Советская программа исследования Марса

Марс-6 – советская автоматическая межпланетная станция из серии <abbr title="Космический аппарат">КА</abbr> «Марс-73», отправленная к Марсу 5 августа 1973 года. Был запущен состав из четырёх <abbr title="Автоматическая межпланетная станция">АМС</abbr>, предназначенных для изучения планеты. В группу входили аппараты «Марс-4» и «Марс-5», которые должны были выйти на орбиту Марса и обеспечивать связь с посадочными модулями, которые несли <abbr title="Автоматическая межпланетная станция">АМС</abbr> «Марс-6» и «Марс-7».

Цель программы – исследование планеты Марс и околопланетного пространства.

Космический аппарат «Марс-6» («М-73П» №50) предназначен для доставки исследовательского зонда (<abbr title="Автоматическая межпланетная станция">АМС</abbr>) на марсианскую поверхность.

Задачи пролетного аппарата:

• изучение распределения водяного пара по диску планеты;
• определение газового состава и плотности атмосферы;
• изучение рельефа поверхности;
• определение яркостной температуры атмосферы и распределения концентрации газа в атмосфере;
• определение диэлектрической проницаемости, поляризации и температуры поверхности планеты;
• измерение магнитного поля по трассе перелета и вблизи планеты;
• исследование электрического поля в межпланетной среде и у планеты;
• изучение пространственной плотности метеорных частиц;
• исследование солнечного ветра при перелете;
• исследование спектра и состава солнечных космических лучей;
• регистрация космических излучений и радиационных поясов планеты.

Задачи спускаемого аппарата:

• измерения плотности, давления и температуры атмосферы по высоте;
• измерения, связанные с определением химического состава атмосферы;
• исследования типа поверхностных пород и распределения в них некоторых элементов;
• измерения скорости ветра и плотности газа;
• получение двухцветной стереоскопической телепанорамы места посадки <abbr title="Автоматическая межпланетная станция">АМС</abbr>;
• определение механических характеристик поверхностного слоя грунта.

Общий вид станции «Марс-6». 1 — орбитальный аппарат, 2 — спускаемый аппарат

Основным конструктивным элементом <abbr title="Космический аппарат">КА</abbr>, к которому крепятся агрегаты, в том числе, двигательная установка, панели солнечных батарей, параболическая остронаправленная и малонаправленные антенны, радиаторы холодного и горячего контуров системы обеспечения теплового режима и приборная часть, служит блок топливных баков двигательной установки.

Научная аппаратура расположена на коническом переходном элементе, соединяющем приборный отсек и блок баков;

В верхней части блока топливных баков с помощью цилиндрического переходника и соединительной рамы крепится спускаемый аппарат.

В спускаемый аппарат входят: 

• автоматическая марсианская станция (по форме близка к сферической);
• аэродинамический (тормозной) экран;
• контейнер с парашютно-реактивной системой, состоящей из парашюта и двигателя мягкой посадки;
• соединительная рамы с системами, которые управляют движением аппарата на этапе отделения его от орбитального отсека и уводом его с пролетной траектории на «попадающую».

После маневра по изменению траектории рама отделяется от спускаемого аппарата. Аэродинамический экран имеет форму затупленного конуса, что обеспечивает необходимое торможение в атмосфере Марса. Лобовая сторона экрана покрыта теплозащитным материалом, предохраняющим его металлический корпус от воздействия высокотемпературных потоков при аэродинамическом торможении. В донной части экрана, защищенной от влияния скоростного напора и высокой температуры набегающего потока, размещаются автоматическая марсианская станция и парашютно-реактивная система мягкой посадки.

Для поглощения энергии, возникающей при соприкосновении с поверхностью планеты, марсианская станция оборудована специальной амортизационной системой.

В составе станции предусмотрены также устройства для установки ее в вертикальное положение после посадки и выноса измерительных частей научных приборов непосредственно на поверхность планеты.

Вес станции с посадочным модулем 3260 кг.

Масса спускаемого аппарата 635 кг.

В спускаемом аппарате была установлена аппаратура для измерения состава, температуры и давления атмосферы, измерения скорости ветра, определения химического состава и физико-механических свойств поверхностного слоя, а также для получения панорамы с помощью телевизионных камер.

При движении <abbr title="Спускаемый аппарат">СА</abbr> в атмосфере работала следующая аппаратура:

• измеритель температуры и давления;
• масс-спектрометр, в задачи которого входило определение химического состава атмосферы;
• измеритель перегрузок; 
• радиовысотомер. 

<abbr title="Космический аппарат">КА</abbr> «Марс-6» (М-73П №50) запущен с левой пусковой установки площадки №81 космодрома Байконур 5 августа 1973 года в 20 часов 45 минут 48 секунд ракетой-носителем «Протон-К».

<abbr title="Автоматическая межпланетная станция">АМС</abbr> достигла орбиты Марса 12 марта 1974 года. На расстоянии 48 000 километров спускаемый аппарат отделился от несущего модуля, оставшегося на орбите Марса и прошедшего на расстоянии 1600 километров от поверхности планеты.

Сама станция совершила пролет мимо Марса. 

Схема перелета станции «Марс-6». 1 — первая коррекция, 2 — вторая коррекция, 3 — третья коррекция, 4 — отделение спускаемого аппарата и вывод его на траекторию спуска

Спускаемый аппарат вошёл в атмосферу красной планеты в 09:05:53 со скоростью 5,6 км/с. Парашют раскрылся в 09:08:32, замедлив падение до скорости 600 м/с. В это время аппарат собирал данные по планете и передавал на орбитальный модуль для немедленной ретрансляции на Землю.

В 09:11:05, в момент срабатывания тормозных двигателей на скорости 61 м/с, связь с планетным модулем была потеряна.

Спускаемый модуль передавал информацию 224 секунды, пока не прекратилось вещание. Большая часть данных нечитаема из-за ошибок в электронике, появившихся в ходе полета к Марсу.  

<abbr title="Спускаемый аппарат">СА</abbr> «Марс-6» приземлился в регион Margaritifer Terra 23,9° ю. ш. 19,42° з. д. (район в Южном полушарии Марса, на границе Жемчужной Земли и Земли Ноя). 

Схема спуска спускаемого аппарата <abbr title="Автоматическая межпланетная станция">АМС</abbr> «Марс-6» в атмосфере Марса

Последовательность спуска:

• 1 - отделение спускаемого аппарата;
• 2 - включение ракетного двигателя твердого топлива;
• 3 - программный разворот спускаемого аппарата;
• 4 - закрутка спускаемого аппарата;
• 5 - отделение фермы;
• 6 - прекращение закрутки, подача питания на радиовысотомер;
• 7 - начало введения парашютной системы, включение программно-временного механизма, подача питания на научную аппаратуру;
• 8 - введение основного парашюта, включение телеметрии, программно-временного устройства, радиокомплекса и научной аппаратуры;
• 9 - разрифовка парашюта, отделение аэродинамического конуса, включение радиовысотомера больших высот;
• 10 - расчековка крепления тормозной двигательной установки, перецепка парашютной системы;
• 11 - включение тормозной двигательной установки, конец передачи на орбитальный аппарат.

Программа полета <abbr title="Космический аппарат">КА</abbr> «Марс-6» выполнена частично.

Спускаемый аппарат совершил посадку на планету, впервые передав на Землю данные о параметрах марсианской атмосферы, полученные во время снижения.

Передача данных масс-спектрометра, за исключением некоторых вспомогательных параметров, согласно программе должна была иметь место только после посадки, и эти данные не были получены. Однако анализ одного из передававшихся вспомогательных параметров, чувствительного к составу атмосферы, показал, что в атмосфере присутствует значительное количество (35 + 10%) некоторого инертного газа , скорее всего аргона. Такое количество аргона может означать, что средняя скорость газовыделения на Марсе не отличается сильно от земной, и малая плотность марсианской атмосферы объясняется тем, что ее значительная часть сконденсирована в полярных шапках. Это в свою очередь поддерживает гипотезы, предполагающие, что в геологическом недавнем прошлом атмосфера была более плотной, чем сейчас, и на поверхности существовали открытые водоемы. Измерения давления, температуры и высоты на траектории спуска производились в диапазоне высот от 0 до 20 км. Кроме того, для оценки основных параметров атмосферы были привлечены данные, полученные с помощью акселерометров и измерений относительной допплеровской скорости по линии <abbr title="Спускаемый аппарат">СА</abbr> - <abbr title="Орбитальный аппарат">ОА</abbr>. Совместный анализ всех данных показал, что все они могут быть объяснены при следующих характеристиках атмосферы:

• давление у поверхности 6 мбар;
• температура атмосферы у поверхности 230 К;
• температурный градиент в тропопаузе 2,5 К/км;
• высота тропопаузы 25…30 км;
• температура изотермической стратосферы 150…160 К (-123…-113°C).

Эта модель находится в близком согласии с представлениями об атмосфере Maрса, полученными ранее посредством анализа радиационных характеристик планеты.

Однозначно причину неудачного завершения работы с <abbr title="Спускаемый аппарат">СА</abbr> определить не удалось. К наиболее вероятным версиям относятся:

• аппарат разбился, в том числе, по причине отказа радиокомплекса, хотя скорость спуска и работа двигателя мягкой посадки соответствовали расчетным (аппарат был рассчитан на ударное ускорение при посадке 180 g, а в периферийных местах до 240 g);
• к аварийной ситуации привело превышение амплитуды колебаний аппарата под действием марсианской бури в момент включения двигателей мягкой посадки.