Марс - Красная Звезда
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Марс
 Исследователи
Миссии до 2012 г.
Страница: Космос станции, Mars Global Surveyor (Part #1, Part #2, Part #3, Part #4, Part #5), Mars Odyssey (Part #1, Part #2, Part #3, Part #4, Part #5, Part #6, Part #7), Разведчик MRO (Part #1.1, Part #1.2, Part #2, Part #3, Part #4, Part #5, Part #6, Part #7, Part #8), Mars Express (Part #1, Part #2, Part #3, Part #4, Part #5, Part #6), Миссия Phoenix (Part #1, Part #2, Part #3.1, Part #3.2, Part #3.3, Part #3.4), Фобос-Грунт (Part #1, Part #2, Part #3);
Марс - красная звезда

Mars Express - ESA

    2 июня 2003 в 17:45:26.236 UTC (20:45:26 ДМВ, 23:45:26 по летнему местному времени) на космодроме Байконур состоялся запуск АМС Mars Express Европейского космического агентства. Запуск был произведен со стартового комплекса №6 (площадка 31) при помощи РН «Союз-ФГ» (11А511У-ФГ №Э15000-005) с разгонным блоком «Фрегат» (№1005). Напомним, что «Фрегат» – это четвертая ступень, разгонный блок, впервые испытанный в 2000 г. Создание его является одним из недавних достижений нашей ракетно-космической промышленности. То же самое можно сказать и о РН «Союз-ФГ» – новейшем варианте «Союза».

    Скорость АМС в первые дни полета была около 3 км/с. Она постепенно уменьшилась до величины около 1.7 км/с, когда 26 декабря 2003 года Mars Express вошел в сферу притяжения планеты. АМС приблизился к Марсу по попадающей траектории, для нацеливания на планету посадочного модуля Beagle 2, отделив его, а станция ушла в сторону и после торможения – маршевым двигателем – стала искусственным спутником Марса. Такая схема многократно применялась ранее при полетах советских АМС к планетам.
    Mars Express – первая планетная миссия ЕКА, и вся Европа следила за ее полетом, затаив дыхание. Заметим, что Mars Express – была первой ласточкой. Вслед за ней на Марс прибыли американские марсоходы Spirit и Opportunity. Два американских спутника – Mars Global Surveyor и Odyssey – уже находились на околомарсианских орбитах. Исследования Марса занимают особое место в изучении Солнечной системы по следующим причинам: – С точки зрения очевидного практического интереса к изучению Земли, исследования планет земной группы наиболее приоритетны. Марс наряду с Венерой во многом похож на Землю. Известно, что за время своей эволюции Марс и его атмосфера претерпели кардинальные изменения. Изучение этих изменений и причин, их вызвавших, имеет огромное значение для понимания прошлой и будущей эволюции Земли, а также исследования влияния антропогенной нагрузки на Землю и ее атмосферу. – На Марсе, возможно, имеются признаки биосферы, современной или реликтовой. Их обнаружение было бы очень важным для решения проблемы происхождения жизни. – Марс, несомненно, будет первой планетой, на которую отправятся космонавты. Но прежде чем посылать туда людей, необходимо тщательно изучить планету при помощи автоматов. Научная программа проекта Mars Express является очередным шагом в длительных исследованиях поверхности, атмосферы и климата Марса, проводимых с целью понять эволюцию планеты. Эти проблемы сфокусированы наиболее четко в истории воды на Марсе.

Конструкция межпланетной станции Mars Express.
Конструкция межпланетной станции Mars Express

    Конструкция межпланетной станции Mars Express. Последние результаты миссий Mars Global Surveyor и Odyssey показали, что воды на этой планете гораздо больше, чем предполагалось ранее. Важную роль в установлении этого факта сыграл российский эксперимент HEND, работающий на АМС Odyssey. Но HEND видит водный лед на глубине не более метра. Длинноволновый радар MARSIS миссии Mars Express может найти его на глубинах до нескольких километров. Применение целого ряда различных тонких методов оптической и ИК-спектрометрии позволил получить новые данные о составе вещества поверхностного слоя и атмосферы, о марсианской метеорологии, обмене веществом между поверхностью и атмосферой. Как и на любом искусственном спутнике Марса, на АМС имеется телевизионная камера, которая получает изображения различных областей планеты, а также атмосферных образований. Что касается непосредственно поисков следов биосферы, то здесь планировался эксперимент нового типа – при помощи газоанализатора, установленного на посадочном модуле Beagle 2 (Посадочный аппарат, напомним, так и не вышел на связь при посадке).
    Основные характеристики АМС. АМС Mars Express состоит из орбитального аппарата (искусственный спутник Марса) и посадочного модуля Beagle 2. Во время работы на орбите вблизи перицентра, в течение 0.5–1.5 часа за каждый оборот, АМС поддерживает ориентацию в надир, направляя приборы на Марс. Стоимость миссии составляет около 300 млн евро. Только часть ее оплачена из бюджета ЕКА. Научные приборы разработаны и изготовлены за счет национальных космических агентств. На орбитальном аппарате установлено шесть научных приборов: ТВ-камера HRSC, три оптических спектрометра (OMEGA, PFS и SPICAM-Light), радар MARSIS и анализатор околопланетной плазмы ASPERA-3. Кроме того, будет проводиться радиопросвечивание атмосферы Марса и солнечной короны (эксперимент MaRS).

Научная аппаратура

    HRSC (High Resolution Stereo Camera) – это телевизионная камера высокого разрешения. Изображение получается по одной координате за счет движения спутника по орбите, а по другой – при помощи проекции на фотоприемные кремниевые CCD-линейки. В фокальной плоскости имеется 9 таких линеек по 5184 пикселей в каждой. Линейки покрыты светофильтрами. При высоте 270 км размер пикселя соответствует 12 м, а ширина линейки соответствует 52 км. Стандартный размер изображения по другой координате – 300 км. Кроме того, имеется канал SRC – сверхвысокого разрешения: 2.3 м на пиксель при размере изображения 2.3х2.3 км. Получение изображений в этом канале приобрело особую актуальность в связи с открытием узких «оврагов», свидетельствующих о геологически недавних (а может быть, и современных) поступлениях жидкой воды на поверхность Марса. Канала SRC не было в камере, сделанной ранее для «Марса-96». Полная масса камеры около 20 кг. Она разработана и изготовлена немецким Институтом космического приборостроения и планетных исследований (DLR-Institut fur Weltraumsensorik and Planetenerkundung) в Берлине.

Рост объема передаваемой информации в сравнении с другими американскими АМС
HRSC (High Resolution Stereo Camera) – это телевизи-онная камера высокого разрешения. Изображение получается по одной координате за счет движения спутника по орбите, а по другой – при помощи проекции на кремниевые CCD-линейки.
Научная аппаратура Mars Express
Посадочный модуль Beagle 2 был снабжен богатым набором измерительных средств. Они интегрированы в единый комплекс, что позволило бы экономно использовать те весьма ограниченные возможности по массе, объему и энергетике.
Тестирование систем

    MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionospheric Sounding) – длинноволновый радар для подповерхностного зондирования. Он работает в диапазоне 1.2–5.5 МГц. Глубина проникновения составляет до 5 км. Он смог обнаружить лед (вечную мерзлоту) на этих глубинах, определить толщину полярных шапок. Эти исследования весьма актуальны с точки зрения проблемы истории и современной роли воды на Марсе. Они проводились в ночное время суток, когда ионосфера не мешала прохождению радиоволн. В дневное время этот прибор зондировал ионосферу. Исследования Марса при помощи длинноволнового радара проводились впервые. Длина антенн – 40 м, полная масса прибора – 12 кг. Прибор разработан и изготовлен итальянским университетом La Sapienze (Рим) при участии Лаборатории реактивного движения (Пасадена, США); за прибор в целом отвечают итальянцы.
    Оптические и ИК-спектрометры OMEGA, PFS и SPICAM. Все вместе они охватывают очень широкий участок спектра – от 0.12 до 40 мкм. В некоторых случаях диапазоны приборов частично перекрываются, но остаются различия по спектральному и/или пространственному разрешению, полям зрения и направлению визирования. Картирующий спектрометр OMEGA (диапазон 0.4–5.2 мкм) частично перекрывается по области спектра с PFS (диапазон 1.2–40 мкм), но в зоне перекрытия они имеют разное разрешение по пространству и по спектру. Для минералогического картирования (OMEGA) пространственное разрешение важнее, чем спектральное, а для вертикального зондирования атмосферы (PFS), наоборот, важнее спектральное. Невозможно сделать прибор, удовлетворяющий одновременно обоим требованиям. OMEGA и PFS предназначены для измерения излучения планеты при визировании приблизительно в надир. SPICAM тоже выполняет часть задач при визировании в надир, но основная его цель – это зондирование атмосферы путем наблюдения спектров Солнца и звезд вблизи лимба планеты (метод оптического просвечивания). При этом оптическая толщина атмосферы примерно в 25 раз больше, и, кроме того, можно получать вертикальный разрез атмосферы, измеряя спектры при разной высоте луча зрения над лимбом.
    Сокращенное обозначение OMEGA – это первые буквы полного французского названия эксперимента: Observatoire pur la Mineralogie, l'Eau, les Glaces et l'Activite – Обсерватория для минералогии, [поисков] воды, льдов и активности. Его предшественником был франко-советский эксперимент ИСМ миссии «Фобос», в котором было получено около 40000 спектров отражения поверхности в экваториальной области Марса. Среди полос поглощения минералов особенно резко выделяется деталь на длине волны около 3 мкм. В состав прибора OMEGA входят два измерительных спектральных канала – видимый и ИК, сканирующее устройство СУ, электронные подсистемы и система охлаждения. Видимый канал (VNIR) – это дифракционный спектрометр с вогнутой голографической решеткой. Его спектральный диапазон 0.4–1.05 мкм, спектральное разрешение – 5 нм, поле зрения – 8.8°, пространственное разрешение в перицентре – 0.1 км. Фотоприемник – ПЗС-матрица (384х288 элементов).
    Инфракрасный канал (SWIR) – это сдвоенный дифракционный спектрометр с плоскими голографическими решетками. Спектральные поддиапазоны – 1.0–2.77 (IR-1) и 2.65–5.2 мкм (IR-2), спектральное разрешение – 15 и 25 мкм соответственно, пространственное разрешение в перицентре – 0.3 км. Спектры проецируются на фотоприемные линейки InSb по 128 элементов в каждой. Их рабочая температура 80 К, она обеспечивается бортовым микрохолодильником Джоуля-Томсона. Размеры приемных элементов 90х12 мкм. Полная масса прибора – 23.5 кг. ИК-канал OMEGA разработал и изготовил французский Институт космической астрофизики (IAS – Institut d’Astrophysique Spatiale, Universite Paris XI), видимый канал – итальянский Институт физики межпланетной среды (IFSI – Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario), сканирующее устройство – ИКИ РАН. За интеграцию и поставку отвечал IAS.
    PFS – это сокращение от полного названия Planetary Fourier Spectrometer – планетный фурье-спектрометр. Он представляет собой комбинацию двух фурье-спектрометров, объединенных в одном блоке. Один из них – коротковолновый (КВК) – охватывает диапазон 1.2–5 мкм, второй – длинноволновый (ДВК) – диапазон 6–40 мкм. Приемник КВК – фотосопротивление PbSe, охлаждаемое (пассивно) до 200 К. Приемник ДВК – пироэлектрический. Спектральное разрешение – 1.4 см-1, поле зрения – около 20 км вблизи перицентра. Полная масса – 31 кг. Каждое прохождение перицентра PFS может получать несколько сот спектров вдоль подспутниковой зоны. На ночной стороне данные будет получать только ДВК, на дневной также и КВК. По каждому спектру, полученному ДВК, определяется вертикальный профиль температуры в атмосфере от поверхности до 50–60 км. Другие данные – это содержание в атмосфере водяного пара, СО, оптическая толщина и состав облаков.

Радарное просвечивание поверхности Марса
MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionospheric Sounding) – длинноволновый радар для подповерхностного зондирования. Он будет работать в диапазоне 1.2–5.5 МГц. Ожидается, что глубина проникновения составит до 5 км.
Рост объема передаваемой информации в сравнении с другими американскими АМС

    Фурье-спектрометры, соответствующие по диапазону ДВК, ранее уже работали на орбитах вокруг Марса (Mariner 9, Mars Global Surveyor). Ожидается, что одновременные измерения в ДВК и КВК значительно расширят возможности исследований. На входе прибора имеется поворотное плоское зеркало, которое по командам направляет прибор либо на планету, либо в космос, либо на калибровочные источники. Прибор разработан и изготовлен упомянутым выше итальянским институтом IFSI в кооперации с несколькими итальянскими университетами и научными учреждениями пяти других стран, включая российский ИКИ. Вообще говоря, такой прибор для исследования атмосферы и поверхности Марса был предложен именно в ИКИ, еще в 1987 г. Потом он «оброс» международной кооперацией и стал на 90% итальянским – так сложилась «послеперестроечная» жизнь.
    УФ-канал – дифракционный спектрометр с вогнутой голографической решеткой на диапазон 118–320 нм. Спектральное разрешение – 0.55 нм. Такое сочетание обеспечивает очень высокую чувствительность. УФ-канал предназначен для измерений вертикальных профилей атмосферы Марса методом звездного просвечивания (распределение плотности по высоте до высоты 130 км). Эти сведения критически важны для проектирования будущих миссий с аэродинамическим торможением. ИК-канал SPICAM совершенно необычен, подобная техника в космических исследованиях применяется впервые. Это акусто-оптический спектрометр (АОС). Сердцем его является кристалл, внутри которого возбуждены ультразвуковые колебания. На создаваемых ими волнах уплотнения и разрежения происходит дифракция анализируемого света. При соответствующем подборе параметров прибора кристалл пропускает свет в узкой спектральной полосе, длина волны которой зависит от частоты колебаний. А она управляется радиочастотным генератором и меняется при его перестройке. АОС – это спектральный аппарат без движущихся частей, и весьма компактный. То и другое очень важно для космических применений. ИК-канал SPICAM обеспечивает такие же возможности для измерения содержания водяного пара в атмосфере, какие имел спектрометр MAWD на АМС Viking, а весит в 20 раз меньше. Спектральный диапазон АОС – 1.0–1.7 мкм, спектральное разрешение – 0.5–1.2 нм. Приемник – InGaAs PIN фотодиод. ИК-канал разработан и изготовлен в России, за него отвечает ИКИ РАН. Исследования атмосферы Марса. Масса SPICAM – 5 кг.
    ASPERA-3 (Analyzer of Space Plasmas and EneRgetic Atoms) предназначен для исследования процессов взаимодействия солнечного ветра с атмосферой планеты и характеристик плазмы и энергичных нейтральных атомов в окрестностях планеты. Эти исследования нужны, чтобы понять, как сильно межпланетные плазма и электромагнитные поля влияют на эволюцию атмосферы. В состав прибора входят три измерительных канала – два для регистрации нейтральных атомов (NPI и NPD) и один (EIS) для электронов и ионов. Они будут работать в диапазонах 0.1–60, 0.1–10 и 0.001–20 кэВ соответственно. Полная масса прибора – 6 кг. Предшественниками этого эксперимента являются измерения характеристик околомарсианской плазмы на советских АМС «Марс-3», «Марс-5» и «Фобос-2». Кооперация включает 12 институтов, головным является Институт космической физики (Швеция), он отвечает за интеграцию и поставку прибора на аппарат.



Beagle 2 - посадочный аппарат для Марса

    Посадочный модуль Beagle 2 был снабжен богатым набором измерительных средств. Они интегрированы в единый комплекс, что позволило бы экономно использовать те весьма ограниченные возможности по массе, объему и энергетике, которые доступны в аппаратах такого типа. Beagle 2 был сконструирован и изготовлен в Великобритании. Наиболее важной задачей являлся поиск признаков возможного существования в прошлом живых организмов, включая присутствие воды, карбонатов, органического вещества, изотопное фракционирование. Интересным биоиндикатором является содержание метана в атмосфере. Этот газ быстро разрушается в результате химических реакций. Его содержание в среднем по планете очень мало, если не равно нулю. Вместе с тем некоторые классы анаэробных бактерий выделяют метан, и его обнаружение в повышенном количестве может рассматриваться как указание на их присутствие. Эта интересная идея предложена академиком М.В.Ивановым много лет назад.
    «Механический крот» представлял собой небольшой (длина около 25 см) заглубляющийся самоходный снаряд, соединенный кабелем с основным аппаратом. Это российское изобретение (В.В.Громов, Санкт-Петербург) являлось важным вкладом в аппаратуру Beagle 2. Работа над посадочным модулем шла трудно. Вначале даже не удавалось собрать достаточно средств. Тем не менее Beagle 2 был поставлен в срок. Но как уже упомяналось ранее посадочный аппарат так и не вышел на связь.
    Надо сказать, что исследования планеты Марс вообще не входили в научные планы ЕКА, сформированные в 1990-х годах. Но 16 ноября 1996 г. произошло событие, заставившее их изменить: при запуске была потеряна российская АМС «Марс-96» – по причине аварии в разгонном блоке Д ракеты «Протон». Этот огромный (5 т) аппарат должен был стать искусственным спутником планеты и доставить на ее поверхность не один, а целых четыре посадочных модуля – две малые станции и два пенетратора. Ученые 20 стран Европы участвовали в разработке и изготовлении научной аппаратуры для спутника и посадочных модулей АМС «Марс-96». Многие приборы были совместными. Зарубежные (главным образом, европейские) научные институты и национальные космические агентства вложили в них много труда и финансовых средств. ЕКА тоже внесло тогда свой вклад, разработав и изготовив ЗУ для системы сбора научной информации.
    Когда запуск АМС «Марс-96» потерпел неудачу, наши западноевропейские партнеры ожидали, что Россия начнет готовить новый аппарат для исследований Марса. Вскоре стало ясно, что этого не будет, и тогда они стали работать над созданием своей – европейской – межпланетной станции. По их инициативе ЕКА и ввело в свою программу Mars Express. Первоначальный замысел был прост: отправить к Марсу запасные экземпляры (т.н. ЗИП) приборов, оставшихся от проекта «Марс-96». Естественно, были выбраны именно те приборы, в которых доля европейского участия была максимальной. Российские ученые были приглашены в качестве соисследователей – участников научных групп. ИКИ РАН взял на себя обязательство изготовить некоторые блоки научных приборов. На самом деле идея использования ЗИП-экземпляров не прошла, и все приборы были изготовлены заново. Одна из причин состоит в том, что конфигурация европейского аппарата сильно отличается от нашей: это примерно кубическая конструкция, внутри которой упакованы все научные приборы. «Марс-96» был устроен совсем иначе – приборы располагались снаружи, на стенках тороидального герметичного контейнера. Решение о реализации проекта Mars Express было принято ЕКА в мае 1999 г. До старта оставалось 4 года. Вполне достаточно, учитывая, что существовали летные прототипы всех приборов. В качестве субподрядчика была выбрана корпорация Astrium. На одном из ее заводов – в Тулузе – проектировался и собирался космический аппарат, туда поставлялись научные и служебные приборы. Руководители научных экспериментов взаимодействовали с этим заводом, не с ЕКА. Надо сказать, что инженеры Astrium потребовали от них документацию в гораздо большем объеме, чем это принято в России и США. И к тому же неоправданно завысили требования для механических испытаний – это также привело к доработкам в конструкции приборов. Так что многие наши европейские коллеги с чувством «ностальгии» вспоминали о тех днях, когда они работали с НПО им. С.А.Лавочкина и ИКИ.

Гостиницы Пскова поиск и бронирование отелей в городе Псков.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru