Приветствую вас, мои космические друзья. Как известно, совсем недавно, Конгресс США отменил финансирование миссии по доставке образцов марсианского грунта Mars Sample Return (MSR) из-за ее большой стоимости.
На самом деле это уже далеко не первая, и даже не вторая миссия MSR которую планировало осуществить космическое агентство НАСА, и которая была отменена из-за проблем с финансированием.
Сегодня я расскажу вам об одной интересной миссии по доставке образцов льда с поверхности Красной планеты, которая была разработана в период с 1976 по 1978 годы.
Марс, как и Земля, имеет на своей поверхности полярные ледяные шапки на Северном и Южном полюсах. На обоих планетах полярные шапки динамичны; они либо увеличиваются либо уменьшаются в зависимости от времени года. На Земле постоянные и сезонные полярные шапки состоят исключительно из водяного льда.
На Марсе, который в целом холоднее, температура падает настолько, что углекислый газ выпадает из атмосферы на полюсах планеты, образуя слой сухого льда толщиной около метра.
Постоянные полярные шапки толщиной три километра покрывают чуть более 1% марсианской поверхности. В середине зимы в Северном полушарии планеты, сезонная углекислотная шапка расширяется вплоть до 60° северной широты. Примерно через 13 земных месяцев, углекислотный лед покрывает Южное полушарие Марса вплоть до 60° южной широты.
Постоянные ледяные шапки Марса состоят из водяного льда. Но ученые поняли это не сразу. Полярные шапки Марса впервые были обнаружены с помощью первых телескопов еще в XVII веке, а к концу XVIII века считалось, что они состоят из водяного льда. Однако в 1965 году данные с зонда "Маринер-4", показали, что постоянные полярные шапки состоят из замерзшего углекислого газа, что не было опровергнуто во время пролетов зондов "Маринер-6" и "7" в 1969 году, а также орбитальным зондом "Маринер-9", который работал на орбите Марса с 1971 по 1972 год.
В конце 1970-х годов, два орбитальных марсианских зонда "Викинг" обнаружили, что постоянная полярная шапка Северного полюса Марса состоит из водяного льда. И только в 2003 году, когда стали доступны данные с орбитальных аппаратов Mars Global Surveyor и Mars Odyssey, было подтверждено, что постоянная шапка Южного полюса Марса также состоит из замерзшей воды.
В 1976-1977 годах, еще до того как стал известен состав обеих полярных шапок Марса, группа студентов из Школы аэронавтики и астронавтики Университета Пердью изучала миссию по возврату образцов полярного льда с поверхности Марса - Mars Polar Ice Sample Return (MPISR). Ее главной целью был сбор и доставка на Землю ледяного керна, длинной 50 метров и диаметром пять миллиметров, который должен был быть получен космическим аппаратом из постоянной полярной шапки Южного полюса Марса.
Студенты предположили, что постоянные ледяные покровы Марса состоят из слоев снега или инея, нарастающих ежегодно. Они ожидали, что каждый слой будет содержать образец пыли и газа атмосферы в момент его образования, что позволит получить данные об атмосферных частицах и климатических условиях планеты. Разнообразие материалов, содержащихся в керне, позволит использовать несколько методов определения возраста каждого слоя.
На Земле ледяные керны полученные из ледников Гренландии, содержат данные о выплавке свинца в Римской империи, и изменении в растительном покрове Европы во время ледникового периода. Студенты полагали, что керн полярного льда Марса может содержать данные о пылевых бурях, столкновениях с астероидами, вулканических извержениях, поверхностных потоках воды и, вполне возможно, о существовании микробной жизни.
Студенты Университета Пердью предположили, что космический аппарат MPISR мог быть создан на основе конструкции космического аппарата "Викинг". Во время миссии MPISR мог быть использован план встречи на орбите Марса (Mars Orbit Rendezvous - MOR), аналогичный плану встречи на лунной орбите (Lunar Orbit Rendezvous), использовавшийся в пилотируемых лунных миссиях в рамках космической программы "Аполлон". Космический аппарат MPISR массой 5652 килограмма должен был доставит на Марс посадочный модуль массой 946 килограмм и аппарат для возвращения образцов на околоземную орбиту Earth-Return Vehicle/Earth Orbit Vehicle (ERV/EOV) массой 490 килограмм. Посадочный модуль MPISR, в свою очередь, должен был доставить на марсианскую поверхность космический аппарат для доставки образцов полярного льда на марсианскую орбиту массой 327 килограмм.
Посадка на Южном полюсе Красной планеты, и перелет с Марса на Землю, определяли дату старта миссии MPISR. Обратный полет на Землю потребовал бы наличия оборудование для охлаждения образцов льда, поэтому студенты искали наикратчайший возможный вариант обратного полета.
Данные, полученные с орбитальных аппаратов "Викинг", показали, что ледяная шапка Южного полюса слишком нестабильна для посадки и сбора образцов весной и летом, когда температура поднимается слишком высоко. С другой стороны, в середине зимы накопление снега и инея могло бы засыпать посадочный модуль космического аппарата MPISR. Поэтому они предложили что наилучшем временем для посадки на Южный полюс Красной планеты будет конце лета; примерно за 75 дней до наступления осеннего равноденствия в Южном полушарии Марса.
Космический аппарат MPISR должен был стартовать с мыса Канаверал, 29 апреля 1986 года в грузовом отсеке "Спейс шаттла". Он должен был выйти на околоземную орбиту, будучи состыкованным с разгонным блоком Centaur G'. Исследователи рассчитали, что разгонный блок мог бы вывести полезную нагрузку массой до 9 тонн на траекторию полета к Марсу в 1986 году.
