Новости космонавтики 1997 №21:
Россия. Новые проекты межпланетных станций

Рис.1. Схемы аппаратов "Марсоход" и "Марс-глоб" под обтекателем в составе головной части РН "Молния-М". НПОЛ.

М. Тарасенко. НК. В НПО им С.А.Лавочкина разработан новый план работ по исследованию Марса и других тел Солнечной системы. О нем было объявлено на конгрессе МАФ. В отличие от подхода, использовавшегося с конца 60-х до середины 90-х годов, новый план базируется на использовании вместо тяжелого "Протона" ракет-носителей среднего класса "Молния-М" и "Союз-2".

Появление нового подхода к созданию КА для планетных исследований вызвано нынешними финансовыми ограничениями, а также неудачей станции "Марс-96" - последней тяжелой комплексной автоматической межпланетной станцией, разработанной НПОЛ в рамках федеральной космической программы.

Поскольку финансовые ограничения не позволяют РКА закупать тяжелые РН "Протон" для межпланетных запусков и, тем более, профинансировать разработку и изготовление тяжелых многоцелевых станций, масса и размеры новых КА должны соответствовать возможностям РН среднего класса "Молния-М" или, в крайнем случае, "Союз-2".

Возможности этих ракет по запуску на отлетные траектории с Байконура и Плесецка приведены в Табл.1. "Союз-2" с разгонным блоком "Фрегат" обладает более высокой грузоподъемностью, но, в отличие от имеющейся в наличии "Молнии-М", "Союз-2" находится еще только в стадии разработки, которая может затянуться на довольно долгий срок.

Таблица 1. Масса, доставляемая на траекторию перелета к Марсу в 2003 г. РН\Космодром Плесецк Байконур Молния М 1070 кг 1120 кг Союз-2 1370 кг 1450 кг

В связи с этим предлагаемая НПОЛ концепция ориентируется на создание межпланетных станций с массой около 1000 кг. Для этого предусматривается разработать новый базовый блок массой около 300 кг, который может адаптироваться для ряда сценариев межпланетных экспедиций. В настоящее время рассматриваются следующие возможные варианты:

- "Марс-Глоб" - долгосрочное изучение атмосферы, поверхности и внутреннего строения Марса с помощью системы малых посадочных станций. В одном запуске на поверхность Марса может быть доставлено до 5 Малых автономных станций, аналогичных двум станциям, устанавливавшимся на АМС "Марс-96";

- "Марсоход" - доставка на поверхность Марса марсохода массой 95 кг для изучения атмосферы, поверхности и внутренней структуры планеты;

- "Фобос-грунт" - сближение с Фобосом и забор образца грунта с последующим возвращением его на Землю.

Схема КА для экспедиций "Марс-глоб" и "Марсоход" показана на Рис.1.

Базовый блок представляет собой тонкую восьмиугольную раму с четырьмя панелями солнечных батарей, установленными на складывающихся штангах. Базовый блок соединяется с разгонным блоком с помощью переходника, а на нем самом крепятся либо 4 MAC, либо большой СА с марсоходом внутри. Приведенная в Табл.2 весовая раскладка показывает, что оба проекта осуществимы с использованием РН "Молния".

Рис. 2. АМС "Фобос-грунт" в составе головной части РН "Союз-2". НПОЛ.

Таблица 2. Система Масса, кг Марс-глоб Марсоход Базовый блок 300 300 Малые станции (4) 380 - Спускаемый аппарат - 320 Переходник, система отделения, кабельная сеть, стерилизующее покрытие 40 60 Система отделения 20 20 Резерв 210 270 Общая масса КА 950 950

Для проекта "Фобос-грунт" требуется гораздо больший запас характеристической скорости. В связи с этим, для осуществления этой экспедиции планируется впервые применить разгон АМС с помощью электрореактивных двигателей малой тяги.

Утверждается, что с использованием уже существующих ксеноновых плазменных электрореактивных двигателей¹ можно при общей стартовой массе КА 1500 кг обеспечить возвращение на Землю 0.1-0.3 кг грунта с Фобоса.

1 Эти двигатели используются на готовящемся к запуску КА "Купон"

Схема КА "Фобос-грунт" показана на Рис.2

Схема аппарата "Луна-глоб" по программе "Селена". НПОЛ.

Запуск и выведение КА на промежуточную орбиту должны осуществляться с помощью РН "Союз-2" с разгонным блоком "Фрегат". Доразгон и перелет к Марсу осуществляются с помощью ЭРД МТ. Затем осуществляется постепенный переход на орбиту, близкую к орбите Фобоса. После взятия образцов грунта они загружаются в возвращаемую ракету, которая с помощью обычного жидкостного реактивного двигателя выводится на траекторию полета к Земле. Спускаемый аппарат с образцами тормозится в атмосфере и доставляется на поверхность Земли.

Для отработки предлагаемой концепции предлагается на начальном этапе осуществить экспедицию "Селена" (или "Луна-глоб"). По этому проекту базовый блок, оснащенный тремя пенетраторами начальной массой по 250 кг выводится на траекторию полета к Луне. При подлете осуществляется постепенный перевод на селеноцентрическую орбиту, в ходе которого пенетраторы поочередно отделяются и направляются в разные участки поверхности Луны. Сам базовый блок в дальнейшем используется для проведения исследований с селеноцентрической орбиты.

В работе также упоминается о возможности создания КА "Солнечный зонд" для проведения исследований Солнца на расстояниях до 10 солнечных радиусов совместно с американскими зондами, которые могли бы сблизиться с Солнцем до расстояния в 4 радиуса. Этот проект, однако, выглядит скорее как дань памяти предлагавшемуся ранее проекту "Ломоносов" и шансы на его реализацию кажутся нам наиболее сомнительными. Наиболее реалистическим представляется сценарий с осуществлением проектов "Селена", а затем "Марс-глоб".

Как пояснил на конгрессе сотрудник НПОЛ О.В.Папков, изложенная концепция в настоящее время рассматривается Российской академией наук. В случае ее утверждения, ожидаемого в ноябре, она может быть официально включена в Федеральную космическую программу и перейти в фазу опытно-конструкторских работ.

Источник:

S.D.Kulikov. R.S.Kremnev, K.M.Pichkhadze, B.N.Martynov, O.V.Papkov "Conception of the Planetary Exploration using Middle Class Launchers". IAF-97-Q.3.06 - 48th International Astronautical Congress, October 6-10, 1997, Turin, Italy.

Сиддики:
Научные инструменты:
1. блок газового хроматографа (анализатор ТДА + хроматограф ХМС-1Ф + масс-спектрометр МАЛ-1Ф)
2. гамма-спектрометр (ФОГС)
3. нейтронный спектрометр (ХЭНД)
4. Мессбауэровский спектрометр (MIMOS)
5. лазерный масс-спектрометр (ЛАЗМА)
6. масс-спектрометр для вторичных ионов (МАНАГА)
7. Фурье-спектрометр (AOST)
8. гравиметр (ГРАС-1)
9. сейсмометр (СЕЙСМО)
10. термодетектор (ТЕРМОФОБ)
11. длинноволновый радар (ДНР)
12. микрометеороидный детектор (METEOR)
13. плазменный комплекс (ППМС)
14. ультраустойчивый генератор (УСО) 15. оптический датчик солнечной звезды (ЛИБРАЦИЯ)
16. микроскоп (МикроОмега)
17. дозиметр (люлин)
18. ТВ система (ЦНН)
19. стерео и панорамные телевизионные камеры
Результаты: «Фобос-Грунт» была очень амбициозной миссией к марсианской системе, целью которой было вернуть образец (около 200 г) c Фобоса. Это была также первая российская экспедиция в дальний космос/межпланетный полет после провальной миссии "Марс-8" в 1996 году, 15 лет назад. Помимо основного российского космического аппарата (который включал в себя значительный научный вклад ЕКА и ряда европейских стран),«Фобос-Грунт» также перевозил небольшую попутную нагрузку, китайский орбитальный аппарат "Инхо-1". Научные цели миссии включали изучение физических и химических характеристик почвы Фобоса, окружающей среды вокруг Фобоса, сезонных и климатических вариаций атмосферы и поверхности Марса и испытания нескольких новых технологий. Космический аппарат был разделен на три части: траекторный модуль (PM), возвратный аппарат (VA) - который включал в себя ретранслятор (SA) - и разгонный блок (MDU). После рейса, длившегося около 10 месяцев, «Фобос-Грунт» должен был выйти на высокоэллиптическую марсианскую орбиту с апогеем в 80 000 километров, где-то в августе/сентябре 2012 года. В этот момент MDU отделился бы от основного космического аппарата вместе с ферменная конструкцией и китайской полезной нагрузкой. Эти три объекта остались бы на экваториальной орбите высотой 900 х 77 000 км, в то время как главный космический аппарат «Фобос-Грунт» (со траекторным модулем и возвратным модулем) сделал бы два крупных импульса, чтобы попасть на круговую орбиту высотой 9 900 км. После еще нескольких месяцев на орбите Марса зонд должен был встретиться с Фобосом, а затем через несколько месяцев приземлиться на его поверхность где-то в январе 2013 года. Робот-манипулятор взял бы 15-20 лопаток общей массы около 85-156 г грунта, которая была бы загружена в возвратный модуль. Возвратный модуль весом 287 кг должен был бы взлететь в апреле 2013 года и вернуться на Землю, в то время как спускаемый аппарат продолжал бы свою программу наземных экспериментов в течение года. При заходе на Землю в августе 2014 года возвратный модуль должен был выпустить 7-килограммовую капсулу, которая должна была войти в атмосферу Земли, совершив жесткую посадку (без парашюта) на полигоне Сары-Шаган в Казахстане. Ничего из этого не вышло. В течение 2,5 часов после запуска, в 22:55:48, РБ MDU (модифицированный "Фрегат") должна была включиться, чтобы послать полезную нагрузку на эллиптическую орбиту. Последующий импульс отправит зонд к Марсу. В то время, когда первый импульс закончился, наземные станции слежения, однако, не смогли найти «Фобос-Грунт». Позже, в 20:25 22 ноября, станция слежения, принадлежащая ESA, получила сигнал от зонда (после того, как была отправлена команда на включение одного из передатчиков на космическом аппарате). После очередного краткого сеанса связи (с ЕКА) на следующий день и одного сеанса с российскими станциями 24 ноября никаких дальнейших контактов с Фобос-Грунт не было установлено. ЕКА отказалась от попыток связаться с зондом 2 декабря. Американские космические средства в начале декабря отслеживали зонд на орбите 209 х 305 километров. Комбинация космического аппарата и верхней ступени неконтролируемо сошли с орбиты 15 января 2012 года, обломки, по-видимому, упали в Тихий океан или некоторые районы Южной Америки. Позже расследование показало, что вероятной причиной сбоя была ошибка программирования, которая вызвала одновременную перезагрузку двух каналов бортового компьютера (ЦВМ22). MDU не включился.

Упрощенная иллюстрация русского КА «Фобос-Грунт». Полусферический объект наверху представлял собой спускающуюся капсулу, которая доставляла образцы с марсианской луны Фобос обратно на Землю.