Кіріспе

Марс 96 (кейде Марс 8 деп аталады) – 1996 жылы Ресей ғарыш күштері Марсты зерттеу мақсатымен ұшырған, алайда сол атпен белгілі советтік Марс зонд бағдарламасымен тікелей байланысы жоқ сәтсіз миссия. Екінші төртінші сатыдағы қозғалтқыштың жұмысы сәтсіз аяқталғаннан кейін, зонд жиынтығы Жер атмосферасына қайта кіріп, Тынық мұхитының, Чили мен Боливияның кең аумағында ыдырады. Марс 96 ғарыш кемесі 1988 жылы Марсқа жіберілген Фобос зондтарының негізінде құрылған. Олар сол кезде жаңа конструкцияға ие болған және екеуі де сәтсіз аяқталды. Марс 96 миссиясы үшін конструкторлар Фобос зондтарының ақауларын жойғанын сендірді, бірақ зондтың ұшыру кезеңінде жойылғандықтан, олардың жетістіктерінің мәні ешқашан дәлелденбеді.

Тарих

Марс 96 – 1990 жылдардағы жалғыз советтік/ресейлік ай немесе планеталық зонды, Марс атмосферасының, оның бетінің және ішкі құрылымының қалыптасуын зерттеуге бағытталған амбициялық миссия болды. Бастапқыда Марс 94 және Марс 96 деп жоспарланған екі ғарыш кемесінің миссиясы кейінге шегерілді және Марс 96 және Марс 98 болып өзгерді. Кейін Марс 98 жобасы тоқтатылып, Марс 96 – Кеңес Одағының ыдырауынан кейін Жер орбитасынан тысқары кеңістікке жіберілген алғашқы ресейлік миссияға айналды. Ғарыш кемесінің құрамына орбиталық аппарат, екі кішкентай автономды станция және екі тәуелсіз зонд кірді. Бұл өте амбициялық және сол кезге дейін ұшырылған ең ауыр планетааралық зонд болды. Миссияға Франция, Германия, басқа да Еуропа елдері және АҚШ тарапынан жеткізілген көптеген құралдар кірді. Осыған ұқсас құралдар 2003 жылы ұшырылған Марс Экспресс аппаратында да қолданылды. Жобаның бас ғалымы – Александр Захаров.

Ғылыми мақсаттар

Марс 96 Марсты жақсырақ түсінуге бағытталған. Миссияның ғылыми мақсаты – планетаның бетінің, атмосферасының және ішкі құрылымының эволюциялық тарихын зерттеу еді. Сонымен қатар, сапар барысында астрофизикалық зерттеулер сияқты басқа да зерттеулер жүргізілуі жоспарланған. Оларды бірнеше түрге бөлуге болады:

Марстың беткі қабаты

Марстың бетін зерттеу жоспарына жаһандық топографиялық сараптама, минералогиялық карталау, топырақтың құрамын зерттеу, сондай-ақ криолитозонаны және оның терең құрылымын зерттеу кіретін болды.

Атмосфера

Атмосфераны зерттеу климатты, су, көмірқышқыл газы, озон сияқты белгілі бір элементтердің, иондардың және химиялық заттардың мөлшерін, жалпы жаһандық мониторингті, уақыт бойынша қысым өзгерістерін және аэрозольдерді сипаттауды қамтитын болды.

Ішкі құрылым

Планета құрылымын зерттеулер жер қыртысының қалыңдығын анықтауға, Марстың магнит өрісін зерттеуге, жылу ағынын зерттеуге, белсенді жанартаулар болу мүмкіндігін іздеуге және сейсмикалық белсенділікті зерттеуге бағытталған еді.

Плазма зерттеулері

Плазма зерттеулері магнит өрісінің күші мен бағытын, планетаралық сапар кезінде және Марс маңындағы иондар мен плазманың энергиялық құрамын, сондай-ақ магнитосфераны және оның шекараларын зерттеуге бағытталған.

Астрофизикалық зерттеулер

Астрофизикалық зерттеулер планетаралық сапар барысында жүргізілуі жоспарланған. Оларға ғарыштық гамма-шарқыларының және Күннің, сондай-ақ басқа жұлдыздардың тербелісін зерттеу кірді.

Орбиталық

Mars 96 орбиталық аппараты – 3 осьті Күн/жұлдызға бағытталған тұрақтандырылған ғарыш кемесі, ол Фобос орбиталық аппараттарының конструкциясына негізделген. Ол кең және орташа күшейткіш антенналарды ұсынатын конструкцияға ие болды. Ғарыш кемесінің екі жағына екі үлкен күн панелі бекітілді. Марс орбитасына енгеннен кейін ажыратылатын қозғалтқыш блогы да болды. Ғарыш кемесінің үстіне екі жер беттік станция орнатылды. Қозғалтқыш блогына екі "Пенетратор" бекітілді. Сондай-ақ, ол орталық интерфейс, микропроцессор және жад жүйесі қызметін атқаратын MORION жүйесімен жабдықталған. Орбиталық аппараттың отынмен бірге жалпы массасы 6180 кг, ал құрғақ массасы 3159 кг құрады.

Жер бетіндегі станция

Әр жер беті станциясы шамамен 1 метр биіктікте және 1 метр диаметрде болатын аэрошеллге орналастырылды. Әрбір станцияда станцияның жұмысын басқару үшін Станциялық деректерді өңдеу блогы (СДББ) болды, деректерді беру үшін бергіш және қабылдағыш бар телекоммуникациялық құрылғы, сондай-ақ екі радиоизотопты термоэлектр генераторынан (РТГ), батареядан және батареяны зарядтауды басқаруға арналған электроникадан тұратын қуат көзі болды. Әр жер беті станциясы Марс планетасын зерттеуге шабыландырған ғылыми фантастикалық әңгімелер, дыбыстар мен өнер жазылған компакт-дискіні де алып жүрді. Бұл болашақ адам зерттеушілеріне арналған сыйлық болды. Әрбір жер беті станциясының күтілетін қызмет мерзімі бір жылды құрады.

Енгізуші

Әрбір енуші екі негізгі құрылымнан тұрады: алдыңғы және артқы бөлік. Енуші бетке соққанда, алдыңғы бөлігі ажыратылып, бетке 5-6 метрге енуге арналған, ал артқы бөлігі сыртта қалып, сымдар арқылы алдыңғы бөлікке жалғастырылды. Алдыңғы бөлігінде үй шаруашылығы жабдықтары мен талдау жинағының бір бөлігі, ал артқы бөлігінде талдау жинағының қалған бөлігі мен радио жабдықтары орналасқан. Әрбір енуші радиоизотоптық термоэлектр генераторымен (РТГ) және батареямен қуаттандырылды. Әрбір енушінің күтілетін қызмет мерзімі бір жылды құрады.

Орбиталық

ARGUS ARGUS платформасы екі телекамера және карталау спектрометрінен тұрады. ARGUS-тың өзінің мультипроцессорлық басқару жүйесі, навигациялық теледидар камерасы (басқа екеуіне қатысы жоқ), 1,5 Гбит жадымен деректерді алу жүйесі, жылулық басқару жүйесі және ұшу кезінде калибрлеу жүйесі болды. Ол оған бекітілген құралдарды үш оське де жоғары дәлдікпен бағыттауға арналған. PAIS Платформасы SPICAM, EVRIS және PHOTON құралдарын орнату және бағыттау үшін жасалған. HRSC Жоғары ажыратылатын стереоскопиялық теледидар камерасы (HRSC) егжей-тегжейлі топографиялық зерттеулер жүргізу және бұлт құрылымын, аяқтардың жарқырауын және терминаторлардың ерекшеліктерін атмосфералық зерттеулер жүргізу үшін жасалған. Бұл ARGUS платформасына орнатылған камералардың бірі. Бұл дизайн Mars Express HRSC камерасында қайта қолданылды. WAOSS Көп бұрышты стереоскопиялық теледидар камерасы (WAOSS) Марстың бұлт қозғалысын, шаң дауылдарынан туындаған жер бетіндегі өзгерістерді және жер беті мен атмосфераны ұзақ мерзімді бақылау үшін жаһандық мониторинг үшін жасалған. Ол ARGUS платформасына орнатылған. OMEGA Көрінетін және инфрақызыл карталау спектрометрі (OMEGA) Марстың магмалық тау жыныстары, шөгінді тау жыныстары, топырақ, мұз және мұздардың жер бетіндегі құрамын картаға түсіру үшін жасалған. Сондай-ақ, газ және қатты атмосфералық құрамдас бөліктерді картаға түсіру көзделіпті. Ол ARGUS платформасына орнатылған. PFS Планеталық Фурье спектрометрі жер бетін және атмосфераны арнайы зерттеу үшін жасалған. Атмосфералық зерттеулерге 3D температура және қысым өрістерін бақылау, желдің жаһандық картасын жасау, кеңістік және уақыт бойынша су мен көміртек тотығының өзгеруі, аэрозольдердің оптикалық тереңдігі, фазалық функциясы, өлшемдерінің үлестірілімі және химиялық құрамы кірді. Жер бетін зерттеуге температура және топырақтың термофизикалық қасиеттері, жер бетінің минералогиялық құрамы, жер бетіндегі конденсаттар және биіктік өлшеу кірді. TERMOSCAN Карталық радиометр топырақтың жылулық инерциясын анықтауға, температура режимінің күндізгі және маусымдық динамикасын бақылауға, аномальды жылу көздерін іздеуге және атмосфераның жылулық зерттеулеріне арналған. SVET Жоғары ажыратылатын карталау спектрометрі Марстың спектрофотометриясын жасау үшін, олардың құрамын анықтау, аэрозольдердің табиғатын зерттеу және TERMOSCAN деректерін MORION жүйесімен үйлесімді цифрлық нысанға аудару үшін кейбір тау жыныстарының сіңіру жолақтарында жасалған. SPICAM Көп арналы оптикалық спектрометрдің негізгі мақсаттары - атмосфераның орта және төменгі бөлігінде озон, су буы, көміртек оксиді, аэрозоль және температураның тік профильдерін анықтау, ионосфераны диагностикалау, су буының жаһандық таралуын және атмосфераның тығыздық моделін жасау. Ол PAIS платформасына орнатылған. UVS M Күн ультракөк сәулесінің спектрофотометрі атмосфераның жоғарғы бөлігінде сутегі, гелий және оттегінің таралуын, атмосферадағы дейтерийдің мөлшерін анықтау, атмосфераның биіктік профилін жасау және планетаралық ортаның бейтарап компонентін анықтау үшін жасалған. LWR Ұзын толқынды радар GRUNT және PLASMA эксперименттерінде қолданылды. GRUNT-тың мақсаты - Марстың криолитосфераларының астындағы жер бетін зерттеу, мұзды тау жыныстарының тереңдігін және олардың географиялық таралуын анықтау және топырақтың диэлектрлік параметрлерін бағалау. PLASMA-ның мақсаты - жоғарғы ионосферадағы электрондық сан тығыздығының биіктік профильдерінің жаһандық таралуын зерттеу және Күннің желдің Марс атмосферасымен өзара әрекеттесу динамикасын зерттеу. PHOTON (немесе FOTON) Гамма спектрометрі тау жыныстарының элементтік құрамын жоғары кеңістіктік ажыратылумен және жоғары дәлдікпен картаға түсіруді және табиғи радиоактивті элементтердің және негізгі тау жыныстарын құрайтын элементтердің мөлшерін анықтауды көздеді. Ол PAIS платформасына орнатылған. NEUTRON S Нейтрондық спектрометр Марс топырағының беткі қабатындағы судың мөлшерін зерттеу үшін жасалған. MAK Төрт еселік массалық спектрометр атмосфераның жоғарғы бөлігінің және ионосфераның құрамын анықтауға, атмосфераның иондық және бейтарап құрамының биіктік профильдерін өлшеуге, изотоптық қатынастарды өлшеуге және жаңартуға, атмосфера мен ионосфераның маусымдық және тәуліктік өзгерістерін өлшеуге арналған. ASPERA Энергиялық массалық иондық спектрограф және бейтарап бөлшектер бейнелеу аппараты Марс маңында плазма мен бейтарап бөлшектер арасындағы өзара әрекеттестікті өлшеуге арналған. FONEMA Жылдам жан-жақты сканерлеусіз иондық энергия массалық анализаторы жоғары уақыт ажыратылуымен ыстық иондардың 3D таралу функцияларын өлшеу арқылы Марс маңындағы плазманың құрылымын, динамикасын және шығуын зерттеуге арналған. DYMIO Көп бағытты ионосфералық массалық спектрометр ионосфераның динамикасын және оның Күннің желмен өзара әрекеттесуін зерттеу үшін жасалған. MARIPROB Иондық плазма спектрометрлері Марс ионосферасын және магнит сферасындағы суық плазма конвекциясын өлшеу үшін жасалған. MAREMF Электростатикалық анализатор және Магнитометр Марстың плазмалық ортасындағы және Күннің желдегі магнит өрісінің векторлық және 3D таралуын өлшеуге арналған. ELISMA Толқындық кешен Күннің желдің Марс плазмалық ортасымен өзара әрекеттесуін өлшеуге, ионосфера мен магнит сферасындағы тұрақсыздықтарды анықтауға, құм дауылдары мен молниядан туындаған атмосфералық толқындарды зерттеуге, плазма конвекциясын жаһандық картаға түсіруге, 300 км биіктікке дейін плазма температурасы мен тығыздығының таралуын анықтауға және жоғарғы атмосфера мен төменгі ионосфера арасындағы динамикалық қатынасты бақылауға арналған. SLED Төмен энергиялы зарядталған бөлшек спектрометрі Марс ортасындағы жоғары энергиялы бөлшектердің радиациясын егжей-тегжейлі зерттеуге және планетаралық сапар кезінде төмен энергиялы ғарыштық сәулелерді бақылауға арналған. PGS Нақты гамма спектрометрі Марс бетінен гамма сәулесін, күшті күн жарқырауларын және гаммалық жарылыстарды өлшеуге арналған. LILAS 2 Күн және ғарыштық гаммалық жарылыстарды зерттеу гаммалық жарылыс көзінің орнын жоғары дәлдікпен анықтауға, спектрдегі төмен энергиялы сіңіру ерекшеліктерін талдауға және гаммалық жарылыстың сөну кезеңіндегі жылулық сәулеленуді зерттеуге арналған. EVRIS EVRIS Жұлдыздардағы тербелістерді зерттеу құралы жұлдыздардың тербелісін, айналуын және ішкі құрылымын зерттеуге және осы тербелістерден туындаған фотометриялық микроөзгерістерді өлшеуге арналған. Ол PAIS платформасына орнатылған. SOYA Күн тербелісінің фотометрі Күннің ішкі құрылымын зерттеу үшін жасалған. RADIUS M Сәулелену/Дозиметриялық басқару кешені планетаралық сапар кезінде және Марс маңында сәулеленуді зерттеуге, ғарыш аппаратының сәулелену дозасын болжауға, ғарыш аппаратындағы дозиметрияны басқаруға, планетаралық кеңістікте зарядталған бөлшектердің таралуын зерттеуге және ғарыш аппараты үшін метеориттік қауіпті бағалауға арналған.

Іске қосу

Ұшыру 1996 жылғы 16 қарашада Proton 8K82K/11S824F зымыран тасығышымен жүзеге асырылуы жоспарланған. Бұл – бұрын тек екі рет ғана ұшқан төрт сатылы зымыран, екі рет те 1988 жылы Марсқа қарай "Фобос" ғарыш кемесін ұшыру үшін қолданылған. Алғашқы үш сатысы отын толыққанша сарқылуына дейін жұмыс істеуі тиіс еді. Содан кейін "D-2" блогы деп аталатын төртінші сатысы қозғалысқа келіп, оны және ғарыш кемесін Жер төңірегіндегі тұрақтандыру орбитасына шығаруға арналған. Кейіннен ол Марсқа қарай ұшу маневрін бастау үшін қайтадан іске қосылуы керек еді. Төртінші саты тоқтағаннан кейін ғарыш кемесі бөлініп, антенналарын жайып, өз қозғалтқыш құрылғысын пайдаланып жануды аяқтауға тиіс. Бұл аяқталған соң ғарыш кемесі күн панельдерін және PAIS ғылыми платформасын орнату керек еді.

Планетааралық круиз

Круиз шамамен 10 айға созуға тиіс болған. Жолда екі рет бағыт түзету көзделген. Планетааралық круиз барысында астрофизикалық зерттеулер де жүргізілуі жоспарланған. Марсқа қону 1997 жылдың 12 қыркүйегіне белгіленген.

Келу

Келуіне 4-5 күн қалғанда (көбінесе 5 күн), ғарыш кемесі екі Жер беті станциясын да солтүстік жарты шардың екі бөлек жеріне қону үшін жіберуге тиіс болды. Босатылғаннан кейін ғарыш кемесі орбитаға енуге дайындық ретінде орбиталық траекторияны ұшу жолына өзгерту үшін бұрылу маневрын орындайды. Тиісті сәтте, қозғалту блогының негізгі қозғалтқышы ұшу бағытына қаратылып, ғарыш кемесі жылдамдығын төмендетіп, Марс орбитасына кіреді. Марс орбитасының бастапқы нүктесі 500 км периапсис, шамамен 52 000 км апоапсис және 43,09 сағаттық орбиталық айналымнан тұрады.

Жер бетіндегі станцияға қону

Орбиталық аппарат орбитаға кіру соққысын орындаған кезде, екі Жер бетіндегі станция да Марсқа жұмсақ қондыруды жүзеге асыруға тиіс болды. Екі қону тізбегі де бірдей болды. Олар ғарыш аппаратының аэродинамикалық қысым арқылы жылдамдығын төмендетуінен басталды. 19,1 км биіктікте парашют ашылды, содан кейін 18,3 км биіктікте жылу қалқаны бөлінді және 17,9 км биіктікте ауа қаптары ісінді. Ауа қаптарымен жұмсақ қонған қондырғы жерге тиген кезде парашют ажыратылды. Ауа қаптары тоқтағаннан кейін, екі қап та бөлініп, қондырғыны ашты. Төрт жапырақша ашылды және қондырғы орбиталық аппаратқа қону алаңынан өтіп бара жатқанда сигнал берді.

Марс орбитасы

Орбиталық аппарат Марс орбитасына шыққаннан кейін атқаратын алғашқы міндеті – қонуды растау үшін екі жер беті станциясынан сигнал қабылдау болды. "Пенетраторлардың" қону терезесі Марс орбитасына енгеннен кейін жетіден жиырма сегіз күнге дейін ашық болады. Орбиталық аппараттың негізгі ғылыми фазасы екі "Пенетратор" босатылғаннан және қозғалтқыш бөлімі тасталғаннан кейін ғана бастала алады.

Енгізуші қондырады

Әрбір зондтың қонуы бірдей болады. Ол зондты тұрақтандыру үшін айналуымен басталып, содан кейін орбиталық аппараттан бөлінеді. Зонд қатты отынды ракеталық қозғалтқышты іске қосып, оны орбитадан түсіре бастайды. 20–22 сағаттан кейін зонд Марс атмосферасына жетеді. Одан кейін ол тежегіш құрылғысын жаяды. Жерге тиген кезде, алдыңғы бөлігі ажырап, негізгі бөліктен тереңірек еніп кетеді. Содан кейін орбиталық аппаратпен байланыс орнатып, қонуды растайды.

Орбиталық алғашқы ғылыми кезең

Орбитаға енгеннен кейін шамамен бір ай өткен соң, енгізу құралдары жіберілгеннен кейін орбиталық аппарат өзінің қозғалту жүйесін тастап кетеді. Қозғалту жүйесі LWR құралы мен ARGUS платформасын орнату кезінде кедергі келтіреді және негізгі ғылыми кезең басталуына дейін оны жою қажет. Орбиталық аппараттың жоспарланған миссиясы бір Жер жылына дейін жалғасатын еді. Қозғалту жүйесі тасталғаннан кейін, орбиталық аппарат орбитаны сақтау үшін аз қуатты итеру жүйесіне ие болды. Жоспарланған кезеңде Деймосқа жақыннан ұшу мүмкін болды, бірақ Фобосқа жақыннан ұшу жоспарланған миссия аяқталғаннан кейін ғана мүмкін болар еді. Егер миссия ұзартылса, екі-үш айға созылған аэротормоздық маневр орбиталық кезеңді шамамен тоғыз сағатқа дейін қысқартар еді.

Миссия сәтсіз аяқталды

Ұшыру аппараты 1996 жылғы 16 қарашада 20:48:53 UTC уақытында ұшырылды. Ұшыру аппараты тұрақтандыру орбитасына дейін қалыпты жұмыс істеді. D2 блогының төртінші сатысының жоспарланған екінші жанасуы орындалмады. Ғарыш кемесі бөлініп, содан кейін автоматты түрде қозғалтқышын іске қосты. Айыныштысы, төртінші сатының жанасуы болмағандықтан, ғарыш кемесі перигейін қайтадан Жер атмосферасына түсіріп, қайта кірді. Төртінші саты кейінірек орбитада атмосфераға қайта кірді. Америкалық және ресейлік дереккөздер арасында уақыт бойынша келіспеушілік бар.

Қорытындылар

Қарап тексеру комиссиясы Марс-96 апатының себебі "Протон-K" зымыран тасығышының "Д" блогының жоғарғы сатысының істен шығуынан немесе Марс-96 ғарыш кемесінің өзінің бұзылуынан болғанын анықтай алмады. Ақауды зерттеу комиссиясы миссияның өте маңызды кезеңдерінде телеметриялық деректердің жетіспеуі ақаудың себебін анықтауға мүмкіндік бермеді деген қорытындыға келді. Ақаулық "Протон" зымыран тасығышының "Д" блогының екінші іске қосылуы кезінде болды, ал ғарыш кемесі ресейлік жер станцияларының қабылдау аймағынан тыс жерде болған. Марс-96 ғарыш кемесі 200 грамм 238 плутонийді кішкентай гранулалар түрінде тасымалдады. Олар қызуға және соққыға төтеп беру үшін жасалған және атмосфераға қайта кірген кезде сақталып қалған деп саналады. "Д" блогының 2-ші сатысында плутоний болған жоқ. Ғарыш кемесі Чилидің Икике қаласының шығысына қарай 32 шақырым жерде орналасқан, оңтүстік-батыстан солтүстік-шығысқа қарай 320 километрге созылған және 80 километр ені бар аймаққа құлаған деп есептеледі. Ғарыш кемесінің және жоғарғы сатының ешбір бөлігі табылмады.

Плутоний отынының тағдыры

Алғашында "Марс-96" құрастырылысы атмосферада жанып кетіп, қиыршықтары Тынық мұхитына түскен деп саналған болатын.