2 декабря 1971 года впервые в истории мировой космонавтики советский спускаемый аппарат автоматической межпланетной станции (АМС) "Марс-3" совершил мягкую посадку на поверхность красной планеты — наша страна первой шагнула на Марс.
2 декабря 1971 года отечественные ученые и космическая промышленность сделали почти невозможное. Лишь десятилетие прошло после первого полёта человека в космос, портативные компьютеры не существовали, ракеты-носители значительно уступали современным, и даже просто "попасть в Марс" ракетой с Земли — на минимальном расстоянии в 54,6 млн. км, — было непросто. Тем более доставить на марсианскую орбиту около 5 тонн земной аппаратуры. Положение планет относительно солнца и расстояние между ними постоянно меняются, Земля и Марс движутся по своим орбитам с разной скоростью.
Мягкая посадка — отдельная сложнейшая научно-техническая задача. Не хватало информации о рельефе поверхности и свойствах марсианского грунта. В разряженной атмосфере планеты бушевали сильные ветры, и неясно было, выдержит ли спускаемый аппарат проверку на прочность. Конструкцию аэродинамического конуса, парашютов, двигателя мягкой посадки выбрали для работы в широком диапазоне возможных условий спуска и характеристик марсианской атмосферы.
"Марс-3" стал первым космическим аппаратом землян на поверхности красной планеты. Передача данных с автоматической марсианской станции началась через 1,5 минуты после посадки на поверхность, и прекратилась через 14,5 секунд. Специалисты полагают, что причиной потери сигнала стал уход орбитальной станции из зоны видимости антенны спускаемого аппарата. И все же это была победа.
Полёт — 6 месяцев и 60 млн. км
Станцию "Марс-3" запустили с космодрома Байконур при помощи ракеты-носителя "Протон-К" с дополнительной 4-й ступенью — разгонным блоком 28 мая 1971 года. Аналогичную АМС "Марс-2" вывели на орбиту Земли девятью днями ранее. С помощью разгонного блока станции перешли на межпланетную траекторию. Путь к Марсу, около 60 млн. км, земное "железо" преодолело за 6 месяцев.
Сигнал от Земли до Марса идет до 20 минут, поэтому к безотказной работе автоматики предъявлялись особые требования. АМС имела сложную систему управления: гиростабилизированную платформу, бортовую вычислительную машину и приборы космической автономной навигации. При удалении станции на 30 млн. км проводилась одновременная ориентация на Солнце, звезду Канопус и Землю. Система управления массой 167 кг и потребляемой мощностью 800 ватт была разработана и изготовлена НИИ автоматики и приборостроения. Прототипом стала вычислительная система лунного орбитального корабля (БЦВМ С-530).
Конструктивно "Марс-3" и "Марс-2" имели аналогичные орбитальный отсек и спускаемый аппарат с автоматической марсианской станцией (дублировали друг друга). АМС имели на борту по две фототелевизионные камеры с различными фокусными расстояниями для фотографирования поверхности планеты. Кроме того, "Марс-3" располагал аппаратурой для совместного советско-французского эксперимента по изучению Солнца.
Масса АMC при запуске — 4625 кг, орбитальная станция весила на Земле 3625 кг, спускаемый аппарат — 1000 кг, автоматическая марсианская станция (в состоянии после мягкой посадки) — 355 кг.
Орбитальная станция
Орбитальная станция представляла собой приборный отсек, блок баков двигательной установки, корректирующий реактивный двигатель с узлами автоматики, солнечную батарею, антенно-фидерные устройства и радиаторы системы терморегулирования.
Основная научная аппаратура для измерений в межпланетном пространстве и для изучения окрестностей Марса и самой планеты с орбиты искусственного спутника включала: феррозондовый магнитометр; инфракрасный радиометр для получения карты распределения температуры по поверхности Марса; инфракрасный фотометр для изучения рельефа поверхности по измерению количества углекислого газа; оптический прибор для определения содержания паров воды спектральным методом; ультрафиолетовый фотометр для определения плотности верхней атмосферы и содержания атомарного кислорода; водорода и аргона, две фототелевизионные камеры.
Спускаемый аппарат
Сферическую автоматическую марсианскую станцию упрятали в коническом аэродинамическом тормозном экране спускаемого аппарата. Сверху прикрепили приборно-парашютный контейнер (вытяжной и основной парашюты, приборы обеспечения увода, стабилизации, схода с марсианской орбиты, торможения и мягкой посадки). На раме разместили твердотопливный двигатель для перевода спускаемого аппарата с пролетной на попадающую траекторию.
После третьей коррекции межпланетной траектории полета АМС спускаемый аппарат "Марс-3" отделился от орбитальной станции. Твёрдотопливный двигатель перевел его на траекторию встречи с Марсом, в расчетную точку входа в атмосферу планеты, со скоростью 120 м/с.
Система управления развернула спускаемый аппарат коническим тормозным экраном вперед по направлению движения, чтобы обеспечить правильно ориентированный вход в атмосферу. Полет от разделения до входа в атмосферу продолжался около 4,5 часов. Спускаемый аппарат вошел в атмосферу под углом близким к расчетному со скоростью около 5,8 км в сек.
В конце участка аэродинамического торможения, на сверхзвуковой скорости полета сработали вытяжной и основной парашюты. Затем был сброшен аэродинамический конус и открылись антенны радиовысотомера системы мягкой посадки. В течение нескольких минут скорость движения снизилась до 60 м/с, а на высоте 20 метров сработал тормозной двигатель мягкой посадки. Другой ракетный двигатель увёл в сторону парашют, чтобы его купол не накрыл автоматическую марсианскую станцию.
Расчет был точен.
Посадка состоялась в точке с координатами 45° ю.ш., 158° з.д., на плоском дне крупного кратера Птолемей, между областями Электрида и Фаэтонтия. Специалистам США подобное удалось повторить только через три года, 20 июля 1974 года.
Ранее, из-за программной ошибки бортовой автоматики, спускаемый аппарат АМС "Марс-2" вошел в марсианскую атмосферу под большим углом, не успел затормозить, и разбился в точке с координатами 4° с.ш. и 47° з.д. (27 ноября 1971 года). Однако орбитальная станция АМС "Марс-2" более 8 месяцев выполняла комплексную программу исследования планеты, совершив десятки витков, до исчерпания ресурса систем в августе 1972 года.
Марсиане живут на Земле
Успех станции "Марс-3" инициировал интенсивные исследования этой далёкой планеты. 19 октября 2016 года на марсианскую орбиту прибыла совместная российско-европейская миссия "ЭкзоМарс-TGO", и аппаратура передала на Землю снимки Марса.
В атмосфере Марса кислорода в тысячу раз меньше, чем в земной. Там часто дуют ветры со скоростью до 100 метров в секунду. Слоистая атмосфера на 95% состоит из углекислого газа. Поверхность планеты испещрена кратерами, многокилометровыми пропастями, а ее горы достигают 26-километровой высоты. Грунтовую воду можно встретить только на большой глубине.
Несмотря на суровость Марса, земляне активно разрабатывают программы (и даже законы) колонизации красной планеты. Многие ученые считают освоение Марса делом ближайшего будущего.
Как бы то ни было, наш "Марс-3" навсегда останется "первым исследователем" красной планеты.
Александр Хроленко