Пятьдесят лет назад, 15 июля 1965 г., американский космический аппарат Mariner 4 впервые в истории достиг в работоспособном состоянии Марса и сделал на пролете 22 черно-белых снимка поверхности Красной планеты. Это было великолепное техническое достижение - и одновременно конец эры гипотез о сходстве условий Марса и Земли и о возможности существования на нем высокоразвитой жизни.


    Особенностью начального этапа американской программы исследования планет автоматическими зондами было отсутствие носителей достаточной грузоподъемности, что вынуждало решать имеющимися средствами лишь ограниченный круг задач.
    Как известно, осенью 1960 г. Лаборатория реактивного движения подготовила предварительные проекты универсальных планетных аппаратов Mariner А и Mariner В. Первый, стартовой массой 1050 фунтов (476 кг), предназначался для изучения Венеры или Марса с пролета; второй, массой 1250 фунтов (567 кг), имел в своем составе спускаемый аппарат. Запуски планировались с использованием перспективного носителя Atlas Centaur со вновь разрабатываемой верхней ступенью на кислороде и водороде: в августе 1962 г. - первых аппаратов Mariner А к Венере; весной и осенью 1964 г. - изделий типа Mariner В к Венере и Марсу.

"МАРИНЕР"

    В августе 1961 г. стало абсолютно ясно, что отработанного нового носителя через год не будет. Штаб-квартира NASA распорядилась прекратить работу по теме Mariner А и утвердила новый проект Mariner R для первого исследования Венеры с запуском на имеющейся ракете Atlas Agena В. От параллельного создания марсианского аппарата пришлось отказаться из-за нехватки средств.
    Проект Mariner R был реализован ударными темпами с использованием задела от лунной станции Ranger и проекта Mariner А. Первый запуск 22 июля 1962 г. окончился аварией, во втором - 27 августа - ракета каким-то чудом вытянула. В результате 14 декабря 1962 г. Mariner 2 достиг окрестностей Венеры и впервые передал важную информацию о массе, магнитном поле и атмосфере этой планеты.
    В это время проект Mariner В оставался в силе в расчете на использование для исследований Венеры и Марса и в режиме межпланетных зондов в 1964-1967 гг. В период с октября 1961 по апрель 1962 г. выполнялись работы в объеме предварительного проекта, после чего был начат этап детального проектирования и изготовления прототипа. Предполагалось вскоре получить согласие штаб-квартиры агентства на последующие этапы - изготовление летных изделий, испытания и запуск. Одновременно уточнялись количество аппаратов и графики полетов. Так, к 1 мая 1962 г. было решено:

    - экспериментальный пуск аппарата Mariner В в октябре 1963 г. не проводить;
    - отменить отправку двух КА к Венере весной 1964 г.; вместо этого в случае необходимости повторить пуски КА типа Mariner R;
    - в мае 1964 г. провести экспериментальный пуск «марсианского» варианта, после чего готовить два «боевых» старта к Марсу.

    Mariner В массой около 1500 фунтов (678 кг) строился вокруг шестигранного корпуса с блоками служебной аппаратуры. Электропитание обеспечивали четыре откидные панели солнечных батарей суммарной площадью 8.73 м². Ориентация строилась по Солнцу и Канопусу. Для связи с Землей предназначалась ориентируемая антенна с отражателем диаметром 1.22 м. Двигательная установка с маршевым двигателем тягой 50 фунтов (23 кгс) обеспечивала коррекции траектории. Спускаемый аппарат собирались заказать компании General ELectric с учетом ее опыта в создании возвращаемых капсул разведывательных спутников CORONA/Discoverer.

Нереализованный проект межпланетного зонда Mariner В со спускаемым аппаратом

"МАРИНЕР"

