Марс: вид с Mars Express

К 16 сентября станция преодолела половину пути. 30 сентября были включены спектрометры SPICAM и OMEGA и проверены их механизмы. 6 октября проверку прошли фурье-спектрометр PFS и камера HRSC.

Мощные солнечные вспышки 28 октября и 4 ноября «накрыли» аппарат, и радиация вызвала временные нарушения в работе звездных датчиков. Через несколько суток межпланетная среда «успокоилась»; аппарат повреждений не получил. Оценка характеристик солнечной батареи Mars Express подтвердила ее нормальную работу.

С коррекцией траекториии 10 ноября закончилась межпланетная фаза и началась подлетная. Операторы Европейского центра космических операций (ESOC) в Дармштадте не успели протестировать часть бортовых приборов (ASPERA и MaRS) — эти работы пришлось отложить до выхода на орбиту. Шла подготовка к сбросу посадочного аппарата и переводу станции на орбиту спутника Марса.

Два теста зонда Beagle 2 на этапе перелета состоялись 7 октября и 3 ноября и не выявили никаких проблем. Во второй половине ноября на борт было загружено новое ПО. Разработчики зонда подготовили детальный план операций на несколько первых дней на поверхности, скоординировав некоторые из них с пролетами станции над районом посадки на равнине Изида.

1 декабря состоялся первый сеанс видовой и спектроскопической съемки Марса приборами HRSC, OMEGA и SPICAM.

16 декабря состоялась очень важная коррекция. Mars Express был временно переведен на траекторию входа в атмосферу Марса, чтобы направить по ней зонд Beagle 2 массой 68.8 кг, не имеющий собственной ДУ.

19 декабря в 08:31 UTC (здесь и далее — время, когда события происходили на борту; подтверждающий сигнал приходил на Землю через 8 мин 44 сек) на расстоянии около 5 млн км от Марса прошло разделение орбитального и посадочного аппаратов: по команде с Земли был подорван пиротехнический заряд, и сжатая пружина оттолкнула Beagle 2. Бортовая камера VMC в 08:33 засняла зонд (круглый предмет слева на фотографии) на расстоянии около 20 метров от станции.

20 декабря Mars Express провел вторую критически важную коррекцию, которая увела его от попадания на Марс вместе с зондом и обеспечила выход в расчетную точку прицеливания на высоте 414 км над поверхностью. Операторы ESOC получили подтверждение успеха маневра в 10:50 UTC. Запасную коррекцию, заложенную в план на 23 декабря, проводить не потребовалось. Высота пролета над Марсом отклонилась от расчетной всего на 6 км.

За сутки до прилета аппарат по командам из Дармштадта включил подогреватели баков топлива, проверил работу клапанов ДУ. 24 декабря в 11:00 закончилось отключение всех систем и приборов, не участвующих в отработке маневра, прекратилась выдача команд на борт. Тем самым операторы из команды Майкла МакКея снизили до минимума риск сбоя или ошибки, на которые аппарат мог бы отреагировать остановкой программы и уходом в защитный режим.

Аппарат подходил к Марсу со скоростью около 2.8 км/с, постепенно ускоряясь под действием силы тяжести. Расстояние сокращалось стремительно: 23 декабря в 10:00 UTC было 410000 км, а 24 декабря в 11:00 UTC — уже всего 169000 км. Орбитальный аппарат и зонд разошлись уже на 2300 км. К 21:00 осталось всего 66800 км, к 01:00 — только 23700 км.

25 декабря в 01:31 UTC Mars Express ушел со связи и начал получасовой разворот в расчетную ориентацию для торможения. В 02:47 UTC аппарат включил на 37 минут бортовой двигатель и к 03:24 снизил гиперболическую подлетную скорость до орбитальной.

В 04:11 в Дармштадте получили сигнал радиомаяка в S-диапазоне. Это была еще не телеметрия, но по крайней мере характеристики сигнала говорили о том, что выход на орбиту состоялся. Не зря сотни сотрудников ЕКА провели на рабочих местах рождественскую ночь! К 08:00 станция повернула остронаправленную антенну к Земле, и с борта пошла телеметрия. Все было в порядке!

Начальная «орбита захвата» Mars Express была сильно вытянутой (высота в апоцентре — 188000 км) и близка к экваториальной. Наклонение ее изменили на околополярное 30 декабря, включив двигатель станции на три минуты в апоцентре орбиты в 08:00 UTC. Программа маневра была заложена на борт с новой европейской наземной станции Нью-Норсия в Австралии.

Первые недели 2004 г. уйдут на понижение полярной орбиты и доведение ее до расчетной рабочей (наклонение 89°, высота 250x10243 км). Во второй половине января аппаратура КА начнет регулярное зондирование атмосферы, поверхности Марса и верхнего километрового слоя грунта.

