Марс - Красная Звезда
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Марс
 Исследователи
Хронология полетов
Страница: Хронология полетов, «Маринер» США (Part #1, Part #2, Part #3), «Марс» СССР (Part #1, Part #2, Part #3, Part #4, Part #5, Part #6, Part #7), «Викинги» США (Part #1, Part #2.1, Part #2.2, Part #3.1, Part #3.2);
Марс - красная звезда
Космические исследователи Марса

ПРОЕКТ М-73

    Космические аппараты серии М-73 предназначены для исследования планеты Марс и околопланетного пространства с помощью доставляемого на поверхность планеты посадочного аппарата, а также орбитального аппарата, выполняющего функции искусственного спутника планеты.

    Серия М-73 состоит из двух модификаций:
    • М-73С - аппараты, предназначенные для функционирования в качестве спутников Марса («Марс-4», изд. М-73С №52 и «Марс-5» изд. М-73С №53);

М-73С («Марс-4» и «Марс-5»)
ПРОЕКТ М-73

    • М-73П - аппараты, предназначенные для доставки в околопланетную область и десантирования с пролетной траектории на поверхность Марса исследовательского зонда - автономной станции («Марс-6», изд. М-73П №50 и «Марс-7», изд. М-73П № 51).

М-73П («Марс-6» и «Марс-7»)
ПРОЕКТ М-73

    Одновременное применение в одной экспедиции космических аппаратов двух модификаций вызвано баллистическими условиями полета к Марсу в 1973 году. Дублирование аппаратов каждого типа сделано для повышения общей надежности выполнения целевой задачи. Запуски аппаратов осуществлены: «Марс-4» - 21.07.1973 г., «Марс-5» - 25.07.1973 г., «Марс-6» - 5.08.1973 г., «Марс-7» - 9.08.1973 г.

    В программу экспедиции, разработанной как продолжение программы, выполняемой КА «Марс-71», входило:

    для аппаратов М-73С («Марс-4» и «Марс-5»)
    • создание долговременно функционирующего в околопланетном пространстве искусственного спутника Марса, воспринимающего и передающего на Землю информацию с АМС, десантированных на марсианскую поверхность КА М-73П;
    • обеспечение второго включения АМС в работу спустя сутки после посадки;
    • выполнение научной программы, во многом совпадающей с программой, выполняемой пролетными аппаратами М-73П:

    - получение цветных фотоснимков определенных участков поверхности Марса;
    - изучение распределения водяного пара по диску планеты;
    - определение газового состава и плотности атмосферы;
    - изучение рельефа по распределению СО2, определения распределения концентрации газа в атмосфере, яркостной температуры планеты и атмосферы;
    - определение диэлектрической проницаемости, поляризации и температуры поверхности планеты;
    - измерения магнитного поля по трассе перелета и вблизи планеты;
    - измерения потоков электронов и протонов на трассе перелета и у планеты;
    - исследования инфракрасного спектра планеты в области 1,5 - 5,5 мкм (в частности, для поиска органических соединений);
    - поляриметрических исследований планеты с целью определения структуры поверхности;
    - исследования спектров собственного свечения атмосферы Марса;
    - регистрации космических излучений и радиационных поясов планеты.

    для аппаратов М-73П («Марс-6» и «Марс-7»)

    • доставка СА в околопланетную область и обеспечение требуемых условий по баллистике для проникновения СА в атмосферу Марса;
    • осуществление посадки исследовательского зонда (автоматической марсианской станция - АМС) на поверхность планеты;
    • выполнение научной программы:

    пролетным аппаратом
    - изучение распределения водяного пара по диску планеты;
    - определение газового состава и плотности атмосферы;
    - изучение рельефа поверхности;
    - определение яркостной температуры атмосферы и распределения концентрации газа в атмосфере,
    - определение диэлектрической проницаемости, поляризации и температуры поверхности планеты;
    - измерение магнитного поля по трассе перелета и вблизи планеты;
    - исследование электрического поля в межпланетной среде и у планеты;
    - изучение пространственной плотности метеорных частиц;
    - исследование солнечного ветра при перелете;
    - исследование спектра и состава солнечных космических лучей;
    - регистрация космических излучений и радиационных поясов планеты.

    спускаемым аппаратом
    - измерения плотности, давления и температуры атмосферы по высоте;
    - измерения, связанные с определением химического состава атмосферы;
    - исследования типа поверхностных пород и распределения в них некоторых эле-ментов;
    - измерения скорости ветра и плотности газа;
    - получение двухцветной стереоскопической телепанорамы места посадки АМС;
    - определение механических характеристик поверхностного слоя грунта.

Схема полета аппаратов

    Для выведения КА серии М-73 использована четырехступенчатая ракета-носитель «Протон-К» стартовой массой 690 тонн, укомплектованная такими же составляющими, как при запуске КА серии М-71.
    Взаимное расположение Земли и Марса в 1973 г. требовало, чтобы скорость полета КА была более высокой - на 250-300 м/сек больше, чем в 1971 г. Определяемые возможностями существующих средств выведения ограничения по общей массе полезного груза, выводимого на межпланетную траекторию, привели к необходимости применения так называемой двухпусковой схемы полета. Согласно ей, задачи доставки спускаемого аппарата и создания искусственного спутника Марса выполняются двумя разными аппаратами. С учетом необходимости их совместной работы на определенном этапе экспедиции (при функционировании АМС на поверхности) будущий спутник Марса стартует раньше второго аппарата. Отличие схем их полета существенно лишь на завершающих этапах.

М-73С (Орбитальный аппарат)

    Каждый из этих аппаратов дублирован, поэтому в экспедиции принимает участие четыре КА: «Марс-4», «Марс-5», «Марс-6» и «Марс-7».
    Участки выведения на межпланетные траектории и дальнейший полет вплоть до сближения с Марсом у всех аппаратов идентичны как между собой, так и с соответствующими этапами полета в 1971 году.
    В полете КА М-73П («Марс-6 и 7»), предназначенных для доставки спускаемого аппарата, полностью повторяется схема отделения и десантирования СА на марсианскую поверхность, которая была разработана для предшествующей экспедиции М-71.

М-73П (Спускаемый аппарат)

    Важнейший этап экспедиции - посадка на марсианскую поверхность - осуществляется следующим образом. Вход спускаемого аппарата в атмосферу происходит в заданном диапазоне углов входа, со скоростью около 6 км/сек. На участке пассивного аэродинамического торможения устойчивость спускаемого аппарата обеспечивается его внешней формой и центровкой.
    Орбитальный (пролетный) аппарат после отделения СА и при последующем сближении с Марсом - в этом заключается отличие от схемы полета М-71 - с помощью гироплатформы разворачивается таким образом, что антенны метрового диапазона повернуты для приема сигнала со спускаемого аппарата, а остронаправленная антенна - для передачи информации на Землю. После завершения работы с автоматической марсианской станцией аппарат продолжает полет по гелиоцентрической орбите.

Космический аппарат М-73

    При разработке космических аппаратов серии М-73 в качестве базового выбран космический аппарат серии М-71 с максимальным использованием его систем, агрегатов и оборудования. Целевые задачи, для выполнения которых создавалась эта серия, определили наличие двух модификаций аппаратов, её составляющих, - М-73С и М-73П.

