Космический аппарат, запущенный Россией в прошлую среду, который должен был отправиться на Марс, еще только собирается покинуть околоземную орбиту – и все более вероятным представляется, что в ближайшие недели он упадет на Землю.
Корабль, «Фобос-Грунт», должен был отправиться к естественному спутнику Марса, Фобосу, для сбора и доставки на Землю образцов почвенного и скального грунта этого космического тела. Однако когда корабль достиг околоземной орбиты, двигатели ракетной ступени, которые должны были вывести «Фобос-Грунт» на траекторию полета к красной планете, не сработали.
Инженеры из «Роскосмоса», Российского федерального космического агентства, попытались наладить связь со станцией, надеясь, что смогут включить двигатели раньше, чем изменение орбит Земли и Марса закроет окно возможности для этого полета, что должно произойти в ближайшие дни.
Однако, судя по последним данным, опубликованным на российском космическом вебсайте RussianSpaceWeb.com, до сих пор все попытки в этом направлении к успеху не привели. Если старания отправить космический аппарат по предполагаемой траектории окончательно потерпят неудачу, станция – с полными токсичного топлива баками, которые в принципе могут выдержать процесс возвращения на землю, – в конце этого месяца, видимо, войдет в атмосферу Земли.
Читайте также: Извилистые пути к Фобосу
Потуги России стали очередным напоминанием о том, что космические исследования – непростая задача.
«Потому это все и называется «высшей математикой»», - каламбурит Ральф Макнатт (Ralph McNutt), научный руководитель Лаборатории прикладной физики в университете Джона Хопкинса и научный руководитель проекта НАСА по запуску космического зонда Messenger, который в настоящее время находится на орбите Меркурия.
Это не упускают из виду сотрудники НАСА, занятые планированием полетов на Марс; сейчас они готовят запуск космического аппарата «Марсианская научная лаборатория» стоимостью 2,5 миллиарда долларов, который должен состояться 25 ноября.
«Фобос-Грунт» и «Марсианская научная лаборатория» представляют самые амбициозные на сегодняшний день проекты по исследованию Марса космических агентств России и США.
«Марсианская научная лаборатория» - планетоход в тонну весом, оснащенный всем необходимым оборудованием для анализа марсианских скальных пород и почв на обширном участке марсианского рельефа, получившем название кратер Гейл. Хотя планетоход не предназначен для поисков признаков жизни на планете, он, однако, сможет определить присутствие органических соединений, что, поможет оценить, насколько условия планеты пригодны для жизни.
В целом, мировые космические агентства имеют коэффициент результативности при осуществлении полетов к Марсу, которым могли бы позавидовать бейсболисты Высшей лиги. По сводным данным НАСА о международных полетах на Марс, начиная с 1960 года, когда еще существовавший тогда Советский Союз отправил в полет на красную планету первый космический аппарат (полет потерпел неудачу), из 35 запусков, совершенных силами четырех стран, доля успешных составила в среднем 0,329.
Однако эта средняя цифра нивелирует различия в коэффициенте эффективности между четырьмя странами, а они весьма значительны.
Если посчитать и представляющуюся очевидной неудачу станции «Фобос-Грунт», Россия имеет ноль успешных попыток из 17 запусков, совершенных начиная с 1960 года, самых разнообразных аппаратов, предназначавшихся для исследования Марса с пролетной траектории, для вывода на орбиту вокруг Марса и для спуска на поверхность планеты.
Япония, отправившая в 1998 году к Марсу орбитальную станцию, имеет ноль успешных полетов из 1. Европа, выступившая на этом поприще со своим двойным проектом Mars Express/Beagle 2, включающим орбитальный аппарат и планетоход, имеет долю успешных полетов к красной планете 0,5 из 1. Запущенный в 2003 году двойной космический аппарат достиг Марса. Орбитальная станция успешно выполнила свою научную программу, и ее миссия была продлена до 2014 года. Однако планетоход был объявлен потерявшимся после того, как неоднократные попытки связаться с ним после спуска на поверхность планеты в декабре 2003 года потерпели неудачу.
А вот на счету НАСА – одиннадцать успешных полетов к Марсу из шестнадцати предпринятых, начиная с 1964 года; сюда входит запуск аппаратов, предназначенных для исследования Марса с пролетной траектории, для вывода на орбиту вокруг Марса и планетоходы.
Такие успехи будоражат; однако они далеко не гарантированы.
Читайте также: Российский зонд не смог отправиться к марсианской луне
Разработка конструкции космического судна для межпланетного путешествия предусматривает обеспечение функционирования его систем в течение многих лет в среде, сильно отличающихся от той, с которыми сталкивается космическое судно на околоземной орбите, и в отношении которых конструкторы обладают намного большим опытом, отмечает доктор Макнатт.
Транспортировка с Земли в любое другое место подвергает судно и его чувствительное электронное оборудование потенциально разрушительному воздействию космических лучей.
Возьмите любой конкретный пункт назначения, и вы столкнетесь с многочисленными резкими контрастами температур, которые должно выдерживать судно, по сравнению с условиями на Земле. Сравните, например, условия, в котором работает космический корабль Voyager в отдаленных уголках солнечной системы, с условиями, в которых находится Messenger, летающий по орбите вокруг Меркурия.
Сочетания космического вакуума и температуры могут на самом деле играть критическую роль для полета, продолжает доктор Макнатт, вспоминая в качестве примера полет корабля Mariner 3 американского космического агентства НАСА.
Стартовавший в 1964 году, этот корабль явился первой попыткой облета Марса, предпринятой США. Однако в конечном счете этот полет потерпел неудачу; его подкосило совместное воздействие условий вакуума и температуры – сочетания условий, в которых корабль не проходил испытаний перед стартом. Инженеры проводили испытания с воздействием условий вакуума и температур по отдельности.
Неудача привел к разработке камер для испытаний, воспроизводящих эти параметры одновременно, рассказывает Макнатт.
В конце концов, инженеры склонны не спать ночами, беспокоясь не столько о системах, которые они проверили десятки раз, как о так называемых неопределенных неизвестных - непредвиденных сочетаниях системных сбоев, которые могли бы запороть проект, но после того, они происходят, они оказываются всего лишь щелчками по лбу.
Читайте также: Россия возвращается на Марс после 15-летнего перерыва
Ведь даже когда что-то не заладилось, умные инженеры могут часто придумать, как решить проблему обходным путем. Макнатт вспоминает в качестве примера успешный проект НАСА Галилео, полет к Юпитеру. Во время фазы полета Галилео инженеры отдали приказ развернуть антенное устройство корабля с большим коэффициентом усиления. Это была антенна, которую судно должно было использовать для отправки больших объемов данных с научного оборудования ученым на Земле, пускающим слюни от нетерпения.
Однако антенное устройство не развернулось. Причина этого, вероятно, была связана со смазкой антенного устройства, испарившейся на пути к Юпитеру.
За семь дней полета судна к Юпитеру инженеры смогли скомпенсировать ситуацию, перепрограммировав бортовые компьютера на сжатие данных и установив более чувствительные приемники на станциях слежения на Земле. Это позволило экипажу использовать менее мощную антенну с низким коэффициентом усиления как для отслеживания состояния судна, так и для отправки обратно результатов исследований.
Если говорить о российской космической программе, у них, понятно, есть свои значительные успехи, отмечает Макнатт. Например, в области космических полетов с человеком на борту - страна обеспечила довольно надежную транспортировку американских и российских экипажей на международную космическую станцию (МКС) и с нее на Землю, став мостиком по доставке американских коммерческих космических экипажей на низкую околоземную орбиту, осуществление которых планируется в конце нынешнего десятилетия.
Пока американские ученые-планетологи борются над разработкой экономически приемлемых проектов по исследованию Венеры, российские проекты полетов ко второму от солнца телу солнечной системы «вышибло мяч с площадки, - продолжает он. – Большая часть имеющейся у нас информации о поверхности Венеры, получено на основе российских данных».
Все это делает загадкой нулевой результат полетов России к Марсу. Физика, задействованная в полетах на Марс, одна и та же, от флага не зависит. Россия имеет стабильно надежные ракеты. Все российские инженеры, вероятно, точно так же мотивированы на успех, как и создатели ракет любой другой страны.
Читайте также: Российский робот, марсианская луна
Макнатт высказывает предположение, что трудности возникают в значительной мере в связи с деньгами и с вопросами приоритета. Со времени окончания холодной войны Российская космическая программа бьется над изысканием средств, что побуждает ее, к примеру, направлять свою предприимчивость на космический туризм. Приобретение Америкой мест в капсулах «Союз», доставляющих американских астронавтов на космическую станцию и обратно с нее, представляют еще один источник доходов, в которых она так отчаянно нуждается.
Жесткий бюджет ограничивает не только количество и размах исследовательских космических программ. Он способен также привести к сокращению инвестиций в инженерную инфраструктуру, необходимую для поддержки разработки и сооружения новых космических зондов, которые должны получить одобрение, объясняет Макнатт, вспоминая неудачу судна Mariner 3.
«Фобос-Грунт», по сообщениям, использовал обычно надежную верхнюю ступень для выведения судна на его траекторию полета к Марсу. Однако, как сообщается, эта ступень была модифицирована для целей данного проекта, в результате чего менее дорогое стандартное решение, видимо, превратилось в таящий неожиданности производственный образец.
Возможно ли такое в случае с «Марсианской научной лаборатории» НАСА? Приземление будет захватывающим событием. В этом проекте используется подход для доставки планетохода на Марс, который НАСА никогда прежде не использовало. Никаких предохранительных пневматических мешков; планетоход слишком тяжел и велик для этого. Вместо этого модуль спуска будет располагаться на планетоходе в виде специальной выпускной системы.
Когда модель опустится примерно до высоты 7, 6 метров над поверхностью планеты, модуль опустит вниз крепление, присоединяющее к нему наземный аппарат, наподобие того, как вертолет Сикорского Skycrane опускает груз при зависании. Как только колеса наземного аппарата коснутся земли, будут выпущены фалы крепления, спускаемый модуль отделится от наземного аппарата, и наземный аппарат сможет свободно передвигаться.
Этот подход был продиктован размерами и весом планетохода, объяснил Пит Тайзингер (Pete Theisinger), руководитель полета, во время недавней предварительной пресс-конференции перед полетом.
Космическая лаборатория слишком велика и тяжела для пневматических предохранительных подушек, и снятие их спускаемого аппарата под планетоходом было бы сложным и трудоемким.
«Это будет очень, очень смелая задача», - сказал он.
Читайте также: Участники миссии «Марс-500» скоро «приземлятся» в России
Различные компоненты, из которых состоит система, прошли самые тщательные испытания, заявил он. Однако он признал, что весь пакет не прошел испытания как единая система.
«Мы провели обязательную комплексную проверку. Марс может нам помешать, или может возникнуть нечто, чего мы не предусмотрели, - продолжил он. – Но в той мере, в какой мы смогли все продумать, мы рассмотрели все возможные проблемы и провели все испытания, какие мы можем сделать».
Дело за тем, чтобы смазка на фалах в момент выпуска оказалась в порядке.
