Фобос-Грунт: Провальная миссия к Фобосу

Введение

Неудавшаяся миссия космического аппарата на Марс

«Фобос-Грунт» (Фобос Грунт, где «грунт» относится к земле в узком геологическом смысле любого типа почвы или породы, обнаруженной на поверхности) была попыткой российской миссии по возвращению образцов с Фобоса, одного из спутников Марса. «Фобос-Грунт» также нёс китайский орбитальный аппарат «Иньхуо-1» и небольшой эксперимент «Живой межпланетный полёт», финансируемый Планетарным обществом. Он был запущен 8 ноября 2011 года в 20:16 UTC с космодрома Байконур, но последовавшие включения ракетных двигателей, предназначенные для вывода аппарата на траекторию к Марсу, оказались неудачными, оставив его на низкой околоземной орбите. Возвращаемый модуль должен был вернуться на Землю в августе 2014 года, доставив до 0,2 кг грунта с Фобоса. Финансируемый Российским федеральным космическим агентством и разработанный НПО имени Лавочкина и Российским институтом космических исследований, «Фобос-Грунт» стал первой российской межпланетной миссией после неудавшейся миссии «Марс-96». Последними успешными межпланетными миссиями были советская «Вега-2» в 1985–1986 годах и частично успешная «Фобос-2» в 1988–1989 годах. «Фобос-Грунт» был спроектирован как первый космический аппарат, который должен был доставить на Землю макроскопический образец с внеземного тела после «Луны-24» в 1976 году.

Бюджет

Стоимость проекта составила 1,5 миллиарда рублей (64,4 миллиона долларов США). Финансирование проекта в период с 2009 по 2012 год, включая послезапускные операции, составило около 2,4 миллиарда рублей. Общая стоимость миссии планировалась в размере 5 миллиардов рублей (163 миллиона долларов США). По словам ведущего ученого Александра Захарова, весь космический аппарат и большая часть приборов были новыми, хотя их конструкции опирались на опыт трех успешных лунных миссий, выполненных страной в 1970-х годах и позволивших доставить на Землю несколько сотен граммов лунного грунта. Захаров назвал проект возвращения образцов с Фобоса «возможно, самым сложным межпланетным проектом на сегодняшний день». В июне 2006 года НПО "Лавочкин" объявило о начале производства и испытаний опытной версии бортового оборудования космического аппарата. 26 марта 2007 года Россия и Китай подписали соглашение о сотрудничестве в области совместного исследования Марса, предусматривающее отправку первого китайского межпланетного зонда "Иньхуо-1" на Марс вместе с космическим аппаратом "Фобос-Грунт". Масса "Иньхуо-1" составляла [указать массу, если она есть в оригинале] и он должен был быть отпущен основным космическим аппаратом на орбиту Марса. Разработка систем отбора и загрузки образцов грунта Фобоса осуществлялась Институтом геохимии и аналитической химии им. Вернадского РАН, а комплексные научные исследования Фобоса и Марса дистанционными и контактными методами были возложены на Российский институт космических исследований. Китайский орбитальный аппарат "Иньхуо-1" был запущен совместно с "Фобос-Грунтом". В конце 2012 года, после 10–11,5 месяцев перелета, "Иньхуо-1" должен был отделиться и выйти на экваториальную орбиту Марса размерами 800 × 80 000 км (с наклонением 5°) с периодом обращения в три дня. Предполагалось, что космический аппарат останется на орбите Марса в течение одного года. Основной задачей "Иньхуо-1" было изучение внешней среды Марса. Исследователи космического центра рассчитывали использовать фотографии и данные для изучения магнитного поля Марса и взаимодействия между ионосферами, частицами, покидающими планету, и солнечным ветром. В посадочный модуль был интегрирован второй китайский полезный груз – система выгрузки и подготовки грунта (SOPSYS), представляющая собой микрогравитационный измельчитель, разработанный Гонконгским политехническим университетом. Еще одним полезным грузом на "Фобос-Грунте" был эксперимент Планетарного общества под названием "Живой межпланетный полет", целью которого было проверить, смогут ли отобранные организмы выжить в течение нескольких лет в открытом космосе, совершив перелет через межпланетное пространство. Эксперимент должен был проверить один из аспектов теории панспермии – гипотезы о том, что жизнь может пережить космическое путешествие, если она защищена внутри горных пород, выброшенных при ударе с одной планеты и достигших другой. Болгарская академия наук внесла вклад в эксперимент по измерению радиации на "Фобос-Грунте". Планировалось включить в полезную нагрузку миссии "Фобос-Грунт" два посадочных аппарата MetNet Mars, разработанных Финским метеорологическим институтом, но из-за ограничений по массе космического аппарата от включения посадочных аппаратов MetNet пришлось отказаться. 21 сентября 2009 года было официально объявлено о переносе запуска миссии на следующее стартовое окно в 2011 году. Основной причиной задержки стали трудности, возникшие при разработке бортовых компьютеров космического аппарата. Компания "Техком" (Москва) своевременно поставила компьютерное оборудование, однако внутренняя команда НПО "Лавочкин", отвечающая за интеграцию и разработку программного обеспечения, отстала от графика. Уход с поста главы НПО "Лавочкин" Валерия Н. Полецкого в январе 2010 года широко связывали с задержкой "Фобос-Грунта". Новым руководителем компании был назначен Виктор Хартов. В течение дополнительного времени, полученного в результате задержки, к посадочному модулю "Фобос" был добавлен бур польской разработки в качестве резервного устройства для извлечения грунта.