    Аппарат предполагалось оснастить телевизионной подсистемой с двумя камерами на видиконах, одна из которых - с фокусным расстоянием 1000 мм - должна была обеспечить съемку поверхности Марса с разрешением 1 км. Кроме этого, в состав научной аппаратуры Mariner В входили УФ-спектрометр, ИК-спектрометр, ИК-радиометр, микроволновой радиометр, магнитометр, а также многочисленные приборы для регистрации космического излучения и микрометеоритного вещества. Для капсулы проектировались приборы в целях изучения состава атмосферы и поиска признаков жизни, вплоть до микроскопа, анализаторов органических веществ, белковых макромолекул и продуктов метаболизма.
    Однако все опять испортил Centaur. Возможно, история космонавтики сложилась бы иначе, если бы его первый пуск 8 мая 1962 г. закончился успехом. Однако итогом этой попытки стал завораживающе-страшный взрыв ракеты на 55-й секунде полета, и вера в готовность нового носителя хотя бы к осени 1964 г. вновь пошатнулась.
    Уже в первых числах июня 1962 г. в JPL и других полевых центрах NASA начались проработки альтернативных вариантов марсианской миссии 1964 г. в расчете на имеющуюся ракету Atlas Agena В, причем Центр космических полетов имени Годдарда вновь предложил дополнить ее твердотопливной ступенью Able М. Во второй половине июля началась формальная проработка предложения Mariner М в объеме предварительного проекта, продолжавшаяся до конца октября. Уже в конце августа новая разработка была представлена на рассмотрение головного офиса NASA, а подразделениям JPL были разосланы требования к проекту.
    Штаб-квартира NASA устно одобрила новые предложения в середине октября, а 5 ноября проект был утвержден официально под именем Mariner Mars 1964. Нетрудно догадаться, что весомым толчком в пользу этого решения стал запуск 1 ноября 1962 г. советского аппарата «Марс-1», внешне вполне успешный. Никто, кроме разработчиков из ОКБ-1, не знал еще, что система ориентации «Марса» неисправна, а научной аппаратуры он не несет вообще. Советскому аппарату не было суждено дойти до цели живым - связь с ним оборвалась 21 марта 1963 г. в 106 млн км от Земли.
    В самой Лаборатории реактивного движения новый проект фигурировал под именем Mariner С. Некоторое время он продолжал конкурировать с проектом повторного запуска аппаратов типа Mariner R к Венере, однако явный успех Mariner 2 поставил крест на последнем предложении. 31 декабря руководство NASA решило и 10 января 1963 г. было объявлено, что агентство не будет повторять полет к Венере весной 1964 г. и сосредоточится на полете к Марсу, чтобы возвратиться к изучению Венеры позднее с более совершенными аппаратами класса Mariner. (Стоит добавить, что реализация в 1964 г. обоих проектов не представлялась возможной: не хватало ни средств, ни людских ресурсов.)
    В рамках проекта Mariner С также предполагалось запустить один аппарат в режиме межпланетного зонда и еще два - осенью 1964 г. к Марсу. Однако уже к началу февраля 1963 г. планы изменили в пользу изготовления трех идентичных станций, а в конце мая ради экономии средств сократили заказ носителей и число планируемых пусков до двух.
    Интересно, что «большой» проект Mariner В уцелел и на этот раз, лишь сроки первых запусков к Венере и Марсу сдвинулись на 1965 и 1966 г. соответственно. Однако разрешения на изготовление летной матчасти так и не последовало, и проект тихо сошел на нет летом 1964 г., когда было окончательно решено не запускать в 1966 г. к Марсу никаких аппаратов - ни легких, ни тяжелых.


    В январе 1963 г. менеджером марсианского проекта был назначен Джек Джеймс (Jack N. James), только что записавший на свой счет успешную венерианскую миссию, а разработка собственно аппарата в Лаборатории реактивного движения была поручена Дану Шнейдерману (Dan Schneiderman) и Джону Казани (John R. Casani). Проектирование и изготовление велось собственными силами, внешним подрядчикам были заказаны лишь отдельные подсистемы и компоненты на общую сумму 21.1 млн $.
    На момент утверждения новый проект в сущности представлял собой вариацию на тему Mariner R, еще без четко определенной полезной нагрузки. Ее состав NASA объявило лишь 11 апреля 1963 г.: девять инструментов, позаимствованных из приборного состава Mariner В, плюс эксперимент по радиопросвечиванию атмосферы Марса. Научным руководителем проекта стал Ричард Слоун (Richard К. Sloan).
    Тогда же, в апреле, согласовали предельные параметры КА. Необходимо было вывести полезный груз массой 570 фунтов (258 кг) на траекторию полета к Марсу с гиперболическим избытком скорости 10.2 км²/с². Ракета Atlas Agena В, использованная для запуска КА Mariner 2 к Венере, имела грузоподъемность на 100 фунтов меньше. Решение было найдено к августу и заключалось в переходе на новую верхнюю ступень Agena D, причем пришлось заложиться на еще только разрабатываемую версию S-01B * с более высокими характеристиками двигателя.

* Первая Agena D типа S-01B была запущена 19 июня 1964 г.; до использования в программе Mariner состоялись еще три полета. Во многих документах встречается обозначение SS-01B, однако в нем первая S означает Standard, и вряд ли ступень успела заслужить такую характеристику уже к пятому пуску.

    На практике и этого оказалось мало, и потребовались многочисленные уточнения приборного состава и даже некоторые доработки обеих ступеней носителя. Так, снижение тяги верньерных двигателей «Атласа» с 1000 до 670 фунтов дало прибавку в 20 фунтов (9 кг) полезной нагрузки, оптимизация программы разворота по тангажу принесла еще 25 фунтов, а применение нового алгоритма в системе управления носителя - 12 фунтов. На «Аджене» больше всего помогли топливные ловушки у выходных магистралей баков - они позволили упростить процедуру повторного запуска и сократить гарантийный запас топлива, что увеличило полезный груз сразу на 47.2 фунта (21.4 кг).
    В то же время условия старта к Марсу требовали использования баллистической схемы с двумя включениями двигателя верхней ступени, чего до этого на изделиях типа S-01B не практиковалось. Чтобы снизить риск отказа при втором включении, пришлось «отдать» 5 фунтов для создания постоянной малой тяги во время баллистической паузы.
    Марсианский аппарат с почти втрое большими по площади, чем у венерианского, солнечными батареями не умещался под головным обтекателем, сделанным в свое время еще для лунного Ranger'a. Было решено использовать новый универсальный фибергласовый сотовый обтекатель типа UNIPAC.
    Так как астрономическое окно для начала полета к Марсу составляло всего 28 суток, пришлось задействовать два стартовых комплекса: LC-13, принадлежавший ВВС, и LC-12, ранее переданный в пользование и управление NASA, причем второй предстояло временно дооборудовать для использования со ступенью Agena D.
    Если говорить о требованиях к самому аппарату, то полет к Марсу должен был занять от 230 до 260 суток вместо 120 дней до Венеры, и изделие пришлось проектировать с удвоенным ресурсом - 6000 часов. Для пролета на заданном расстоянии от планеты требовались две коррекции, а значит - двигательная установка с двукратным включением. В силу баллистических условий в 2.5 раза увеличивалась предельная дальность связи; это заставило спроектировать новый радиокомплекс S-диапазона, а с учетом большого объема видовой информации - ввести записывающее устройство на магнитной ленте.
    В целом аппарат получался значительно более сложным, чем Mariner 2, и насчитывал 138000 компонентов против 54000. Но и запас времени до запуска был достаточным, чтобы вести разработку в полном соответствии с правилами, с испытаниями на соответствие типа для подсистем и с необходимой отработкой на наземных аналогах. В некоторых критических областях были даже предприняты разработки альтернативных технических решений.
    Проектирование и изготовление матчасти заняло весь 1963 год. В период с 1 ноября по 18 декабря собрали изделие РТМ, предназначенное исключительно для наземных испытаний, и 19-24 декабря на его системы впервые подали питание. С 30 декабря по 10 января 1964 г. провели интерфейсные испытания систем, а 16 января аппарат РТМ отработал системный тест всего полета. 7 марта на нем начались термоваккумные испытания, а 28 марта - виброиспытания. С 27 по 30 апреля изделие проверили на совместимость со ступенью Agena D, и вплоть до начала июля продолжали интенсивно испытывать.

"МАРИНЕР"

    В ходе тестов было выявлено несколько особенно неприятных моментов. Так, на наземной машине РТМ не прошел виброиспытания и потребовал срочной доработки датчик Канопуса. Вскоре «всплыла» аналогичная проблема с видиконовой трубкой системы телевизионной съемки Марса, для которой в итоге сделали новую «мягкую» монтировку. Потребовалась серьезная доработка блока сбора научной информации DAS, где пришлось заменить 2400 «таблеточных» резисторов, которые не выдерживали высокой температуры. Наконец, серьезной проблемой стала постепенная деградация характеристик усилителя S-диапазона.
    В январе 1964 г. проект Mariner-C был «заморожен»: теперь изменения можно было внести лишь после сложной процедуры согласования. В апреле пришла очередь трех летных аппаратов; МС-2 был собран в период с 9 апреля по 19 мая, а МС-3 -с 24 апреля по 9 июня. Электрические испытания летных машин стартовали в конце апреля, а термовакуумные и вибрационные проходили в июле и августе. 23 августа и 7 сентября два КА были отправлены из Пасадены во Флориду для подготовки к старту. Запасное изделие МС-4 собрали в июле-августе и отправили на полигон после испытаний ограниченного объема.


    Итак, аппарат типа Mariner С имел стартовую массу 575 фунтов (261 кг) при высоте 2.90 м и диаметре описанной окружности (в полете) 6.90 м. Основой конструкции аппарата был корпус из магниевого сплава в форме восьмиугольной призмы высотой 0.46 м и описанным диаметром 1.38 м. В четырех радиальных направлениях от верхней («солнечной») грани призмы раскрывались панели солнечных батарей, на концах которых были смонтированы пятиугольные солнечные «паруса» как дополнительное средство поддержания ориентации в ходе межпланетного перелета.

