«Космос-419»

10 мая 1971 16:58:42 - старт
отказ РБ
12 мая 1971 - сошёл с орбиты

Ежегодник БСЭ 1972 г
10 мая Космос-419 174 x 158,5 51,4° 87,7

Вики:
10 мая 1971 года в 20:24 ДМВ ракета-носитель Протон-К успешно вывела АМС на орбиту искусственного спутника Земли с параметрами: наклонение 51,5°, высота 145х159 км, период обращения 87,4 минуты. Однако на траекторию полёта к Марсу станция не перешла, так как не произошло повторного запуска двигателя разгонного Блока Д. Как выяснилось при разборе неудачи, в бортовую вычислительную машину было введено ошибочное значение времени запуска двигателя блока Д. Из-за ошибки в разряде двигатель должен был запуститься не через несколько десятков минут, как предусматривала программа полёта, а через полторы сотни часов. Связка АМС/разгонный блок осталась на низкой околоземной орбите. В сообщении ТАСС АМС была названа спутником «Космос 419». Через два дня после запуска, 12 мая 1971 года связка вошла в плотные слои земной атмосферы и сгорела.
Программа полёта космического аппарата «Космос-419» не выполнена. В причинах неудачи разобрались быстро, исправили программу БЦВМ.
С борта станции, выведенной на орбиту вокруг Марса, планировалось провести изучение состава и характеристик атмосферы планеты, её поверхности, определить распределение температуры по поверхности Марса. Для получения крупно- и мелкомасштабных изображений поверхности Марса на АМС были установлены длинно- и короткофокусная фототелевизионные установки.
«Марс 1971C» решал важную техническую задачу — уточнение положения (эфемерид) Марса, что необходимо для выдерживания расчётного угла входа спускаемого аппарата в атмосферу Марса.

Маров:
Советский Союз стремился следовать первоначальному долгосрочному плану полетов на Марс, включавшему использование окна запуска 1971 года, и на основе М-69 создать новую космическую станцию, оснащенную посадочным аппаратом. Но НПО имени Лавочкина не хватало подробных эфемерид планеты и атмосферных данных для разработки такого аппарата. Один из возможных вариантов состоял в том, чтобы в 1971 году повторить программу запуска атмосферного зонда с жесткой посадкой с целью получения этих данных, а мягкую посадку отложить до 1973 года. Но окно запуска 1973 года энергетически было менее выгодным, и требовало раздельного, а не комбинированного запуска орбитальной станции и посадочного аппарата. Это означало бы запуск, по крайней мере, четырех автоматических станций — двух станций для выхода на орбиту вокруг Марса и двух пролетных станций с посадочными аппаратами, — а также потребовало бы перепроектирования посадочного аппарата для входа в атмосферу и посадки с пролетной траектории, а не с орбиты спутника Марса. Этот сценарий посчитали на тот момент слишком дорогим, но к нему так или иначе пришли в 1973 году. Альтернативой, позволявшей сохранить вариант комбинированного запуска, было получение необходимых данных от США. При пролетных исследованиях «Маринер-4» в 1965 и «Маринер-6 и -7» в 1969 году исследовали атмосферу, и полученные оценки давления у поверхности были опубликованы. Но точные эфемериды, критически важные для маневров вблизи планеты, опубликованы не были, и американцы не хотели передавать их советской стороне, поскольку антагонизм холодной войны был в то время весьма сильным.
В конце концов, советские специалисты остановились на чрезвычайно умном, но в то же время весьма рискованном подходе к осуществлению мягкой посадки, сохранявшем возможность запуска в 1971 году комбинированной космической станции, состоящей из орбитального и посадочного аппаратов, даже в отсутствие требуемых данных об эфемеридах планеты. Данный подход предусматривал предварительный запуск еще одной космической станции для выхода на орбиту вокруг Марса в качестве радиомаяка для двух станций, состоящих из орбитальных и посадочных аппаратов, чтобы обеспечить достижение желаемой навигационной точности. На этой дополнительной орбитальной станции масса, предназначенная в штатном варианте для спускаемого аппарата и его посадки, была использована для большего количества топлива, которое требовалось для выхода на высокоэнергетическую быструю траекторию, а также для расширения состава научной аппаратуры. Оптические приборы во время сближения с планетой и радионаблюдения на орбите позволили бы рассчитать эфемериды за время, достаточное для того, чтобы передать их подлетающим космическим станциям с орбитальным и посадочным аппаратами и скорректировать их траектории. Кроме того, выйдя на орбиту, вспомогательная навигационная космическая станция должна была помогать посадочным аппаратам, направляя их выход на посадку после отделения от космической станции. Американцы планировали послать в это окно запуска два космических аппарата «Маринер» для выхода на орбиту вокруг Марса. Более ранняя отправка космической станции давала Советскому Союзу шанс в случае успешного выполнения ею программы создать первый искусственный спутник Марса.
Научные задачи всех советских орбитальных аппаратов состояли в получении изображений поверхности планеты и ее облаков, исследовании топографии, состава и физических свойств поверхности, измерений температуры и свойств атмосферы, исследовании солнечного ветра, а также межпланетного и собственного магнитных полей планет. Оба орбитальных аппарата ретранслировали также на Землю информацию с их спускаемых аппаратов. Посадочная система должна была провести атмосферные измерения в процессе входа в атмосферу и доставить на поверхность посадочный аппарат. Цели посадочного аппарата заключались в передаче изображений с поверхности, получении данных о метеорологических условиях и составе атмосферы и доставке маленького передвижного устройства, которое провело бы измерения механических и химических свойств грунта.
Эти советские станции и американский орбитальный аппарат «Маринер-9» открыли в 1971 году перспективу покончить со всеобъемлющим соревнованием между двумя космическими державами. Впервые была достигнута договоренность о сотрудничестве по телефонной «горячей линии», которая была установлена между Лабораторией реактивного движения в Пасадене, Калифорния, и советским центром дальней космической связи в Евпатории, Крым, для обмена научными результатами. На американском конце линии был Джерри Соффен, на советском — Михаил Маров. Космическая станция
Орбитальный аппарат. Первой навигационной станции М-71С (С означает спутник) требовался гораздо больший топливный бак, чем космической станции М-69, чтобы выйти на высокоэнергетическую траекторию полета и прибыть к Марсу раньше космических станций с орбитальными и посадочными аппаратами. Возникшие инженерные проблемы, связанные, прежде всего, с множественными приборными модулями, заложенными в конструкции М-69, привели советских специалистов к идее еще раз перепроектировать всю космическую станцию. Роль главного структурного элемента перешла от топливного бака к двигательной установке КТДУ-425А. Баки с горючим и окислителем, образовывавшие цилиндр длиной 3 м, располагались на двигательной установке. Система управления и научная аппаратура были размещены в герметичном модуле в основании цилиндра, образуя тор вокруг двигательной установки. Шарнирные сопла двигателя крепились к основанию бака, выступая из центра приборного модуля. Во время испытаний доступ к приборам осуществлялся простым снятием нижней половины оболочки тора.
Две панели солнечных батарей размером 2,3 мх1,4 м каждая размещались с противоположных сторон цилиндрического бака. К солнечным батареям крепились газовые реактивные двигатели управления ориентацией, антенна для ретрансляции передач с посадочного аппарата и штанги магнитометров. Остронаправленная параболическая антенна с высоким коэффициентом усиления диаметром 2,5 м была смонтирована сбоку и предназначалась для дублированных передатчиков, работавших на частотах 3 и 32,5 см (5,8 ГГц и 928,4 МГц). Рядом с параболической антенной были установлены три всенаправленные спиральные антенны. Радиаторы системы терморегулирования и баки со сжатым газом для обеспечения работы системы ориентации располагались по сторонам цилиндра. На внешней стороне приборного модуля располагалась оптика системы астронавигации: пара датчиков звезд, направленных вдоль вертикальной оси космического аппарата, три датчика Солнца на вертикальной стойке, направленные по радиусу, датчик Земли, направленный параллельно оси параболической антенны, и датчик Марса, направленный горизонтально по отношению к одной из сторон.


Орбитальная космическая станция «Марс-71С»

Стартовая масса: М-71С: 4549 кг (сухая масса 2164 кг).
Полезная нагрузка
Орбитальный аппарат М-71С. Научные приборы орбитального аппарата космической станции М-71С и М-71П были почти идентичны, за исключением того, что М-71С и «Марс-3» были оснащены французским прибором STEREO для измерения солнечных вспышек. Впервые советская космическая станция несла прибор, изготовленный на Западе. Однако секретность все еще сохранялась, и французские ученые просто передали свое оборудование советским специалистам, не принимая участие в установке прибора и его испытаниях. Они, по существу, даже не знали, как и на какую космическую станцию установят это оборудование. После потери орбитальной станции М-71С оставался только один прибор, чтобы сохранить возможность осуществления стереоскопического аспекта планируемого эксперимента.
Запуск космической станции М-71С был рассчитан на то, чтобы она прибыла на Марс и вышла на орбиту его искусственного спутника до прибытия двух космических станций США. Поэтому, когда 8 мая 1971 года провалился запуск «Маринера-8», советские специалисты испытали облегчение, так как их шансы возросли. Космическая станция М-71С стартовала 10 мая, на два дня позже, но и ее постигла неудача из-за того, что повторно не запустился двигатель «Блока Д» вследствие ошибки подачи команды на момент зажигания — «самой грубой и непростительной ошибки», как её потом охарактеризовали. Предполагалось установить таймер на повторное зажигание двигателя через 1,5 часа после того, как «Блок Д» вернется в нужную точку орбиты, но программист ошибочно задал время 150 часов, введя последовательность бит в 8-битном коде в обратном порядке. В результате космическая станция М-71С вместе с четвертой ступенью остались на промежуточной опорной орбите и получили в Советском Союзе название «Космос-419». Два дня спустя он вошел в атмосферу и прекратил существование.
Эта ошибка не только могла лишить Советский Союз шанса стать первым на орбите Марса, но она также поставила под угрозу успех всей программы «Марс-71», поскольку это означало, что на орбите планеты не будет радиомаяка, помогающего оптимизировать траектории космических станций с посадочными аппаратами. Вместе с комплексом научной аппаратуры был потерян прибор STEREO, о чем французы узнали значительно позже. Советским инженерам пришлось прибегнуть к запасному варианту определения местоположения космических станций М-71 вблизи Марса, который был менее точным и более рискованным*. Недостаток точных эфемерид Марса для расчета момента отделения посадочного аппарата, ориентации системы входа в атмосферу и спуска относительно Марса каждой приближающейся к нему космической станции следовало восполнить, используя бортовые оптические приборы для определения её положения относительно планеты и затем, рассчитав точку отстыковки аппарата, провести коррекцию траектории, чтобы выйти в эту точку и правильно сориентировать спускаемую систему для входа в атмосферу. Эта автономная процедура с использованием оптических навигационных инструментов была разработана на случай непредвиденных обстоятельств, но неудавшийся запуск М-71С сделал ее единственно возможным вариантом. Это было дерзко, очень сложно, очень изощренно и далеко опережало свое время. Пройдет несколько десятилетий, прежде чем американские конструкторы прибегнут к бортовой оптической навигации; в то время они были бы просто ошеломлены, узнав, что оптическая навигация использовалась на «Марсе-2» и «Марсе-3». Программой полетов космических станций «Марс-71» предусматривалось до трех маневров коррекции на промежуточном участке траектории, но номинально использовалось только два: первый — вскоре после старта, а второй — при подлете к Марсу. Теперь же стало принципиально важным осуществление еще одной коррекции, предназначенной для автономного наведения на цель посадочного аппарата. Первый шаг, на расстоянии около 70000 км от Марса, заключался в проведении оптических навигационных наблюдений, требующихся для корректного наведения посадочного аппарата. После проведения расчетов нового вектора скорости и коррекции курса посадочный аппарат должен был отстыковаться от станции и далее следовать стандартной процедуре, заложенной в программу входа в атмосферу планеты. Сама же космическая станция с орбитальным аппаратом должна была затем провести повторные оптические наблюдения на расстоянии около 20000 км от Марса, чтобы при необходимости внести любые изменения, требующиеся для маневра выхода орбитального аппарата на орбиту.
*После потери М-71С оставалось надеяться на безупречную работу системы космической автономной навигации (СКАН). Решение о разработке этой системы, не имеющей аналогов в мире, и установке ее на 2-й и 3-й КА принял Совет главных конструкторов в начале 1970 г. как запасной вариант на случай аварии станции М-71С. В системе использовался оптический угломер. За 7 час до прилета к Марсу прибор должен был провести первое измерение углового положения Марса относительно базовой системы координат. Данные измерений передавались в бортовой компьютер системы управления, который рассчитывал вектор третьей коррекции, необходимый для перевода станции на номинальную траекторию. По результатам расчетов система управления КА без вмешательства с Земли выдавала команды на выполнение коррекции.


 Объект М-71С:
    1 - приборно-агрегатный отсек;
    2 - остронаправленная антенна;
    3 - комплект научных приборов;
    4 - топливный бак;
    5 - радиатор системы терморегулирования;
    6 - солнечные батареи
Сиддики:
Научные инструменты:
1. магнитометр
2. инфракрасный радиометр
3. инфракрасный фотометр
4. Многоканальный плазменный спектрометр РИЭП-2801
5. видимый фотометр
6. радиометр
7. ультрафиолетовый фотометр
8. детектор космических лучей 9. Д-127 ловушки заряженных частиц
10. система визуализации (с камерами Vega и Zufar)
11. Радиоастрономический эксперимент "Стерео-1"
«Космос 419» был первым советским марсианским зондом «пятого поколения» (после запуска в 1960, 1962, 1963–64 и 1969 годах). Первоначальный план состоял в том, чтобы запустить две комбинации «орбитальный аппарат», известные как M-71, во время запуска Марса в 1971 году, но для того, чтобы опередить американский "Маринер", советские планировщики добавили третью миссию, M-71S, простой орбитальный аппарат, который мог стать первым космическим кораблем, который выйдет на орбиту вокруг Марса. Орбитальный аппарат может также собирать данные, важные для наведения двух кораблей в точных точках на поверхности Марса. Эти новые аппараты были первыми советскими роботизированными космическими кораблями с цифровыми компьютерами (S-530), которые представляли собой упрощенную версию Аргона-11 на космическом корабле 7K-L1 («Зонд»). Первый из этих космических аппаратов успешно вышел на орбиту Земли (145 х 159, 51,5°), но верхняя ступень Блока D не смогла включиться второй раз, чтобы отправить космический аппарат к Марсу. Последующее расследование показало, что в программировании времени запуска была человеческая ошибка. По-видимому, таймер, который должен был зажечь Блок D, был неправильно запрограммирован на срабатывание через 150 часов вместо 1,5 часов. (В одном сообщении говорилось, что программист неправильно запрограммировал время в годах вместо часов). Космический аппарат, названный Космос 419 советской прессой, вошёл в атмосферу Земли через два дня после запуска. Советы обещали французам, что два их инструмента Stereo-1 будут отправлены на Марс во время окна 1971 года, но так как один был потерян на Космосе 419, который официально не имел ничего общего с миссией на Марс, советские чиновники были вынуждены хранить молчание о его судьбе.