В шестидесятых годах прошлого века люди мечтали о Марсе и предпринимали множество попыток добраться до него, запуская космические аппараты. Конечно, это были автоматические станции, хотя людям хотелось и самим попасть на красную планету, ведь в те времена она казалась более приветливой и мы не знали о её реальном суровом нраве в виде очень низких температур, отсутствия кислорода и космической радиации. Первую попытку осуществил СССР в 1960 году, запустив автоматическую межпланетную станцию 1М с целью изучения межпланетного пространства между орбитами Земли и Марса, исследования с пролётной траектории космического пространства около Марса и получения изображений поверхности планеты. Программа «1М» должна была стать первой в мире экспедицией к другой планете, но потерпела неудачу из-за отказа ракет-носителей. Это было первое разочарование от безуспешной попытки достичь Марс, а впереди их ожидалось множество, но люди об этом ещё не знали. По статистике, около 50 процентов миссий на Марс оказались неудачными, и в целом СССР не сильно везло из-за низкого качества электроники тех лет, которая не выдерживала длительного перелёта от Земли до красной планеты и выходила из строя.
Но наступил 1971 год, советские инженеры в очередной раз собрали волю в кулак и запустили автоматическую межпланетную станцую нового поколения - Марс-3. Она стартовала с космодрома Байконур 28 мая 1971 года, а к ноябрю этого же года достигла орбиты Марса.
Марс-3 предназначалась для исследования Марса как с орбиты, так и непосредственно на поверхности планеты. Комплекс состоял из орбитальной станции и спускаемого аппарата с автоматической марсианской станцией. Программа была разработана в НПО имени С. А. Лавочкина, а компоновку АМС предложил молодой конструктор В. А. Асюшкин. Систему управления массой 167 кг и потребляемой мощностью 800 ватт разработали и изготовили в НИИ автоматики и приборостроения. В основу орбитальной станции входил блок баков главной двигательной установки цилиндрической формы. К этому блоку крепились солнечные батареи, параболическая антенна, радиаторы системы терморегулирования, спускаемый аппарат и приборный отсек. Снаружи на приборном отсеке крепились приборы астронавигации.
Межпланетная станция Марс-3 была оборудована системой космической автономной навигации, не имевшей аналогов в мире. В системе использовался оптический угломер.
Особенностью Марса-3 было самостоятельное корректирование траектории полёта силами бортового компьютера без вмешательства центра управления на Земле. Также на корпусе спускаемого аппарата закрепили вымпел с изображением Государственного герба СССР, а перед полётом спускаемый аппарат был подвергнут стерилизации, чтобы не заразить планету микробами с Земли. В состав автоматической марсианской станции инженеры включили шагающий марсоход ПрОП-М, у которого вместо колёс были полозья, а питался он через кабель длиной 15 метров.
На высоте 20—30 метров по команде радиовысотомера включился тормозной двигатель мягкой посадки. Парашют в это же время был уведён в сторону другим ракетным двигателем, чтобы его купол не накрыл станцию. Спустя некоторое время двигатель мягкой посадки выключился, и спускаемый аппарат, отделившись от парашютного контейнера, опустился на поверхность. При этом парашютный контейнер с двигателем мягкой посадки с помощью двигателей малой тяги был уведён в сторону. В момент посадки толстое пенопластовое покрытие защитило станцию от воздействия ударной нагрузки. Посадка была осуществлена между областями Электрида и Фаэтонтия. Координаты точки посадки 45° ю. ш. 158° з. д. на плоском дне крупного кратера Птолемей, западнее кратера Реутов, и между малыми кратерами Белёв и Тюратам. Спускаемый аппарат станции «Марс-3» совершил первую в мире мягкую посадку на поверхность красной планеты 2 декабря 1971 года, попутно изучая атмосферу планеты при прохождении через неё. Стоит отметить, что мягкая посадка на Марс является довольно сложной научно-технической задачей. Во время разработки станции «Марс-3» рельеф поверхности Марса был изучен слабо, а сведений о грунте было крайне мало. Кроме того, атмосфера планеты очень сильно разрежена и возможны сильные ветры.
В течение полутора минут после мягкой посадки станция готовилась к работе, а затем начала передачу панорамы окружающей поверхности, но через 14 секунд трансляция прекратилась. Марс-3 передала только первые 79 строк фототелевизионного сигнала. На полученном изображении нельзя было разобрать какие-либо детали. Было множество предположений о причинах потери связи, ведь сначала станция на Марсе передавала информацию на орбитальную станцию, и только потом с орбитальной станции данные отправлялись на Землю. Основными вероятными причинами можно выделить следующие:
- опасная горизонтальная скорость при посадке («Марс-3» вошел в атмосферу во время всепланетной пыльной бури, когда скорость ветра вблизи поверхности, по данным «Маринера-9», составляла более 140 метров в секунду)
- коронный разряд в антеннах передатчика из-за мощной пылевой бури
- повреждение аккумуляторной батареи
Однако орбитальная станция продолжила свою работу, но тоже с некоторыми отклонениями от заданной программы. 2 декабря 1971 года она выполнила торможение и вышла на нерасчётную орбиту Марса с периодом обращения 12 суток 16 часов 3 минуты (планировалась орбита с периодом обращения 25 часов). Впоследствии было несколько гипотез о причинах отклонения: недостаточно оттестированное программное обеспечение системы автоматической навигации или повышенный расход топлива при коррекциях траектории вызванный нештатной работой ракеты-носителя. 23 августа 1972 года ТАСС сообщил о завершении программы полёта Марс-3. Станция около 8 месяцев выполняла программу по исследованию Марса. За это время она совершила 20 оборотов вокруг планеты. Её полёт продолжался до исчерпания азота в системе ориентации и стабилизации. В 2002 году журнал «Космические исследования» опубликовал статью, в которой о работе «Марс-3» на околомарсианской орбите сказано следующее: «В течение четырёх месяцев проводились ИК-радиометрия, фотометрия, измерения состава атмосферы, магнитного поля и плазмы». А вот фотографии Марса с орбиты не получились: разработчики фототелевизионной установки использовали неправильную модель Марса, из-за чего были выбраны неверные выдержки. Снимки получались пересветлёнными, практически полностью непригодными. После нескольких серий снимков фототелевизионную установку перестали использовать.
ПрОП-М входящий в состав Марс-3 был первым в мире марсоходом. Назначение — измерение плотности грунта. Над прибором на ВНИИТрансмаш на протяжении пяти лет трудились 150 человек во главе с конструктором Александром Леоновичем Кемурджианом. Информация с марсохода также не была получена, хотя есть вероятность, что он отработал свою программу в автоматическом режиме.
Краткие характеристики аппарата Марс-3:
- Масса АMC при запуске: 4625 кг
- Масса орбитальной станции при запуске: 3625 кг
- Масса спускаемого аппарата при запуске: 1000 кг
- Масса автоматической марсианской станции: 355 кг (после мягкой посадки на Марс)
Поиск станции на Марсе в наши дни
Спустя время некоторые люди начали сомневаться, что СССР действительно отправлял свой аппарат к Марсу, да ещё и с мягкой посадкой. В рамках выполнения программы полета Mars Reconnaissance Orbiter проводились попытки найти место посадки аппарата «Марс-3», наряду с поисками других марсианских автоматических станций, запущенных человечеством в XX веке. Долгое время станцию не удавалось обнаружить в предполагаемых координатах посадки. В 2012—2013 годах любители космонавтики во главе с известным блогером и популяризатором космических исследований Виталием Егоровым (Zelenyikot) произвели визуальный просмотр и анализ снимков высокого разрешения предполагаемой зоны посадки станции, которые были сделаны в 2007 году спутником Mars Reconnaissance Orbiter. В результате были найдены объекты, являющиеся элементами «Марс-3». На снимках были идентифицированы автоматическая марсианская станция, парашют, двигатель мягкой посадки и аэродинамический тормозной экран. В поисках им помогали специалисты НАСА, ГЕОХИ, РКС, НПО им. Лавочкина.