Доброго времени суток. Сегодня будет рассказ о начале исследования красной планеты и дальнейшего ее освоения вплоть до 21 века.

Марс — начало., изображение №1

1. Откуда мы знаем про Марс?

Род человеческий видел Марс с древнейших времен невооруженным глазом. Данный фактор объяснялся относительной близостью планеты к Земле и ее яркостью, легко заметная ночью. Первое письменное упоминание о Марсе датируется 1534 годом до нашей эры древнеегипетскими астрономами. Они же рассчитали траекторию движения планеты на небосводе. Последователями египтян были вавилоняне, составившие подробные отчеты о положении Марса на небе. За их авторством так же стоял математический метод для предсказания его положения среди звезд. Спустя несколько веков индийскими астрономами было определено расстояние до планеты и её размеры.

Первые наблюдения Марса в телескоп были произведены Галилео Галилеем в сентябре 1610 года. Начальные карты планеты составил голландский астроном Христиан Гюйгенс. Он отметил множество деталей на поверхности Марса, например, плато Большой Сирт. На его рисунках данная область заштрихована темным цветом. Гюйгенс произвел замеры суток на планете, которые составили 24 земных часа. Он дал оценку диаметру Марса относительно Земли. Он составил 60% от диаметра нашей планеты (расчет оказался точнейшим, для того времени, ошибся всего лишь на 7%). В 1672 году астроном заметил белую шапочку на северном полюсе планеты, хотя еще в 1666 году Джованни Кассини заметил аналогичную ледяную поверхность на южном полюсе. В том же году он произвел еще один замер суток на Марсе, по его расчетам они равнялись 24 часа 40 минут (ошибся на 3 минуты).

Марс — начало., изображение №2

С начала XVIII века проводятся активные исследования полюсов планеты. Были проведены систематические наблюдения белых шапок, в ходе которых выяснили изменение их размеров в зависимости от времен года. Данный фактор свидетельствовал о наличии льда в марсианских шапках. Их центры расположены не на полюсах, а смещены в сторону. Под конец века французский астроном Оноре Фложерг увидел пылевые бури на поверхности планеты, описав это явление как «вуаль цвета охры».

В XIX веке качество оптики существенно возросло, что дало толчок к дальнейшему исследованию планеты: составление детальных карт, изучение атмосферы, ну и наконец, открытие Фобоса c Деймосом — спутников Марса. В 1867 году Пьер Жансен и Уильям Хаггинс смогли увидеть небольшие облака, они предположили, что это мог быть водяной пар. Несмотря на неоднократное подтверждение данных наблюдений, они все равно оставались под вопросом еще несколько десятилетий. Помимо пылевых бурь обнаружили желтые облака, скорее всего, состоящие из той же пыли.

В 1877 году итальянский астроном — Джованни Скиапарелли, составил подробную карту планеты. На нее он нанес тонкие линии, похожие на реки, которые впоследствии назвали марсианскими каналами. В течении десятилетий эта оптическая иллюзия считалась искусственным сооружением марсиан, по ним, как писали фантасты и астрономы, разумные существа перемещали воду для сохранения угасающей марсианской цивилизации. Лишь в 70-x годах XX века космические аппараты выяснили, что большинство каналов являлось лишь оптической иллюзией.

Марсианские каналы с подписями
Марсианские каналы с подписями

Исследования Марса в первой половине XX века характеризуется уточнением, подтверждением, проверкой, а порой и критикой всех прошлых открытий. Развенчали предположение о существование разумной жизни, наличие марсианских каналов, благоприятного климата на планете. Несмотря на все это, набирали популярность романы фантастов, повествующие о вторжении марсиан на землю и т.п.

Например, в 1938 году по-американскому радио передавали инсценировку романа «Война миров», где, естественно, марсиане вторгались на Землю и многие слушатели, не разобравшись, что, собственно, вещают, действительно поверили во вторжение. Дошло до абсурда, часть аудитории подумала, что это была атака немцев (может потому что мюнхенское соглашение было подписано месяцем раннее? Хотя все равно идиотизм…), подняли на ноги национальную гвардию, умудрились отрубить электростанцию в городке Конкрет, в штате Вашингтон, в общем, паника была стихийной. Слушали роман 6 миллионов человек, поддалось панике 1/5 аудитории. Этот случай был использован Гитлером как пример упадка демократической системы.