"МАРИНЕР"

    На верхней грани была жестко установлена «тарелка» остронаправленной антенны, над которой возвышалась штанга научной аппаратуры, алюминиевая трубка круглого сечения диаметром 98.5 мм и длиной 2.24 м. На нижнем днище восьмигранного корпуса монтировались датчик Канопуса и поворотная платформа с приборами для исследования Марса.
    Семь из восьми боковых секций корпуса отводились для размещения приборов и подсистем, включая электронные компоненты научных приборов. В секции №2 был установлен двигатель коррекции траектории, сопло которого «смотрело» в радиальном направлении, перпендикулярно к продольной оси Z. Осевую часть корпуса занимали топливный бак, а также баллоны и регулирующая аппаратура газовой системы ориентации. На внешней поверхности шести боковых граней располагались жалюзи системы терморегулирования на биметаллических приводах, а верхняя и нижняя панели корпуса были защищены экранно-вакуумной теплоизоляцией. Температура внутри поддерживалась в пределах от +13 до +29°С.
    Система электропитания получала мощность с четырех панелей солнечных батарей размером 0.90x1.81 м и массой 8.5 кг каждая. 28224 кремниевых фотоэлемента размером 10x20 мм позволяли снимать до 640 Вт у Земли и до 310 Вт у Марса. Два регулятора питания и серебряно-цинковая аккумуляторная батарея емкостью 1200 Вт-ч находились в секции №8. Для нормальной работы КА требовалось от 140 до 255 Вт, в зависимости от выполняемых операций; аккумулятор планировалось задействовать лишь во время выведения и в ходе коррекций траектории. Питание систем и приборов КА, за двумя исключениями, обеспечивалось переменным током с частотой 2400 Гц.
    За управление системами КА отвечало центральное программно-вычислительное устройство (Central Computer and Sequencer, CC&S). Его программа состояла из трех основных этапов: на период запуска и выхода на орбиту (до 16 час 40 мин от старта), на коррекцию траектории и на 14-часовой цикл пролета и съемки Марса.
    В систему ориентации входили основные и резервные солнечные датчики (в общей сложности восемь штук на верхней и нижней гранях корпуса), датчик Канопуса, датчик Земли и три гироскопа, а также два дублированных набора по шесть газовых сопел, расположенных на концах солнечных батарей и обеспечивающих развороты КА по трем осям. Рабочее тело (азот) хранилось в двух титановых баллонах диаметром 229 мм, по 2.6 фунта (1.2 кг) в каждом, при начальном давлении 174 кгс/см².
    По проекту солнечные датчики обеспечивали построение ориентации осью Z на Солнце, а разворот вокруг этой оси с использованием датчика Канопуса - наведение остронаправленной антенны на Землю с погрешностью не более 0.5°. Четыре ориентируемых солнечных паруса - листы алюмини-зированной майларовой пленки площадью по 0.65 м² - предназначались для тонкого регулирования ориентации по каналам тангажа и рысканья в пределах «мертвой зоны» системы газовых сопел *.

* Ничто не ново подЛуной: режим безрасходной ориентации и коррекции с использованием давления солнечного света на панели солнечных батарей был заново изобретен и использован на американском КА Messenger во время полета к Меркурию в 2008 г.

    Бортовая двигательная установка PIPS (Post-Injection Propulsion System) имела в своем составе двигатель коррекции тягой 50.7 фунта (23.0 кгс) с одноразовыми пироклапанами на два включения. Однокомпонентное топливо (9.75 кг гидразина) хранилось в баке с вытеснительной системой подачи (сжатый азот). Каждый запуск двигателя обеспечивала начальная порция окислителя - 15 мл четырехокиси азота. Углы разворота КА, момент включения и продолжительность работы «отмерялись» CC&S в соответствии с заложенными уставками. Удельный импульс ЖРД составлял 236 сек, минимальная продолжительность работы была 50 мс; возможное приращение скорости в одном включении - от 0.2 до 84 м/с. Ориентация в процессе работы ЖРД поддерживалась автоматически по данным от гироскопов за счет введенных в струю газовых рулей.

Изделие STM для статических испытаний

"МАРИНЕР"

    Связная система включала один приемник и два передатчика S-диапазона разного типа - с лампой бегущей волны и с объемным резонатором. В нее также входили командная и телеметрическая подсистемы, описываемый ниже блок записи видеоинформации и две антенны - высокого и низкого усиления. Основная параболическая антенна высокого усиления имела отражатель в форме эллипса размером 1.17x0.53 м и массой всего 2.0 кг, фиксированный к корпусу в трех точках восемью опорами и отклоненный на 38° от продольной оси по углу места и на 259° от оси датчика Канопуса по азимуту. В таком положении антенна автоматически «смотрела» на Землю не только в момент прибытия КА к Марсу, но и на протяжении 110 суток перед этим! Интересно, что для задания необходимого теплового режима она была... окрашена в ярко-зеленый цвет. Ненаправленная антенна низкого усиления размещалась на верхушке штанги научной аппаратуры.
    Радиообмен с КА шел в цифровом виде. Командная информация, поступающая в диапазоне 2113 МГц со скоростью 1 бит/с, переводилась в командной подсистеме в аналоговую форму для исполнительных устройств. Аппарат был способен выполнить 29 видов команд, поступивших с Земли, и принять одну специальную команду коррекции траектории - блок данных из трех чисел, хранившихся затем в памяти CC&S.
    Технические данные с бортовых систем и результаты научных измерений кодировались в цифровую форму перед передачей на 100-канальной телеметрической подсистеме и передавались со скоростью 33.3 бит/с вблизи от Земли или 8.33 бит/с вдали от планеты, обычно поочередно: 20 слов (140 бит) технических данных, затем 40 слов (280 бит) научной информации. Оба канала передатчика работали в диапазоне 2295 МГц при выходной мощности 10 Вт.
    Измерение дальности до КА проводилось с помощью дальномерного кода, встроенного в передаваемый сигнал и в переизлучаемый бортовой. Полученное значение имело смысл в пределах диапазона около 1 млн км; с учетом данных баллистического прогноза этого было достаточно. Кроме того, по допплеровскому сдвигу сигнала «Земля» могла определять радиальную скорость КА с точностью до 1 мм/с.
    Аппарат имел в своем составе научную аппаратуру суммарной массой 60 фунтов (27 кг), включая блок сбора и форматирования научных данных DAS (Data Automation System). В своем окончательном виде она включала семь научных приборов:

    - Телевизионная камера (Television) с двумя датчиками Марса размещалась на платформе под углом 120° к оси Z и могла наводиться по азимуту в пределах угла 180°. Объективом прибора служил телескоп-рефлектор кассегреновского типа с главным зеркалом диаметром 41 мм, эквивалентным фокусным расстоянием 305 мм и полем зрения 1°. Регистрирующим элементом являлась видиконовая трубка с селеновым чувствительным слоем размером 5.6x5.6 мм. Система автоматически регулировала чувствительность, изменяя рабочий коэффициент усилителя в зависимости от мощности видеосигнала (и яркости картинки видикона). Использовались четыре цветных фильтра - два сине-зеленых и два оранжево-красных.

Телевизионная камера «Маринера-4»

"МАРИНЕР"

    Съемка марсианской поверхности с формированием изображения на видиконе проводилась с экспозицией 0.20 или 0.08 сек в зависимости от уровня освещенности. Электронное считывание изображения и формирование телевизионной картинки с разрешением на 200 линий, оцифровка элементов изображения и их запись на магнитную ленту со скоростью 10 700 бит/с занимали 24 секунды, а удаление изображения и подготовка к съемке следующего кадра - еще 24 секунды. Таким образом, на получение цифрового черно-белого изображения размером 200x200 элементов с шестью битами яркости уходило 48 секунд. На магнитной ленте такой снимок занимал около 250000 бит, включая временные марки и метки синхронизации, а также служебную телеметрию и данные других приборов.
    Запоминающее устройство видеоданных VSS (Video Storage Subsystem) представляло собой магнитофон с бесконечной лентой шириной 6.3 мм и длиной 100 м. Запись производилась последовательно на две дорожки на скорости 326 мм/с, причем протяжка ленты включалась и выключалась для записи каждого изображения в отдельности. Емкость устройства составляла 5.24 млн бит.
    Эксперимент по съемке Марса поставили три профессора из Калифорнийского технологического института - Роберт Лейтон (Robert В. Leighton), Брюс Мюррей (Bruce С. Murray) и Роберт Шарп (Robert Р. Sharp). Через 12 лет, в июне 1976 г., Брюс Мюррей сменил легендарного Уилльяма Пикеринга в должности директора Лаборатории реактивного движения, а именем Шарпа был назван центральный пик кратера Гейл, на который взбирается марсоход Curiosity...

    - Гелиевый векторный магнитометр (Helium Vector Magnetometer) имел задачей поиск магнитного поля Марса и определение его параметров. Это был первый в своем роде прибор, основанный на различной прозрачности гелия для светового потока при разном угле между направлением его движения и направлением магнитного поля. Чувствительность прибора составляла 0.5 гамма при динамическом диапазоне ±360 гамма. Автором эксперимента был д-р Эдвард Смит (Edward J. Smith) из JPL.

    - Детектор радиационных поясов (Trapped Radiation Detector) предназначался для поиска вблизи Марса областей захваченных высокоэнергичных частиц, подобных поясам Ван Аллена - Вернова вблизи Земли, и включал три счетчика Гейгера-Мюллера и один твердотельный детектор на кремниевом диоде, рассчитанные на регистрацию протонов с энергиями выше 0.5-0.9 МэВ и электронов от 40-70 кэВ. Поставил его, разумеется, вездесущий Джеймс Ван Аллен (James A. Van Allen).

    - Телескоп космических лучей (Cosmic Ray Telescope) также предназначался для обнаружения космических лучей и распределения их по типам, уровням энергии и направлению движения. Прибор мог распределить протоны и альфа-частицы по диапазонам 0.8-15, 15-80 и 80-190 МэВ на нуклон. Его автором был Джон Симпсон (John A. Simpson) из Университета Чикаго.

    - Ионизационная камера (Ionization Chamber Experiment) со счетчиком Гейгера-Мюллера служила для регистрации космических лучей, главным образом галактического происхождения, с энергиями выше 0.5 МэВ для электронов, 10 МэВ для протонов и 40 МэВ для альфа-частиц. Камера выдавала среднюю энергию частиц, а счетчик регистрировал отдельные частицы. Эксперимент поставил проф. Виктор Нехер (Н. Victor Neher) из Калтеха.

    - Зонд солнечной плазмы (Solar Plasma Probe) предназначался для измерения плотности потока, направления движения, скорости и температуры низкоэнергетических (30 эВ - 10 кэВ) протонов солнечного ветра. Автором эксперимента был профессор Герберт Бридж (Herbert L. Bridge) из Массачусеттского технологического института.

    - Детектор космической пыли (Cosmic Dust Detector) имел в своем составе два датчика на основе чувствительных микрофонов, регистрирующих попадания пылевых частиц в алюминиевую мишень. Прибор разработала группа Уэсли Александера (Wesley М. Alexander) из Центра космических полетов имени Годдарда.

    - Эксперимент по радиопросвечиванию атмосферы планеты предложили д-р Арвидас Клиоре (Arvydas J. Kliore) из JPL и профессор Вон Эшелман (Von R. Eshelman) из Лаборатории электроники Стэнфордского университета. Он не требовал размещения на борту специальной аппаратуры и использовал обычный сигнал бортового передатчика. До запуска не было решено, будет ли траектория с заходом за Марс выбрана для одного аппарата или для обоих.

Взвешивание изделия МС-3 (Mariner 4) 1 ноября 1964 года

"МАРИНЕР"

    В апреле 1963 г. кандидатами в состав приборов ориентируемой платформы были также названы ИК-спектрометр Джерри Нейгебауэра и ультрафиолетовый фотометр Чарлза Барта. К сожалению, 20-фунтовый ИК-спектрометр пришлось исключить из-за дефицита массы и заменить на 6.5-фунтовый УФ-фотометр. Последний же отказал в мае 1964 г. в ходе термовакуумных испытаний, после чего был снят с борта и заменен тепловым имитатором. Эти изменения, а также пересмотр первоначальной подлетной траектории потребовали неоднократного перепроектирования платформы.
    Исследования Марса на пролете были основной целью проекта, а измерения условий в межпланетном пространстве (магнитное поле, радиация, микрочастицы) - второстепенной. Однако NASA страховалось на случай неудачи, и официальными целями проекта в августе 1964 г. были названы исследование межпланетного пространства между Землей и Марсом и отработка новых технических решений, которые будут использоваться в первый раз. Телевизионная съемка Марса в сообщении упоминалась, но далеко не на первом месте.
    Тогда же NASA официально назвало проект самой сложной миссией в американской непилотируемой космической программе.
    Для управления полетом предназначались три основные станции Сети дальней связи DSN с 26-метровыми антеннами - в Голдстоуне (Калифорния, станция Pioneer, или DSS-11), Йоханнесбурге (ЮАР, DSS-51) и Вумере (Австралия, DSS-41). Центр управления разместился в JPL в Пасадене.


    Всего было изготовлено четыре летных изделия. Первое - МС-1 или РТМ - после начала экспедиции должно было служить наземным стендом-аналогом в Пасадене. На полигон доставили три КА с номерами с МС-2 по МС-4, из которых первые два предназначались для пуска, а третий был запасным. В довершение путаницы с названиями двум запускаемым КА были присвоены предстартовые обозначения Mariner С и Mariner D; после старта их планировалось поменять на Mariner 3 и 4.
    Пуски были предварительно намечены на 4 и 12 ноября 1964 г. с прилетом к Марсу 17 и 15 июля 1965 г. соответственно.
    Первый комплект летного «железа» доставили на мыс Кеннеди 28 июля (Atlas №288D в конфигурации LV-3A), 9 августа (Agena-D №6931) и 28 августа (аппарат МС-2). Однако к этому времени уже стало известно, что второй Atlas №289D обеспечивает чуть большую грузоподъемность - всего на 10 фунтов! - и благодаря этому лучше вписывается в допуски по остаткам топлива на первый день астрономического окна. Поэтому именно его решили готовить и пускать первым.

Ступень Agena D (слева) и адаптер (справа) для установки ее на ракете Atlas D

"МАРИНЕР"

    10 августа первая ступень №289D прибыла на космодром, и 17 августа ее установили на стартовом комплексе LC-13. Налет урагана Клео она пережила, однако 8 сентября из-за прохождения урагана Дора ракету все-таки пришлось убрать в МИК. Повторная установка состоялась 14 сентября, а на следующий день на Atlas смонтировали верхнюю ступень. Все это происходило в очень нервной обстановке: на космодром прибыл президент Линдон Джонсон. Неудивительно, что в ходе работ нижняя ступень была повреждена...
    16 сентября «Аджену» сняли и на следующий день расстыковали блок стартовых двигателей с основной частью «Атласа». После устранения повреждений 18 сентября ракету собрали вновь и к утру 19 сентября увенчали марсианской станцией. Начались комплексные испытания, завершившиеся имитацией старта 28 сентября. После этого ракету космического назначения разобрали и отправили: «Аджену» - в ангар АЕ, аппарат - в корпус ESF.
    Параллельно, со сдвижкой по срокам, на комплексе LC-12 собирали вторую ракету. Ступень Atlas 288D установили 28 сентября, а 7 октября к ней добавили ступень Agena D №6932, доставленную 12 сентября. Аппарат МС-3 прибыл на космодром 14 сентября; после автономных проверок 28 сентября он был пристыкован к адаптеру, 29 сентября укрыт обтекателем и 9 октября установлен на ракете. Сокращенный цикл испытаний прошел 13-15 октября, после чего аппарат и «Аджену» демонтировали.


    24 октября на стартовом комплексе LC-13 ступень Agena D №6931 была вновь установлена на ракету Atlas 289D. 26 октября инженеры провели повторную инкапсуляцию аппарата и 27 октября состыковали головную часть с носителем. 29 октября прошли повторные комплексные испытания на готовность к старту, а 2 ноября состоялась имитация пуска.
    Ракета вместе с полезным грузом имела массу 127 т и высоту 31.705 м, из которых 20.52 м приходилось на первую ступень, 3.57 м - на адаптер, 3.51 м - на вторую ступень и 4.09 м - на обтекатель с КА внутри. Ее фактическая грузоподъемность на первый день по расчетам составляла 572 фунта (259.5 кг); аппарат был чуточку тяжелее -575.37 фунтов (261.0 кг).
    Старт был назначен на 4 ноября, в первый день астрономического окна, в 17:45 UTC, но накануне его отложили на 5 ноября для дополнительной проверки вновь установленных реле в хвостовом блоке электроники «Аджены».
    Запуск МС-2 состоялся 5 ноября 1964 г. в 14:22:04.920 EST (19:22:04.920 UTC). Этому предшествовала целая цепочка проблем и задержек, начиная от потери внешнего электропитания из-за попадания птицы в электрический трансформатор (!) и заканчивая проблемами на радиолокационной станции на острове Антигуа, что повлекло задержку старта на час по сравнению с расчетным временем.
    Выведение, казалось бы, прошло успешно, и Mariner 3 отделился на 2178-й секунде полета, в 19:55:41.5 UTC. Однако через час после старта стало ясно, что солнечные батареи аппарата не развернулись и ориентация на Солнце не построена. Что-то не отделилось от аппарата и мешало ему - то ли ступень Agena D, то ли обтекатель!
    Первую версию удалось исключить по результатам контроля траектории ступени, а вот вторую подтверждали данные о недоборе скорости КА. К Марсу он уже не попадал, но в надежде выжать из ситуации максимум возможного операторы отключили гироскопы и научные приборы и попытались выполнить экстренный маневр. На борт заложили уставки, и 6 ноября в 00:05 была выдана исполнительная команда DC-27; в 01:09 по телеметрии удалось подтвердить штатный разворот КА по тангажу, а в 01:29 - по крену. Однако из-за неисправности «наземки» операторы не смогли выдать из Вумеры последнюю разрешающую команду DC-14 - и маневр сорвался.

Запуск КА МС-2 (Mariner 3) 5 ноября 1964 г.

"МАРИНЕР"