    Орбитальный аппарат (ОА):

    Главные особенности орбитального аппарата в пусках 1973 г. определяются задачами расширения научных экспериментов и размещения приборов системы ориентации в соответствии с кинематическими характеристиками траекторий полета.
    Основным конструктивным элементом ОА, к которому крепятся агрегаты КА, в том числе, двигательная установка, панели солнечных батарей, параболическая остронаправленная и малонаправленные антенны, радиаторы холодного и горячего контуров системы обеспечения теплового режима и приборная часть, служит блок топливных баков двигательной установки.
    Важное отличие модификаций М-73С и М-73П заключается в размещении научной аппаратуры на орбитальном аппарате: в спутниковом варианте научная аппаратура устанавливается в верхней части блока баков, в варианте со спускаемым аппаратом - на коническом переходном элементе, соединяющем приборный отсек и блок баков. Для аппаратов экспедиции 1973 года КТДУ модифицирована. Вместо основного двигателя 11Д425.000 установлен 11Д425А, тяга которого в режиме малой тяги составляет 1105 кг (удельный импульс - 293 секунды), а в режиме - большой тяги - 1926 кг (удельный импульс - 315 секунд).
    Блок баков заменен новым - больших габаритов и объема за счет цилиндрической вставки, при этом применены также увеличенные расходные топливные баки. Установлены дополнительные баллоны с гелием для наддува топливных баков.
    В остальном орбитальные аппараты серии М-73 по компоновке и составу бортовой аппаратуры за небольшим исключением повторяли серию М-71.

    Спускаемый аппарат (СА):

    На орбитальных аппаратах М-73П в верхней части блока топливных баков двигательной установки с помощью цилиндрического переходника и соединительной рамы крепится спускаемый аппарат.

Спускаемый аппарат с аэродинамическим экраном
ПРОЕКТ М-73

    В спускаемый аппарат входят:

    • автоматическая марсианская станция (по форме близка к сферической);
    • аэродинамический (тормозной) экран;
    • контейнер с парашютно-реактивной системой, состоящей из парашюта и двигателя мягкой посадки;
    • соединительной рамы с системами, которые управляют движением аппарата на этапе отделения его от орбитального отсека и уводом его с пролетной траектории на «попадающую».
    После маневра по изменению траектории рама отделяется от спускаемого аппарата.

    В спускаемом аппарате была установлена аппаратура для измерения температуры и давления атмосферы, масс-спектрометрического определения химического состава атмосферы, измерения скорости ветра, определения химического состава и физико-механических свойств поверхностного слоя, а также для получения панорамы с помощью телевизионных камер.


Телевизионные системы «Марс-4» и «Марс-5»

    На "Марсе-4" и "Марсе-5" использовалось два типа телевизионных систем, различающихся по принципу действия.

ФОТОТЕЛЕВИЗИОННЫЕ УСТРОЙСТВА ЗУФАР и ВЕГА (ФТУ)

    Первая система, аналогичная ранее установленной на спутниках "Марс-2" "Марс-3", состояла из так называемых фототелевизионных устройств (ФТУ). Съемка в этих приборах производится на фотопленку, которая обрабатывается в бортовых условиях. Полученное на ней изображение телевизионным способом передается по линии связи на Землю. В отличие от телевизионной системы космических аппаратов "Маринер" в ФТУ совмещены функции снимающего и запоминающего устройств, что обусловлено способностью фотопленки хранить изображение.
    Это дает почти двукратный выигрыш в весе для ФТУ при прочих одинаковых параметрах систем. Экономия в весе особенно важна в том случае, когда телевизионная съемка не является основной задачей космического аппарата. Имеются и другие преимущества: более высокая четкость изображения, чем у видикона (в 2-4 раза больший объем информации в одном кадре); большая величина коэффициента контраста. Последнее обстоятельство и большая спектральная чувствительность в красной области особенно важны для съемки такого малоконтрастного объекта, как Марс.
    В то же время ФТУ значительно сложнее в разработке, и требуется: преодоление больших технических трудностей для обеспечения необходимого уровня его надежности. Это относится в основном к той части ФТУ, которая связана с бортовой химико-фотографической обработкой фотопленки, включая вопросы ее защиты от космической радиации, сохранности реактивов и др.
    ФТУ ранее успешно работали на советских и американских космических аппаратах, исследовавших Луну: "Луна-3" (1959 г.), "Зонд-3" (1965 г.), серия "Лунар Орбитер" (1965-1966 гг.). Опыт этих работ использовался при создании марсианских ФТУ с учетом новых требований, вытекающих из значительно большего времени пребывания аппаратуры в космосе, которое складывалось из времени перелета (около 8 месяцев) и времени активной работы на орбите по программе (до трех месяцев).
    На каждой станции было установлено по два ФТУ. ФТУ оснащались объективами с углами зрения и соответственно фокусными расстояниями, отличающимися в 7 раз, что давало возможность получить при съемке с номинальной высоты разрешение на поверхности около 700 и 100 м на один телевизионный элемент. Широкоугольное ФТУ имело набор сменных светофильтров.

Зуфар-2СА (разрешение 100 м)
Вега-3МСА (разрешение 700 м)
ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ КАМЕРЫ

    Пространственное положение осей визирования в сеансах съемки, время проведения сеансов, а также ряд характеристик ФТУ выбирались, исходя из соображения обеспечения оптимальных условий съемки преимущественно зоны, смещенной в сторону вечернего терминатора. Основной режим съемки в перицентре осуществлялся при постоянной солнечно-звездной ориентации спутника. При этом оси визирования приборов, которые жестко закреплены на спутнике, смещаются параллельно в процессе его пролета вблизи планеты, оставаясь в плоскости орбиты.
    Кроме съемки в режиме постоянной солнечно-звездной ориентации возможно проведение фотографирования при программном развороте спутника, когда оси визирования могут быть направлены в любую точку пространства. Этот режим был использован 21.11 1974 г. при фотографировании одного из предполагаемых районов посадки спускаемого аппарата.
    В большинстве случаев съемка велась в основном режиме при высоте Солнца над местным горизонтом, равной 15-35°, максимальной высоте станции, близкой к 90°, и постоянном угле фазы 65°. В этих условиях фотографируемая поверхность имела близкий к максимальному контраст деталей при достаточной общей освещенности. Съемка могла производиться циклами по 12 кадров как синхронно обоими ФТУ, так и каждым прибором в отдельности, причем начало съемки устанавливалось либо автоматически, либо по команде с Земли. Так же по команде мог выбираться один из двух темпов съемки, различающихся в 4 раза.
    В связи с тем, что время, выделенное на передачу изображения с аппаратов "Марс-4" и "Марс-5", было ограничено, возможности съемки значнтельно превышали возможности передачи. Поэтому передача с ФТУ кадров с номинальной четкостью производилась выборочно после просмотра всей снятой информации с четкостью, пониженной в 4 раза. Несколько кадров было передано с четкостью, в 2 раза большей, чем номинальная. Передача сигналов изображения по радиоканалу велась импульсным методом со скоростью 512 и 1024 тел. эл./с.
    ФТУ функционально разделяются на ряд блоков (см. рис.): фотосъемочная камера 1, блок химико-фотографической обработки пленки 2, устройство передачи изображения 3, кассеты для хранения пленки 4 и 5. Эти блоки конструктивно объединены общим лентопротяжным трактом и управляются одним блоком автоматики 6. Автоматика ФТУ построена на принципе комбинированного программно-командного управления. При этом работа ФТУ в таких режимах, как съемка, обработка и частично передача, осуществляется по жесткой программе, задаваемой электронным программным устройством в соответствии с принятым режимом 12-кадрового цикла съемки. Различные варианты этих режимов устанавливаются по команде с Земли.

ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ СИСТЕМЫ

    При включении программы "Съемка" пленка, находящаяся в подающей кассете, с помощью ведущего вала начинает перематываться в приемную кассету, неэкспонированный участок пленки поступает на стол механизма прижима пленки фотокамеры, где он с помощью затвора экспонируется через объектив, выравнивающее стекло и светофильтры.
    После съемки одного цикла пленка автоматически перегоняется в такое положение, при котором первые кадры цикла устанавливаются перед капсулой обрабатывающего устройства блока химико-фотографической обработки.
    В соответствии с выбранной скоростью обработки производится ее проявление и стабилизация. В процессе обработки пленка сушится на нагретом барабане и после окончания процесса автоматически устанавливается таким образом, чтобы начало первого кадра снятого цикла находилось против фильмового окна, через которое производится считывание изображения в устройстве передачи изображения. Считывание изображения может производиться в различных режимах по скорости передачи и четкости. Необходимые режимы устанавливаются по командам.
    В ФТУ используется короткофокусный объектив "Вега-ЗМСА" (широкий угол обзора) и длиннофокусный зеркально-линзовый объектив "Зуфар-2СА". Револьверный механизм широкоугольного ФТУ снабжен четырьмя светофильтрами: красным, зеленым, синим и оранжевым. Перед длиннофокусным объективом постоянно установлен оранжевый светофильтр. Кратности фильтров выбраны с учетом спектральных характеристик используемой пленки, оптических элементов и усредненной спектральной характеристики поверхности Марса.
    Револьверный механизм может работать в различных режимах. В первом режиме цветные фильтры автоматически последовательно меняются с каждым срабатыванием затвора. При этом ячейка с оранжевым фильтром пропускается. Во втором режиме револьверный механизм неподвижен и устанавливается в положение, когда перед объективом красный или оранжевый светофильтр. Последний целесообразно использовать главным образом в том случае, когда необходимо увеличить чувствительность ФТУ (практически такой необходимости не было).
    Съемка производится на специальную неперфорированную фотопленку шириной 25,4 мм. Размер кадра 23x22,5 мм ограничивается рамкой, встроенной в шторный затвор, обеспечивающий автоматически чередующиеся выдержки: 1/50 и 1/150. На время экспонирования пленка останавливается, и подвижный стол с помощью соленоида прижимает ее к выравнивающему стеклу.
    Использование двух выдержек при большом перекрытии кадров, которое получается в основном режиме съемки, позволяет отказаться от автоматического экспонометра и тем самым упростить конструкцию ФТУ. В то же время при покадровой смене светофильтров определенно ухудшаются условия для синтеза цветных изображений.
    Блок химико-фотографической обработки ФТУ обеспечивает проявление и сушку экспонированных участков пленки. Этот блок, по существу, представляет собой систему, состоящую из следующих частей: собственно обрабатывающего устройства, эластичных камер для обрабатывающих растворов и осушителя, которые связаны между собой гидравлическими и пневматическими каналами и элементами автоматики.
    Считывание изображения, полученного на пленке, производится путем просвечивания ее световым пучком, который отклоняется с помощью оптико-механического устройства. Это устройство производит построчную развертку изображения, строки располагаются поперек пленки. Кадровая развертка происходит за счет перемещения пленки.
    Помимо основного режима передачи изображения с номинальной четкостью 1000 строк в кадре имеются также режимы передачи с четкостью 2000, 250 и 64 строки. Последние используются для грубого просмотра и быстрой оценки полученных снимков.

ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СКАНЕРЫ (ОМС)

    Фотопленка и видикон, которые практически возможно было применить для съемки Марса, имеют спектральную чувствительность, ограниченную видимым диапазоном световых волн. Для съемки в ближнем инфракрасном участке спектра необходимо использовать другой тип телевизионной системы. Наиболее простым в данном случае было применение оптико-механического сканирующего устройства (ОМС), или, иначе, сканера. В ОМС с помощью собирающей оптической системы с малым мгновенным углом зрения просматривается (сканируется) путем механического перемещения оптических элементов определенный участок поверхности объекта по одной координате. Сканирование по другой координате производится за счет движения спутника, хорошо ориентированного в пространстве и относительно планеты. При этом ОМС обеспечивают передачу панорамного изображения поверхности планеты. Панорамные-ОМС в различных конструктивных вариантах использовались ранее на КА для исследования Луны. Они отличаются малым весом, высоким качеством изображения, возможностью использовать в них свето-приемник, чувствительный к ближней инфракрасной области спектра, в данном случае - фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). ОМС, обеспечивая глобальный обзор планеты вдоль трассы движения спутника, создают непрерывное панорамное изображение, не расчлененное на отдельные кадры. Тем самым исключаются потери на яркостную и геометрическую нестыковку отдельных кадров, неизбежную для рассмотренных выше покадровых телевизионных систем. При этом особенно важным представляется возможность сохранения малоконтрастных протяженных деталей.
    В ОМС, однако, трудно обеспечить высокое разрешение на поверхности, и сложность геометрической проекции панорамного изображения сильно затрудняет его топографическую обработку.
    На каждой станции вне герметичного контейнера было установлено по два однострочных ОМС, работающих в оранжевом (1), красном (2) и красно-инфракрасном (3) спектральных диапазонах. Сканирование производилось перпендикулярно направлению полета, панорамная развертка осуществлялась за счет движения по орбите самой станции, жестко ориентированной в пространстве.

Оптико-механические сканеры
ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ СИСТЕМЫ

    Принцип действия ОМС: поток излучения собирается объективом в фокальной плоскости, где размещена вырезающая диафрагма. Сканирование осуществляется с помощью зеркала, приводимого в движение кулачковым механизмом. В качестве светоприемника используются фотоэлектронные умножители, работающие в сочетании с соответствующими светофильтрами. Поскольку яркость наблюдаемой поверхности от лимба до терминатора изменяется в широких пределах, в камерах используется автоматическая регулировка чувствительности (АРЧ), которая обеспечивает постоянство сигнала на выходе, сужение его динамического диапазона, что существенно облегчает его регистрацию на бортовых аналоговых ЗУ и прием изображений на Земле. Работа системы АРЧ контролируется по телеметрическому каналу. Основные характеристики сканеров:

    - скорость сканирования 4 стр/с
    - угол сканирования 30°
    - угловое разрешение 7,2'
    - фокусное расстояние объектива 12 мм
    - относительное отверстие 1:2
    - диапазон передаваемых плотностей 0-1
    - потребляемая мощность 5 Вт
    - масса 1,4 кг

    На каждой станции было установлено по два ОМС. ОМС имели постоянные, но отличающиеся но характеристикам светофильтры. Они обеспечивали максимальное разрешение порядка нескольких километров. Аппаратура устанавливалась таким образом, чтобы оси визирования обоих ФТУ и одного из ОМС были параллельны и совпадали с направлением осей других научных приборов. Ось визирования второго сканера в расчете на получение дополнительной геометрической и фотометрической информации развернута на 30° (см. рис).

ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ СИСТЕМЫ


    ИТОГИ:

    С помощью аппарата "Марс-4" был проведен один сеанс съемки с ФТУ и переданы две панорамы с ОМС при пролете мимо планеты. Съемка велась широкоугольным ФТУ через красный светофильтр с темпом 35 с/кадр и чередующимися выдержками 1/50 и 1/150 с. Полученные в результате фотографирования 12 кадров были переданы в просмотровом режиме (четкость разложения 250x250 и в режиме с номинальной четкостью 1000x1000).
    С помощью спутника "Марс-5" было передано четыре панорамы и произведено пять сеансов съемки. В четырех сеансах съемка велась обоими ФТУ. В сеансе 21.11 1974 г. включалось только широкоугольное ФТУ. Во всех сеансах, за исключением первого, использовался темп съемки 30 с/кадр. В первом сеансе использовался темп 120 с/кадр. Передача изображения с номинальной и максимальной четкостью со станции "Марс-5" производилась выборочно. Учитывая рассмотренные ранее особенности Марса как объекта съемки, для быстрой визуальной оценки качества изображения и повышения эффективности управления процессом передачи была разработана аппаратура оперативной наземной обработки снммков, построенная на основе аналоговых методов. Аппаратура позволяла улучшить равномерность фона и затем повысить контрастность. После этих операций, которые производились в электрическом канале в темпе приема, снимки с ФТУ регистрировались на фототелеграфных устройствах открытой и закрытой записи.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru