«Марс-3»
28 мая 1971 15:26:30 - старт
8 июня 1971 - коррекция
14 ноября 1971 - коррекция
2 декабря 1971 - коррекция
2 декабря 1971 9:14 - отделение СА
2 декабря 1971 9:29 - начало торможения ОБ
орбитер вышел на нерасчётную орбиту вокруг Марса
23 августа 1972 - объявлено о завершении работы
|
Ежегодник БСЭ 1972 г
См. о "Марс-2"
Вики:
Станция была запущена с космодрома Байконур при помощи ракеты-носителя Протон-К с дополнительной 4-й ступенью — разгонным блоком Д 28 мая 1971 года в 18:26:30 по московскому времени. Марс-3 был сначала выведен на промежуточную орбиту искусственного спутника Земли, а затем разгонным блоком Д переведён на межпланетную траекторию.
8 июня и в ноябре 1971 г. успешно проведены коррекции траектории движения. До момента сближения с Марсом полёт проходил по программе. Прилёт станции к планете совпал с большой пылевой бурей.
Посадка начинается после третьей коррекции межпланетной траектории полета 2 декабря с использованием системы космической автономной навигации АМС и отделения спускаемого аппарата от орбитальной станции. Перед отделением станция Марс-3 была сориентирована так, чтобы спускаемый аппарат после отделения мог двигаться в требуемом направлении. Отделение произошло в 12 часов 14 минут московского времени 2 декабря, когда АМС подлетала к планете, до торможения орбитальной станции и перехода её на орбиту спутника Марса. Через 15 минут сработал твердотопливный двигатель перевода спускаемого аппарата с пролётной траектории на траекторию встречи с Марсом.
Орбитальная станция после отделения спускаемого аппарата выполнила 2 декабря 1971 года торможение и вышла на нерасчётную орбиту искусственного спутника Марса с периодом обращения 12 суток 16 часов 3 минуты (планировалась орбита с периодом обращения 25 часов. Расхождение фактического и запланированного периода обращения можно объяснить недостатком времени, который не позволил надлежащим образом оттестировать программное обеспечение системы автоматической навигации).
23 августа 1972 года ТАСС сообщил о завершении программы полёта. Станция свыше 8 месяцев осуществляла комплексную программу исследования Марса. За это время станция совершила 20 оборотов вокруг планеты. АМС продолжала исследования до исчерпания азота в системе ориентации и стабилизации.
В 2002 году в журнале «Космические исследования» опубликована статья в которой о работе Марс-3 на околомарсианской орбите указано следующее. В течение четырёх месяцев проводились ИК-радиометрия, фотометрия, измерения состава атмосферы, магнитного поля и плазмы.
Разработчики фототелевизионной установки (ФТУ) использовали неправильную модель Марса, из-за чего были выбраны неверные выдержки. Снимки получались пересветлёнными, практически полностью непригодными. После нескольких серий снимков (в каждой по 12 кадров) фототелевизионная установка не использовалась.
Маров:
см. "Марс-2"
«Марс-3» был запущен 28 мая 1971 года и совершил первую коррекцию на промежуточном участке траектории 8 июня. 25 июня вышел из строя главный передатчик дециметрового диапазона, но резервный оставался в рабочем состоянии. Полет прошел без каких-либо происшествий, и 14 ноября космическая станция произвела второй маневр коррекции траектории. При сближении с Марсом 2 декабря было выполнено заключительное автономное наведение. В 09:14 по Всемирному времени, за 4 часа 35 минут до выхода на орбиту, на космической станции была приведена в действие система входа в атмосферу. Через пятнадцать минут был проведен маневр отделения посадочного аппарата и придания ему требуемой ориентации. Далее об СА "Марс-3" тут.
Тем временем, из-за программной ошибки, время работы тормозного двигателя космической станции «Марс-3» при его выходе на орбиту оказалось меньше расчетного, и орбитальный аппарат вышел на орбиту с параметрами 1530 x 190000 км с периодом 12,79 дней вместо 25 часов. В итоге осталось всего семь возможностей для наблюдений в периапсисе с учетом конечного времени функционирования станции. Как и в случае с «Марсом-2», наклон орбиты составил 49°. За четыре месяца между декабрем 1971 и мартом 1972 года орбитальные аппараты «Марс-2» и -3» передали большой объем научных данных*. «Марс-2» был лучше оснащен для планетных наблюдений, но из-за проблем со связью качество телеметрии было низким, и почти все планетные данные были потеряны за исключением радиозатменных измерений при пересечении аппаратом лимба планеты. Система телеметрии «Марса-3» работала нормально, хотя её импульсный передатчик вышел из строя. Однако вследствие нерасчетной орбиты орбитальный аппарат «Марса-3» был плохо приспособлен для планетных наблюдений, но, тем не менее смог передать полезные научные данные. После завершения в марте 1972 г. научных наблюдений оба орбитальных аппарата продолжали работу, вплоть до почти одновременной потери связи с ними в июле 1972 года, когда у них закончились запасы азота для контроля ориентации. О завершении программ полетов было объявлено 22 августа 1972 года, когда «Марс-2» совершил 362 виток по более низкой, чем планировалось, орбите, а «Марс-3» 20 витков по своей гораздо более высокой орбите.
*К сожалению, не удалось получить качественные снимки Марса с орбиты. Сначала предполагали, что причиной была сильнейшая глобальная пылевая буря, но оказалось, что при разработке ФТУ «Марсов» была использована неверная фотометрическая модель поверхности планеты и были выбраны неправильные выдержки ФТУ, в связи с чем фотографии получались переосветленными. Было сделано несколько серий снимков по 12 кадров каждый, но они оказались малоинформативными, и от дальнейшего использования ФТУ на аппаратах отказались, хотя запас пленки на них оставался большой и с двух АМС могли в принципе передать на Землю 1920 снимков поверхности Марса.
Космические станции «Марс-2» и -3» были исключительно сложными автоматами-роботами. Они воплотили в себе высочайший уровень конструкторской мысли и стали настоящим инженерным чудом. Они были первыми в ряду нового поколения больших, комплексных космических станций для всестороннего исследования соседних планет. Их успех в этом первом дерзком предприятии привел к созданию новых поколений космических станций для исследования планет и проведения астрофизических исследований.
Орбитальные аппараты. Изображения. Орбитальные аппараты «Марс-2» и «Марс-3» испытали на себе неблагоприятное стечение обстоятельств. Во-первых, были проблемы в системе телеметрии. По этой причине с «Марса-2» было передано мало данных. У «Марса-3» вышел из строя импульсный передатчик, и с использованием импульсно-кодовой модуляции сигнала в дециметровом диапазоне было получено только одно изображение с низким разрешением 250 строк. Во-вторых, сильное негативное влияние оказала глобальная пыльная буря, которая началась в октябре и ко времени прибытия космических станций охватила всю планету. В-третьих, последовательность формирования изображений была запрограммирована заранее,
но едва ли не самые высокие горные вершины закрывали обзор, и эта последовательность оказалась непрактичной. Наконец, на камерах была поставлена неверная выдержка. А после того, как ампулы с реактивами для обработки пленок были открыты, время на фотосъемку стало ограниченным. Почти все изображения «Марса-3» были переданы в трех сериях. Первые две серии, снятые 10 и 12 декабря 1971 года, содержали очень мало деталей из-за пылевой бури. Из-за проблем с системой управления следующие две серии были отложены до 28 февраля и 12 марта 1972 года, когда буря стихла. В общей сложности на Землю было передано 60 изображений, включая цветные изображения вулканов, вершины которых достигали 22 км, и впадин, достигавших глубины 1,2 км, но качество изображений было довольно низким. В ходе программы было получено только одно изображение всей планеты, лишенное каких-либо особенностей, сделанное в апоапсисе высокоэксцентричной орбиты «Марса-3».
Результаты фотосъемки Марса советскими орбитальными аппаратами были несопоставимы с 7000 изображений, полученных с американской космической станции «Маринер-9» с беспрецедентным разрешением, которые охватили 70% планеты. Эти и другие научные данные открыли нам гораздо более интересный Марс, чем сухой,
покрытый кратерами луноподобный Марс, заснятый пролетными станциями «Маринер-4», «Маринер-6» и «Маринер-7». Изображения каньонов,
сухих русел рек, равнин и вулканов, переданные «Маринером-9», наводили на мысль о гораздо более влажном прошлом Марса и открывали перспективу обнаружения подповерхностной воды и, возможно, даже жизни. На фоне этих результатов научные достижения «Марса-2» и «Марса-3» были малозаметны, и советские специалисты размышляли о том, что ситуация могла бы быть иной, если им повезло бы чуть больше.
Пылевая буря. Мощная пылевая буря утихла в конце января 1972 года, открыв камерам орбитальных аппаратов возможность обзора марсианской поверхности, но прошло еще много месяцев, прежде чем легкие частицы пыли осели из атмосферы. Пыльное облако растянулось по высоте на 10 км, но по планете оно распределилось неравномерно. Размеры частиц пыли были определены из оптических измерений, и во время бури частицы микронных размеров были обнаружены на высоте до 7 км. О присутствии на больших высотах еще более мелких частиц свидетельствовали измерения яркости облаков в ультрафиолетовом диапазоне длин волн. Во время пылевой бури содержание водяных паров в атмосфере оказалось очень низким, отвечающим всего нескольким микронам осажденной воды. После бури оно выросло до 20 мкм, с большей влажностью на экваторе, чем в северной приполярной области. Пыль отклоняла значительное количество солнечного света, и после того, как атмосфера очистилась, температура поверхности выросла примерно на 25°С.
Верхняя атмосфера и ионосфера. Высотные профили температуры и давления атмосферы были получены путем частых радиозатменных измерений «Марса-3». Согласно этим данным верхний слой атмосферы оказался нейтральным, почти полностью состоящим из двуокиси углерода и 2% атомарного кислорода. На высоте 200 км на ночной стороне за терминатором было зарегистрировано собственное свечение атмосферы. Основная часть ионосферы оказалась расположенной на высотах от 80 до 110 км. От 100 до 800 км диссоциация двуокиси углерода приводила к преобладанию атомарного кислорода и окиси углерода. В эксперименте по регистрации линии Лайман-альфа была зарегистрирована корона атомарного водорода выше 20000 км. Содержание атомарного водорода там оказалось меньше, чем обнаруженное «Маринером-6» и «Маринером-7» в 1969 году, предположительно потому, что источником атомов водорода является диссоциация водяного пара, а во время пылевой бури содержание воды в атмосфере было меньше. Были измерены заряженные частицы в ионосфере и зарегистрирован головной скачок уплотнения, определяющий взаимодействие солнечного ветра с планетной ионосферой.
Нижняя атмосфера. Были получены данные о временных и пространственных изменениях температуры в нижних слоях атмосферы. Было найдено, что концентрация водяных паров в 5000 раз меньше, чем в атмосфере Земли. Фотографии края планетного диска показали, что атмосфера имеет слоистую структуру и простирается выше 200 км. Наблюдения облаков показали, что на высотах порядка 40 км они состоят из частиц субмикронных размеров. Дистанционные измерения привели к выводу, что атмосфера состоит на 90% из двуокиси углерода, на 0,027% из молекулярного азота, на 0,02% из молекулярного кислорода и на 0,016% из аргона, а содержание водяных паров колеблется в пределах от 10 до 20 мкм осажденной воды.
Топография поверхности. На основе измерений плотности двуокиси углерода в столбе атмосферы при помощи инфракрасного фотометра на линии поглощения СО2 2,06 мкм вдоль траектории орбитального модуля в направлении, перпендикулярном поверхности была проведена альтиметрия рельефа поверхности. Полученные из этих измерений высоты в целом соответствовали результатам наземных радиолокационных измерений.
Свойства поверхности. Измеренные большие суточные колебания поверхностной температуры указывали на низкую теплопроводность сухой и пыльной поверхности Марса. Измеренные широтные вариации поверхностной температуры оказались в диапазоне от — 110°С на северной полярной шапке до +13°С около экватора. Средняя температура на экваторе составляла —40 °С, а на широте 60° она составляла —70 °С без значительных суточных вариаций. Темные области на поверхности были на 10-15 градусов теплее светлых областей. В течение ночи поверхность резко охлаждалась в низких широтах, указывая на сухой пористый грунт с низкой теплопроводностью. Подповерхностные температуры на глубине 0,5 метра были не выше —40°С. Были обнаружены «горячие точки», температура которых была выше на 10°С, чем у окружающей местности, и аномалии теплового потока на поверхности. Температуры на северной полярной шапке
оказались близкими к температуре конденсации двуокиси углерода. Было измерено давление атмосферы на поверхности, которое составило от 5,5 до 6 мбар. Плотность, теплопроводность, диэлектрическая проницаемость грунта и его отражательная способность были получены из данных микроволновой и тепловой радиометрии. Плотность грунта составила от 1,2 до 1,6 г/см3, а в некоторых местах она достигала 3,5 г/см3. Было высказано предположение, что поверхность образована пылью из двуокиси кремния, причем толщина слоя пыли около 1 мм.
Глобальные свойства. Были получены данные о глобальном гравитационном поле и магнитном поле Марса. Собственного магнитного поля обнаружено не было, а данные измерений плазмы в области взаимодействия солнечного ветра с ионосферой показали, что магнитный момент Марса по крайней мере в 4000 раз слабее, чем магнитный момент Земли. Ключевым открытием стало обнаружение в гравитационном поле значительных локальных концентраций массы, аналогичных лунным, которые существенно изменяли орбиты космических аппаратов. Кроме того, полярный диаметр планеты оказался несколько меньше, чем экваториальный.
http://galspace.spb.ru/index435-2.html
Конструктивно "Марс-3" и "Марс-2" были аналогичны и дублировали друг друга на случай возможного сбоя. На аппаратах находились 2 фототелевизионные камеры с различными фокусными расстояниями для фотографирования поверхности Марса, а на "Марсе-3" также аппаратура "Стерео" для проведения совместного советско-французского эксперимента по изучению радиоизлучения Солнца на частоте 169 МГц. В составе КА был орбитальный отсек и спускаемый аппарат.
Компоновку АМС предложил молодой конструктор В. А. Асюшкин. Система управления, массой 167 кг и потребляемой мощностью 800 ватт, разработана и изготовлена НИИ автоматики и приборостроения.
Станция была запущена с космодрома Байконур при помощи ракеты-носителя Протон-К с дополнительной 4-й ступенью - разгонным блоком Д 28 мая 1971 года в 18:26:30 по московскому времени. Марс-3 был сначала выведен на промежуточную орбиту искусственного спутника Земли, а затем разгонным блоком Д переведён на межпланетную траекторию.
Полёт к Марсу продолжался более 6 месяцев. До момента сближения с Марсом полёт проходил по программе. Прилёт станции к планете совпал с большой пылевой бурей.
Спускаемый аппарат Марса-3 совершил первую в мире мягкую посадку на поверхность Марса 2 декабря 1971 года. Посадка начинается после третьей коррекции межпланетной траектории полета АМС и отделения спускаемого аппарата от орбитальной станции. Перед отделением станция Марс-3 была сориентирована так, чтобы спускаемый аппарат после отделения мог двигаться в требуемом направлении. Отделение произошло в 12 часов 14 минут московского времени 2 декабря 1971 года когда АМС подлетала к планете, до торможения орбитальной станции и перехода её на орбиту спутника Марса.
Через 15 минут сработал твёрдотопливный двигатель перевода спускаемого аппарата с пролётной траектории на траекторию встречи с Марсом. Получив дополнительную скорость, равную 120 м/с, спускаемый аппарат направился в расчетную точку входа в атмосферу. Затем система управления, размещенная на ферме, развернула спускаемый аппарат коническим тормозным экраном вперед по направлению движения, чтобы обеспечить правильно ориентированный вход в атмосферу планеты. Для поддержания спускаемого аппарата в такой ориентации во время полета к планете была осуществлена гироскопическая стабилизация. Раскрутка аппарата по продольной оси проводилась с помощью двух малых твердотопливных двигателей установленных на периферии тормозного экрана. Ферма с системой управления и двигателем перевода, ставшая теперь ненужной, была отделена от спускаемого аппарата.
Полет от разделения до входа в атмосферу продолжался около 4,5 часов. По команде от программно-временного устройства были включены два других твердотопливных двигателя, также расположенных на периферии тормозного экрана, после чего вращение спускаемого аппарата прекратилось. В 16 часов 44 минуты спускаемый аппарат вошел в атмосферу под углом близким к расчетному со скоростью около 5,8 километров в секунду и началось аэродинамическое торможение. В конце участка аэродинамического торможения еще на сверхзвуковой скорости полета по команде датчика перегрузки с помощью порохового двигателя, расположенного на крышке отсека вытяжного парашюта, был введен вытяжной парашют. Спустя 1,5 с с помощью удлиненного заряда разрезался торовый парашютный отсек, и верхняя часть отсека (крышка) была уведена от спускаемого аппарата вытяжным парашютом. Крышка, в свою очередь, ввела основной парашют с зарифленным куполом. Стропы основного парашюта крепились за связку твердотопливных двигателей, которые уже крепились непосредственно к спускаемому аппарату. Когда аппарат затормозился до околозвуковой скорости, то по сигналу от программно-временного устройства была проведена разрифовка - полное раскрытие купола основного парашюта.
Дон Митчел:
Советские исследования Марса в 1960-х годах значительно опередили свое время, но потерпели ряд неудачных неудач. После некоторого успеха в 1971 и 1973 годах русские сосредоточились в основном на изучении Венеры.
Марс-3
Первые советские орбитальные аппараты, Марс-2 и Марс-3, прибыли 27 ноября и 2 декабря 1971 года. Они несли 52-мм фотокамеры "Вега" и 350-мм "Зульфар" (позже использовавшиеся на Марсе-4 и 5), неся достаточное количество пленки для 480 фотографий на камеру. Эти камеры были разработаны А.С.Селивановым и его командой в Институте космического приборостроения. Первоначальный план состоял в том, чтобы провести первые 40 дней фотографических съемок; однако Марс испытывал сильную пыльную бурю на всей планете, когда прибывали советские зонды (и американский Маринер-9). На фото внизу слева показан часть атмосферы во время пыльной бури с расстояния 150000 км (орбита Марса-3 была сильно вытянута). Марс-2 не прислал много данных из-за проблем с его телеметрическими системами.
Граница атмосферы | 
Горы в Экваториальной Области |
Вопреки некоторым сообщениям, фотоаппараты на Марсе-3 работали после того, как в декабре стихала пылевая буря. По крайней мере, четыре фотографических съемки были зарегистрированы (12 декабря, 14, 28 февраля, 12 марта). Изображения были возвращены с помощью импульсной кодовой модуляции по каналу телеметрии в дециметровом диапазоне, после того как система позиционной модуляции в сантиметровом диапазоне вышла из строя. Дециметровый передатчик пострадал от прерывистых сбоев и использовался очень осторожно. Только после сбора важных научных данных было передано небольшое количество изображений с низким разрешением (режим 256 строк). Цветное изображение ниже представляет собой мазаику с 52-мм камеры, использующий программу циклических фильтров из красного, зеленого и синего стекла. Изображение красного фильтра, опубликованное в другом месте, очевидно, является одним из каналов, используемых в мозаике:
Цветная мозаика | 
Красный канал изображения |
Государственный музей истории космонавтики имени К.Э. Циолковского в Калуге. Автоматическая межпланетная станция "Марс-3", вид сверху.
Сиддики:
Научные инструменты:
Орбитальный аппарат:
1. инфракрасный болометр (радиометр)
2. микроволновый радиометр (радиотелескоп)
3. инфракрасный фотометр (полоски поглощения газа CO2)
4. Интерференционно-поляризованный фотометр IV-2
5. фотометр для измерения распределения яркости
6. 4-канальный УФ фотометр
7. Система визуализации (две камеры, каждая способна на 480 изображений)
8. феррозоидный трехкомпонентный магнитометр
9. ионная ловушка
10. Спектрометр РИЭП-2801 для заряженных частиц
11. детектор космических лучей
12. радиопередатчик (для определения структуры атмосферы по преломлению)
13. Ловушки заряженных частиц D-127 [неподтвержденные]
14. радиоастрономический эксперимент "Стерео-1"
15. модуляционная ионная ловушка
Как и его предшественник, "Марс-3" был успешно отправлен по траектории на Красную планету. Космический аппарат выполнил три коррекции в середине пути 8 июня, 14 ноября и 2 декабря 1971 года. В 09:14 UT 2 декабря 1971 года спускаемый аппарат отделился от орбитального аппарата.
Между тем КА вышел на орбиту вокруг Марса с параметрами 1530 х 214 500 километров при наклоне 60,0°, значительно более эксцентрично, чем первоначально планировалось - по крайней мере в 11 раз выше номинального.
Орбитальный аппарат "Марс-3", как и орбитальный аппарат "Марс-2", столкнулся с проблемами при выполнении своей задачи по визуализации. Поскольку орбитальные аппараты должны были выполнить свою миссию по созданию изображений вскоре после выхода на орбиту - главным образом потому, что химические вещества на борту для проявления пленки имели конечный срок службы - они не могли ждать, пока на поверхности утихнут пыльные бури. В результате на фотографиях с обоих орбитальных аппаратов было мало деталей поверхности. 23 января 1972 года «Правда» отметила, что «пыльная буря все еще затрудняет фотографирование и научные измерения планеты», но добавила 19 февраля, что «полученная информация [совсем недавно] показывает, что пыльная буря закончилась». Более поздний анализ показал, что пыльная буря началась в первые 10 дней октября и длилась три месяца, хотя в атмосфере оставалась пыль до конца января. Кроме того, контроллеры установили камеры на неправильную настройку экспозиции, делая фотографии слишком светлыми. Несмотря на провал миссии по визуализации, оба орбитальных аппарата провели полный цикл научных экспериментов, сообщая данные о свойствах поверхности и атмосферы - в том числе о природе и динамике пыльной бури и содержании воды в атмосфере Марса - до тех пор, пока контакт не был потерян почти одновременно, по словам Лавочкина, в июле 1972 года. ТАСС объявил о завершении обеих орбитальных миссий 23 августа 1972 года. Французский инструмент Stereo-1 на Марсе 3 успешно работал в течение 185 часов в течение почти семи месяцев, возвращая мегабайт данных о солнечном излучении. В апреле 2013 года НАСА объявило, что его Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) видит детали Марса 3, включая его парашют, тепловой экран, тормозной двигатель и сам СА. Они были найдены в 2008 году сообществом российских космических энтузиастов, которые следили за миссией Curiosity.
СА «Марс-3»
28 мая 1971 15:26:30 - старт
2 декабря 1971 9:14 - отделение СА
2 декабря 1971 13:44 - СА вошёл в атмосферу
2 декабря 1971 13:50:35 на скорости 20,7 м/с «Марс-3» коснулся поверхности планеты. Координаты места посадки в заданном районе Марса были 44,9° ю. ш. и 158,0° з. д., недалеко от северного края кратера Птолемей в Земле Сирен.
|
Сиддики:
Научные инструменты:
СА:
1. гамма-спектрометр
2. рентгеновский спектрометр
3. термометр
4. анемометр
5. барометр
6. система визуализации (две камеры)
7. масс-спектрометр
8. Пенетрометр (на ПрОП-М)
9. гамма-денситометр (на ПрОП-М)
В 09:14 2 декабря 1971 года спускаемый аппарат отделился от орбитального аппарата и через 4,5 часа начал вход в атмосферу Марса. Наконец, в 13:47 зонд успешно установился на поверхности Марса в целости и сохранности, став первым искусственным объектом, совершившим мягкую посадку на планете.
Координаты посадки были 44,90°S / 160,08°W.
Вики:
Посадка начинается после третьей коррекции межпланетной траектории полета 2 декабря с использованием системы космической автономной навигации АМС и отделения спускаемого аппарата от орбитальной станции. Перед отделением станция Марс-3 была сориентирована так, чтобы спускаемый аппарат после отделения мог двигаться в требуемом направлении. Отделение произошло в 12 часов 14 минут московского времени 2 декабря, когда АМС подлетала к планете, до торможения орбитальной станции и перехода её на орбиту спутника Марса. Через 15 минут сработал твердотопливный двигатель перевода спускаемого аппарата с пролётной траектории на траекторию встречи с Марсом. Получив дополнительную скорость, равную 120 м/с (432 км/ч), спускаемый аппарат направился в расчётную точку входа в атмосферу. Затем система управления, размещённая на ферме, развернула спускаемый аппарат коническим тормозным экраном вперёд по направлению движения, чтобы обеспечить правильно ориентированный вход в атмосферу планеты. Для поддержания спускаемого аппарата в такой ориентации во время полёта к планете была осуществлена гироскопическая стабилизация. Раскрутка аппарата по продольной оси проводилась с помощью двух малых твердотопливных двигателей, установленных на периферии тормозного экрана. Ферма с системой управления и двигателем перевода, ставшая теперь ненужной, была отделена от спускаемого аппарата.
Полёт от разделения до входа в атмосферу продолжался около 4,5 часов. По команде от программно-временного устройства были включены два других твердотопливных двигателя, также расположенных на периферии тормозного экрана, после чего вращение спускаемого аппарата прекратилось. В 16 часов 44 минуты спускаемый аппарат вошёл в атмосферу под углом близким к расчётному со скоростью около 5,8 км/с, и началось аэродинамическое торможение. В конце участка аэродинамического торможения ещё на сверхзвуковой скорости полёта по команде датчика перегрузки с помощью порохового двигателя, расположенного на крышке отсека вытяжного парашюта, был введен вытяжной парашют. Спустя 1,5 с с помощью удлинённого заряда разрезался торовый парашютный отсек, и верхняя часть отсека (крышка) была уведена от спускаемого аппарата вытяжным парашютом. Крышка, в свою очередь, ввела основной парашют с зарифленным куполом. Стропы основного парашюта крепились за связку твердотопливных двигателей, которые уже крепились непосредственно к спускаемому аппарату.
Когда аппарат затормозился до околозвуковой скорости, то по сигналу от программно-временного устройства была проведена разрифовка - полное раскрытие купола основного парашюта. Спустя 1-2 с был сброшен аэродинамический конус и открылись антенны радиовысотомера системы мягкой посадки. За время спуска на парашюте в течение нескольких минут скорость движения снизилась примерно до 60 м/с (216 км/ч). На высоте 20-30 метров по команде радиовысотомера был включён тормозной двигатель мягкой посадки. Парашют в это время был уведён в сторону другим ракетным двигателем, чтобы его купол не накрыл автоматическую марсианскую станцию. Спустя некоторое время двигатель мягкой посадки выключился, и спускаемый аппарат, отделившись от парашютного контейнера, опустился на поверхность. При этом парашютный контейнер с двигателем мягкой посадки с помощью двигателей малой тяги был уведён в сторону. В момент посадки толстое пенопластовое покрытие защитило станцию от ударной нагрузки. Посадка была осуществлена между областями Электрида и Фаэтонтия. Координаты точки посадки 45° ю. ш. 158° з. д. на плоском дне крупного кратера Птолемей, западнее кратера Реутов, и между малыми кратерами Белёв и Тюратам.
Мягкая посадка на Марс является сложной научно-технической задачей. Во время разработки станции Марс-3 рельеф поверхности Марса был изучен слабо, сведений о грунте было крайне мало. Кроме того, атмосфера очень разрежена, возможны сильные ветры. Конструкция аэродинамического конуса, парашютов, двигателя мягкой посадки выбраны с учётом работы в широком диапазоне возможных условий спуска и характеристик марсианской атмосферы, причём их вес минимальный.
В течение 1,5 минут после посадки автоматическая марсианская станция готовилась к работе, а затем начала передачу панорамы окружающей поверхности, но через 14,5 секунд трансляция прекратилась. АМС передала только первые 79 строк фототелевизионного сигнала (правый край панорамы). Полученное изображение представляло собой серый фон без единой детали.
Впоследствии предполагали различные причины внезапного прекращения сигнала с поверхности: опасная горизонтальная скорость при посадке (Марс-3 вошел в атмосферу во время всепланетной пыльной бури когда скорость ветра вблизи поверхности по данным Маринера-9 составляла более 140 метров в секунду), коронный разряд в антеннах передатчика, повреждение аккумуляторной батареи.
В рамках выполнения программы полета Mars Reconnaissance Orbiter проводились попытки найти место посадки аппарата «Марс-3», наряду с поисками других марсианских автоматических станций, запущенных человечеством в XX веке. Долгое время станцию не удавалось обнаружить в предполагаемых координатах посадки. В 2012-2013 годах любители космонавтики во главе с известным блогером и популяризатором космических исследований Виталием Егоровым (Zelenyikot) произвели визуальный просмотр и анализ снимков высокого разрешения предполагаемой зоны посадки станции, которые были сделаны в 2007 году спутником Mars Reconnaissance Orbiter. В результате были выявлены объекты, являющиеся элементами спускаемого аппарата Марс-3. На снимках были идентифицированы автоматическая марсианская станция, парашют, двигатель мягкой посадки и аэродинамический тормозной экран. В поисках им помогали специалисты НАСА, ГЕОХИ, РКС, НПО им. Лавочкина.
Маров:
Системы и научное оборудование спускаемого аппарата «Марс-3», совершившего первую в мире мягкую посадку на поверхность Марса: 1 - основная твердотопливная ракета, 2 - система управления, 3 - основной парашют, 4 - посадочный аппарат, 5 - аэродинамический тормозной конус, 6 - антенна радиовысотомера, 7 - парашютный отсек, 8 - антенны ретрансляционной связи, 9 - пиропатрон вывода тормозного парашюта
Научное оборудование на космической станции «Марс-3» весило в общей сложности 89,2 кг. (см. "Марс-2")
При сближении с Марсом 2 декабря было выполнено заключительное автономное наведение. В 09:14 по Всемирному времени, за 4 часа 35 минут до выхода на орбиту, на космической станции была приведена в действие система входа в атмосферу. Через пятнадцать минут был проведен маневр отделения посадочного аппарата и придания ему требуемой ориентации. В 13:47 по Всемирному времени он вошел в марсианскую атмосферу на скорости 5,7 км/с с углом входа меньше 10 градусов. Раскрылся вспомогательный парашют, который вытянул основной парашют, площадь которого оставалась уменьшенной, пока скорость спуска не достигла дозвуковых значений, а затем купол раскрылся полностью. Аэродинамический теплозащитный экран был отброшен, и включился радиовысотомер малых высот. На высоте от 20 до 30 метров на скорости от 60 до 110 м/с парашют отделился, и маленькая ракета увела его от посадочного аппарата. Одновременно с этим на посадочном аппарате включилась своя тормозная ракета. После спуска, длившегося чуть более трех минут, в 13:50:35, на скорости 20,7 м/с «Марс-3» коснулся поверхности планеты. Координаты места посадки в заданном районе Марса были 44,9° ю. ш. и 158,0° з. д., недалеко от северного края кратера Птолемей в Земле Сирен.
Немедленно была сброшена верхняя крышка из пеноматериала и раскрылись четыре посадочных лепестка. В 13:52:05 , спустя 90 секунд после посадки, посадочный аппарат начал передачу данных на орбитальный аппарат. Однако через 20 секунд передача прервалась, и больше сигналов с аппарата не поступало. Прошло еще несколько часов, прежде чем орбитальный аппарат, выйдя на околомарсианскую орбиту, смог ретранслировать Земле информацию, переданную с посадочного аппарата. Переданное изображение имело четкие признаки телевизионного сигнала с посадочного аппарата, но оно не поддавалось интерпретации, представляя собой, главным образом, шумы*. Причина потери сигнала могла быть связана с мощной глобальной пылевой бурей, которая как раз в это время бушевала на Марсе. Ее также можно объяснить слабой освещенностью объекта съемки. Было предположение, что передатчик вышел из строя из-за коронного разряда в пыльной атмосфере с низкой плотностью. В любом случае, данные, собранные во время спуска и записанные на борту посадочного аппарата, как и данные измерений на поверхности после посадки для передачи в ходе первого сеанса связи, были утеряны.
*Значительно более поздний анализ с использованием новых информационных технологий привел к выводу о возможности выделения на фоне шумов полезного сигнала с поверхности Марса (см. Селиванов Л.С. и др. О первой панораме с поверхности Марса // Астрономический вестник. Исследования Солнечной системы. 2013. Т. 47, № 3. С. 198-200.).
Изображение, переданное посадочным аппаратом «Марс-3»
«Марс-3» стал первым в мире рукотворным посадочным аппаратом, совершившим успешную посадку на Марсе, но связь с ним почти сразу же прервалась. На рисунке показан телеметрический сигнал, полученный от системы формирования изображения сканирующего телефотометра, анализ которого показал, что оно, в основном, представляет собой шум, хотя позднее удалось выявить некоторые детали. Но сам факт успешной посадки на Марс космического аппарата является выдающимся научно-техническим достижением, совершенным менее чем через 15 лет после начала космической эры.
АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2013, том 47, № 3, с. 198-200
О ПЕРВОЙ ПАНОРАМЕ С ПОВЕРХНОСТИ МАРСА © 2013 г. А. С. Селиванов
ОАО "Российские космические системы", Москва Поступила в редакцию 25.09.2012 г.
Анализируются условия передачи видеосигнала от панорамной камеры спускаемого аппарата (СА) Марс-3, впервые совершившего мягкую посадку на Марс в 1973 г (?). Посадка, выполненная в условиях сильной пылевой бури на Марсе, привела к повреждению СА, что сократило время его работы до 20 с и, видимо, не позволило обеспечить заданную ориентацию его на поверхности. Если предположить, что СА лежит на боку, то ось панорамирования включенной камеры была не вертикальной, а близка к горизонтальной. В таком случае и при условии устранения из видеосигнала шумов и помех путем его обработки современными методами можно воспроизвести фрагмент панорамы, позволяющий оценить структуру поверхности вблизи места посадки СА.
Первая попытка мягкой посадки на Марс была выполнена в 1969 г. с помощью советского спускаемого аппарата (СА) Марс-1. Она была неудачной, но факт попадания в Марс был подтвержден баллистическими расчетами, а на этапе спуска СА была получена телеметрическая информация. (полный бред - Хл.)
Вторая попытка была сделана в 1971 г. с помощью СА Марс-3 (Асюшкин и др., 2010). Эта попытка была лишь частично успешной. Полностью программу полета выполнить не удалось, в частности, не оправдался план получения марсианских панорам, подобных тем, что были получены ранее с Луны (Луна-9, 1966; Луна-13, 1968). Не была также получена телеметрическая информация на этапе спуска СА на Марс.
В целом длительность работы СА была незначительной. 2 декабря 1971 г. в расчетное время с поверхности Марса был принят радиосигнал, структура которого однозначно соответствовала ожидаемому. Он имел характерную строчную структуру, свойственную панорамным телевизионным сканирующим устройствам, содержал в себе сигнал синхронизации в виде пакета прямоугольных импульсов, передаваемых во время так называемого "обратного хода" сканирующего зеркала строчной развертки. Передача велась от одной из двух установленных на СА панорамных камер, как было предусмотрено программой работы после посадки, и по двум параллельным радиолиниям метрового диапазона радиоволн на орбитальный аппарат (ОА) и через него, в реальном времени, ретранслировалась на Землю. Одновременно сигнал с СА записывался на бортовом запоминающем устройстве ОА.
Передача по радиолинии СА-ОА велась в аналоговой форме (частотная модуляция), а по линии ОА-Земля - в аналого-дискретной форме (время-импульсная модуляция). Сегодня технические параметры этих процессов восстановить полностью не удалось как из-за утраты архивных материалов, так и, к сожалению, из-за отсутствия многих разработчиков аппаратуры, уже ушедших из жизни.
Сигнал с СА устойчиво передавался в течение 20 с и затем резко прекратился без какого-либо переходного процесса. За это время с панорамной камеры было передано 79 строк видеосигнала.
На СА Марс-3 были установлены две оптико-механические панорамные камеры, аналогичные лунным, но с большей скоростью передачи изображения - 4 строки в секунду. Параметры изображения были те же - 6000 строк в панораме 360°, 500 условных телевизионных элементов в строке. Угол зрения камеры - около 30° по строке, разделенных примерно поровну относительно плоскости панорамирования. Такая модификация панорамных камер использовалась на луноходах. Глубина резкости оптической системы обеспечивалась от 0.5 м.
Две камеры устанавливались на расстоянии около 125 мм между осями, что, в принципе, позволяло получить стереоскопические фрагменты панорам. Камеры оснащались постоянными светофильтрами, разными у двух камер, что позволило бы получить псевдоцветное изображение в зоне обзора перекрывающихся стереоснимков. Относительно типов светофильтров достоверных сведений не сохранилось, наиболее вероятно, это был на данной камере оранжевый (ОС-14) светофильтр и на другой - желто-зеленый (ЖЗС-13). Панорамные камеры указанного типа имели схему автоматической регулировки чувствительности (АРЧ), обеспечивающую передачу изображения в диапазоне внешней освещенности от 50 до 50000 лк.
Пакет прямоугольных импульсов, который вставлялся в сигнал на место обратного хода строчной развертки, модулировался по ширине сигналом АРЧ, что позволило определить уровень внешней освещенности, которая оказалась почти 50 лк, что существенно ниже ожидаемой.
Программа работы СА предусматривала первоначальное включение одной из камер на 20 мин, затем должна была идти передача телеметрической информации. Вторая камера должна была включиться на следующие сутки.
После посадки первая камера включилась нормальным образом. Сигнал первоначально находился на минимальном ("черном") уровне, затем постепенно, под действием схемы АРЧ примерно за 5 с, как это и предусматривалось, установился на номинальном уровне.
Аномально низкая освещенность могла служить подтверждением большой пылевой бури, которая бушевала на Марсе в момент посадки. Каких-либо явно выраженных контрастных элементов поверхности Марса на фрагменте панорамы, содержащей 79 строк, тогда обнаружить не удалось. Первоначальные меры по усилению контраста видеосигнала удовлетворительного результата не дали. Было лишь установлено, что если полезный сигнал и присутствует, то его величина мала и находится на уровне шумов и периодических помех.
Поскольку обработка не дала результатов, приемлемых для опубликования, в космических архивах, в том числе находящихся в свободном доступе, сохранилась лишь фотография записи сигнала, которая однозначно свидетельствовала о первой мягкой посадке на поверхность Марса советской автоматической станции Марс-3.
Однако по каким-то причинам, видимо, историко-познавательного характера, в последние годы возник интерес к дешифровке видеосигнала, принятого с СА в 1971 г. Активность в решении этой проблемы проявили американские исследователи Дон П. Митчелл (2003; 2004), и позднее - Ted Stryk (2007). Полученная ими информация побуждает к рассмотрению старой задачи на современном уровне с использованием оригинальных материалов.
Обращает на себя внимание одновременное и почти мгновенное прекращение работы двух передатчиков СА, что наиболее вероятно может быть следствием повреждения общего источника питания - аккумуляторной батареи и её цепей, разгерметизации СА, и что вызвано, в свою очередь, сильным ударом при посадке. Удар мог привести к деформации корпуса станции и нарушению механической системы, обеспечивающей ее вертикализацию на поверхности. Этому могли способствовать также нарушения системы торможения на завершающем этапе посадки в условиях сильной бури.
Рис. 1. Положение СА Марс-3 на поверхности Марса: (а) "штатная" посадка; (б) "нештатная" посадка.
Если станция не вертикализируется, то какое устойчивое ("квазиустойчивое") положение она может занять? Ориентировочно таких положений четыре, определяемых количеством лепестков, раскрывающихся после посадки. В этом случае логично предположить, что оси панорамирования камер будут не вертикальными, а близкими к горизонтальным, и, следовательно, сканирование панорам произойдет в вертикальной плоскости (рис. 1а, 1б).
Надо отметить, что такая версия рассматривалась нами ранее. Она напрашивается на интуитивном уровне, видимо, по той причине, что человеческий глаз плюс мозг являются весьма совершенной системой обработки видеоинформации, умеющей хорошо распознавать ориентированные структуры, и может выделять из шума какие-либо элементы, позволяющие отдавать предпочтение определенной ориентации.
Рис. 2. Результаты обработки панорамы.
Итак, принимаем, также как и Дон Митчелл, в качестве весьма правдоподобной посылки квазигоризонтальное положение камеры. В этом случае вертикальный угол зрения камеры составит около 4.7° (79 строк), а его значащая часть (без переходного процесса АРЧ) - около 3.5° (59 строк), и поэтому, в силу малости этой величины, попадание в угол зрения камеры линии истинного горизонта весьма маловероятно. Учитывая, что высота камеры над поверхностью может составлять примерно 40-60 см, и сделав простейшие построения, можно представить себе геометрические условия работы камеры. После компьютерной обработки, включающей устранение периодических и импульсных помех, контрастирование, исключение из видеосигнала краевых эффектов и телеметрической вставки, а также увеличение масштаба по вертикали примерно на 37% для уменьшения геометрических искажений, получается версия панорамы с СА Марс-3, представленная на рис. 2. Это бугристая комковатая поверхность, предположительно с равномерным по полю зрения распределением малоконтрастных элементов рельефа, подобная типу поверхности, встречающемуся, как мы сейчас знаем, и на Луне, и на Марсе. Если статистику рельефа принять одинаковой для всего поля зрения, то нижняя часть панорамы, имеющая более крупные детали, должна располагаться ближе к камере на расстоянии примерно 1 м, а верхняя - дальше, примерно на расстоянии 2-2.5 м. В горизонтальной плоскости изображение захватывает угол в 28.5° и всего несколько квадратных метров поверхности вблизи станции.
Остается неясным, почему изображение несколько размыто, как бы расфокусировано. Что это: объективный результат наблюдения сглаженного рельефа, неблагоприятные условия передачи сигнала во время пылевой бури или же результат недостаточно корректной фильтрации помех? Но, тем не менее, вопрос о получении первой марсианской панорамы (точнее - ее небольшого фрагмента) на данном этапе можно считать исчерпанным.
Сегодня решение поставленной задачи имеет чисто историческое значение на фоне многочисленных и высококачественных снимков, полученных с американских марсоходов в последние годы. Но когда-то было начало...
Автор благодарит Марова М.Я., Базилевского А.Т., Гектина Ю.М. за проявленный интерес к данной работе и обсуждению ее результатов, Старцева В.К., Молодцова В.А. и Морозова И.А. за поиск, подготовку и оформление технических материалов.
http://galspace.spb.ru/index435-2.html
В состав автоматической марсианской станции входил марсоход ПрОП-М (Прибор оценки проходимости - Марс).
ПрОП-М (Прибор оценки проходимости - Марс)
Используя опыт работы с «Луноходом», конструкторы Института транспортного машиностроения (ВНИИ-ТРАНСМАШ) под руководством А.Л. Кемурджиана создали небольшого, размером 25 см х 22 см х 4 см и массой 4,5 кг, робота, которому предстояло высадиться на Марс.
Задачи у этого мини-марсохода были скромные - он должен был пройти лишь небольшое расстояние, оставаясь соединенным с посадочным аппаратом кабелем длиной 15 м. Свойства марсианского грунта были неизвестны, поэтому, чтобы не провалиться в пыль или песок, марсоходу были сделаны стальные опоры в виде лыж.
На нем был установлен конический штамп, вдавливание которого в грунт дало бы сведения о прочности марсианской поверхности. По следам от лыж, зафиксированным на телевизионной панораме, также можно было бы судить о механических свойствах грунта. На грунт, в область видимости телекамер, его помещал манипулятор.
Сборка манипулятора ПрОП-М
Движение осуществлялось следующим образом: опираясь на лыжи, корпус переносился вперед, аппарат садился на днище и лыжи перемещались на следующий шаг. Поворот производился путем перемещения лыж в разные стороны. В случае, если аппарат встречал препятствие (касание двухконтактного бампера спереди), он самостоятельно делал маневр объезда: отход назад, поворот на некоторый угол, движение вперед.
Схема спуска марсохода на грунт и движение с препятствиями.
Каждые 1,5 метра предусматривалась остановка для подтверждения правильности курса движения. Этот элементарный искусственный интеллект был необходим для марсианских подвижных аппаратов, так как сигнал от Земли до Марса идет от 4 до 20 минут, а это слишком долго для подвижного робота. К моменту прихода команд с Земли, ровер, возможно, уже вышел бы из строя.
Дон Митчел
Спускаемый аппарат, выпущенный Марсом-3, стал первым зондом, который приземлился на Марсе, но он работал всего около 20 секунд, присылая некоторые данные и 79 строк видео. Изображение внизу справа, как сообщается, является видом этого сигнала. Вероятно, его следует повернуть на 90 °, поскольку камеры Mars-3 имели такую же циклокерамическую конструкцию, что и Luna-9, сканируя вертикально. После тщательного анализа советские ученые сообщают, что в нем нет информации. Это вряд ли вид на марсианский горизонт, как некоторые люди предположили:
Сигнал от СА Марс-3