженных частиц, электромагнитных колебаний, а также приборы для анализа компонентного состава плазмы, пространственных параметров ее движения.
  • Проект "Фобос" стал новой ареной сотрудничества ученых Австрии, Болгарии, Венгрии, ГДР, СССР, ФРГ, Финляндии, Франции, Чехословакии, Швеции, а также представителей Европейского космического агентства. В работе принимает участие большинство коллективов, сотрудничавших в ходе реализации проекта "Вега". Подготовка к уникальной экспедиции продолжается. Она явится принципиально новым шагом в познании малых небесных тел Солнечной системы.