The cost of the project was 1.5 billion rubles (US$64.4 million). Project funding for the timeframe 2009–2012, including post launch operations, was about 2.4 billion rubles. The total cost of the mission was to have been 5 billion rubles (US$163 million). According to lead scientist Alexander Zakharov, the entire spacecraft and most of the instruments were new, though the designs drew upon the nation's legacy of three successful Luna missions, which in the 1970s retrieved a few hundred grams of Moon rocks. Zakharov had described the Phobos sample return project as "possibly the most difficult interplanetary one to date". In June 2006, NPO Lavochkin announced that it had begun manufacturing and testing the development version of the spacecraft's onboard equipment. On 26 March 2007, Russia and China signed a cooperative agreement on the joint exploration of Mars, which included sending China's first interplanetary probe, Yinghuo 1, to Mars together with the Fobos Grunt spacecraft. Yinghuo 1 weighed and would have been released by the main spacecraft into a Mars orbit. Phobos soil sampling and downloading were developed by the GEOHI RAN Institute of the Russian Academy of Sciences (Vernadski Institute of Geochemistry and Analytical chemistry) and the integrated scientific studies of Phobos and Mars by remote and contact methods were the responsibility of the Russian Space Research Institute,

The Chinese Yinghuo 1 orbiter was launched together with Fobos Grunt. In late 2012, after a 10–11.5 month cruise, Yinghuo 1 would have separated and entered an 800 × 80,000 km equatorial orbit (5° inclination) with a period of three days. The spacecraft was expected to remain on Martian orbit for one year. Yinghuo 1 would have focused mainly on the study of the external environment of Mars. Space center researchers expected to use photographs and data to study the magnetic field of Mars and the interaction between ionospheres, escape particles and solar wind. A second Chinese payload, the Soil Offloading and Preparation System (SOPSYS), was integrated in the lander. SOPSYS was a microgravity grinding tool developed by the Hong Kong Polytechnic University. Another payload on Fobos Grunt was an experiment from the Planetary Society called Living Interplanetary Flight Experiment; its goal was to test whether selected organisms can survive a few years in deep space by flying them through interplanetary space. The experiment would have tested one aspect of transpermia, the hypothesis that life could survive space travel, if protected inside rocks blasted by impact off one planet to land on another. The Bulgarian Academy of Sciences contributed with a radiation measurement experiment on Fobos Grunt. Two MetNet Mars landers developed by the Finnish Meteorological Institute, were planned to be included as payload of the Fobos Grunt mission, but weight constraints on the spacecraft required dropping the MetNet landers from the mission. On 21 September 2009, the mission was officially announced to be delayed until the next launch window in 2011. A main reason for the delay was difficulties encountered during development of the spacecraft's onboard computers. While the Moscow based company Tehkhom provided the computer hardware on time, the internal NPO Lavochkin team responsible for integration and software development fell behind schedule. The retirement of NPO Lavochkin's head Valeriy N. Poletskiy in January 2010 was widely seen as linked to the delay of Fobos Grunt. Viktor Khartov was appointed the new head of the company. During the extra development time resulting from the delay, a Polish built drill was added to the Phobos lander as a back up soil extraction device.

2011 год

Космический аппарат прибыл на космодром Байконур 17 октября 2011 года и был доставлен на стартовую позицию №31 для предподготовительных работ перед запуском. Ракета-носитель "Зенит-2СБ" с аппаратом "Фобос-Грунт" успешно стартовала с космодрома Байконур в 20:16 UTC 8 ноября 2011 года. Разгонный блок "Зенит" вывел космический аппарат на начальную эллиптическую низкую околоземную орбиту с наклонением 51,4°.

После запуска

Ожидалось, что после 2,5 часов и 1,7 оборотов на начальной орбите автономный главный двигательный блок (MDU), созданный на базе верхней ступени Fregat, выполнит включение для вывода космического аппарата на эллиптическую орбиту (250 км x 4150–4170 км) с периодом около 2,2 часов. После завершения первого импульса, ожидалось отделение внешнего топливного бака двигательного блока, а включение для второго импульса с целью ухода с околоземной орбиты было запланировано на одну орбиту, или 2,1 часа, после окончания первого импульса. Двигательный модуль является крейсерской ступенью аппарата "Фобос-Грунт". Согласно первоначальным планам, выход на орбиту Марса ожидался в сентябре 2012 года, а возвращение на Землю – в августе 2014 года. После запланированного окончания первого импульса, космический аппарат не был обнаружен на целевой орбите. Впоследствии было установлено, что аппарат остался на первоначальной опорной орбите и включение не произошло. Несмотря на отсутствие связи, аппарат, по-видимому, активно корректировал свою перигейную высоту (ближайшую к Земле точку орбиты).

Контактная информация

22 ноября 2011 года сигнал от зонда был зафиксирован станцией слежения Европейского космического агентства в Перте, Австралия, после отправки команды на включение одного из передатчиков. Европейский центр космических операций (ESOC) в Дармштадте, Германия, сообщил, что контакт был установлен 22 ноября 2011 года в 20:25 UTC после внесения некоторых изменений в антенную установку в Перте для повышения вероятности приема сигнала. В ходе этого сеанса связи телеметрические данные не были получены. Оставалось неясным, хватит ли пропускной способности канала связи для отправки команды космическому аппарату на включение двигателей и вывод его на расчетную траекторию к Марсу. Представители Роскосмоса заявили, что возможность спасения "Фобос-Грунт" будет утрачена в начале декабря 2011 года. Объем полученной информации был недостаточен для определения причины неисправности зонда. Последующие попытки связи, предпринятые ESA, не увенчались успехом, и восстановить контакт не удалось. Космический аппарат не реагировал на команды Европейского космического агентства о повышении орбиты. Роскосмос предоставил эти команды ESA. ESA не смогла установить связь с космическим зондом ни в одной из пяти попыток, предпринятых в период с 28 по 29 ноября 2011 года. В эти моменты космический аппарат не выполнял команды на запуск двигателей и подъем на орбиту. Российское космическое агентство затем попросило ESA повторить эти команды. Европейское космическое агентство приняло решение прекратить попытки связаться с зондом 2 декабря 2011 года, и один из аналитиков заявил, что "Фобос-Грунт", по всей видимости, "потерян". Тем не менее, ESA выразила готовность предоставить группы специалистов для оказания помощи миссии "Фобос-Грунт" в случае изменения ситуации.

Возвращение

Перед возвращением в атмосферу космический аппарат все еще содержал на борту около 7,51 тонны высокотоксичного гидразина и тетраоксида азота. Это было в основном топливо для верхней ступени аппарата. Эти соединения, с температурами плавления 2 °C и −11,2 °C, обычно поддерживаются в жидком состоянии и, как предполагалось, должны были сгореть при входе в атмосферу.

Последствия

Первоначально глава Роскосмоса Владимир Поповкин предположил, что провал "Фобоса-Грунта" мог быть результатом саботажа со стороны иностранного государства. Он также заявил, что рискованные технические решения были приняты из-за недостаточного финансирования. 17 января 2012 года неназванный российский чиновник высказал предположение, что американский радар, расположенный на Маршалловых островах, мог случайно вывести зонд из строя, однако никаких доказательств представлено не было. Поповкин предположил, что микросхемы могли быть контрафактными, а затем 1 февраля 2012 года заявил, что вспышка космического излучения могла привести к перезагрузке компьютеров и их переходу в режим ожидания. Специалисты отрасли выразили сомнение в этом утверждении, указав на крайне низкую вероятность воздействия подобной вспышки на низкой околоземной орбите, внутри защиты магнитного поля Земли. 6 февраля 2012 года комиссия, расследовавшая инцидент, заключила, что миссия "Фобос-Грунт" потерпела неудачу из-за "ошибки в программировании, вызвавшей одновременную перезагрузку двух рабочих каналов бортового компьютера". Из-за перезагрузки компьютера двигательная установка не сработала, и аппарат остался на околоземной орбите. Хотя конкретная причина неудачи была установлена, эксперты считают, что она стала результатом слабого контроля качества, недостаточного тестирования, проблем с безопасностью и коррупции. Президент России Дмитрий Медведев предложил наказать виновных и, возможно, привлечь их к уголовной ответственности.

На Фобосе

Планируемое место посадки на Фобосе располагалось в области от 5° ю.ш. до 5° с.ш., от 230° до 235° в.д. Сбор образцов грунта начнется сразу после посадки аппарата на Фобос и продлится от 2 до 7 дней. В случае потери связи был предусмотрен аварийный режим, позволяющий аппарату автоматически запускать ракету-носитель для доставки образцов на Землю. Образцы будут загружены в капсулу, которая затем по специальному трубопроводу переместится в спускаемый модуль путем надувания эластичного баллона внутри трубы газом. После аэродинамического торможения конический спускаемый аппарат совершит жесткую посадку без парашюта на полигоне Сары-Шаган в Казахстане. Аппарат не был оснащен радиооборудованием.

Научная критика

Барри Э. ДиГрегорио, директор Международного комитета против возвращения образцов с Марса (ICAMSR), подверг критике эксперимент LIFE, проводившийся на "Фобос-Грунт", как нарушение Договора о космосе из-за риска заражения Фобоса или Марса содержащимися в нем микробиальными спорами и живыми бактериями в случае потери управления и аварийного падения на одно из этих небесных тел. Предполагается, что устойчивые к высоким температурам экстремофильные бактерии могли бы пережить такое падение, основываясь на том, что бактерии рода Microbispora пережили катастрофу космического шаттла "Колумбия". По словам главного конструктора "Фобос-Грунт" Максима Мартынова, вероятность случайного достижения зондом поверхности Марса была значительно ниже максимального значения, установленного для миссий категории III – типа, к которому был отнесен "Фобос-Грунт" и который определен в политике планетарной защиты COSPAR (в соответствии со статьей IX Договора о космосе).