10 марта 2006 г. американский космический аппарат Mars Reconnaissance Orbiter выполнил успешное торможение и перешел с пролетной траектории на орбиту вокруг Красной планеты.

MARS RECONNAISANCE ORBITER

    Как мы уже сообщали, станция MRO была запущена с мыса Канаверал 12 августа 2005 г. В течение первого месяца полета аппарат был настроен, проверен и признан исправным. 27 августа состоялась первая коррекция межпланетной траектории, обозначенная TCM-1, общей продолжительностью 44.5 сек.
    30–31 августа операторы провели поочередное включение научных приборов и сняли с них «показания», а с двух камер (MARCI и CTX) были даже получены снимки «пустого» космоса. Но не все прошло гладко: тестирование двух основных приборов – камеры высокого разрешения HiRISE и спектрометра CRISM закончилось досрочно из-за ненормальных температур. На CRISM'е включение системы охлаждения вызвало защитную реакцию компьютера: он «почувствовал», что становится слишком холодно. Причину удалось установить, но полная проверка спектрометра была отложена до декабря.

Член навигационной группы MRO Мориба Джа ожидает результатов измерений

MARS RECONNAISANCE ORBITER

    Операторам также пришлось подкорректировать тепловой режим камеры HiRISE, и после этого проверку удалось завершить.
    8 сентября был проведен первый опытный сеанс съемки с использованием главного научного прибора станции – камеры HiRISE – и двух вспомогательных инструментов, контекстной камеры CTX и навигационной камеры ONC. Все три были направлены сначала на Землю и Луну, от которых аппарат уже удалился на 10 млн км, а затем на звездное скопление омега Центавра.
    Аппарат отработал сеанс без замечаний, обеспечив наведение на объекты и их сканирование с правильной скоростью, обработку «картинок» и их передачу на Землю. Кстати, на передачу ушло около 24 часов, и за это время на Землю поступило 75 Гбит данных – новый рекорд скоростной связи на межпланетных расстояниях! А в последующие дни MRO продемонстрировал свою максимально возможную пропускную способность: 6 Мбит/с.
    С немалого уже расстояния серп Луны с Морем Кризисов был виден неплохо: на огромном кадре в 20000x6000 пикселов он имел примерно 340 пикселов в длину и 60 в ширину, что соответствовало разрешению 10 км. Между прочим, это раз в десять лучше, чем видит глаз человека, находящегося в 27 раз ближе к Луне! Анализ снимков показал, что ориентация, настройка и фокус камеры не нарушились в ходе запуска АМС.
    «Нам очень понравилась работа камеры, и мы очень ждем того, что она покажет нам на Марсе», – заметил руководитель научной группы по камере HiRISE д-р Альфред МакИвен из Университета Аризоны.
    Сеанс 8 сентября состоялся на следующий день после очень мощной солнечной вспышки – четвертой по интенсивности за последние 15 лет. Очевидно, MRO был хорошо подготовлен к подобным событиям – работа его не нарушилась.
    В последующие недели тестирование камеры HiRISE продолжалось. План полета предусматривал три серии наблюдений звезд: 4–5 октября – для проверки соосности навигационной и главной камеры, 5 ноября – для настройки фокуса HiRISE и 13–14 декабря – для проверки ее стойкости к вибрациям, которые может вызвать работа других инструментов. В последней серии было отснято рассеянное скопление каппа Южного Креста (NGC 4755, или «Шкатулка драгоценностей», как назвал его когда-то сэр Джон Гершель). Альфред МакИвен остался доволен работой HiRISE.

Тестовый снимок Луны

MARS RECONNAISANCE ORBITER

    18 ноября MRO выполнил вторую коррекцию траектории: проработав 19.1 сек, его шесть двигателей малой тяги (по 5 фунтов, или 22 Н) увеличили скорость аппарата на 0.75 м/с. Третья планировалась на 2 февраля 2006 г., но, как сказал руководитель навигационной группы MRO Тун-хань Ю (Tung-han You), расчеты постоянно показывали настолько малое отклонение от расчетной точки прицеливания у Марса, что ее отменили.


    Фаза подлета к Марсу началась 10 января. На этом этапе нужно было не промахнуться – выйти точно в заданное место на высоте 400 км над южной полярной областью Марса для торможения и перехода на орбиту. Дальность – расстояние от Земли до КА – навигаторы могли определить по времени прохождения радиосигнала «туда и обратно».
    Скорость – точнее, ее продольную составляющую, вдоль луча зрения, – по допплеровскому смещению частоты радиосигнала. Для контроля бокового смещения аппарата проводились его одновременные радионаблюдения с двух наземных пунктов. Этот алгоритм гарантировал от повторения трагедии станции MCO в 1999 г., когда в результате ошибки в «счислении пути» она прошла слишком близко от поверхности Марса и сгорела в его атмосфере.
    На будущих аппаратах его «поперечные» координаты планируется уточнять по оптическим наблюдениям, и на MRO был поставлен соответствующий эксперимент. Навигационная камера ONC массой 2.8 кг с объективом диаметром 60 мм должна была сделать за последний месяц пути около 500 снимков Фобоса и Деймоса на фоне звезд.
    По положению спутников Марса навигаторы обещали вычислить точку съемки с точностью до 1 км в поперечном направлении. Отвечал за ONC ее научный руководитель д-р Стив Синнотт (Steve Synnott).
    Все эти меры предосторожности оказались излишними – маневр 18 ноября дал совершенно идеальную траекторию до самой точки торможения! Двигаясь по ней, 18 февраля аппарат прошел отметку 5 млн км от Марса на скорости около 2800 м/с относительно планеты, 2 марта приблизился к нему на 2 млн км, а 6 марта – на 1 млн км. Коррекция TCM-4, запланированная на 28 февраля, не потребовалась. Забегая вперед, добавим: резервная коррекция TCM-5 за четыре часа до выхода на орбиту также не была проведена! За четыре месяца полета, с 18 ноября до 10 марта, станция MRO не отклонилась от точки прицеливания настолько, чтобы потребовалось подправить ее путь! В итоге аппарат сэкономил 27 кг топлива, достаточные для семи дополнительных месяцев работы на орбите вокруг Марса.
    Заключительный этап подлета начался во вторник 7 марта. Программа выхода на орбиту была заложена на борт и подтверждена станцией. Итак, MRO имеет массу 2170 кг – немного меньше, чем при запуске, так как 10 кг топлива ушло на две коррекции. Аппарат должен включить шесть 38-фунтовых (170 Н) двигателей на 26.8 мин и израсходовать 783 кг топлива. Это обеспечит снижение скорости подлета (около 5500 м/с) на 1000.36 м/с и выход на орбиту высотой 400 км в перицентре и 44000 км в апоцентре с периодом 35.4 часа. В случае серьезного сбоя в ходе торможения бортовой компьютер должен перезапуститься, сориентировать станцию и продолжить выдачу тормозного импульса.
    Включение проводится 10 марта в 21:12:33 UTC в зоне одновременной видимости станций дальней связи Голдстоун и Мадрид.
    Радиосигнал проходит 215 млн км от Марса до Земли за 718 секунд, так что они должны увидеть начало импульса в 21:24:31 UTC по перелому на графике частоты. Через 21 мин 38 сек после начала импульса аппарат заходит за Марс и в течение почти 30 минут – до 22:16:01 – не виден и не слышен. Для выхода на орбиту, хотя бы и нерасчетно высокую, достаточно 23–24 мин работы двигателей.
    В 20:24 UTC (здесь и далее – время прихода сигнала) MRO начал подогрев двигателей с +1.7 до +60°C. В 20:50 был проведен наддув топливного бака – подъем давления с 13.4 до 16.5 кг/см². С 21:07 до 21:19 аппарат развернулся на 120° и построил ориентацию для торможения. Телеметрия на Землю теперь шла на скорости 160 бит/с через ненаправленную антенну LGA. Точно по плану прошло включение шести 5-фунтовых двигателей – на 30 секунд для осаждения топлива. Затем в работу вступили главные, 38-фунтовые. В 21:46:23, почти в расчетное время, MRO ушел за край планеты, успев снизить свою скорость на 694 м/с – недоработка примерно в 1% от ожидаемого. А в 22:16 зал управления в Пасадене взорвался аплодисментами: сигнал возобновился с опозданием всего на семь секунд!
    Еще через девять минут руководители полета подтвердили, что аппарат на орбите. Компенсируя недостаток тяги, двигатели проработали 1641 секунду вместо 1608, и заданное приращение скорости было выдержано практически точно: 1000.48 м/с. Аппарат был выведен на орбиту с параметрами:

    > минимальная высота – 426 км;
    > максимальная высота – 43400 км;
    > период обращения – 35 час 34 мин.


    Вскоре MRO переключился на остронаправленную антенну HGA и скорость передачи 550 кбит/с. Анализ показал: ДУ в штатном состоянии, аккумуляторы после захода в тень Марса разряжены лишь на 10%, ориентация устойчивая, прочие системы в норме. Дорога длиной 500 млн км закончилась…

MARS RECONNAISANCE ORBITER

С прибытием к Марсу станции MRO возникла неожиданная проблема. Ее радиосистема была рассчитана на использование конкретного канала X-диапазона (№32). Но тот же самый канал использовал и радиокомплекс ровера Spirit на поверхности Марса. Никто ведь не предполагал, что марсоходы проживут во много раз больше тех трех месяцев, которые от них требовались по заданию. Возникла реальная возможность путаницы – скажем, исполнения одним аппаратом команд, адресованных другому, да еще в самом неожиданном варианте…     В ближайшей перспективе Spirit будет «общаться» с Землей только через ретрансляторы UHF-диапазона на других спутниках Марса. Позже, вероятно, придется очень тщательно планировать сеансы связи, работая с одним КА только в то время, когда другой находится на невидимой с Земли стороне планеты или над нею.

MARS RECONNAISANCE ORBITER

    По первоначальному плану полета уже 15 марта MRO должен был начать этап аэродинамического торможения – как до этого станции Mars Global Surveyor и Mars Odyssey.

Фрагмент мозаики площадью 4.5 x 2.1 км без уменьшения.

MARS RECONNAISANCE ORBITER

Первый полученный и опубликованный снимок Марса камерой HiRISE был сделан 24 марта 2006 г. с высоты 2493 км, его разрешение – 2.5 м. Высота примерно в 10 раз выше, чем на штатной рабочей орбите, разрешение – в 10 раз хуже. Внизу – масштабно уменьшенная мозаика из десяти последовательных кадров HiRISE с красным фильтром общей протяженностью 24081 x 9523 пикселов. На снимок попала область 49.92 x 23.66 км с центром в точке 33.65°ю.ш., 54.93°з.д. Местное время – 07:33 утра, время года – осень, высота Солнца над горизонтом 12°. Старый кратер с сетью каналов справа и слева частично перекрыт более молодыми слоистыми образованиями, предположительно из летучих веществ (водный лед, сухой лед или оба).

MARS RECONNAISANCE ORBITER

    По расчетам, 550 витков с погружением в перицентре в атмосферу Марса обеспечивали перевод КА с высокоэллиптической орбиты на почти круговую с минимальными затратами топлива. Однако в середине февраля было решено отсрочить это торможение и протестировать хотя бы в минимальном объеме научную аппаратуру.

Этот цветной снимок сформирован из сделанных 24 марта кадров камеры HiRISE с зеленым, красным и инфракрасным фильтрами; таким образом, привычные «цвета» растянуты в инфракрасную область, а их контраст усилен при обработке. Север вверху и чуть слева (7°). Снимок опубликован 7 апреля

MARS RECONNAISANCE ORBITER

    24 марта в 04:36 UTC по бортовому времени, в конце 10-го витка вокруг Марса, начался первый пробный 40-минутный сеанс съемки камерами HiRISE, CTX и MARCI (цветная камера). HiRISE, в частности, сделала четыре снимка между 04:41 и 04:50 с высоты от 2500 до 1300 км; съемка велась в полосе, идущей на юг от Долин Маринера и к западу от Аргира. Основной ее целью была проверка всего тракта приема и обработки снимков, а также получение исходного материала для разработки и проверки процедур калибровки и обработки изображений, точных коррекций, необходимых для цветной съемки и для высокоточных измерений поверхности с использованием стереоскопических пар снимков.
    Через станцию Канберра в Австралии 25 Гбит данных было передано хозяевам камер – в Лунно-планетную лабораторию Университета Аризоны и в компанию Malin Space Science Systems – и уже в 08:30 первый снимок попал в руки специалистов.
    В тот же день 24 марта, но уже из апогея орбиты Марс наблюдал метеозонд MCS – он сделал четыре скана с использованием девяти детекторов. Диск планеты имел размер всего 40 пикселов, но и этого было достаточно для того, чтобы увидеть северную полярную шапку и пылевые бури регионального масштаба.
    Впрочем, весной (а в северном полушарии Марса сейчас весна) пылевые бури маловероятны, и на снимках их не нашли. За пылевыми бурями на этапе аэродинамического торможения нужно внимательно наблюдать, так как они могут приводить к значительному увеличению плотности верхней атмосферы и к повреждению тормозящегося в ней КА. Теперь ясно: метеозонд MCS можно использовать для мониторинга температуры атмосферы и пылевых бурь в период торможения.

Северное полушарие Марса на снимках MCS. Слева – снимок в широкополосном диапазоне от 300 нм до 3 мкм, в центре – тепловой ИК-снимок поверхности (12 мкм), справа – тепловой ИК-снимок атмосферы (15 мкм).

MARS RECONNAISANCE ORBITER

    25 марта в период с 16:15 до 16:22 UTC камера HiRISE сделала второй комплект тестовых снимков на тех же широтах, что и накануне, но на противоположной стороне планеты. На этот раз другие приборы КА работали параллельно с HiRISE – еще раз проверялась ее работа в условиях вибраций. Данные об отснятых районах приведены в таблице.

Результаты тестовых снимков
Обозначение	Центр снимка		Высота, км	Район
	Широта	Долгота
AEB_000001_0000	33.65°ю.ш.	54.93°з.д.	2493	Босфорское Плато, Уступ Огига
AEB_000001_0050	40.64°ю.ш.	56.51°з.д.	2044	Босфорский Уступ вблизи Аргира
AEB_000001_0100	47.14°ю.ш.	57.00°з.д.	1699	Вблизи кратера Галлей
AEB_000001_0150	52.50°ю.ш.	59.25°з.д.	1470	Граница Аргира
AEB_000002_0000	33.66°ю.ш.	145.97°в.д.	2485	Севернее кратера Марц
AEB_000002_0050	40.64°ю.ш.	144.39°в.д.	2038	Киммерийская Земля
AEB_000002_0100	47.14°ю.ш.	142.90°в.д.	1694	Дно кратера Кеплер
MARS RECONNAISANCE ORBITER

    30 марта MRO начал переход в режим аэродинамического торможения. В апоцентре орбиты он включил двигатели на 58 сек и в результате 31 марта в 14:46 UTC прошел в 15-й раз перицентр на высоте уже лишь 333 км. В ближайшие дни станция последовательными шагами снизит перицентр примерно до 100 км, где тормозящее действие атмосферы уже очень заметно.
    При прохождении атмосферы КА «подставляет» потоку площадь в 37.5 м² – корпус, задние стороны солнечных батарей и антенны HGA. Тяжелый корпус находится впереди, а панели и антенна – сзади, что обеспечивает естественную стабилизацию наподобие воланчика. Научные инструменты в это время работать не будут. Торможение закончится в сентябре–октябре 2006 г. После этого тремя-четырьмя коррекциями MRO переведут на солнечно-синхронную орбиту высотой 255x320 км, где будет отстрелена крышка спектрометра CRISM и развернута антенна радиолокатора SHARAD.

Снимок AEB_000001_050 был сделан камерой HiRISE 24 марта 2006 г. на стыке Уступа Огига и Босфорского Уступа, северо-западнее ударного бассейна – Равнины Аргир. В левой части изображения – кратерированная равнина, где некоторые кратеры почти засыпаны и плохо различимы, а другие имеют отчетливый гребень и интересные детали топографии. Кратер на верхнем обрезе (в увеличенном виде слева) имеет диаметр около 2.5 км; на дне его видны холмы и гребни, которые могут быть остатками богатых льдом отложений. В центре снимка – три извилистые долины, подобные открытым АМС Mariner 9. Справа – ударный кратер диаметром около 20 км. Внутренний склон гребня, вероятно, видоизменен оползнями и текущей водой; структура дна говорит об утрате льдосодержащего грунта.

MARS RECONNAISANCE ORBITER

    С 7 октября по 8 ноября Марс будет находиться в соединении с Солнцем, а затем спутник начнет исследования и будет вести их по крайней мере до декабря 2008 г. В число первых целей камеры HiRISE входят потенциальные места посадки аппарата Phoenix, который должен достичь поверхности Марса в мае 2008 г., а также районы работы мобильной лаборатории MSL.