Первые на Марсе. Еще об одной победе СССР
Продолжение. Начало — в № 461
С учетом опыта первого поколения станций было разработано второе. Станции унифицировали для исследований Марса и Венеры. Задачами были: изучение Марса с орбиты и доставка спускаемого аппарата. При испытаниях использовали большое количество макетов, чтобы выявить еще на Земле все возможные проблемы.
Окно запусков выпало на октябрь–ноябрь 1962 года, и снова закипела работа. Предстояло преодолеть препятствия, ставшие на пути предыдущих аппаратов. Первый пуск новой станции состоялся 24 октября, но снова отказ ракеты привел к аварии. И как будто борьбы с создаваемой впервые техникой было мало, именно в эти дни разгорелся Кубинский ракетный кризис. Ввиду опасности вторжения на Кубу Советский Союз отправил туда воинский контингент, вооруженный танками, бомбардировщиками и истребителями, зенитными ракетами, а главное ― баллистическими ракетами с ядерными боевыми частями. Ракеты прибывали на Остров Свободы с 8 сентября по 14 октября, а уже 15 октября были обнаружены воздушной разведкой США, о чем на следующий день доложили президенту Кеннеди. Американские военные настаивали на скорейшем ударе, Кеннеди медлил, опасаясь начала ядерной войны, но 22 октября объявил о введении «карантина», что фактически означало морскую блокаду Кубы, вступившую в силу 24 октября, как раз в день неудачного пуска первой марсианской станции нового поколения. Космические специалисты, работая по 12 часов и стараясь успеть в отведенный астрономией срок, были не в курсе разворачивающейся драмы. С 25 октября началась авральная подготовка следующей ракеты, но 27-го ― в самый напряженный момент кризиса — пришедшие на полигон «марсиане» обнаружили, что все работы по их машине остановлены. Байконур был взят под усиленную охрану, повсюду занимали позиции стрелки с автоматами и даже противогазами. Они должны были отражать возможный американский десант. Началась подготовка к пуску дежурных межконтинентальных ракет Р-7А, на которые были переброшены все силы. Военным была поставлена задача полностью подготовить ракеты к применению, присоединить боевые части, выполнить прицеливание и ждать приказа на пуск.
К счастью, тогда же, 27–28 октября, ситуацию удалось разрешить и ядерный удар наносить не пришлось.
А раз так, можно было снова приступать к подготовке старта к Марсу. Правда, небольшое подобие ядерной войны в районе Байконура всё же состоялось. 1 ноября на значительном удалении от стартовых позиций был произведен высотный ядерный взрыв, целью которого было испытать возможности по подавлению радиосвязи. Как свидетельствует Б. Е. Черток, один из соратников Королёва, испытания прошли успешно, и связи действительно не было несколько часов. Зато в небе ненадолго появилось второе Солнце.
В этот же день, 1 ноября 1962 года, АМС успешно стартовала к Марсу. Однако, хотя аппарат успешно вышел на межпланетную траекторию, отказала система ориентации, и станция фактически потеряла способность корректировать орбиту. Чтобы хоть как-то спасти положение, операторы раскрутили аппарат вокруг своей оси, что позволило сохранить работоспособность солнечных батарей, но полностью исключало надежную связь и исследование планеты. Связь была потеряна на расстоянии около 106 миллионов километров, и затем станция, уже в полном радиомолчании, пролетела мимо Марса. Полет был признан частично успешным и получил наименование «Марс-1».
Конечно, это был успех. Первый в истории космический аппарат, выведенный на траекторию полета к Марсу, собравший ценнейшие научные данные о межпланетном пространстве и установивший рекорд по дальности космической связи.
Еще один пуск 4 ноября был последним в данной серии, но оказался неудачным.
В 1964–65 годах были проведены новые испытания станций, по сути, созданных заново. Но затем работы по межпланетной тематике были переданы из Королёвского ОКБ-1 в НПО Лавочкина, где фактически начали проектирование заново, сменив к тому же и ракету-носитель. Только что созданный тяжелый «Протон», конечно, позволял взять на борт намного больше груза, но и отработан был намного меньше, что и привело в результате к тому, что следующее пусковое окно 1969 года было пропущено из-за аварий ракет-носителей.
К 1971 году «фирма Лавочкина» готовила реванш. Снова полная переработка конструкции станций. Остроты моменту добавляло то, что в 1973–75 годах американцы планировали посадку на Марс аппаратов «Викинг», поэтому шанс на успех был только один. Пропустить «окно» фактически означало проиграть.
План выглядел следующим образом. Три станции отправляются к Марсу. Первая станция должна была стать искусственным спутником Марса и передать данные о его положении с точностью, которая еще не была достигнута наземной астрономией, чтобы идеально скорректировать две последующие станции и позволить им ювелирно направить спускаемые аппараты к планете. Вход в атмосферу под неправильным углом означал провал миссии посадки. На случай потери первой станции оставшиеся предстояло оснастить доселе невиданной системой точнейшей астрономической ориентации, которая смогла бы выдать бортовому компьютеру данные для последней коррекции орбиты, чтобы аппарат мог произвести ее без помощи с Земли. Кстати, впервые в мировой практике одна станция должна была решать сразу две задачи: и орбитальное исследование планеты, и доставку спускаемого аппарата (СА). Это отчасти обеспечивалось особо удачным расположением планет пускового окна 1971 года, а во многом, конечно, было результатом труда конструкторов, сумевших реализовать столь смелый подход.
Начинался новый этап освоения Марса, причем и советские, и американские конструкторы не собирались упускать благоприятную возможность получить максимум научной информации и, конечно, закрепить свое первенство. Первыми осуществили запуск американцы ― 9 мая 1971 года с мыса Канаверал стартовал аппарат «Маринер-8». Однако из-за аварии ракеты-носителя на этапе выведения он рухнул в Атлантический океан в полутора тысячах километров от точки старта. Уже на следующий день ― 10 мая ― на Байконуре носитель «Протон» запустил первую АМС советской серии М-71 (Марс ― 1971 год) с номером 170. Именно эта станция должна была стать «разведчиком», с помощью которого будет выяснено точное положение Марса. Выход на орбиту прошел успешно. Далее через запрограммированный промежуток времени должен был включиться разгонный блок, чтобы перевести станцию на межпланетную траекторию, однако этого не произошло, и 12 мая аппарат сгорел в атмосфере.
Как позже выяснилось, программист, вводивший код управления в бортовой компьютер, перепутал знак числа, задающего время включения. При сложности работ и напряженности графика подготовки к старту это и неудивительно, но в результате простейшая ошибка лишила советские аппараты данных для точного входа в атмосферу, и теперь можно было надеяться только на «запасной» вариант. Код был исправлен, и уже 19 мая запустили следующую станцию, М-71 № 171. Она смогла успешно перейти на траекторию полета к Марсу и получила официальное наименование «Марс-2».
Пока «Марс-2» летел к своей цели, 28 мая 1971 года была запущена последняя станция серии М-71 с номером 172. После успешного выхода на траекторию перелета она была названа «Марс-3».
Однако уже 30 мая был запущен американский аппарат «Маринер-9», полная копия «Маринера-8». Его задачей было прийти к Марсу первым и начать полуторамесячную программу орбитальных исследований планеты. Спускаемого аппарата он не нес. Началась гонка длиной в полгода, за которые в ходе напряженной работы нужно было довести машины до Марса в работоспособном состоянии, причем не всё зависело от Земли ― отказ на борту мог поставить крест на всех усилиях.
И, как ни странно, первым долгий путь к цели преодолел «Маринер». Это объясняется тем, что он был легче и на этапе разгона приобрел большую скорость. 14 ноября того же года «Маринер-9» вышел на орбиту искусственного спутника Марса. Первым в истории. Правда, на планете как раз бушевала мощная пылевая буря, что мешало изучать ее поверхность, но зато можно было заняться исследованием спутников Марса, так манивших Королёва. После того как буря утихла, аппарат занимался и созданием карт Марса, и многими другими задачами своей внушительной научной программы.
Вскоре добрался до финиша и «Марс-2». 27 ноября он подошел к точке сброса спускаемого аппарата, причем сделал это настолько точно, что никакая коррекция для правильного входа в атмосферу не требовалась. Но именно это и сыграло злую шутку. Как раз вариант максимально удачного полета не успели проверить при наземных испытаниях системы управления! Всё внимание было уделено различным вариантам сложных ситуаций. А между тем именно при очень малых углах траектории относительно расчетной возникли ошибки в вычислениях, и бортовой компьютер, вообще-то способный сориентировать станцию точнее, чем «Земля», выдал неправильные значения, и отделившийся спускаемый аппарат вошел в атмосферу неудачно. Он пронесся сквозь марсианское небо, как метеорит, и разбился о поверхность.
Конечно, таким образом он стал первым искусственным аппаратом, попавшим на Марс, тем более что на нем, как и положено, был вымпел СССР, и, безусловно, само достижение поверхности было результатом, однако вся программа исследований на поверхности теперь зависела только от СА «Марса-3». Орбитальный блок «Марса-2» тем временем вслед за «Маринером» вышел на орбиту вокруг Марса и начал свою научную программу исследований.
А что же «Марс-3»? Он добрался до точки сброса СА, успешно и полностью автономно выполнил коррекцию с помощью астрономической системы и бортового компьютера, затем отделил СА и перешел на марсианскую орбиту. Спускаемый аппарат развернулся навстречу атмосфере мощным тепловым щитом и начал вращение, чтобы сохранить правильное положение при спуске. С помощью того же щита он погасил большую часть своей огромной скорости — 5,8 км/с. Затем сработала парашютная система, и уже на высоте 20 м радиовысотомер дал команду на включение тормозного ракетного двигателя. Он поглотил часть удара при снижении и сразу же после этого увел парашют от аппарата. Сам же аппарат, заключенный в оболочку из пенопласта, коснулся планеты. Затем яйцевидная оболочка раскрылась, как лепестки цветка, причем раскрытие этих лепестков переводило станцию в вертикальное положение. Сразу же раскрывались и антенны для связи с орбитальным аппаратом.
Впервые в истории была выполнена мягкая посадка на Марс! Колоссальное достижение, но теперь предстояло получить снимок с поверхности. Впервые земляне увидели бы поверхность другой планеты не с расстояния в тысячи и миллионы километров, а как будто стоя на ней. Для этого в те годы применялись довольно изобретательно устроенные приборы, которые сканировали окрестности зеркальцем, качающимся в вертикальной и горизонтальной плоскостях, считывая с него величину освещенности с помощью фотоэлемента. И вот сигнал с Марса пошел на орбитальный аппарат, а затем и на Землю. Впервые в мире была реализована схема ретрансляции сигнала с поверхности другого небесного тела через аппарат, находящийся на орбите этого тела. Но тут удача изменила третьему «Марсу». Всего лишь через пару десятков секунд передача прервалась, и восстановить связь со спускаемым аппаратом больше не удалось.
Причины этого не выяснены до сих пор, хотя версий много. Одна из самых популярных ― разряд, возникший на антеннах из-за большого количества пыли, поднятой бурей. Как бы там ни было, то, что аппарат успел передать, не удалось превратить хоть в какое-то подобие изображения. К тому же на нем был закреплен первый в мире шагающий марсоход, управляемый по проводам. Он должен был «прогуляться» вокруг места посадки, изучив свойства грунта, и эта часть миссии тоже отпадала, как и метеорологические измерения на поверхности. А ведь именно наш марсоход мог первым пойти по Красной планете еще в далеком 1971 году!
Несмотря на неизбежные при пионерных исследованиях неудачи, в целом миссия второго и третьего «Марсов» была вполне успешной. Удалось произвести невероятно сложную операцию мягкой посадки с автономной коррекцией от БЦВМ, притом, что это вообще были первые в мире АМС с полноценными компьютерами! Были проведены исследования свойств атмосферы и поверхности Марса с помощью измерений в видимом, инфракрасном, ультрафиолетовом спектре и в радиодиапазоне. Наблюдались изменения температуры поверхности в зависимости от широты и происходящие с течением времени. Определены давление и температура у поверхности, характер поверхностных пород, их теплопроводность. Измерены температура полярной шапки (–110 градусов) и содержание в атмосфере водяных паров.
