Константин Лантратов
АМС "Марс-1"
РН "Протон" с АМС "Фобос"
"Авиапанорама", № январь-февраль 1997 г, стр. 44-47.
Константин Лантратов АМС "Марс-1" РН "Протон" с АМС "Фобос" |
Испокон веков Марс притягивал к себе взоры и мысли землян. Поэтому неудивительно, что уже через три года после старта первого спутника в СССР начались запуски аппаратов к планете. Но Марс оказался "крепким орешком". Начиная с 1959 года в СССР и России было разработано семь типов "марсианских" станций, дошедших до стадии летно-конструкторских испытаний. Путь к нашей последней, к сожалению, неудачной экспедиции, оказался тернистым: с 1960 по 1988 г. выполнено 16 стартов автоматических межпланетных станций (АМС) к Марсу. Из них лишь четыре миссии считаются частично успешными. Утешает только то, что американцам тоже не всегда сопутствовала удача.
Первые АМС для исследования Марса начали создавать в СССР (в ОКБ-1) в октябре 1959 г. Было решено сделать два аппарата, получивших обозначение 1М, для запуска на Марс в сентябре 1960 г. Планировалось, что эти 500-килограммовые посланцы Земли пролетят мимо "красной планеты", сфотографировав ее с близкого расстояния, измерив ее магнитное поле, изучив состав атмосферы. Специально для запуска АМС к Марсу пришлось разработать новую четырехступенчатую ракету 8К78, которая потом получила название "Молния".
Оптимальным с астрономической точки зрения периодом старта были 20-25 сентября, крайний срок - 15 октября 1960 г. Изготовление АМС на заводе №88 в подмосковном Калининграде (ныне - г. Королев) шло с большим отставанием от графика, поэтому после проведения части испытаний два недоделанных аппарата в разобранном виде поместили в контейнеры и отправили самолетом на Байконур. Лишь 27 сентября там начались комплексные испытания станции 1М №1. При этом выявилось много отклонений от расчетных параметров, происходили отказы. Пуск в оптимальные сроки стал невозможным. Только 10 октября 1960 г. состоялся первый пуск РН 8К78 с АМС 1М №1, но станция не вышла на орбиту: на третьей ступени ракеты из-за сбоя в системе управления прошла команда на выключение двигателя.
Для осуществления запуска к Марсу второй станции с нее пришлось снять всю научную аппаратуру. В таком "облегченном" варианте она могла служить только для отработки пуска и изучения условий радиосвязи на больших расстояниях. 14 октября 1960 г. старт состоялся, но станция тоже не вышла на орбиту ИСЗ из-за отказа двигательной установки третьей ступени. Оказалось, что еще при подготовке ракеты на космодроме из-за негерметичности разделительного клапана в магистрали жидкого кислорода этой ступени в трубопроводе замерз керосин.
После таких неудач С.Королев предложил создать унифицированную станцию для запусков к Марсу и Венере. Она получила обозначение 2MB. Исходя из энергетических возможностей РН 8К78, решили разработать два типа станций: для фотографирования и радиозондирования планет с небольшого расстояния при пролете и для доставки на их поверхность спускаемых аппаратов с радиосистемой и научными приборами. Предусматривались модификации таких станций для запуска к Венере (2МВ-1 и 2МВ-2) и Марсу (2МВ-3 и 2МВ-4). Масса станций была около одной тонны - предел для ракеты 8К78 при запуске к Марсу.
В сентябре 1962 г. на Байконур доставили три АМС: 2МВ-4 №3 и 2МВ-4 №4 для фотографирования с пролетной траектории и 2МВ-3 №1 для посадки на планету. 24 октября того же года состоялся пуск ракеты с 2МВ-4 №3. АМС вышла на орбиту ИСЗ. Однако во время включения двигателя разгонного блока Л для перехода на межпланетную траекторию в его турбонасосном агрегате заклинило разогревшуюся рессору, что привело к взрыву и потере станции.
1 ноября 1962 г. оторвалась от Земли АМС 2МВ-4 №4, которую в сообщении ТАСС назвали "Марс-1". Блок Л на этот раз функционировал успешно. Однако сразу по окончании его работы поступила информация о снижении давления в газовых баллонах с азотом системы ориентации. По командам с Земли на остатках газа удалось закрутить станцию вокруг оси, направленной на Солнце. Это обеспечило аппарату стабилизацию и подзарядку буферных батарей системы энергопитания. Благодаря этому связь с объектом продолжалась еще 4 месяца через малонаправленные антенны метрового диапазона. Контакт со станцией потеряли 21 марта 1963 г., когда она ушла на расстояние 106 млн км.
Как выяснила комиссия, причиной потери управляющего газа стало неполное закрытие клапана азота, изготавливаемого по заказу ОКБ-1 одним из заводов Министерства авиационной промышленности. Расследование показало, что при пайке обмотки его электромагнита на седло клапана могла попадать канифоль. Она и создавала негерметичность. При проверке клапанов той же серии канифоль нашли и на их седлах.
Последняя станция - 2МВ-3 №1 была запущена 4 ноября 1962 г. Однако двигатель блока Л отключился преждевременно из-за сбоя в программном запоминающем устройстве, и АМС осталась на околоземной орбите, а через сутки сгорела в плотных слоях атмосферы.
В конце 1962 г. начались работы над унифицированной АМС следующего поколения для мягкой посадки и фотографирования Венеры и Марса, получившей обозначение ЗМВ. Первый и единственный запуск станции этой серии к Марсу состоялся в конце ноября 1964 г. Первоначально готовились пять аппаратов: одна посадочная станция ЗМВ-3 и четыре пролетных "фотографа" ЗМВ-4. Однако вовремя подготовить их все на полигоне не успели. В самом конце астрономического окна 30 ноября 1964 г. удалось выполнить запуск лишь станции ЗМВ-4 №2, получившей обозначение "Зонд-2".
Но после выхода АМС на траекторию полета к Марсу на ней не полностью раскрылись солнечные батареи, из-за чего нарушился нормальный режим работы системы электропитания. Как выяснилось, не произошла расчековка одной из панелей. Фиксация ее была очень простой: металлический стержень соединял подпружиненную в сложенном состоянии панель с гермокорпусом аппарата. Чека соединялась веревочным фалом с блоком Л и выдергивалась при его отделении от станции. На ЗМВ-4 №2 этого не произошло. Солнечные батареи удалось открыть только 15 декабря после ряда "встрясок" станции при включении двигателей. Но все возможные сроки коррекции траектории уже прошли. В ходе ее дальнейшего полета произошла еще целая серия отказов, в результате которых радиоконтакт с "Зондом-2" стал невозможен.
С мая 1965 г. работы над АМС продолжились уже в Химках - в НПО им. С.А.Лавочкина. Первые две станции, созданные на этом предприятии, были подготовлены к запуску в начале 1969 г. и назывались М-69. Они предназначались для фотографирования Марса и его комплексного исследования с орбиты искусственного спутника этой планеты. Поскольку запускать станции планировалось более мощной ракетой 8К82К, названной позднее "Протон", с разгонным блоком Д, масса станции могла составлять до пяти тонн.
Из-за задержки отработки и испытаний станций М-69 в Химках, руководители проекта сочли возможным не до конца готовые аппараты отправить на полигон и там закончить цикл изготовления и контроля. Надо сказать, электроника систем управления и телеметрии АМС имела в своем составе устаревшие электрорадиоэлементы, и поэтому во время испытаний часто отказывала.
Несмотря на неутешительные прогнозы успеха экспедиции к Марсу было принято решение провести пуски АМС в намеченные сроки. Первый старт состоялся 27 марта 1969 г. Через 439 с после старта на РН 8К82К из-за возгорания и взрыва турбонасосного агрегата прекратил работу основной блок двигателя третьей ступени...
Вторую попытку предприняли 2 апреля. Но уже через 0.02 с после запуска произошел взрыв одного из шести двигателей первой ступени РН. "Протон-К", покачиваясь, медленно поднялся на пяти двигателях над стартовой площадкой. За шестым тянулся черный шлейф. Практически сразу после отрыва от стартового стола ракету повело в сторону, через 45 с она рухнула в 3 км от стартовой установки и взорвалась.
В начале 1969 г. в НПО им. С.А.Лавочкина началась работа над новыми АМС для исследования Марса. Учитывая, что конструкция М-69 была признана крайне неудачной, специалисты НПО разработали принципиально новый аппарат. Запуск станций планировался на 1971 г., а потому проект имел обозначение М-71. Это был очень благоприятный для экспедиции год. За счет удачного расположения планет требовались меньшие запасы топлива, и к тому же появилась возможность одним аппаратом решить сразу две задачи: осуществить мягкую посадку на Марс спускаемого аппарата и исследовать "красную планету" с орбиты ее искусственного спутника. В связи с этим конструктивно АМС делилась на спускаемый аппарат и орбитальный блок.
К 1971 г. подготовили три станции. Первая из них - М-71 № 170 - не оснащалась спускаемым аппаратом. Она должна была стать первым искусственным спутником Марса и выйти на орбиту вокруг него раньше чем американский "Маринер-9". Однако на траекторию межпланетного полета 10 мая станция не перешла, так как не произошло повторного запуска двигателя разгонного блока 11С824 (блок Д). Как выяснилось, в БЦВМ ввели ошибочное значение времени его запуска: из-за ошибки в разряде двигатель должен был запуститься не через несколько десятков минут, а через полторы сотни часов. Аппарат вместе с так и не сработавшим блоком Д остался на низкой околоземной орбите. В сообщении ТАСС АМС именовалась "Космос 419". Через два дня после старта он сгорел в плотных слоях атмосферы.
19 мая стартовала следующая станция - М-71 №171 "Марс-2". Полет ее вначале проходил вполне нормально. Но 27 ноября 1971 г. при подлете к Марсу и перед отделением от станции спускаемого аппарата из-за сбоя в работе БЦВМ угол входа его в атмосферу был задан больше расчетного. Спускаемый аппарат не успел затормозить и разбился в долине Нанеди в Земле Ксанфа. Однако в сообщении ТАСС говорилось, что на Марс впервые доставлен "вымпел с изображением Герба СССР".
В тот же день на орбитальном блоке "Марса-2" включилась корректирующая двигательная установка и станция перешла на орбиту искусственного спутника Марса.
Запуск М-71 №172 состоялся 28 мая. После выхода на траекторию межпланетного перелета она получила название "Марс-3". 2 декабря 1971 г. от станции отделился спускаемый аппарат. Он совершил мягкую посадку недалеко от северного края кратера Птолемей в Земле Сирен. К сожалению, телекамера 20 секунд передавала не поддающуюся расшифровке информацию. Больше никаких сигналов от спускаемого аппарата не поступило. Наиболее вероятной причиной прекращения связи решили считать неблагоприятные метеоусловия в районе посадки, где бушевала сильная пылевая буря. Промолчали и метеокомплекс, и другая научная аппаратура, остался неподвижным установленный на станции марсоход.
2 декабря 1971 г. орбитальный блок с "Марса-3" перешел на орбиту искусственного спутника Марса. Период обращения в 11 раз превышал расчетный, но это не помешало проводить научные исследования. И "Марс-2" и "Марс-3" их выполнили. Вот только фотографии с них оказались никуда не годными. Получаемые на Земле изображения представляли собой белые пятна с контуром марсианского горизонта. На самой поверхности нельзя было различить практически никаких деталей. В то же самое время фотокамера "Маринера-9" давала "кондиционную" продукцию. Дело было в неправильно выбранной экспозиции, из-за чего фотографии получались пересветленными. Оба "Марса" функционировали более восьми месяцев и прекратили работу практически одновременно, израсходовав бортовой запас азота в системе ориентации. 23 августа 1972 г. ТАСС сообщил о прекращении работы с ними.
Серию АМС М-71 признали очень удачной. На ее базе создали станции по проекту М-73 для запусков в 1973 г. Баллистические условия полета были в том году хуже, чем в 71-м, поэтому доставить в атмосферу Марса спускаемый аппарат и выйти на орбиту вокруг него одна и та же АМС уже не могла. В связи с этим приняли решение изготовить две модификации станций: для пролета мимо Марса и сброса на него спускаемого аппарата и для выхода на околомарсианскую орбиту и ретрансляции данных со спускаемых аппаратов посадочных станций.
Планировалось запустить четыре АМС: две (№50 и №51) со спускаемыми аппаратами на пролетную траекторию и две (№52 и №53) на орбиту ИСМ. Во время комплексных электрических испытаний на космодроме на станции №51 произошел отказ в БЦВМ. Выяснилось, что это случилось из-за изменения технологии производства микросхем, изготавливаемых в Воронеже. Для увеличения выпуска такого типа радиодеталей там применили для напыления не золото, а алюминий. Оказалось, что через полгода-год в результате старения на алюминиевом слое образовывались раковины, и элемент выходил из строя. Эти детали использовались на всех аппаратах М-73. Времени на замену микросхем не оставалось. Хотя предлагалось запуски не проводить, сначала Государственная, а затем и Комиссия по военно-промышленным вопросам постановили осуществить пуски всех четырех АМС в намеченные сроки.
21 июля стартовала РН 8К82К с разгонным блоком 11С824 и станцией М-73 №52. Аппарат получил обозначение "Марс-4". В ходе межпланетного полета отказали два из трех каналов БЦВМ. Причина была именно в той микросхеме. В результате 10 февраля 1974 г., когда АМС подошла к Марсу, БЦВМ не выдала команду на торможение - корректирующая двигательная установка станции не включилась и переход на околомарсианскую орбиту не произошел. Единственное, что она успела сделать, пролетая над планетой, - по команде с Земли включить фототелевизионную установку и сделать 12 снимков.
25 июля отправилась в полет станция М-73 №53 ("Марс-5"), 12 февраля 1974 г. сразу после перехода на околомарсианскую орбиту возникла негерметичность приборного отсека. Разработчики предположили, что корпус пробил микрометеорит. Расчет показал, что при таком темпе утечки атмосферы срок жизни АМС составит около трех недель, поэтому в спешном порядке началось выполнение научной программы. Станция передала фототелевизионные изображения Марса с разрешением до 100 м, провела серию исследовании поверхности и атмосферы планеты.
Первую станцию для доставки на Марс спускаемого аппарата (М-73 №50), названную в сообщении ТАСС "Марс-6", запустили 5 августа. Через несколько дней после первой коррекции траектории отказал радиокомплекс, передающий телеметрическую и научную информацию с пролетного блока. На этом блоке остались работоспособными лишь передатчик и два приемника. Благодаря им на АМС послали команды на подготовку к спуску на Марс, а на Земле удалось получить телеметрическую и научную информацию со спускаемого аппарата после его отделения от пролетного блока. 12 марта 1974 г. произошло отделение от станции спускаемого аппарата. Во время парашютного спуска на высотах от 20 км и ниже проводились измерения температуры, давления и определялся химический состав атмосферы. Раскачка спускаемого аппарата оказалась при этом выше расчетной. Непосредственно перед посадкой связь с ним была потеряна, но команда на включение двигателя мягкой посадки прошла. Однозначно причину аварии выяснить не удалось. Возможно, аппарат разбился или отказал радиокомплекс, хотя скорость спуска и работа двигателя мягкой посадки соответствовали расчетным.
Последняя АМС по программе М-73 (№51, "Марс-7") была запущена 9 августа. В ходе полета на станции остался работоспособным лишь один комплект радиосистемы. Аппарат подошел к Марсу 9 марта 1974 г. раньше, чем "Марс-6". БЦВМ сформировала команду на вход в атмосферу Марса, однако автоматика спускаемого аппарата ее "не восприняла". Спускаемый аппарат хоть и отделился от пролетного блока, но двигательная установка не включилась. В результате он пронесся в 1300 км от поверхности планеты и ушел в просторы космоса. Целевая задача выполнена не была.
В 1976 г. в Химках началась работа над аппаратами для исследования спутника Марса - Фобоса. Однако работы по проекту 1Ф шли очень медленно, порой вообще затихая. Лишь в 1985 г., когда шла реализация проекта "Вега" по исследованию Венеры и кометы Галлея, встал вопрос о дальнейшем направлении межпланетных исследований. Как наиболее перспективный, был предложен проект аппарата 1Ф.
Запуск первой станции новой серии 1Ф ("Фобос-1") с помощью ракеты 8К82К и нового разгонного блока 11С824Ф (блок Д-2) состоялся 7 июля 1988 г. 16 июля провели первую коррекцию траектории. До 18 августа 1988 г. управление "Фобосом-1" (как и "Фобосом-2") велось из Центра дальней космической связи под Евпаторией, затем - из Центра управления полетом ЦНИИМаш (г.Калининград, Московская обл.). 29 августа 1988 г. из-за ошибки в программе вместо сигнала на включение гамма-спектрометра на "Фобос-1" ушла команда на выключение пневмосистемы ориентации и стабилизации. Аппарат перестал ориентировать солнечные батареи на Солнце, бортовые аккумуляторы разрядились. В результате 2 сентября станция на связь не вышла. Попытки восстановить ее, предпринятые в сентябре - октябре, успехом не увенчались. 3 ноября 1988 г. было официально объявлено о прекращении попыток войти в контакт с АМС.
Вторая станция ("Фобос-2") стартовала 12 июля 1988 г. За время полета к Марсу на аппарате произошел ряд серьезных отказов. 1 ноября 1988 г. полностью вышел из строя один из двух передатчиков сантиметрового диапазона. Наблюдались неоднократные самопроизвольные выключения БЦВМ. 29 января 1989 г. АМС перешла на околомарсианскую орбиту. Благодаря нескольким коррекциям эта орбита стала близка к орбите Фобоса. С "Фобоса-2" провели несколько сеансов наблюдения Марса и его спутника.
Сближение с Фобосом и сброс посадочных станций назначили на 4-5 апреля 1989 г. Однако 27 марта во время планового сеанса станция на связь не вышла. Всего лишь 10 минут принимался слабый сигнал в сантиметровом диапазоне, но телеметрическую информацию выделить из него не смогли. Ясно было только, что аппарат не стабилизирован и вращается. Причину потери связи достоверно выявить не удалось. Наиболее вероятная причина отказа - одновременное "зависание" двух каналов БЦВМ и, как следствие, потеря ориентации и закрутка аппарата с остаточными на этапах разворотов угловыми скоростями. 15 апреля 1989 г. официально объявили о прекращении попыток установить связь с аппаратом.
В продолжение проекта "Фобос" была разработана программа "Марс-94". Она предполагала многочисленные исследования на околомарсианской орбите и доставку на поверхность "красной планеты" исследовательских зондов. На станции устанавливались две малые посадочные станции для передачи с его поверхности телепанорам, информации о погоде, изучения грунта, а также два зонда-пенетратора. Они должны были отстреливаться от АМС в атмосферу планеты с околомарсианской орбиты, тормозиться за счет аэродинамического сопротивления и совершать "жесткую" посадку с перегрузкой 500 g. При такой посадке нижняя часть пенетратора углубилась бы на 4-5 метров в грунт, а верхняя осталась бы на поверхности, передавая данные о составе грунта, погоде и телепанорамы.
Из-за недостаточного финансирования и отставания от графика работ запуск перенесли с 1994 на 1996 г., а проект переименовали в "Марс-96". Старт станции "Марс-8" состоялся 16 ноября. Аппарат с разгонным блоком 11С824Ф (блок Д-2) вышел на околоземную орбиту. Однако старт к Марсу с этой орбиты уже не состоялся. Неудача скорее всего произошла из-за отказа разгонного блока, изготавливаемого в РКК "Энергия". Аналогичная авария произошла в феврале 1996 г. при запуске спутника связи "Радуга". 17 ноября станция "Марс-8" сгорела в атмосфере Земли над Тихим океаном, и несколько человек в Чили стали очевидцами этого процесса. Через сутки примерно в том же районе вошел в плотные слои атмосферы и разрушился разгонный блок.
Неудача со станцией "Марс-8" означает конец российских исследований планет Солнечной системы в XX веке. В ближайшие пять лет из-за финансовых ограничений Российское космическое агентство не планирует создавать новых межпланетных станций. Российские ученые могут рассчитывать лишь на участие в аналогичных американских проектах.