3. ПЕРСПЕКТИВЫ БУДУЩЕГО

а) РОССИЙСКИЙ ПРОЕКТ “ФОБОС-ГРУНТ”

Со времён "Марса-96" о российских проектах исследования планет с использованием АМС фактически ничего не было слышно. Причина ясна - почти полное отсутствие финансовой поддержки отрасли со стороны государства. Тем не менее, российские учёные продолжали работать в этом направлении.

В 1997 году секция Совета РАН по космосу "Планеты и малые тела Солнечной системы" выделила три важнейших направления для космических исследований: изучение Луны, малых тел Солнечной системы и Марса. В соответствии с каждым направлением были открыты НИР по трём перспективным проектам:

"Луна-Глоб" - исследование внутреннего строения Луны с использованием пенетраторов;

"Фобос-Грунт";

"Марс-Астер" - создание марсохода.

В мае 1998 г. из трёх проектов было предложено выбрать один для продолжения проработки на уровне ОКР и включения его в Федеральную космическую программу на период 2000 - 2005 гг. На заседании секции 2 июня 1998 года был выбран проект "Фобос - Грунт" ("Ф - Г").

В самых общих чертах, этот проект предусматривает создание межпланетного аппарата, способного совершить перелёт к Марсу, посадку на его естественный спутник Фобос, взятие образца грунта и доставку его на Землю. Преимущество такого проекта перед остальными предложенными для обсуждения состоит в следующем:

в лабораторных условиях на Земле образцы внеземного вещества могут быть изучены гораздо лучше, чем это возможно на поверхности планеты или при дистанционных исследованиях; пока такой возможности у учёных не было (кроме изучения лунного грунта);

с технической точки зрения, полёт к естественным спутникам Марса проще, чем к другим малым телам Солнечной системы. С них целесообразно начинать новую линию космических исследований - экспедиций к малым телам с целью доставки на Землю образцов их веществ;

ранее в проекте "Фобос" (1988 - 1989) были решены многие технические вопросы полёта к спутникам Марса и получены новые научные данные о Фобосе. Таким образом, будет обеспечена преемственность решений;

в последнее время вокруг исследований Марса сложилась широкая международная кооперация, включающая космические агентства и научные организации многих стран. Проект "Ф - Г" может стать важным самостоятельным российским элементом этой кооперации.

Основные задачи проекта "Ф - Г" сводятся к следующим:

определить происхождение спутников Марса - Фобоса и Деймоса и их отношение к Марсу;

решить, является ли Фобос захваченным астероидом или телом, имеющим "генетическую" связь с Марсом; полученные результаты могут быть использованы при исследовании спутниковых систем других планет;

выяснить, каковы физические и химические характеристики спутников Марса, их внутреннее строение, особенности орбитального и собственного вращения;

доставить образец реликтового (первичного) вещества на Землю.

С учётом сложности экспедиции и чтобы "не терять время", предполагается проведение научных экспериментов по исследованию Фобоса, Марса и межпланетного пространства на всех участках перелёта. Сюда должны войти:

исследование атмосферы и поверхности Марса;

исследование околопланетной среды в окрестностях Марса и Фобоса (пылевая и газовая составляющие);

исследование взаимодействия солнечного ветра с телами Солнечной системы;

технические исследования (поведение новых систем в длительном полёте).

Кроме того, после посадки на поверхности спутника останется долгоживущая станция с комплектом научной аппаратуры для проведения ряда исследований.

В состав бортовой научной аппаратуры АМС "Ф - Г" войдут панорамная ТВ-камера, гамма-спектрометр, нейтронный детектор, сейсмометр, температурный анализатор, фотометр пылевой среды, анализатор космической пыли, генератор доплеровских измерений и ряд других. Стартовая масса всего аппарата составит около 7250 кг, масса на момент выхода на гелиоцентрическую орбиту - 2370 кг. В качестве носителя предполагается использовать РН типа "Союз" или "Днепр".

Старт аппарата к Марсу планируется в декабре 2004 - июне 2005 года. Носитель выводит КА на опорную круговую орбиту ИСЗ, после чего аппарат разгоняется с использованием бортового ЖРД. Переход на начальную гелиоцентрическую орбиту осуществляется с помощью трёхимпульсного манёвра. После выработки топлива блок баков отделяется. Затем раскрываются панели солнечных батарей и включается электроракетная двигательная установка (ЭРДУ). Аппарат начнёт медленный доразгон на гелиоцентрическом участке траектории, чтобы достичь Марса, уравнять скорость со скоростью орбитального движения планеты и выйти в плоскость марсианского экватора. По первоначальным расчётам длительность перелёта к Марсу составляла порядка 800 суток (в этом случае перелётная траектория включает два активных участка). Однако оптимизация траектории не завершена, и в настоящее время считается, что перелёт может быть сокращён за счёт иной баллистической схемы до 450 - 500 суток.

Незадолго перед встречей с Марсом модуль ЭРДУ, выполнив свою задачу доразгона, отделяется. В перицентре пролётной траектории бортовой ЖРД выдаёт тормозной импульс, и аппарат выходит на эллиптическую орбиту искусственного спутника Марса (ИСМ). Далее с этой орбиты аппарат переходит на так называемую круговую орбиту наблюдения, плоскость которой лежит в плоскости марсианского экватора, на 300 км выше орбиты Фобоса. В течение трёх недель с этой орбиты будут выполнены навигационные наблюдения Фобоса (уточнение параметров его орбиты и орбиты самого аппарата). Какая-то часть времени будет отдана научным наблюдениям Фобоса и Марса.

Наконец, начнётся последовательное сближение с Фобосом, методика которого, в принципе, уже рассчитана и частично отработана при подлёте советской АМС "Фобос-2" к Фобосу в январе - марте 1989 г.

Сближение с Фобосом включает два основных этапа:

орбитальное сближение;

непосредственное сближение.

На первом этапе КА выходит на квазисинхронную орбиту. Находясь на ней, аппарат в относительном движении обращается вокруг Фобоса с периодом, равным периоду обращения этого спутника вокруг Марса (Фобос всегда повёрнут к планете одной стороной).

Сближение и посадка на Фобос из-за малой силы гравитации на спутнике (менее 0,001 земной) представляет, по сути дела, операцию встречи и стыковки. В течение 1,5 - 2 часов аппарат в автономном режиме осуществит непосредственное сближение с Фобосом с использованием ДУ малой тяги. После выдачи последнего импульса скорость сближения КА со спутником составит около полуметра в секунду. В непосредственной близости от поверхности начнётся этап причаливания. С борта в сторону поверхности "выстреливаются" и заглубляются в грунте несколько "гарпунов", связанных с платформой аппарата гибкими тросиками. Далее КА с выключенными ДУ садится на поверхность. В момент касания срабатывают прижимные двигатели, а бортовые "лебёдки" выбирают глубину натяжения тросиков. Аппарат оказывается надёжно зафиксированным на поверхности.

Через некоторое время после посадки на аппарате приводится в действие грунтозаборное устройство. Взятые образцы грунта (реголита) массой около 170 г из устройства перегружаются в спускаемый аппарат (СА), входящий в состав взлётной ракеты (ВР). СА герметично закрывается, и грунтозаборное устройство отводится в сторону, чтобы не мешать старту ракеты с платформы.

Через 1 - 3 суток после посадки ВР должна стартовать с Фобоса на траекторию перелёта к Земле. После ухода от поверхности Фобоса на безопасное расстояние ВР разворачивается с помощью двигателей стабилизации на заданный угол; затем маршевый двигатель отрабатывает импульс для ухода возвращаемого аппарата на траекторию перелёта к Земле.

После старта на Фобосе останется орбитально-перелётный модуль (ОПМ) с научной аппаратурой, или так называемая долгоживущая станция. Сбор и передачу на Землю научных данных станция должна будет вести не менее трёх месяцев с момента посадки на Фобос.

Перелёт ракеты к Земле продлится около 280 дней. За это время она будет периодически выходить на связь с наземными станциями, сбрасывая телеметрию и принимая команды, и отрабатывать коррекции траектории двигателями малой тяги. За сутки до входа в атмосферу Земли будет проведена последняя коррекция, обеспечивающая попадание СА в заданный район на поверхности. За 15 минут до входа в атмосферу от ракеты отделится СА массой 12 кг.

Возвращение СА с образцами грунта на Землю произойдёт ориентировочно в мае - июне 2008 года.