На борту станций
были установлены сложные комплексы научной
аппаратуры, разработанные совместными усилиями
ученых 14 стран и Европейского космического
агентства. Разумеется, марсианский спутник Фобос был одной из основных целей миссии межпланетных станций.
Напомним, что луны Марса - Фобос и Деймос были открыты американским ученым А. Холлом более 100 лет назад. Однако еще за 157 лет до этого Д. Свифт писал в ''Путешествиях Гулливера'', что астрономы Лапуты, где происходят приключения героя книги, ''открыли... две меньшие звезды, или спутники, которые обращаются вокруг Марса, причем внутренняя отстоит от центра планеты точно на три ее диаметра, а внешняя на пять''.
Свифт угадал расстояние, на котором находится Деймос, - 20 130 км от поверхности планеты. Но это не внутренняя, а внешняя марсианская луна. Фобос удален от поверхности Марса всего на 6000 км. Это в 64 раза меньше, чем расстояние от Земли до нашей Луны.
Имеются расчеты, которые показывают, что с определенной вероятностью Фобос и Деймос могут относиться к обломкам единого протопланетного тела. Изучение марсианских спутников очень важно, поскольку не исключено, что они сохранились с тех времен, когда современные планеты еще не существовали.
К сожалению,полностью реализовать программу проекта ''Фобос'' не удалось. В космонавтике неудачи возможны, как во всяком другом трудном и абсолютно новом деле. В начале сентября 1988 г. была потеряна связь с ''Фобосом-1''. Случилось это из-за ошибки в команде, выданной на борт аппарата. В результате отключилась система ориентации и солнечные батареи ''отвернулись'' от Солнца. Бортовые системы стали получать все меньше энергии, и автоматическая станция оказалась не в состоянии выполнять какие-либо команды и реагировать даже на мощные радиосигналы с Земли.
В связи с
потерей одного аппарата были предприняты
дополнительные меры для повышения надежности
работы ''Фобоса-2'', В частности, вместо
запланированных двух коррекций траектории на
участке подлета к Марсу проведена только одна.
Будущая орбита при этом повышалась, что ухудшало
условия работы научной аппаратуры,
предназначенной для исследований Марса и
околопланетного пространства, но повышало
надежность управления станцией.Через 200 суток после старта ''Фобос-2'' (рис. I) вышел 29 января 1989 г. на сильно вытянутую эллиптическую орбиту, расположенную над марсианским экватором (рис. 2). Крайние точки орбиты отстояли от поверхности планеты на расстоянии 819 и 81 214 км. На такой орбите станция совершила 4,5 оборота. Все это время проводились исследования Марса при пролете космического аппарата на достаточно малых высотах. Затем в результате новых включений корректирующей двигательной установки траектория полета была последовательно преобразована в эллиптическую с минимальным удалением от поверхности Марса (в перицентре) 6400 км, а затем и круговую, расположенную выше орбиты Фобоса на 350 км, - так называемую орбиту наблюдения.
С орбиты наблюдения в течение трех суток продолжались ранее начатые исследования самого Марса, его атмосферы и околопланетного пространства. Затем, когда космический аппарат находился на удалении от 860 до 1130 км от Фобоса, были проведены первые сеансы его телевизионной съемки.
Телевизионная съемка спутников Марса впервые была осуществлена американскими космическими аппаратами ''Маринер-9'' и ''Викинг-1'', ''Викинг-2''. Она позволила изучить фигуру этих небесных тел, создать карты крупных форм рельефа (кратеров и борозд), провести фотометрические исследования поверхности.
Многие
оставшиеся открытыми вопросы, связанные с
мелкомасштабной структурой спутников Марса,
формой и механизмами формирования кратеров и
борозд, внутренней структурой и происхождением
спутников, требовали проведения новых
исследований, которые и стали основной задачей
телевизионного эксперимента проекта ''Фобос''.С целью получения информации о составе вещества поверхности марсианских спутников и его однородности по поверхности и глубине одновременно с многоканальной телевизионной съемкой должно было выполняться спектрометрированне - исследование спектрального состава отраженного поверхностного излучения.
Важные этапы телевизионного эксперимента - съемки Марса и навигационные сеансы, в ходе которых, наряду с получением информации, необходимой для коррекций орбиты космического аппарата при сближении с Фобосом, проверки функционирования и калибровки аппаратуры, должны были решаться и научные задачи по исследованию Марса.
Для реализации всех этих задач совместными усилиями ученых Советского Союза, Болгарии и ГДР был разработан видеоспектрометрический комплекс, в состав которого вошли две широкоугольные и одна узкоугольная камеры, спектрометр и видеозапомннающее устройство (рис. 3). В качестве приемников излучения в телевизионных камерах и спектрометре использовались ПЗС-матрицы.
Широкоугольные камеры обеспечивают проведение двузональной съемки Фобоса с большим захватом, необходимым для составления топографических. геологических и морфометрических карт.
Узкоугольная камера позволяет получать изображения с высоким пространственным разрешением, необходимым для изучения мелкомасштабной структуры поверхности Фобоса, решения навигационных задач. детальной съемки района зависания с синхронной орбиты, а также съемки Марса,
На входе телевизионных камер расположено зеркало-крышка. которое в закрытом положении защищает объективы и позволяет проводить сквозную фотометрическую калибровку телевизионных камер от внутренних источников излучения, а в открытом - запланированную съемку Фобоса. В двух промежуточных положениях обеспечивается поворот оптических осей телевизионных камер на 75,5 гр. - для панорамной съемки Фобоса и на 87гр. - для съемки Марса и навигационных сеансов.
Спектрометр осуществляет спектральное разложение изображения узкой полосы поверхности, ориентированной поперек направления полета, и измерение ее средней яркости в узких спектральных зонах 0.02 мкм. Спектральный диапазон спектрометра совпадает с диапазоном телевизионной камеры. Размер полосы спектрометрирования в направлении поперек трассы полета соответствует полю зрения широкоугольной камеры, а в продольном направлении определяется скоростью смещения космического аппарата и при скорости 2- 5 м/с составляет 20-50 % поля зрения широкоугольной камеры.
Видеозапоминающее устройство служит для записи телевизионной и спектрометрической информации, ее хранения и передачи в радиоканал со скоростью, в 250-500 раз меньшей скорости записи. Необходимость использования видеозапоминаюшего устройства определяется невозможностью передачи по радииканалу больших потоков телевизионной информации в реальном масштабе времени. Период передачи информации, занимающей весь объем памяти запоминающего устройства - 50-100 ч. Вся эта сложная система во время полета сработала надежно.
Изображения Фобоса были зафиксированы на телевизионных кадрах (см. 4-ю с. обложки). Полученная в сеансе видеоинформация использовалась для уточнения параметров движения Фобоса и самого космического аппарата с целью последующего их сближения. Когда расстояние между Фобосом и космическим аппаратом сократилось до 320-440 км, был проведен еще один сеанс телевизионной съемки. Полученные при этом изображения марсианского спутника использовались как для баллистических целей, так и для изучения форм и деталей его рельефа.
После уточнения параметров орбиты Фобоса 21 марта космический аппарат перешел на квазнсинхронную с движением марсианского спутника орбиту, то удаляясь от него на расстояние около 400 км. то приближаясь до 200 км. При этом выполнялась еще одна телевизионная съемка Фобоса с достаточно высоким разрешением.
Одновременно велась подготовка к выведению космическогo аппарата в первых числах апреля в область ииерциального пространства, расположенную с внешней по отношению к Марсу стороны Фобоса и отстоящую от его поверхности на расстоянии 30-35 км. После этого космический аппарат, используя лишь информацию собственных бортовых радиотехнических средств и телевизионной системы, должен был приступить к выполнению совершенно нового элемента космического полета - сопровождению небесного тела и сложному маневрированию над его поверхностью. Планировалось, что, ''зависнув'' на высоте около 50 м над поверхностью марсианского спутника, ''Фобос-2'' будет довольно долго двигаться вместе с ним, проводя телевизионную съемку, а также выполняя многочисленные эксперименты, включая комплексные исследования поверхности Фобоса посредством многократного воздействия на нее лазерного и ионно-пучкового излучения.
Для этого на борту был установлен лазерный массспектрометр для анализа состава грунта. К сожалению, ни этот эксперимент, ни эксперимент по дистанционному масс-анализу вторичных ионов, выбиваемых из поверхности марсианского спутника при его облучении с космического аппарата, так же как десантирование посадочных станций провести не удалось.
27 марта, после выполнения разворотов космического аппарата с целью проведения телевизионной съемки Фобоса и последующей передачи полученной информации на Землю, радиосвязь со станцией прекратилась.
Таким образом, программа, предусмотренная проектом ''Фобос', выполнена не полностью. Однако значительный объем исследований был проведен на трассе перелета Земля - Марс и при движении космического аппарата по околомарснанским орбитам еще до потери с ним связи.
В настоящее время с помощью ЭВМ ведется только предварительная обработка полученных данных и до полного и всестороннего их анализа и интерпретации говорить достаточно подробно о полученных результатах было бы преждевременным. Поэтому остановимся лишь на отдельных из проведенных экспериментов.
Так, на трассе перелета выполнялись исследования рентгеновского излучения Солнца (эксперимент ''Терек'' на косми-ческом аппарате ''Фобос-1''). Аппаратура исправно работала вплоть до потери связи с аппаратом. Было проведено 14 из 50 запланированных сеансов наблюдений, Получено 140 высококачественных изображений Солнца и солнечной короны. Если наш глаз видит поверхность Солнца, температура которой 6000 гр C, то рентгеновский телескоп, установленный на борту ''Фобоса-1'', позволил увидеть верхние слои солнечной атмосферы, нагретые до температуры в миллион градусов. Полученные данные представляют большую ценность для прогноза солнечной активности и, в частности, для обеспечения радиационной безопасности полета космонавтов, в том числе будущих пилотируемых экспедиций к Марсу.
Интересные результаты дали исследования космических гамма-всплесков и жесткого излучения солнечных вспышек в советско-французском эксперименте.
С борта ''Фобоса-1'' и ''Фобоса-2'' обнаружено почти 300 гамма-всплесков - из них более 50 от источников, находящихся в глубинах космоса, остальные солнечные. Это примерно четверть всех событий, зарегистрированных за 15 лет исследований гамма-всплесков. При этом в эксперименте достигнуто наиболее высокое для современной гамма-астрономии временное разрешение.
К числу безусловных достижений проекта ''Фобос'', полученных с помощью сложных электронных систем, несомненно, следует отнести проведенные измерения составляющих околопланетной плазмы. Высокая маневренность ''Фобоса-2'', многократные изменения его орбиты позволили исследовать как область взаимодействия солнечного ветра с магнитным полем и атмосферой планеты, так и ее протяженный магнитный шлейф, который образуется при обтекании Марса потоком солнечного ветра. При этом удалось выяснить многие тонкие детали структуры марсианской магнитосферы и, в частности, определить поток уходящих в межпланетную среду ионов планетарного происхождения.
Оказалось, что Марс ежесекундно теряет примерно 2 кг своей атмосферы, что эквивалентно исчезновению с поверхности планеты 1-2-метрового слоя воды за 4,5 млрд лет, т. е. за всю историю Марса.
Не в этом ли причина, что Марс, на поверхности которого четко наблюдаются многочисленные следы водной эрозии, в том числе русла когда-то протекавших там крупных рек, сегодня является таким иссушенным и неприветливым?
Неоднократно выполнялись радиометрические (тепловые) и спектральные исследования поверхности Марса. Для этого использовался комплекс из трех приборов: сканирующий радиометр ''Термоскан'', комбинированный радиометр-спектрофотометр КРФМ и инфракрасный спектрометр ИСМ.
''Термоскан'' - это космический вариант обычного тепловизора - позволил получить видимое изображение поверхности планеты в инфракрасном диапазоне, где она светит не отраженным солнечным, а собственным тепловым излучением. Это объясняется тем, что часть энергии солнечного излучения, приходящая на поверхность Марса, поглощается, нагревает ее и переизлучается в инфракрасном диапазоне. При этом чем выше температура поверхности, тем больше яркость теплового излучения.
С круговой орбиты высотой около 6000 км ''Термоскан'' просмотрел значительную часть экваториальной зоны поверхности Марса в полосе шириной примерно 1500 км с разрешением около 2 км. Переданные на Землю тепловые изображения отличает, прежде всего, удивительная четкость и высокая контрастность (см. 4-ю с. обложки). В этом отношении они даже превосходят лучшие телевизионные снимки Марса. По сути, впервые удалось получить подробную тепловую карту планеты. А температура, до которой нагрета поверхность, зависит от ее физических характеристик, в частности от степени раздробленности грунта. Таким образом, тепловые изображения дают сведения и о макроскопических особенностях поверхности (рельефе) и о ее микроструктуре.
Одновременно с тепловой съемкой ''Термоскан'' синхронно принимал и более коротковолновое отраженное поверхностью планеты излучение.
Прибор КРФМ регистрировал излучение Марса уже не в двух, а в шестнадцати участках спектра. Шесть из них приходятся на тепловой диапазон, а десять - на коротковолновый, позволяющий выполнять фотометрические измерения в ближнем ультрафиолетовом и видимом участках спектра. В частности, выполненные им измерения в полосе поглощения углекислого газа позволили определить температуру стратосферы Марса.
Прибор ИСМ работал в ближнем инфракрасном диапазоне (именно здесь расположен целый ряд полос поглощения, характерных для различных минералов). Измерения выполнялись в 128 участках спектра. После полной обработки данных предполагается получить распределение характеристик минералогического состава пород и, в частности, выяснить степень их гидротации, т. е. содержание в минералах связанной воды. Предварительный анализ данных гидротации минералов позволяет подозревать присутствие на Марсе осадочных пород. Это очень важный фактор в проблеме выяснения эволюции планеты.
На ''Фобосе-2'' проводился также интересный эксперимент по исследованию вертикальной структуры атмосферы планеты. Исследования выполнялись оригинальным методом, никогда ранее на планетных космических аппаратах не применявшимся. Суть метода - в измерении спектра солнечного излучения, прошедшего через атмосферу Марса, когда Солнце наблюдается вблизи края планеты - заходит за него или, наоборот, выходит, т. е. в условиях затмения Солнца планетой.
Большой интерес, по мнению специалистов, представляет и уникальный спектрометрический эксперимент, когда одновременно с телевизионной съемкой в трех зонах спектра с помощью приборов ИСМ и КРФМ были получены детальные спектры Фобоса в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах, охватывающих область длин волн от 0,32 до 3,2 микрона.
Экспресс-анализ результатов эксперимента дал возможность сделать вывод о заметной неоднородности состава поверхности, а также о более низком, чем ожидалось, содержании воды в минералах, слагающих породы Фобоса. Установлено, что дневная температура марсианского спутника примерно +27 гр C.
К сожалению, приборы ИСМ и КРФМ пронаблюдали Фобос всего один раз, поэтому данных для надежной интерпретации получено мало.
Ю. Зайцев
''Радио'', N10, 1989 г.