Все же были и новые открытия. Провели изучение температуры на поверхности Марса, она составила −68 °C на полюсах и +7 °C на экваторе в светлое время суток, а ночью она снижалась до −85 °C. Оценили количество кислорода в атмосфере, он составил 1% от Земного аналога, а углекислого газа оказалось в 2 раза больше, чем на нашей планете. Получены фотоснимки поверхности из телескопов, на их основе составили новые карты планеты.

Эволюция изображений Марса.
Эволюция изображений Марса.

Что ж… Разобравшись с Марсом, так сказать, на Земле, мы переходим к исследованию планеты с помощью космических станций. Я разберу изучение планеты как со стороны СССР, так и США (до распада первого).

2. Советская программа изучения Марса.

«Красная» страна начала изучение «красной» планеты (не, ну как же тут без тавтологии) еще до полета Гагарина: уже в 1960 году был запущен первый зонд, который потерпел неудачу. К сожалению, полностью удачной экспедиции на Марс у советских инженеров не было. Скорее всего, это было связано с параллельным исследованием Венеры, на которую, кстати, запустили больше 16 зондов, при 6 потерянных на старте. На Марс же было запущено, более-менее удачно, 16 зондов, из которых 9 зондов разбились при взлете. Не менее важным фактором является Луна, на которую ЦК резко переклинило после речи Кеннеди 12 сентября 1962 года:United States of America was suddenly and deliberately attacked…

We choose to go to the Moon… We choose to go to the Moon in this decade and do the other things, not because they are easy, but because they are hard; because that goal will serve to organize and measure the best of our energies and skills, because that challenge is one that we are willing to accept, one we are unwilling to postpone, and one we intend to win, and the others, too…

Мы решили полететь на Луну в этом десятилетии и сделать другие вещи не потому, что это легко, а потому что это трудно, потому что эта цель заставит нас собрать и оценить свои силы и способности, потому что это вызов, который мы готовы принять, это задача, которую мы не хотим откладывать и с которой мы намерены успешно справиться также, как со всеми остальными…

После нее все силы страны отдавались на полет к Луне человека и возвращение его обратно, причем над проектом работало 3 КБ, что вызывало конкуренцию и плохую координацию между ними. Это и много других факторов не позволили осуществить столь амбициозный проект, а успешные полеты к Марсу так и вовсе прекратились на 10 лет. Все же вернемся к единственной советской программе полетов на Марс.

Программа «Марс». Первая и единственная программа изучения самой планеты, начавшаяся в 1960 году с серии неудачных запусков: Марс 1960A, Марс 1960B, Марс 1962A. Все они не смогли выйти на земную орбиту, но все же в 1962 году был успешно запущен Марс-1. Планировалось изучения Марса с пролетной траектории аппарата, зонд должен просто пролететь мимо планеты, получить информацию и улететь в космос. В начале полета все шло хорошо, аппарат вывели на орбиту, раскрыли солнечные батареи, навели на Марс, но произошла утечка в одном из микродвигателей, что повлекло за собой отказ системы ориентации и потерю зонда. Все же, Марс-1 вышел на траекторию полета к планете, пролетев половину расстояния, он передал множество информации о межпланетном пространстве и на расстоянии 106 млн км перестал отвечать на команды.

Марс-1 в музее.
Марс-1 в музее.

Марс-2 и Марс-3 — два зонда близнеца, включавшие в себя посадочный модуль, были запущены в 1971 году. Отступимся от полета, немного разобрав их, так сказать, «по частям». Разберем процесс посадки спускаемого аппарата, который будет использоваться, практически без изменений, и в последующих миссиях.