16 ноября 1986 года, после семи месяцев полета полета, космический аппарат MPISR должен был выйти на полярную орбиту вокруг Марса. Затем он должен был проводить изучение поверхности Красной планеты в течении 14 месяцев.
Орбитальный аппарат MPISR должен был составить карту полюсов, используя камеры, тепловой картограф, и радиолокатор для определения толщины льда. Ученые должны были использовать данные с приборов орбитального аппарата, для выбора безопасного места посадки посадочного модуля MPISR на Южном полюсе Марса.
3 февраля 1988 года посадочный модуль должен был отделиться от орбитального аппарата, включить тормозные ракетные двигатели для замедления и схода с орбиты Марса, а затем спуститься через разреженную атмосферу планеты к заранее выбранному месту посадки. Поскольку его масса должна была быть почти вдвое больше массы посадочного модуля "Викинг", посадочный модуль MPISR должен был спускаться на шести парашютах используя шесть ракетных двигателей на заключительном этапе посадки.
Посадочный модуль имел в своем составе бур для отбора ледяных кернов Ice Core Drill (ICD). В течение следующих 90 дней ICD будет отбирать ледяные керны длиной 75 сантиметров, а затем поднимать их на поверхность и помещать в изолированный 12-килограммовый контейнер для образцов. Всего должно было быть отобрано 67 кернов. Последний керн будет взят на глубине 50 метров.
Бурение и отбор керна могли столкнутся со многими трудностями. Например, тонкий бур мог наткнуться на участок спрессованного льда и пыли на большой глубине, поэтом потребовалось бы начать бурение заново.
Так как посадочный модуль должен был находится на Южном полюсе планеты, то прямая передача радиосигналов на Землю была невозможна. Орбитальный аппарат MPISR, мог выступать в качестве ретранслятора для связи между посадочным модулем и Землей, но время сеанса связи длилось бы не более 25 минут в сутки. Это означало, что непрерывное бурение должно было проводиться в автономном режиме.
Ограничения в связи, в сочетании с неблагоприятными условиями освещения на Южном полюсе, побудили студентов заменить две сканирующие камеры на более простую камеру, аналогичную той, что использовалась на лунных зондах "Сервейер". В комплект камер входили три стробоскопа. Это, позволило бы посадочному модулю MPISR делать снимки места бурения и передавать их на Землю.
Посадочный модуль должен был быть оснащен радиоизотопным термоэлектрическим генератором (РИТЭГ) для выработки электроэнергии и поддержания стабильной температуры различных систем космического аппарата. Три опоры и нижняя часть посадочного модуля должны были быть изолированы, чтобы предотвратить таяние льда, вызванное теплом, которое могло передаваться через его конструкцию.
После завершения работы, 2 мая 1988 года, должен был стартовать трехступенчатый космический аппарат для доставки образцов льда на марсианскую орбиту. Первая и вторая ступени должны иметь твердотопливные двигатели, а ракетный двигатель третьей ступени должен был работать на жидком топливе. Этот космический аппарат должен был выйти на круговую орбиту вокруг Марса высотой 2200 километров, а затем начать сближение с орбитальным аппаратом MPISR.
17 мая 1988 года орбитальный аппарат MPISR должен был выполнить стыковку с космическим аппаратом для доставки образцов марсианского льда. После стыковки контейнер с образцом автоматически переместился бы на аппарат для возвращения образцов на околоземную орбиту ERV/EOV.
27 июля 1988 года ERV/EOV отделился бы от орбитального аппарата MPISR и запустить свой двигатель, чтобы покинуть орбиту Марса и вернуться на Землю. Чтобы сократить время, в течение которого ледяному керну потребуется охлаждение, при возвращении на Землю аппарат ERV/EOV должен был ускорится. В 1988 году минимально затратный перелет с Марса на Землю продлился бы 122 дня. Ускорение космического аппарата ERV/EOV сократило бы это время до 98 дней. Выход на околоземную орбиту должен был состояться в период со 2 по 14 ноября 1988 года.
Приближаясь к Земле, космический аппарат EOV длиной 1,5 метра должен был отделится от основного космического аппарата, и запустить свой твердотопливный ракетный двигатель для выхода на орбиту вокруг Земли высотой 42200 километров.
В течение 28 дней с Земли должен был быть запущен специальный буксир для того чтобы произвести доставку контейнера с образцами ледяных кернов.
Буксир должен был доставить контейнер с образцами к ожидавшему его "Спейс шаттлу", или в специальную лабораторию на борту околоземной космической станции. Выбор места доставки был обусловлен соображениями защиты планеты. Если риск заражения был бы признан минимальным, то космический челнок доставил бы контейнер с образцами на Землю. С другой стороны образцы могли быть первоначально исследованы на борту космической станции.
Концепция миссии MPISR, разработанная в Университете Пердью, вызвала большой интерес. После того, как краткое описание данного исследования появилось на страницах издания Spaceflight, его авторы ознакомили инженеров Лаборатории реактивного движения (JPL) с концепцией миссии.
В январе 1978 года сотрудники JPL представили презентацию миссии MPISR на заседании прошедшем в Лунном и планетарном институте в Хьюстоне, штат Техас. Но к сожалению дальше этого дело не пошло. Миссия по доставке образцов марсианского льда MPISR пополнила ряд других нереализованных миссий по доставке образцов марсианского грунта.
Будем надеется на то, что когда-нибудь образцы грунта Красной планеты все же будут доставлены на Землю, и мы сможем ответить на вопрос - Есть ли жизнь на Марсе?
Ну а на сегодня у меня всё. Спасибо за внимание!
Еще об одном проекте по доставке образцов с поверхности Марса, читайте в статье: