Потерянный наблюдатель Марса: Неудачная миссия NASA 1992–93 гг.

Введение

Неудавшаяся миссия НАСА по изучению Марса с помощью роботизированного космического зонда (1992–93)

Космический аппарат «Mars Observer», также известный как «Марсианский геолого-климатический орбитальный аппарат», был роботизированным космическим зондом, запущенным НАСА 25 сентября 1992 года для изучения поверхности, атмосферы, климата и магнитного поля Марса. 21 августа 1993 года, во время межпланетного перелёта, связь с аппаратом была потеряна за три дня до выхода на орбиту. Попытки восстановить связь с аппаратом не увенчались успехом.

История

В 1984 году Комитет по исследованию Солнечной системы поставил задачу реализации высокоприоритетной миссии на Марс. Марсианский орбитальный аппарат, первоначально названный "Mars Geoscience/Climatology Orbiter", должен был расширить информацию, полученную в рамках программы "Викинг". Предварительные цели миссии предусматривали получение зондом данных о планетарном магнитном поле, обнаружение определенных спектральных характеристик минералов на поверхности, создание изображений поверхности с разрешением 1 метр/пиксель и получение глобальных данных о рельефе. Первоначально планировалось, что запуск Mars Observer состоится в 1990 году с помощью космического шаттла. Также рассматривалась возможность использования ракеты-носителя, если конструкция аппарата будет соответствовать определенным требованиям. В связи с задержкой запуска и превышением бюджета потребовалось исключить два прибора для соблюдения запланированного срока запуска в 1992 году. По мере развития проекта основные научные задачи были окончательно сформулированы следующим образом:
Определить глобальный элементарный и минералогический состав поверхностных материалов. Определить глобальную топографию и гравитационное поле. Установить характеристики марсианского магнитного поля. Определить временное и пространственное распределение, концентрацию, источники и поглотители летучих веществ и пыли в течение сезонного цикла. Исследовать структуру и циркуляцию атмосферы. Общая стоимость программы оценивается в 813 миллионов долларов.

Конструкция космических аппаратов

Космический аппарат Mars Observer имел массу. Его основная конструкция (bus) имела размеры 1,1 метра в высоту, 2,2 метра в ширину и 1,6 метра в глубину. Космический аппарат был создан на базе предыдущих спутниковых конструкций, изначально разработанных для орбиты Земли. В конструкции основной части аппарата, двигательной установки, системы тепловой защиты и солнечных батарей широко использовался спутниковый проект RCA AS 4000 Ku. Также использовались спутниковые конструкции RCA TIROS и DMSP Block 50 2 при создании системы управления ориентацией и артикуляцией (AACS), подсистемы командного управления и обработки данных, а также подсистемы электропитания для Mars Observer. Другие элементы, такие как компоненты двухкомпонентного топлива и высокоусиливающая антенна, были разработаны специально для этой миссии.

Встреча с Марсом

Марс Обсерватор должен был выполнить маневр орбитального ввода 24 августа 1993 года, но контакт с космическим аппаратом был потерян 21 августа 1993 года. Вероятной причиной выхода аппарата из строя была утечка топлива и паров окислителя через неправильно спроектированный PTFE-обратный клапан в общую систему наддува. Во время межпланетного перелета смесь паров накапливалась в топливопроводах и линиях наддува, что привело к взрыву и их разрыву после перезапуска двигателя для рутинной коррекции курса. Подобная проблема позже привела к неработоспособности космического зонда Акацуки в 2010 году. Хотя ни одна из основных целей не была достигнута, миссия предоставила данные о межпланетной фазе перелета, собранные до даты последнего контакта. Эти данные будут полезны для последующих миссий на Марс. Научные приборы, первоначально разработанные для Марс Обсерватор, были установлены на четырех последующих космических аппаратах для выполнения задач миссии: Mars Global Surveyor, запущенный в 1996 году, Mars Climate Orbiter, запущенный в 1998 году, 2001 Mars Odyssey, запущенный в 2001 году, и Mars Reconnaissance Orbiter, запущенный в 2005 году. Основная миссия должна была начаться 23 ноября 1993 года, собирая данные в течение одного марсианского года (примерно 687 земных суток). Ожидалось, что первая глобальная карта будет завершена 16 декабря, после чего начнется солнечная конъюнкция 20 декабря и продлится девятнадцать дней, завершившись 3 января 1994 года; в течение этого времени операции миссии будут приостановлены, поскольку радиосвязь будет невозможна. Новые команды отправлялись каждые 20 минут в надежде, что космический аппарат отклонился от курса и сможет восстановить связь. Однако попытка оказалась безуспешной. Предполагается, что гиперголическое топливо могло протекать мимо клапанов в системе во время перелета к Марсу, что позволило топливу и окислителю преждевременно соединиться до достижения камеры сгорания. Утечка топлива и газа, вероятно, привела к высокой скорости вращения, в результате чего космический аппарат перешел в "аварийный режим"; это прервало сохраненную последовательность команд и не включило передатчик. Цели этой программы включают в себя определение местонахождения воды и подготовку к пилотируемым миссиям на Марс.

Mars Observer was scheduled to perform an orbital insertion maneuver on August 24, 1993, but contact with the spacecraft was lost on August 21, 1993. The likely reason for the spacecraft failure was the leakage of fuel and oxidizer vapors through the improperly designed PTFE check valve to the common pressurization system. During interplanetary cruise, the vapor mix had accumulated in feed lines and pressurant lines, resulting in explosion and their rupture after the engine was restarted for routine course correction. A similar problem later crippled the Akatsuki space probe in 2010. Although none of the primary objectives were achieved, the mission provided interplanetary cruise phase data, collected up to the date of last contact. This data would be useful for subsequent missions to Mars. Science instruments originally developed for Mars Observer were placed on four subsequent spacecraft to complete the mission objectives: Mars Global Surveyor launched in 1996, Mars Climate Orbiter launched in 1998, 2001 Mars Odyssey launched in 2001 and Mars Reconnaissance Orbiter launched in 2005. The primary mission was to begin on November 23, 1993, collecting data during one Martian year (approximately 687 Earth days). The first global map was expected to be completed on December 16, followed by solar conjunction beginning on December 20, and lasting for nineteen days, ending on January 3, 1994; during this time, mission operations would be suspended as radio contact would not be possible. New commands were sent every 20 minutes in the hopes that the spacecraft had drifted off course and could regain contact. However, the attempt was unsuccessful. It is believed that hypergolic fuel may have leaked past valves in the system during the cruise to Mars, allowing the fuel and oxidizer to combine prematurely before reaching the combustion chamber. The leaking fuel and gas probably resulted in a high spin rate, causing the spacecraft to enter into the "contingency mode"; this interrupted the stored command sequence and did not turn the transmitter on. The goals of that program include identifying the location of water, and preparing for crewed missions to Mars.