Начнем со спускаемого модуля, так как он представляет наибольший интерес. Он представлял из себя, по большей части, конический тормозной экран, обращенный острием к атмосфере планеты, над ним находилась вся научная аппаратура, включавшая в себя первый в мире марсоход ПрОП-М (Прибор Оценки Проходимости — Марс). Как следует из названия, данный аппарат предназначался для сбора данных о проходимости планеты, вследствие ответ на вопрос, можно ли по ней передвигаться? Марсоход выглядел как небольшая коробочка на лыжах, которые приподнимали его, тем самым передвигая аппарат вперед.

Сам марсоход в натуральную величину.
Сам марсоход в натуральную величину.

Вернемся к спускаемому модулю, а конкретнее к системе его посадки. В нее входило: сверхзвуковой парашют, основой парашют, двигатели коррекции, пороховые двигатели, двигатели мягкой посадки и датчик определения высоты. Давайте разберем посадку, в ходе описания которой будут задействованы все вышеперечисленные приборы, разделим ее на 3 этапа.

А пока взгляните на Марс-2.
А пока взгляните на Марс-2.

1-этап. Посадочный модуль отделяется от орбитальной станции, начиная движение к атмосфере. В процессе полета модуль должен сориентировать тормозной экран вдоль траектории входа под углом 12°, если он будет слегка тупее, аппарат сгорит, а если острее, то он отрекошетит от марсианской атмосферы и пройдет мимо. При входе в атмосферу скорость будет примерно равна 21 000 км/ч, а благодаря тепловому щиту, в течение 2 минут скорость снизится до 1500 км/ч.

2-этап. В районе 11 км над поверхностью раскрывается сверхзвуковой парашют, после снижения скорости открывается уже основной парашют. За ненадобностью отбрасывается тепловой экран. Чтобы от греха подальше отвести сей кусок металлолома, пороховые двигатели откидывают его от модуля. Благодаря этому спускаемый аппарат сам может видеть поверхность под собой с помощью радара, который определяет расстояние до посадки. Через некоторое время модуль выставляет посадочные опоры.

3-этап. В нескольких километрах от поверхности посадочная платформа отделяется от задней панели с парашютами, включая двигатели, и отлетая в сторону, чтобы панель не накрыла сам модуль. Следом идет касание поверхности планеты с моментальным отключением двигателей, чтобы аппарат не перевернулся. Вот так проходит посадка на Марс.

Интересно что большая часть веса спускаемого аппарата отбрасывается при посадке, так при отстыковке от орбитальной станции он весил тонну, а после посадки всего 355 кг. Эта схема посадки довольно обобщенная, хоть и была составлена, по большей части, на основе недавно приземлившегося аппарата InSight.

Схема посадки марсохода.
Схема посадки марсохода.

Вернемся к полету. Он проходил нормально, Марс-2 вышел на Марсианскую орбиту, отстыковал спускаемый аппарат, который успешно разбился об марсианскую поверхность, но сама орбитальная станция выполняла исследование Марса до того, как у нее кончилось топливо для поддержания ориентации. Что до его собрата, Марс-3 тоже вышел на орбиту планеты, начав ее исследование, а его спускаемый модуль, благополучно добрался до поверхности и проработал аж (барабанная дробь) 14,5 секунды! Тем не менее он передал замечательнейшее изображение в красках, описывающее поверхность Марса.

Собственно сама марсианская поверхность.
Собственно сама марсианская поверхность.

Марс-4 и 5 — еще 2 зонда близнеца, запущенные в 1973 году. Они уже не располагали спускаемыми аппаратами, а их задача состояла в изучении Марса с его орбиты. Основные задачи, которые были поставлены перед станциями:

  • Изучение распределения водяного пара по диску планеты;
  • Составление цветных карт Марса, его рельефа и поверхности;
  • Определение газового состава и плотности атмосферы;
  • Поиск органических соединений.

В серию этих аппаратов были включены еще 2 зонда, Марс-6 и Марс-7. Оба зонда уже располагали спускаемыми аппаратами и пытались осуществить мягкую посадку на поверхность планеты, но обе попытки потерпели неудачу вследствие ошибки БЦВМ (Бортовой Цифровой Вычислительной Машины). Если посмотреть в целом, то большинство проблем советских экспедиций к Марсу были в основном связаны с бортовыми компьютерами, что в целом свидетельствовало об отставании Советского Союза в области информационных технологий от западных стран. Но я не эксперт, так что утверждать не берусь, оставлю эту область знающим людям, в конце концов комментарии всегда открыты.

Марс — начало., изображение №11

В ходе полета Марс-4 не вышел на орбиту Марса из-за отказа одной из систем, которая не позволила включить тормозную систему, и аппарат вышел на гелиоцентрическую орбиту. Несмотря на это, аппарат сделал 14 снимков планеты и провел изучение атмосферы, максимальное сближение произошло на расстоянии 1844 км от поверхности Марса.

Полет его близнеца был успешнее, Марс-5 вышел на орбиту планеты, но проработал всего лишь 2 недели, так как произошла разгерметизация отсека с научными приборами, предположительно из-за микрометеора. Было получено 43 снимка нормального качества, впопыхах многие кадры не удавались.

Сами снимки наложенные на поверхность Марса (Марс-5).
Сами снимки наложенные на поверхность Марса (Марс-5).

Вернемся к Марсу-6 и 7, они были последними удачно запущенными аппаратами. Задача орбитальных зондов в принципе была схожа с 4 и 5 Марсом, изучение планеты с пролетной траектории и доставка спускаемого аппарата на поверхность. Задачи спускаемого модуля:

  • 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 модуля;
  • определение механических характеристик поверхностного слоя грунта.

Не так уж много, но и этому не суждено было осуществиться, один аппарат разбился, другой пролетел в 1400 км от поверхности Марса, из-за неудачной коррекции, которая произошла вследствие ошибки (барабанная дробь…) БЦВМ. Снова она, куда же без нее. Стоит отметить, что спускаемый аппарат еще передавал информацию некоторое время после неудачной посадки и ухода в космос. Все же миссия не была полностью провальной, так программа Марса-6 было частично выполнена, во время посадки спускаемого модуля передавалась информация об атмосфере планеты и данные с пролетного зонда.

Марс — начало., изображение №14

После Марса-7 полеты к планете прекратились, но было запущено еще 2 зонда к спутнику Марса — Фобосу. Фобос-1 и Фобос-2 представляли из себя совместный проект, аж 13 стран и самого Союза. Любопытно, что финансирование проекта со стороны СССР составляло — 272 миллиона рублей, а других стран — 60 миллионов рублей, причем рубли были советские.

Зонды были запущены в 1988 году, в этом же году был потерян 1 аппарат, вследствие ряда ошибок, которые в конечном итоге привел к тому, что аппарат не смог сориентировать солнечные батареи на Солнце, разрядился и ушел в неизвестность. Полет Фобоса-2 проходил нормально, на 4-5 апреля было запланировано посадка на Фобос, но 27 марта аппарат не вышел на связь, скорее всего он начал хаотично вращаться в пространстве, зонд был потерян. Некоторая информация все же была получена. Например: фотографии Фобоса, изучение его форм и уточнение гравитационной постоянной.

Миниатюра зонда.
Миниатюра зонда.

На этих космических аппаратах завершилась Советская программа изучения Марса, как и сам Союз Советских Социалистических Республик. Несмотря на неудачи, исследование Марса всесторонне продолжалось, как с Российской стороны (по большей части неудачно), так и с Американской.

3. Изучение Марса Соединенными Штатами Америки (до развала Союза).

У НАСА было 2 программы по изучению Марса: Маринер и Викинг. Первая изучала планету с орбиты, а вторая включала в себя спускаемый аппарат. Как ни странно, обе программы были гораздо успешнее советских, потеряли всего 2 аппарата из программы «Маринер», а программа «Викинг» так и вовсе многократно перевыполнена. Начнем c программы «Маринер».

Программа «Маринер». Она была предназначена для изучения Венеры, Марса и Меркурия, но по большей части зонды отправились к Марсу: Маринер-3,4,6,7,8,9 из 10 запущенных зондов (3 к Венере и 1 к Меркурию). Маринер-3 был первым запущенным американским зондом к Марсу в 1964 году, но, как говорится, «первый блин комом», и этот аппарат не был исключением, он не смог набрать достаточной скорости на полет к планете из-за не отделившегося головного обтекателя. Его собрат — Маринер-4 был запущен — 28 ноября 1964, и 14 июля 1965 зонд начал исследование планеты. Им были получены первые снимки планеты, изучена атмосфера и отвергнута теория какой-либо разумной жизни. Всего было получено около 6 Мб информации за 1 день полета. 15 июля зонд покинул планету (изначально был запланирован пролет Марса, по этому он и не задержался надолго)

Зондъ.
Зондъ.

Следующие 2 зонда Маринер-6 и Маринер-7 полностью выполнили программу полета. В нее было включено исследование атмосферы планеты, измерение температуры и фотосъемка. Первый зонд запущен 24 февраля 1969 года, второй же полетел 27 марта 1969 года, Марса же они достигли 31 июля 1969 и 5 августа 1969 года соответственно.

Проведена масштабная фотосъемка планеты, около 20% марсианской поверхности было запечатлено на широкоугольную телевизионную камеру. Измерена температура, которая в полдень достигала +17 °C, а ночью падает ниже -75 °C. После этого аппараты продолжили свой путь по гелиоцентрической орбите.

Марс — начало., изображение №21

Завершением программы был Маринер-9, который вышел на орбиту Марса, тем самым став 1 рукотворным аппаратом, вышедшим на орбиту другой планеты. Основные задачи полета:

  • Широкомасштабные топографические и теплофизические исследования.
  • Изучение сезонных изменений атмосферы и поверхности Марса.
  • Проведение прочих долгосрочных динамических наблюдений.

Зонд стартовал 30 мая 1971 года, а 14 ноября того же года он вышел на орбиту Марса. Когда аппарат вышел на орбиту планеты, она была затянута пылевой бурей, что позволило заняться съемкой Фобоса и Деймоса. В ноябре и декабре было отснято около 70 снимков планеты, а в январе началось картографирование поверхности. За год работы Маринер отснял 7300 снимков, тем самым покрыв 85 % всей Марсианской поверхности с разрешением от 1 до 2 км. На снимках видны русла высохших рек, кратеры, огромные вулканические образования (вулкан Олимп, самый высокий объект в Солнечной системе), признаки ветровой и водной эрозии и смещения пластов, погодные фронты, туман и прочая, и прочая, и прочая…

Маринер-9.
Маринер-9.

Благодаря Маринеру-9 удалось спланировать полет ряда станций к Марсу, по снимкам, полученным с зонда, удалось выбрать места для посадки двух СА Викинг-1 и Викинг-2. Ну и на этой удачной экспедиции мы завершим программу Маринер по изучению Марса.

Программа «Викинг». Она включала в себя 2 аппарата со спускаемыми модулями, запущенными 20 августа 1975 года и 9 сентября 1975 года, соответственно, выйдя на марсианскую орбиту через год полета. Разберем СА и орбитальную станцию.

Научное оборудование автоматической марсианской станции:

  • две телевизионные камеры с круговым обзором;
  • приборы для метеорологических исследований, измеряющие давление, температуру, скорость и направление ветра у поверхности;
  • сейсмометр;
  • газовый хроматограф в сочетании с масс-спектрометром для идентификации по молекулярному весу органических веществ, входящих в состав проб грунта, а также для анализа проб атмосферных газов;
  • рентгенофлуоресцентный спектрометр для идентификации неорганических веществ, входящих в состав проб грунта;
  • установка для поиска жизни в пробах грунта по таким признакам, как фотосинтез, обмен веществ и газообмен.

Как мы можем понять из списка приборов, нахождению органики было уделено большее внимание, нежели, например, изучению атмосферы. Ну и затронем орбитальную станцию, то есть ее научные приборы.

  • узкоугольная телевизионная камера для получения снимков (разрешение 40 м при съёмке с высоты 1500 км);
  • широкоугольная телевизионная камера для получения снимков;
  • инфракрасный спектрометр для составления карт водяного пара в марсианской атмосфере;
  • инфракрасный радиометр для составления тепловой карты планеты.
Марс — начало., изображение №28

Межпланетная станция собирала информацию о планете до 1980 года, вследствие истощения газовых запасов, для коррекции орбиты. Викинг сделал ряд сближений с Фобосом, получив более детальные снимки спутника.

Марс — начало., изображение №32

20 июля СА Викинга-1 отделился от орбитальной станции и вошел в атмосферу. Посадка была успешной, и через 25 секунд после приземления зонд начал делать первые снимки планеты, а уже после 6 минут работы произведена панорамная съемка планеты.

На следующие сутки был отснят цветной снимок, но в процессе передачи на Землю он был утерян. Сейсмометр не сработал. Механическая штанга, предназначенная для взятия и анализа грунта, застряла, но через 5 дней ее удалось запустить.

Первый снимок
Первый снимок

Самая первая информация, полученная в июле 1976 года:

  • Диапазон температур от -86° C (перед рассветом) до -33° C (во второй половине дня).
  • Рентгеновский флуоресцентный спектрометр передал предварительные сведения о составе марсианского грунта: 12–16% железа, 13–15% кремния, 3–8% кальция, 2–7% алюминия, 0,5–2% титана.
  • Атмосферное давление составило 7,6 мбар (на Земле на уровне океана барометр показывает 760 мм рт. ст., или 1013 мбар).

В дальнейшем объемы информации будут возрастать, этому способствовала в разы превышенный срок работы станции, которая проработала до 11 ноября 1982 года (6 лет и 116 дней по земному времени или 2245 марсианских суток). Немного фоточек с Викинга-1.

Марс — начало., изображение №37

Перейдем ко 2 аппарату. Викинг-2 проработал на 2 года меньше своего собрата, причем как СА, так и орбитальная станция. Зонд занимался изучением геологии планеты, полярных шапок, в объектив его камер попали Фобос и Деймос.

Фобос на фоне поверхности.
Фобос на фоне поверхности.

3 сентября 1976 года спускаемый аппарат отделился от орбитальной станции и через несколько часов совершил мягкую посадку. После включения и полного развертывания, станция начала в полной мере функционировать, передав свой первый снимок.

Через 25 секунд станция сняла панораму. После взятия образца грунта, он был нагрет и из него выделили 1% воды. Кстати, сейсмограф, что отказал на 1 зонде, работал на его собрате и он зарегистрировал аж целых… 0 марсотрясений.

Цели миссии были аналогичны с 1 зондом (как мы помним они были близнецами). То есть программу они выполняли аналогичную. Места посадки различались и часть информации тоже, но в основном все было ± похоже, так что привожу вам снимки с описанием, дабы не повторяться.

Панорама.
Панорама.

После завершения экспедиций «Викингов» ученые сделали мозаики из снимков межпланетных станций. Программа «Викинг» была полностью выполнена. В дополнение приведу схему с местами посадок СА.

Северный полюс.
Северный полюс.

Что ж на этом я завершаю свой рассказ об изучении Марса США. В следующих статьях мы продолжим разбирать изучение Марса Америкой.

4. Итог.

Мы разобрали изучение Марса до развала Советского Союза. Оно шло с переменным успехом, но объем информации, полученный в ходе исследований планеты, позволил состояться многим будущим миссиям на нее.

Марс — начало., изображение №55

На этом я заканчиваю свою статью, спасибо за прочтение мой дорогой читатель. Ариведерчи!

Кинуть рублик на Сбербанк: 4817 7602 4580 4905.

Статья о перспективах атомной энергетики.

Если хочешь больше таких статьей, то загляни в наш паблик Стройка века. В нем есть не только космос, но и многое другое: экономика, политика, география, история и прочая, и прочая, и прочая… А еще мы есть в Дзене!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *