Исследование объектов Солнечной системы космическими аппаратами: Марс (часть 2)
Предыдущая часть
Идея высадить на поверхность Марса аппарат, который бы занялся целенаправленными поисками жизни, витала в воздухе еще с начала 60-х годов. Основная проблема заключалась в том, что на тот момент о красной планете было известно не так и много и конструкция зонда разрабатывалась исходя из господствующих тогда представлений об условиях на поверхности Марса и его атмосферы.
Первым проектом такого плана была программа лаборатории реактивного движения (JPL), известная как “Вояджер”, которая предполагала отправку на Марс 2300 килограммового зонда с помощью ракеты Сатурн IВ. После пролета “Маринера-4” в 1965 первоначальные планы пришлось выкинуть в мусорный ящик - атмосфера Марса оказалась слишком разреженной, чтобы достаточно замедлить скорость спускаемого аппарата.
Требовалась ракета большей грузоподъемности, которая бы сумела доставить аппарат с необходимым для посадки с помощью ракетных двигателей количеством топлива. Так, на свет появился обновленный вариант программы “Вояджер”, предполагавший использование сверхтяжелой ракеты Сатурн-V для доставки к 1973 году на Марс 25 тонн груза в виде двух зондов: орбитального модуля и спускаемого аппарата с биологической лабораторией.
Сравнение двух проектов с использованием сверхтяжелой ракеты-носителя: советского "5НМ" и американского "Вояджера"
В 1967 году американский конгресс зарубил все многочисленные прикладные проекты использовавшие технику программы Аполлон и предполагавшие запуски весьма дорогостоящих Сатурнов-V - в числе их была и программа “Вояджер”. Позже, это название было использовано NASA для серии зондов, исследовавших планеты-гиганты (изначально они именовались “Маринер-11” и “Маринер-12”).
Снимки “Маринера-9” вернули интерес к Марсу и NASA воскресило планы по отправке биологической лаборатории на Марс. Новая программа получила название “Викинг” и она до сих пор остается одной из самых дорогостоящих в истории - всего на нее было потрачено почти 4 миллиарда долларов (с учетом инфляции), что даже больше, чем стоимость миссии “Кассини-Гюйгенс”.
В 1975 году к Марсу было запущено два “Викинга”: каждый состоял из орбитального зонда и посадочного модуля. Годом спустя, они вышли на орбиту планеты. В итоге, “Викинг’ оказался крайне успешной и продолжительной для тех лет программой - орбитальные модули “Викинга-1” и “Викинга-2” функционировали до 1980 и 1978 года, посадочные станции передавали сигналы соответственно до 1982 и 1980 годов.
Была получена куча информации. Викинги передали массу отличных по тем временам фотографий: как с орбиты, так и, впервые, с поверхности Марса. Были взяты анализы почвы, детально исследован климат и атмосфера планеты. На поверхности Марса было обнаружено немало свидетельств того, что когда-то там текли потоки воды
Но самым главным был так называемый “эксперимент века” - попытка обнаружить микроорганизмы в марсианской почве. Для этого, на посадочных модулях «Викингов» проводилось четыре эксперимента.
Эксперимент по изменению газовой среды (Gas Exchange Experiment) должен был зафиксировать изменения химического состава газовой среды в тестовой камере с образцами грунта вследствие жизнедеятельности микроорганизмов. Образец марсианского грунта был помещён внутрь станции и обработан жидким раствором, содержавшим органические и неорганические соединения. В ходе эксперимента было выявлено 15-кратное превышение выделения кислорода по сравнению с ожидаемым. Поскольку, все известные науке земные формы жизни затрачивают определённое время на рост и воспроизведение, это явление было объяснено чисто химическими реакциями в веществе богатой железом почвы, тем более что после первоначального резкого роста содержание кислорода в тестовой камере стало снижаться, что плохо согласуется с предположением о биологическом механизме его выделения.
Эксперимент по внесению меченых веществ (Labeled Release Experiment) заключался в том, что в почву вносилось жидкое питательное вещество меченое радиоактивным изотопом Углерод-14; предполагалось зарегистрировать его поглощение микроорганизмами. Марсианская почва, в которую было внесено питательное вещество, выделила значительный объем газов с изотопом-меткой, что первоначально интерпретировалось как проявление биологической активности. Однако необычно высокий уровень этой активности, а также то, что повторные эксперименты проведенные через неделю не привели к такому же результату, опять же, заставил ученых со скептицизмом отнестись к полученным данным.
Эксперимент по внесению пиролитических веществ (Pyrolytic Release Experiment). Должен был зафиксировать наличие органики в почве. После пятидневного инкубационного периода, в ходе которого образцы почвы облучались лучами ксеноновой лампы и подвергались воздействию радиоактивного СО2, они были нагреты до высокой температуры. Предполагалось выяснить, вошла или нет радиоактивная углекислота в состав органических молекул. Семь (из девяти) проведенных экспериментов показали наличие микроорганизмов в крайне малых концентрациях. В итоге, они не были признаны успешными на основании того, что такие же эксперименты, проведенные уже с стерилизованной высокой температурой марсианской почвой дали аналогичный результат.
.
Эксперимент по газовой хроматографии и масс-спектрометрии (Gas Chromatograph - Mass Spectrometer) изначально предназначался для исследований минерального состава горных пород. Он позволил определить концентрацию органических веществ в горных породах, которые также могли бы свидетельствовать о наличии микроорганизмов. В горных породах было зафиксировано неожиданно большое содержание воды, но органики не оказалось вообще. Это тем более странно, что уж где-где, а в метеоритах, попадающих на поверхность Марса, она должна бы содержаться (как и в аналогичных метеоритах, попадающих на Землю). Встал вопрос о механизме, который приводит к уничтожению углеродистых соединений, попадающих на Марс из космоса.
В общем, результаты поиска микробов оказались крайне неоднозначными и по вопросу их интерпретации и правильности самой методики до сих пор идут ожесточенные дискуссии. В этой связи мне вспоминается история про прибор, установленный на одном из первых советских аппаратов, который планировалось отправить к Марсу. По заявлению конструктора, его устройство должно был определить, есть ли на красной планете жизнь. По настоянию Королева, прибор испытали в казахской степи. К радости участников демонстрации, техника показала, что в районе Байконура жизни нет.
Тем не менее, пускай 100%-й ответ, который ждало научное сообщество, так и не был получен получен, но и без него “Викинги” собрали огромное количество другой информации, которую нужно было проанализировать. Время на это было, ибо следующих миссий к Марсу пришлось ждать весьма долго.
Сейчас в это трудно поверить, но в промежутке с 1978 по 1989 NASA взяло своеобразную паузу, не запустив ни одной новой межпланетной станции. Потому, единственная попытка добраться до Марса в 80-е была предпринята СССР. В 1988 году он запустил две станции “Фобос”, которые должны были изучать Марс и высадить спускаемый аппарат на поверхность Фобоса. Это был весьма интересный и амбициозный проект, и очень жаль что он завершился так же, как и большинство других советских миссий.
“Фобос-1” был потерян через два месяца после запуска из-за ошибочной команды с Земли. “Фобос-2” вышел на орбиту Марса и два месяца передавал информацию, но главную задачу - высадку зонда на поверхность Фобос, так и не выполнил. ЭВМ аппарата начала барахлить и незадолго до достижения Фобоса связь со станцией была потеряна. “Фобос” был последней межпланетной станцией, запущенной Советским союзом.
В 1992 году американцы решили вернуться на Марс, запустив станцию “Mars Observer”. Вышло не лучшим образом - за пару дней до выхода на орбиту, связь с ней была внезапно утеряна (все списали на утечку топлива). Интересно, что существует легенда, согласно которой на борту аппарата находилась капсула с прахом друга одного из инженеров проекта.
В 1996 году к Марсу была запущена новая серия аппаратов. Американские “Mars Global Surveyor” и “Mars Pathfinder” были крайне успешны. Первый целых 10 лет проработал на марсианской орбите, значительно обновив карту планеты. Второй доставил на поверхность планете 10-килограммовый марсоход “Соджернер”, который продержался три месяца и стал первой ласточкой в серии все более сложных аппаратов, которые сейчас бороздят поверхность красной планеты.
В том году, попыталась запустить свою станцию и Россия - но из-за не сработавшего разгонного блока аппарат “Марс-96 ”окончил свое существование на дне Тихого океана.
В 1998 году достигнуть Марса попытались японцы. Поскольку у них не было достаточно мощной ракеты-носителя, станция “Нодзоми” должна была добрать скорость за счет гравитационных маневров у Земли и Луны. Однако все пошло по другому сценарию - доразгон у Земли прошёл нештатно и станция вышла на нерасчётную орбиту вокруг Солнца. Ценой больших затрат топлива после ряда коррекций её все же удалось направить на новую траекторию, обеспечивающую прибытие к Марсу на 4 года позже начального срока. Однако 21 апреля 2002 года во время мощной солнечной вспышки вышла из строя система распределения электропитания и связь с аппаратом стала затрудненной. Несмотря на все возникающие трудности, специалистам удалось провести два дополнительных гравитационных маневра с Землёй направить станцию по кратчайшей траектории к Марсу. На подходе к марсианской орбите без надёжного электроподогрева гидразин в баках ДУ постепенно замёрз, тормозной импульс выдать не удалось - и 9 декабря 2003 года Нодзоми прошла на высоте 1000 километров над поверхностью красной планеты и ушла в межпланетное пространство.
1999 год стал весьма неудачным для NASA, которое направило к Марсу две станции. “Mars Climate Orbiter” и “Mars Polar Lander”. Первая должна была выйти на орбиту планеты замедлив скорость с помощью аэроторможения в марсианской атмосфере. Однако, как показал последующий анализ данных, аппарат прошел над поверхностью на высоте всего 57 км вместо расчетных 140 км и попросту сгорел.
Последующее расследование установило причину ошибки: команды по тяге двигателя в программном обеспечении "Mars Climate Orbiter" использовали единицу измерения силы ньютон (международная система единиц (СИ)), в то время как программное обеспечение на Земле, которое создавало эти команды, использовало британскую единицу измерения (фунт-сила). Более нелепым способом за всю историю освоения космоса был потерян разве что “Маринер-1”, угробленный из-за пропущенного в компьютерной программе дефиса.
Вторая станция должна была приземлиться в районе южной полярной шапки - но связь с ней была утеряна после входа в атмосферу. Что стало причиной катастрофы, так и осталось загадкой.
Но как говорится, ошибки даны нам для того, чтобы на них учиться. После этих неудач, NASA проделало значительную работу по улучшению надежности своих аппаратов и выбору более безопасных решений для своих миссий. В результате, последующие 6 запусков прошли без сучка и задоринки. На орбиту Марса было выведено две станции - в 2001 году "Mars Odyssey" и "Mars Reconnaissance Orbiter" в 2006 году (тут можно посмотреть подборку его самых необычных фотографий). Обе они и по сей день остаются работоспособными. В 2007 году станция "Феникс" осуществила посадку в полярном регионе Марса, проведя лето исследуя состав марсианской почвы и занимаясь поисками (вполне успешными) водяного льда.
Также, на поверхность Марса было отправлено три марсохода. В 2004 году на Марс приземлилась 175 килограммовые “Спирит” и “Опортьюнити”. “Спирит” продолжал свое путешествие до 2009, когда он застрял в песчаной дюне, из которой его так и не удалось вызволить. Связь с ним была потеряна в 2010 году.
“Оппортьюнити” же до сих сих пор в строю. Это тем более удивительно, что номинальный срок работы аппарата составляло всего 3 месяца. Таким образом, он уже прожил в 40 раз (!) больше запланированного и все еще продолжает свое путешествие по красной планете.
Эти небольшие марсианские смерчи оказались настоящим спасителем "Опортьюнити": они регулярно счищают пыль с его солнечных батарей, благодаря чему аппарат получает достаточно энергии для продолжения работы
В 2012 году ряды марсоходов пополнились 900 килограммовый "Кьюриосити", для посадки которого была применена крайне сложная схема, впоследствии породившая в интернете массу приколов и фотожаб.
Помимо NASA, свою миссию к Марсу отправила и ESA. Пускай посадочный модуль “Бигль-2” повторил судьбу советских спускаемых аппаратов и “Mars polar lander”, зато орбитальный аппарат “Марс-экспресс” с 2003 года продолжает исправно передавать данные о красной планете.
В 2011 году Россия повторила попытку отправить станцию к Марсу. Аппарат “Фобос-грунт” должен был доставить пробу грунта этого марсианского спутника на землю Но эта миссия, вместе с летевшим вместе с ней китайским микроспутником “Инхо-1” разделили судьбу “Марса-96”, из-за не сработавшего разгонного блока так и оставшись на земной орбите, а затем закончив свое существование на дне Тихого океана.
В прошлом году, свой зонд к Марсу отправила и Индия. Станция “Mangalyaan” должна выйти на орбиту красной планеты осенью этого года. Компанию ей составит новый зонд NASA “MAVEN”, предназначенный для исследования его атмосферы. Таким образом, если все пройдет без происшествий, у Марса к октябрю будет группировка из пяти орбитальных аппаратов и двух марсоходов.
"Mars Odyssey" сфотографированный аппаратом "Mars Global Surveyor"
Конечно, все разговоры про исследования Марса так или иначе рассматриваются через призму пилотируемой экспедиции туда. Марс всегда считался следующей, после Луны, целью для человека - да и судя по всему, окончательный ответ на вопрос о том, была ли когда-нибудь жизнь на Марсе, смогут дать лишь прямые исследования на его поверхности. Другое дело, что про это говорят много и с увлечением, регулярно называются какие-то даты запусков - но все это пока что так и остается словами. Помню, как некогда в 90-е я был глубоко убежден, что к 2015 году люди действительно ступят на поверхность Марса… Сейчас, я уже не берусь гадать, когда же примерно ждать этого события. Надеюсь лишь, что оно действительно произойдет.
