Статья удалена
История британского аппарата совершившего мягкую посадку на Марс в 2003 году, о которой узнали лишь спустя 11 с лишним лет.
15 мая на поверхность красной планеты совершил посадку первый китайский марсоход "Чжужун". Практически сразу после официального анонса всевозможные источники информации начали публиковать свои статьи и заметки об этом событии, однако одна деталь в материалах различного авторства различалась: какой же по счету страной стал Китай в списке совершивших успешную посадку на Марс.
В большинстве случаев пишут о том что ученые и инженеры Поднебесной стали третьими, несколько реже встречаются формулировки, ставящие их на второе место. Однако в совсем редких случаях стран перед Китаем в этом списке оказывалось три, таким образом отодвигая новичков на четвертое место. На мой взгляд все три версии имеют основания, так что давайте освежим память какие же страны тут фигурируют и почему все-таки некоторых порой не упоминают.
Общепризнанно первой считается советская АМС "Марс-3", совершившая мягкую посадку в 1971 году, однако связь с аппаратом оборвалась спустя 14,5 секунд после начала передачи первой панорамы с места посадки, вследствие чего данная миссия считается лишь "частичным успехом" (или "частичной неудачей" если вы предпочитаете "наполовину пустой стакан"). Тем не менее советская станция успешно села, выполнила процедуру запуска и вышла на связь. К сожалению следующие миссии Советского Союза этого достижения повторить не смогли по разнообразным причинам.
Следующим поверхности Марса в 1976 году достиг "Викинг-1" Соединенных Штатов, считающийся первым действительно успешным аппаратом совершившим посадку на эту планету. Посадочный модуль "Викинга-1" проработал 2245 сола или 2307 земных дней, 6 с лишним лет. Этот рекорд держался до мая 2010 года, когда был побит марсоходом "Оппортьюнити". В течении своего срока службы "Викинг" фотографировал окружающий ландшафт и проводил разнообразные эксперименты, в основном направленные на поиск следов жизни. Вслед за этим аппаратом последовали еще 8 успешных посадок аппаратов американского космического агентства, три из которых на данный момент активны и выполняют научную работу.
До 1998 года четвертую от Солнца планету и её окрестности посещали только аппараты США и СССР. В июле 98го Япония запустила аппарат "Нодзоми", который должен был выйти на орбиту Марса в октябре следующего года, но неполадка во время одного из маневров нарушила эти планы и в результате вынужденных маневров межпланетная станция потратила больше топлива чем было запланировано. В результате изменения полетного плана "Нодзоми" удалось направить к Марсу, несмотря на другие трудности и неполадки. Однако к тому моменту когда аппарат достиг окрестностей Марса, в декабре 2003 года, гидразин в топливных баках замерз, что привело к невозможности выдать тормозной импульс. Пройдя на высоте 1000 км над поверхностью планеты "Нодзоми" вышел на орбиту вокруг Солнца и миссию официально прекратили. Посадки в этой миссии запланировано не было, но мне кажется эта межпланетная станция заслуживает своего упоминания как первый аппарат отправленный к Марсу страной помимо США и СССР.
2003 год в котором японский аппарат совершил свой краткосрочный визит был довольно знаменательным в плане исследования Марса. В тот год Земля и Марс оказались на наименьшем за очень долгое время расстоянии. Противостояние, когда Земля, Марс и Солнце находятся на одной линии явление регулярное и случается примерно каждые 26 месяцев, а примерно раз в 15-17 лет случаются "великие" противостояния, когда Марс находится близко к перигелию, участку своей орбиты наиболее приближенному к Солнцу. В такие моменты расстояние между двумя планетами минимально, что открывает возможности для более удобного наблюдения Марса астрономам и сокращает время в пути для запущенных в подходящее время космическим аппаратам.
Противостояние 2003 года можно назвать "величайшим", ближе две планеты согласно расчетам были лишь в 57,617 году до нашей эры, а в следующий раз будут не ранее 2287 года. Это привело к возникновению интернет-мистификации о Марсе размером с полную Луну на ночном небе, которая с тех пор довольно регулярно всплывает накануне очередного великого противостояния.
Но что гораздо более важно этим моментом воспользовались NASA, отправив к Марсу сразу две миссии с роверами-близнецами "Спирит" и "Оппортьюнити" и Европейское Космическое Агентство, отправив миссию "Марс-Экспресс". Изначально "Экспресс" в названии был отсылкой на достаточно скромное время разработки и постройки космического аппарата, что стало возможным благодаря унификации с миссией "Розетта" к комете 67P/Чурюмова — Герасименко, а также использованию приборов разработанных для неудачной российско-европейской миссии Марс-96, которые были заново изготовлены для "Экспресса". Благодаря удачному запуску в такой удобный момент название обрело и второй смысл.
Миссия "Марс-Экспресс" началась с запуска ракеты "Союз-ФГ" 2 июня 2003 года с космодрома Байконур. Разгонный блок "Фрегат" сначала поместил аппарат на опорную орбиту высотой 200 км, а затем, повторно запустив двигатель, вывел его на траекторию к Марсу. Выполнив свою работу "Фрегат" отделился и "Марс-Экспресс" раскрыв солнечные панели отправился в полугодовое путешествие к красной планете, став первым космическим аппаратом успешно запущенным российской ракетой к другому космическому телу.
В декабре 2003 года европейская межпланетная станция добралась до окрестностей Марса и с одной из граней аппарата отделилась небольшая капсула британского посадочного модуля "Бигль-2", направившись по баллистической траектории к поверхности планеты, а сам "Марс-Экспресс" приступил к процедуре выхода на орбиту. Да, спустя девять водянистых абзацев вступления я наконец-то добрался до аппарата, ради которого весь этот материал и задумывался.
Итак, 19 декабря 2003 "Бигль-2" отделился от "Экспресса" и направился к планете. Самое время окунутся в историю этого 67-килограммового аппарата со сложной судьбой.
Судьба всей британской космонавтики была сложной, собственная космическая программа Великобритании закончилась в 1971 году с отменой программы разработки ракеты-носителя Black Arrow после первого и одновременно последнего успешного запуска спутника на орбиту. После этого ученые и инженеры Британии участвовали исключительно в международных проектах NASA и ЕКА, разрабатывая и изготавливая отдельные приборы и узлы. Но в конце 90х на короткое время все изменилось, благодаря одному человеку - профессору Колину Пиллинджеру, который начал продвигать казавшуюся многим на то время невозможной идею собственного британского аппарата, который совершит посадку на Марс, добравшись туда попуткой с европейской миссией.
Доктор химических наук в области органической химии и масс-спектрографии, Пиллинджер начал заниматься космосом еще в 1968 году, когда NASA понадобился специалист для анализа лунного грунта, собранного миссией "Аполлон-11" и советскими АМС серии "Луна", полученными по обмену. Затем он участвовал в исследовании метеоритов, в частности марсианского происхождения, заработав этой работой внушительную репутацию в мировом научном сообществе
Его сотрудничество с Европейским Космическим Агентством началось в 1993 с миссии "Розетта". Он был одним из людей продвигавших идею посадочного аппарата "Филы" и ведущим разработчиком расположенного на аппарате масс-спектрографа "Птолемей". Когда в 1997 году ЕКА объявило начало разработки миссии "Марс-Экспресс" профессор Пиллинджер, его супруга Джудит, тоже ученый в области космических наук и несколько его коллег, с кем он давно работал над исследованием метеоритов, начали продвигать свою идею британского аппарата с задачей по поиску жизни на Марсе, вдохновленного открытием учеными NASA возможных следов микроорганизмов на метеорите AH84001 марсианского происхождения в 1996 году.
Это была непростая задача. В то время британское правительство урезало финансирование науки и не желало выделять деньги на проект, а ЕКА пришлось убеждать выделить место для попутной нагрузки в составе их миссии. Однако благодаря отмеченному многими современниками организаторскому таланту, силе убеждения, упорству и новаторскому подходу профессора Пиллинджера и его единомышленников проект начал претворятся в жизнь. Назвать аппарат "Бигль-2" в честь парусного корабля на котором Чарльз Дарвин совершил путешествие, в котором собрал материал для своей знаковой работы по теории эволюции, предложила супруга профессора, Джудит.
Большую часть финансирования удалось привлечь из частных источников, правительство согласилось выделить деньги лишь когда частные инвесторы начали перечислять первые миллионы на финансирование разработки. Всего было собрано около 120 млн. долларов, из которых государственное финансирование составило примерно треть в размере приблизительно 40 млн. долларов. Эта сумма, на первый взгляд довольно внушительная, все еще была недостаточна для проекта такой сложности, однако ради общей цели некоторые университеты, лаборатории и предприятия, задействованные в проекте, выполняли свою часть работы за собственный счет или поставляли узлы по себестоимости производства.
Одним из самых оригинальных ходов во время кампании по продвижению проекта стало привлечение британских деятелей искусства - группа Blur написала аудио-позывной аппарата, а художник Дэмьен Херст изготовил пластину с цветовыми образцами для калибровки фото-аппаратуры, которая также за счет содержания в красках оксидов металлов с известными свойствами служила для настройки спектрометров.
В течении сжатого срока в пять лет, собранный Пиллинджером консорциум из ученых нескольких институтов в сотрудничестве с несколькими предприятиями авиакосмической и других областей британской индустрии разработали и изготовили аппарат, уложившись в сроки и массо-габаритные ограничения миссии, несмотря на то что в отличии от орбитального аппарата "Марс-Экспресс" им пришлось делать все практически с нуля.
Аппарат весил около 33 кг и в сложенном состоянии имел диаметр 0,7 метра. Созданием основных систем аппарата занималась компания Astrium, в данный момент часть корпорации Airbus, компания Martin-Baker, когда-то производившая самолеты, а после Второй Мировой войны занимавшаяся в основном системами катапультирования создала системы отвечавшие за вход в атмосферу, спуск и посадку. Программное обеспечение для этих систем разработали в компании Logica plc. Софт для осуществления программы на поверхности был создан в компании SCISYS PLC. Композиты для солнечных панелей создавались силами одного из подразделений McLaren Group.
Большая часть научных инструментов, разработанных Открытым Университетом и Лестерским университетом, располагались на роботизированном манипуляторе PAW - Payload Adjustable Workbench (что переводится примерно как Регулируемая Платформа Полезной нагрузки), созданном в Уэльском Университете Аберистуита.
На этой робо-руке располагались пара стерео-камер, оптический микроскоп с разрешающей способностью в 6 микрометров, спектрометр Мёссбауэра, рентген-спектрометр, бур для отбора образцов породы и лампа. Также к манипулятору крепился крот PLUTO - Planetary Undersurface Tool (примерный перевод Планетный Подповерхностный Инструмент) - цилиндрический механизм для отбора проб, спроектированный самостоятельно передвигаться по поверхности марсианского грунта с помощью механизма со сжатой пружиной и рабочим грузом, достигая скорости 20 мм в секунду, и забуриваться на глубину до 1,5 м. Забор образцов грунта должен был осуществляться в емкость внутри наконечника крота при помощи небольших механических "жвал". Кабель длиной 3 м обеспечивал питание крота и благодаря креплению на лебедку позволял вернуть его обратно к спускаемому аппарату.
На основном корпусе располагался инструмент GAP - Gas Analysis Package (примерный перевод Пакет Газового Анализа), который должен был измерять относительную концентрацию различных изотопов углерода и содержание метана в образцах отобранных буром и кротом. Там же находились вспомогательные системы, датчики и химическая батарея, которая должна была обеспечить электропитание аппарата на начальном этапе миссии. Большая часть систем были закрыты теплоизоляционным покрытием из позолоченного Каптона. Общий вес научных приборов составлял чуть меньше 9 кг и требовал менее 40 Вт электропитания для функционирования.
В откидывающейся половине корпуса находились четыре сложенных лепестка солнечных панелей, а на центральной части, под сложенными панелями, антенна дециметрового диапазона для связи с орбитальными аппаратами и Землей. Как покажет история именно это инженерное решение окажется критическим для хода миссии.
Во время отделения от орбитального аппарата "Биглю" механизмом разработки Lockheed Martin SUEM - Spin-Up Eject Mechanism (примерный перевод Механизм Отделения и Закрутки) было придано вращение с частотой 11.72 оборотов в минуту для стабилизации. После этого зонд шесть дней двигался в сторону Марса и утром 25 декабря вошел в его атмосферу на скорости примерно 20,000 км/ч. В это время аппарат был надежно защищен капсулой из многослойного композитного материала, покрытого плитками абляционного теплозащитного материала Norcoat-Liege. Он изготавливается путем горячего прессования из измельченной пробки и фенолформальдегидных смол и широко применяется в различных европейских космических аппаратах в качестве теплоизоляции и теплозащиты. Общий вес капсулы с аппаратом и системы отделения был в пределах 67 кг (69 кг согласно некоторым источникам), выделенных ЕКА в качестве попутной нагрузки "Марс-Экспресса", а диаметр щита теплозащиты составлял 0,93 метра.
После того как капсула достаточно замедлилась, открывался сначала вытяжной парашют, спустя какое-то время отделявшийся вместе с верхней частью капсулы. После этого на высоте 2,6 км происходило раскрытие основного парашюта - 10 метрового купола из белого нейлона. Вместе с этим происходило отделение щита теплозащиты. Затем на высоте примерно 280 метров по сигналу компактного радиовысотомера производства британской Roke Manor Research Limited надувались три воздушные подушки из укрепленного трехслойного полиэстера, призванные смягчить удар о поверхность. Они заполнялись аммиаком, хранимым на борту аппарата в сжиженном состоянии, до давления в 100 миллибар (давление атмосферы Марса всего 6-7 мбар), полностью окружая зонд. Спустя примерно 7 минут после входа в атмосферу происходило касание поверхности, во время которого отделялся основной парашют. После полной остановки подушки разделялись, начиная сдуваться, и освобожденный аппарат спускался с высоты около метра на грунт красной планеты.
Следующим шагом было раскрытие двух половин корпуса и последовательное развертывание четырех лепестков с солнечными панелями. Через два часа после расчетного времени посадки зонд Mars Odyssey, пролетая по орбите над "Биглем", должен был принять его первый сигнал для последующей ретрансляции и тогда композиция группы Blur зазвучала бы в динамиках ожидающих по всему миру людей...
Однако этого не произошло. Не получилось принять сигнал зонда и в Лаборатории реактивного движения NASA час спустя, когда по расчетам возникала первая возможность для прямой передачи сигнала на Землю. Проходили часы, потом дни, но посадочный аппарат так и не вышел на связь. Спустя месяц с лишним безуспешных попыток, 6 февраля 2004 года "Бигль-2" был официально признан потерянным. Научная миссия длиной 180 солов на равнине Исиды закончилась не успев даже начаться.
Было проведено официальное расследование, отчет о котором в мае 2004 года представили в ЕКА и министру науки Великобритании. Был сделан вывод что аппарат разбился по одной из множества возможных причин, основными были несоответствие атмосферных свойств расчетным, отказ парашютов, воздушных подушек, высотомеров или других элементов посадочной системы, либо их срабатывание в неправильное время. В феврале 2005 года отчет был опубликован для публичного ознакомление, а Лестерским университетом была выпущена своя, весьма детальная версия с перечнем возможных причин неудачи и сделанными выводами.
Казалось бы на этом можно поставить точку в этой истории, но я уже в подзаголовке этого материала раскрыл в некоторой степени то что случилось далее. Но обо всем по порядку.
Первые попытки найти пропавший аппарат начались с использованием снимков зонда Mars Global Surveyor, запущенного еще в 1996 году. Камера на его борту была способна делать черно-белые снимки с разрешением 1,5 х 12 м на пиксель. В декабре 2005 года профессор Пиллинджер опубликовал обработанные снимки с этого аппарата, на которых предположительно было видно место падения "Бигль-2" в кратере неподалеку от предполагаемого места посадки и сам аппарат в окружении сдутых воздушных подушек и с раскрытыми солнечными панелями. Однако кадры были недостаточного разрешения чтобы с точностью утверждать на них изображен именно потерянный британский зонд.
В марте 2006 года на орбиту Марса вышел Mars Reconnaissance Orbiter, на борту которого находился инструмент HiRISE - телескоп с полуметровым зеркалом, позволяющий делать снимки поверхности красной планеты с гораздо более впечатляющим разрешением 0,3 м с высоты 300 км в трех цветовых диапазонах. Ограничение памяти бортового компьютера в 28 гигабит позволяли делать кадры с разрешением 800 мегапикселей в красном диапазоне и 160 мегапикселей в сине-зеленом и ближнем инфракрасном, каждый кадр размером в 16,4 Гб сжимался до 5 Гб перед передачей.
В феврале 2007 года были получены снимки кратера, в котором как предполагалось покоится "Бигль-2", но он оказался пуст. Поиски продолжились. Это была непростая задача, даже несмотря на то что в 2004 году, после повторных расчетов предполагаемое место посадки сузилось с участка 174 х 106 км до гораздо более скромного эллипса в 57 х 7,6 км.
Упорство ученых и энтузиастов, которые занимались поисками аппарата, было вознаграждено, когда в январе 2015 года, спустя более чем 11 лет, "Бигль-2" был найден всего в пяти километрах от центра рассчитанного участка. После анализа полученных снимков был получен неожиданный результат - спуск прошел успешно и зонд совершил мягкую посадку, теплозащита, парашюты и воздушные подушки не подвели.
Помимо самого аппарата на снимках были найдены основной парашют и верхняя половина защитной капсулы, все в пределах допустимого расстояния при нормальном выполнении процедуры спуска.
Практически сразу стало ясно, что же пошло не так - не все солнечные панели были раскрыты. Изначально был сделан вывод что раскрылось лишь два лепестка из четырех. В дальнейшем, используя технологию SRR (super-resolution restoration), благодаря которой при многократном наложении нескольких снимков и последующей обработке получалось изображение с пятикратно увеличенным разрешением, установили что у аппарата было раскрыто раскрыто три панели.
Таким образом лишь одна последняя солнечная панель оказалась препятствием между антенной аппарата и всеми кто ждал его сигнала. Было выдвинуто несколько гипотез о том, что же именно оказалось причиной неполадки, но в виду недостатка данных ни одна из них не принята как основная.
После того как было установлено в каком состоянии находится зонд были проведены симуляции с использованием программного обеспечения миссии. Согласно полученным данным "Бигль-2" вероятнее всего какое-то время функционировал согласно заложенным программам за счет химических батарей и трех раскрытых панелей, собирая данные о месте посадки, и эти данные все еще в памяти аппарата.
К сожалению профессор Колин Пиллинджер не дожил до новостей о том что его детище сумело благополучно достичь поверхности Марса. Еще в 2005 году у него был диагностирован прогрессирующий рассеянный склероз, с которым он боролся до конца жизни. Выдающийся ученый, командор Ордена Британской империи, обладатель пышных бакенбард и молочной фермы, на которой он работал до тех пор пока здоровье его окончательно не подвело, Колин Пиллинджер скончался 7 мая 2014 года, за два дня до своего 71 дня рождения в одной из больниц Кэмбриджа. Причиной смерти стало кровоизлияние в мозг. До обнаружения посадочного аппарата "Бигль-2" оставалось всего восемь месяцев.
Его именем назван 7 километровый астероид главного пояса (15614) Pillinger = 2000 GA143 и одна из точек маршрута марсохода "Оппортьюнити" на склоне кратера Эндевор. Помимо науки он оставил свой след и в массовой культуре - он был гостем и ведущим в нескольких передачах BBC, был упомянут в романе "Парк Юрского периода", появился в 7 эпизоде 3 сезона телепередачи Top Gear, где выиграл конкурс по пробуксовке.
Своей деятельностью он вдохновил огромное количество людей в Великобритании и не только заняться изучением космоса. Не исключено что и в современных британских стартапах, в большом количестве возникающих в последние годы, немало тех кто последовал именно его примеру.
Опыт разработки "Бигль-2" также не канул в лету. На его основе было предложено несколько проектов, например "Бигль-3", более совершенная версия посадочного аппарата с использованием гораздо более современных технологий. Полученная информация использовалась в разработке миссий программы ExoMars, а "крот" PLUTO послужил основой инструмента HP3 аппарата InSight.
Великобритания стала третьей страной чей аппарат совершил мягкую посадку на Марс. Эта миссия до сих пор является одной из самых недорогих и при этом с впечатляющим соотношением полезной научной нагрузки к общему весу аппарата. Большая часть ученых и экспертов склоняется к тому что зонд погубило банальное невезение, в дизайне аппарата не было ничего принципиально неверного, даже расположение антенны под лепестками. От неполадки подобной той что привела эту миссию к неудаче не застрахована ни одна из прочих миссий.
Но по вполне понятным причинам "Бигль-2" редко упоминается в контексте даже "частично успешных" миссий, вроде "Марса-3", все-таки аппарат который успешно сел, но не смог даже выйти на связь немногим покажется выдающимся достижением. Кстати у советского аппарата история служилась весьма похожая, в 2013 году, спустя 40 лет после того как оборвался его сигнал, он был найден на снимках камеры HiRISE зонда Mars Reconnaissance Orbiter силами энтузиастов. Если кто еще не читал эту историю, очень рекомендую к ознакомлению.
Тем не менее на мой взгляд история марсианского тезки знаменитого парусника достаточно любопытна хотя бы для того чтобы скоротать время в ожидании первых кадров с новенького марсохода с китайским флагом на борту.