    Ту же последовательность команд повторили со станции Хартебеестхук под Йоханнесбургом в период с 02:29 по 03:45. Аппарат принял их и выполнил, и маневр должен был начаться в 05:19, однако было уже поздно. Вскоре бортовой аккумулятор разрядился окончательно, и в 04:06:24 UTC, через 8 час 43 мин после старта, радиосигналы с МС-2 перестали поступать.
    Детальный анализ телеметрии показал, что отсечка двигателя Agena D прошла по исчерпанию окислителя за 1.5 сек до программного выключения и что заданная скорость не была достигнута - недобор составил 255 м/с. Выяснилось также, что скорость разделения ступени и КА была меньше расчетной - 0.71 м/с вместо 0.81 м/с. Это позволило уже с полным основанием назвать виновника всех проблем - «универсальный и легкий» фибергласовый головной обтекатель массой 136 кг просто-напросто не отделился по команде, хотя два концевых выключателя и показали обратное. Впрочем, им для срабатывания было достаточно сдвига створок всего на 1.5 мм. Анализ телеметрии позволил также предположить, что за время выведения болтающийся обтекатель повредил часть внешних элементов конструкции КА, таких как «солнечые паруса» системы ориентации.
    6 ноября появилась версия, что авария началась с деформации обтекателя, вызванной отслоением его внешней оболочки от сотового элемента жесткости под действием внутреннего давления в сотах по мере снижения внешнего. Проведенные в период до 8 ноября срочные испытания опытного, а затем и летного экземпляров обтекателя в термовакуумной камере JPL подтвердили возможность такого развития событий. Стало ясно, что система отделения не смогла справиться с поврежденным обтекателем, что и предопределило судьбу пуска.
    Как следствие, 8 ноября были срочно развернуты разработка, изготовление и испытания нового цельнометаллического обтекателя из магниево-ториевого сплава. Компания Lockheed Missile and Space изготовила его и отправила в Центр Кеннеди 22 ноября, а параллельно закончила испытания на втором экземпляре и дала допуск к полету 26 ноября. Только такие «большевисткие» темпы позволяли выполнить второй пуск в пределах астрономического окна!
    Правда, металлический обтекатель был тяжелее пластикового примерно на 23 кг и давал большее аэродинамическое сопротивление в полете. Пришлось дополнительно облегчить ракету, для чего с «Аджены» убрали РДТТ увода ступени и сняли приемник и антенну системы аварийного подрыва изделия. Маневр увода ступени планировался с целью «не попасть в Марс», и его отмена потребовала смещения точки прицеливания от планеты за счет снижения отлетной скорости на 3 м/с. Безопасность пуска теперь гарантировалась самоподрывом «Атласа» в случае отсутствия разделения ступеней к заданному моменту.
    В итоге - с учетом баллистических условий на конец ноября - второй носитель мог вывести к Марсу до 702 фунтов (318 кг); аппарат МС-3 весил 574.74 фунта, то есть 260.7 кг.


    В конце октября подготовка второго пуска на стартовом комплексе LC-12 шла с отставанием от первого на четверо суток. «Аджену» повторно установили на первую ступень 28 октября, головную часть собрали 28-30 октября и пристыковали к ней 31 октября.
    Авария означала значительную отсрочку второго старта, так что 6-7 ноября ракету космического назначения разобрали вновь. 15 ноября «Аджену» вернули на место, но 19 ноября ненадолго отстыковали еще раз для срочной проверки. 23 ноября провели последние комплексные испытания без КА.
    В тот же день марсианский аппарат МС-3 вместе с адаптером примерили к новому металлическому обтекателю - как ни удивительно, он получился! Контакт был обеспечен на 95% стыковочного кольца, а промежутки не превышали 10 см в длину. После тщательных измерений в ночь на 24 ноября был проведен окончательный монтаж обтекателя. К вечеру следующего дня, после долгой возни с обеспечением его герметичности, головную часть смонтировали на ракете.
    18 ноября было объявлено, что пуск назначен на 27 ноября, но в этот день он не состоялся. Во время предстартового отсчета за 135 мин до старта было обнаружено, что кабельная сеть пироболтов обтекателя не везде находится в аэродинамической тени. Что же делать? «Вырезанные по контуру куски пробкового дерева были приклеены к юбке обтекателя, чтобы увеличить защиту пироболтов от аэродинамического нагрева, - было записано в официальной истории Mariner 4. - Виниловая лента, использованная для герметизации других частей обтекателя, была наклеена поверх пробки для улучшения аэродинамики». Задержка на ремонт составила 176 минут.

"МАРИНЕР"

    Так и полетели бы, но за 60 мин до старта возникло замечание к связной подсистеме КА. Времени на разбирательство уже не было, и пуск отложили на сутки.
    Старт был выполнен со второй попытки 28 ноября 1964 г. Предстартовый отсчет был начат в 01:37 EST и прошел исключительно гладко, никаких непредвиденных задержек не было. Atlas 2880 благополучно набрал тягу 166.6 тс и в 09:22:01.309 EST (14:22:01.309 UTC) оторвался от старта. Носитель отработал разворот по тангажу и лег на курс 91.4°. На 134.0 сек после старта выключились два стартовых (боковых) двигателя, и хвостовой блок с ним был сброшен. На 299.0 сек прошла отсечка центрального двигателя, а на 317.5 сек завершили свою работу два верньерных. В момент Т+321.74 сек на скорости около 5.8 км/с прошло разделение ступеней с одновременным сбросом головного обтекателя.
    Первое включение двигателя «Аджены» тягой 7260 кгс продолжалось с 371.37 до 517.25 сек, в результате его была достигнута опорная круговая орбита наклонением 28.3° и высотой 172x185 км. После 32-минутной баллистической паузы над Индийским океаном последовало второе включение - с 2450.8 до 2546.6 сек. Выведение закончилось в 15:04:27.7 на высоте 197.2 км при инерциальной геоцентрической скорости 11443 м/с.