Более того, технологии связи, отработанные с этими аппаратами, использовались в дальнейшем для других полетов, а сами станции стали прототипами многих успешных космических средств.
Со временем на орбите Марса появились новые аппараты с мощными камерами, а на поверхности ― марсоходы. Сначала ― самые простые, а потом уже и оснащенные разнообразными научными инструментами. Места посадок, а иногда и сами аппараты еще на этапе спуска с парашютом наблюдались орбитальными «фотографами».
И вот российский энтузиаст и популяризатор космонавтики Виталий Егоров решил посмотреть на снимки спускаемого аппарата «Марса-3», доставившего в далеком 1971-м первый марсоход. И не нашел их! Оказалось, что, хотя примерное место посадки было известно, и, конечно, было покрыто фотографированием, никто даже не искал на огромных снимках маленький аппарат. С одной стороны, найти полутораметровый объект на снимке, охватывающем участок 6 км на 20 км ― это само по себе адский труд, но более того, ведь на этой площади разбросано бесчисленное множество камней, отличить которые от искусственного объекта совсем не просто. Виталий решил привлечь к поиску других энтузиастов с помощью своей группы в соцсети, и коллективными усилиями были найдены объекты-кандидаты. К этому моменту искали не только сам посадочный аппарат, но и все остальные компоненты, обеспечившие посадку. В частности, добровольцы нашли хорошего «кандидата» на роль щита, который защищал СА на этапе входа в атмосферу, а потом оказалось, что другие энтузиасты ранее уже нашли и предположительное место падения парашюта. При этом, как ни странно, сам аппарат найти не удалось.
В ходе поиска Виталий познакомился с канадским исследователем Филлипом Стуком, который имел опыт в подобных делах: он искал «Луноход-2» на Луне, подобрался очень близко, правда, в итоге ошибся и поиск завершили другие. Стук подсказал, что сузить сектор поиска можно, если учесть, куда двигался аппарат при снижении. Используя эту информацию, наконец-то удалось обнаружить объект, очень похожий на аппарат, причем рядом с ним ― тормозной двигатель с парашютным контейнером. Чтобы убедиться, что найденный объект и есть СА «Марс-3», нужно было сфотографировать его еще раз с высоким разрешением и при других условиях освещения, чтобы по изменению положения тени оценить форму объекта.
Виталий обратился к участнику многих космических исследовательских программ профессору Александру Базилевскому, а тот, в свою очередь, обратился к специалистам NASA, работающим с аппаратом Mars Reconnaissance Orbiter на марсианской орбите. Они согласились включить в программу работы съемку нужного участка! А тем временем Базилевский привлек к работе одного из создателей аппаратуры для «Марса-3» Арнольда Селиванова и с его помощью, а также усилиями специалиста НПО им. Лавочкина Владимира Молодцова, удалось выполнить еще одну проверку. Они выяснили, какой длины был трос между тормозным двигателем и парашютным контейнером, и их данные хорошо согласовались с тем, что наблюдалось на снимке с Марса. А вскоре пришел и новый снимок NASA, подтверждающий обнаружение спускаемого аппарата на поверхности.
Так спустя более 40 лет был найден первый аппарат, достигший Марса и сумевший совершить мягкую посадку. Это был важнейший шаг на пути освоения космоса и в реализации планов ГИРДовских мечтателей, творивших историю нашей, а в общем-то, и мировой, космонавтики.
Правда, пилотируемые корабли с экспедициями землян так и не полетели к Марсу, история пошла другим путем, но 50-летие тех событий является отличным поводом вспомнить о том, что по-настоящему великие достижения требуют не только ресурсов и технологий, но и великой мечты. И «Марс-3» ― один из памятников этой мечте, в те далекие годы очень близко соприкоснувшейся с нашей реальностью.