А что же Beagle 2?
А британский посадочный зонд — пропал.

Момент отделения Beagle 2

Расчетная циклограмма его посадки выглядела так. 24 декабря около полуночи, за несколько часов до входа в атмосферу бортовой таймер включит питание зонда от аккумуляторных батарей и загрузит бортовой компьютер. 25 декабря в 02:47 UTC Beagle 2 входит в атмосферу Марса со скоростью около 5.5 км/с, тормозится с помощью аэродинамического экрана и парашютной системы, и в 02:54 выполняет посадку в районе 11°с.ш., 270°з.д. на равнине Изиды на надувных амортизаторах. Никакой «сигнализации» с борта в этот период не предусматривается. Двадцатью минутами позже над ним проходит спутник Mars Global Surveyor (MGS) и фотографирует район посадки.

После раскрытия солнечных батарей Beagle 2 (а его посадочная масса всего 33 кг) получает наконец полноценный источник питания и может выйти на связь с Землей через один из спутников Марса или напрямую. Первая такая возможность — пролет над этим районом американского КА Mars Odyssey в 05:15 UTC. Между 07:15 и 20:02 в районе посадки будет ночь, а в 22:45 возможен прием сигнала с зонда в знаменитой радиоастрономической обсерватории Джодрелл-Бэнк в графстве Чешир (Британия).

Время связи через Mars Odyssey пришло и прошло — сигнала не было. Вообще-то так могло случиться, например, если антенна зонда оказалась направлена достаточно далеко от траектории движения спутника. Но причин, по которым посадочный зонд не выходит на связь, может быть сколько угодно: сгорел в атмосфере, разбился из-за отказа посадочных систем, провалился в непрочный грунт, застрял между камней и не развернулся в посадочное положение...

25 декабря между 22:20 и 23:40 UTC 76-метровый телескоп обсерватории Джодрелл-Бэнк работал на прием — но сигнала от «Бигля» не было. 26 декабря в 18:14 над расчетным местом посадки вновь прошел Mars Odyssey, а с 23:20 до полуночи прием вели в Джодрелл-Бэнке. Аппарат молчал. И хотя руководитель проекта Колин Пиллинджер и зам. руководителя полета Майкл МакКей бодро говорили о новых вариантах связи, о предстоящих попытках использовать для этого антенну Стэнфордского университета в США и станцию Mars Express, все понимали, что шансов мало. Еще свежо было в памяти такое же бесплодное ожидание сигнала с американского аппарата Mars Polar Lander в декабре 1999-го. Потом была аварийная комиссия и вывод о том, что MPL не мог не разбиться...

Тем не менее в центре управления «Биглем» в Лейстере были сформированы две рабочие группы для поиска всех возможностей войти в связь с аппаратом. Главная надежда была на Mars Express. Дело в том, что хотя ретрансляционная аппаратура для марсианских посадочных аппаратов в принципе стандартизирована, фактически Beagle 2 проверялся на совместимость только со своим носителем. «Нам нужно дождаться, пока Beagle 2 будет передавать в течение длительного времени, — говорил

Расчетная циклограмма посадки Beagle 2 А был ли раскрыт парашют у Beagle 2? Возможное место посадки спускаемого аппарата

27 декабря проф. Пиллинджер. — Это произойдет около 4 января, когда после ряда неудачных попыток связи аппарат переключится в режим автоматической передачи». Руководитель научных программ ЕКА проф. Дэвид Саусвуд вторил ему: «В данный момент я скорее угнетен, чем обеспокоен».

Утром 27 декабря во время прохода КА Mars Odyssey над равниной Изида была сделана попытка перезапустить бортовые часы командой с Земли — на тот случай, если они работают неправильно вследствие сбоя компьютера. Увы, никакого результата.

29 декабря провел пресс-конференцию британский министр науки и инноваций Лорд Сейнсбери, утвердивший к реализации проект Beagle 2. Он подчеркнул, что поиски будут продолжаться — и поиск пропавшего аппарата, и поиск жизни на Марсе, который был главной задачей «Бигля». «Нам нужно работать с ЕКА, — сказал Сейнсбери, — и обеспечить, чтобы в той или иной форме появился Beagle 3, который продвинет эту технологию... Мы всегда знали, что это рискованный проект, и мы не должны поддаться искушению в будущем заниматься только проектами с малым риском».

В этот день появилась фотография района посадки с MGS. Погода в тот день была хорошая и повредить не могла. Операторов насторожил километровый кратер в самом центре района посадки. Теоретически Beagle 2 мог угодить прямо в него и не выходить на связь из-за высоких склонов, камней и т.д. Однако при расчетном разбросе точки посадки в 31 км вдоль трассы и 5 км поперек шанс попасть точно «в яблочко» был невелик.

31 декабря аппарат — если, конечно, он был жив — должен был перейти в режим поиска связи CSM1, работая на прием дважды в сутки по 80 минут вне зависимости от записанного на борту графика сеансов. В этот же день был запланирован последний сеанс через Mars Odyssey, и была сделана попытка поуправлять зондом «вслепую». Безрезультатно.

7 января была первая возможность услышать Beagle 2 с борта «родной» станции Mars Express. В 12:13 UTC он проходил над местом посадки на высоте всего 315 км и в 86° над горизонтом. Именно на этот сеанс возлагались особые надежды — не меньшие, чем на самый первый 25 декабря. Сигнал принят не был: прогнозы операторов относительно того, в каком режиме может находиться молчащий зонд, не сбылись. «Мы еще не потеряли надежду вступить в контакт с Beagle 2, но мы знаем, что он опустился на беспощадную планету», — сказал после сеанса Дэвид Саусвуд.

Это означало, что попытки будут продолжаться еще несколько недель, но надежды уже почти нет. Теоретически станция может включить свой последний резервный режим автопередачи 2 февраля. «Мне представляется, что если мы не получим сигнал в течение 5-10 суток от этого момента, то придется признать, что Beagle 2 потерян», — заявил менеджер миссии д-р Марк Симс.

Утраченная «Надежда»
9 декабря были окончательно прекращены попытки вывести на орбиту вокруг Марса японскую АМС Nozomi («Надежда»).

Этот аппарат был запущен 4 июля 1998 г. (НК №15-16, 1998) и должен был выйти на сильно вытянутую орбиту вокруг Марса еще в октябре 1999 г. В задачи станции входило детальное исследование атмосферы Марса и ее взаимодействия с солнечным ветром.

Первая беда подстерегла ее при пролете Земли 20 декабря 1998 г.: выполняя гравитационный маневр с доразгоном, Nozomi не набрал необходимой скорости, а последующая коррекция «съела» запас топлива, необходимый для торможения у Марса. Японские специалисты нашли выход и разработали новую баллистическую схему полета. Еще два пролета Земли, 21 декабря 2002 г. и 19 июня 2003 г., все-таки вывели аппарат на такую траекторию полета к Марсу, с которой он мог выйти на орбиту.

Но станция была уже тяжело ранена. Мощная солнечная вспышка 21 апреля 2002 г. повредила распределительные устройства системы электропитания станции и нарушила передачу данных с борта. Японцы виртуозно обошли эти трудности и заставили аппарат пройти заданной трассой и провести необходимые коррекции (НК №8, 2003). Но это было у Земли, а Марс в 1.5 раза дальше от Солнца и получает в два с лишним раза меньше тепла. Отчаянные попытки восстановить систему электропитания, начатые на отлете от Земли в июле 2003 г., не принесли успеха. Расчеты показывали, что на подходе к Марсу бак гидразина бортовой ДУ будет на грани замерзания. Станцию направили к Марсу по траектории прямого попадания, самой «быстрой» из возможных. Надеялись на чудо — но его не случилось.

14 ноября поднялся большой шум: СМИ проведали, что станция идет прямо на Марс и, если ее не удастся хотя бы отклонить в сторону, упадет на Красную планету 14 декабря. Nozomi не был стерилизован в той степени, которая принята для посадочных аппаратов, и в принципе мог занести на Марс образцы земной жизни.

Попытки наладить работу электросистемы продолжались до 2 декабря и не принесли успеха. К этому моменту расчеты показывали, что станция пролетит мимо Марса на высоте 894 км. Вероятность столкновения с Марсом составляла лишь около 1%. Данные с борта показывали, что гидразин все еще не замерз, но основной двигатель тягой 500 Н имеет очень низкую температуру и его все равно нужно подогреть перед использованием. И все-таки попробовать стоило!

9 декабря японские операторы сделали попытку сориентировать станцию для последующей выдачи тормозного импульса основным двигателем. Не получилось — стало ясно, что оставшегося в системе ориентации топлива не хватит. Тогда на остатках топлива двигателями ориентации был выдан импульс, увеличивший высоту пролета примерно на 100 км. 14 декабря станция промчалась на высоте около 1000 км над поверхностью Марса и вышла на новую гелиоцентрическую орбиту с периодом обращения в два года.

Проект стоимостью 20 млрд иен (около 200 млн $)* все-таки закончился неудачей. Правда, японские специалисты не прекращают работу с Nozomi. Бортовой комплекс аппаратуры позволяет исследовать межпланетное магнитное поле и плазму солнечного ветра, и, если удастся решить проблему передачи информации с борта (а ее решение сознательно откладывали до выхода на орбиту), станция еще может послужить науке.

По материалам ЕКА, BNSC, JAXA