2 декабря 1971 года в истории космонавтики навсегда останется датой, отмеченной одновременно величайшим успехом и досадной неудачей. В этот день советская автоматическая станция «Марс-3» совершила то, что не удавалось ни одному творению рук человеческих до неё — мягко опустилась на поверхность Красной планеты. Но триумф продлился лишь 14,5 секунд.
Когда сегодня мы смотрим великолепные снимки, переданные марсоходами Perseverance или Curiosity, трудно представить, какой была цена первой встречи с Марсом. Космос конца 60-х — начала 70-х годов был ареной грандиозного противостояния и сотрудничества одновременно, а Марс оставался «Великой Американской Пустыней» в буквальном смысле — мы не знали о нём почти ничего.
Машина для прорыва
К тому времени, когда на Байконуре готовили к старту автоматическую межпланетную станцию «Марс-3», астрономы всё ещё спорили о составе марсианской атмосферы и её плотности. Данные были настолько противоречивыми, что инженерам приходилось проектировать спускаемый аппарат буквально «на кончике пера», как позже вспоминал академик Михаил Маров.
Аппарат, созданный в НПО им. С.А. Лавочкина под руководством выдающегося конструктора Георгия Бабакина, представлял собой настоящего гиганта. Стартовая масса комплекса составляла внушительные 4625 кг. Конструктивно он состоял из двух основных частей: орбитальной станции (массой около 3625 кг) и спускаемого аппарата (355 кг).
Орбитальный отсек напоминал высокотехнологичный цилиндр с двумя солнечными батареями, размах которых достигал почти шести метров. На нём были установлены параболическая антенна для связи с Землёй, радиаторы системы терморегуляции и целый арсенал научных приборов. Внутри приборного отсека размещался вычислительный комплекс — БЦВМ (Бортовая цифровая вычислительная машина), которая должна была управлять полётом, и гироскопическая стабилизированная платформа. По тем временам это была высочайшая степень автоматизации.
Отдельного внимания заслуживает спускаемый аппарат. Он представлял собой сферу диаметром 1,2 метра, защищённую коническим аэродинамическим экраном. Сверху крепился приборно-парашютный контейнер. Вся конструкция была рассчитана на чудовищные перегрузки при входе в атмосферу и последующее торможение в среде, параметры которой были известны лишь приблизительно. Перед стартом спускаемый аппарат подвергли стерилизации — это делалось для того, чтобы не занести земные микроорганизмы на Марс и не исказить будущие поиски внеземной жизни.
Одной из жемчужин миссии был крошечный марсоход ПрОП-М (Прибор оценки проходимости — Марс). Этот четырехкилограммовый «вездеход» размерами 25×22×4 см создали во ВНИИТрансмаш под руководством Александра Кемурджиана. Он не имел колёс — передвигался на двух широких лыжах, буквально шагая по поверхности со скоростью 1 метр в час (настоящий марсоХОД). Учёные предусмотрительно оснастили его датчиками препятствий: если на пути оказывался крупный камень, марсоход останавливался и ждал команды с Земли. Связь с «матерью» — посадочной станцией — осуществлялась по 15-метровому кабелю. ПрОП-М должен был измерять плотность грунта и передавать данные, но, как мы знаем, этой программе не суждено было сбыться.
Шестимесячный путь сквозь пустоту
28 мая 1971 года с космодрома Байконур стартовала ракета-носитель «Протон-К» с разгонным блоком Д. «Марс-3» отправился в свой долгий путь, всего на девять дней отстав от близнеца — «Марса-2». Полёт к Красной планете продолжался более шести месяцев, за которые станция преодолела около 60 миллионов километров.
Траекторию полёта несколько раз корректировали. 8 июня, 14 ноября и уже непосредственно перед встречей с планетой — 2 декабря 1971 года. Система автономной навигации (СКАН) позволяла аппарату самостоятельно уточнять положение Марса на фоне звёзд, что было критически важно для точного выхода на траекторию входа в атмосферу. Всё это время орбитальный отсек вёл научные наблюдения, изучая межпланетное пространство, солнечный ветер и космические лучи.
Момент истины и жизнь длиной в 14 секунд
2 декабря 1971 года стало днём, который должен был войти в учебники. Когда станция приблизилась к Марсу, автоматика сработала безупречно. В 12:14 по московскому времени, находясь на расстоянии 50 000 км от планеты, спускаемый аппарат отделился от орбитального отсека. Через 15 минут, когда расстояние между двумя частями комплекса достигло километра, спускаемый аппарат перешёл на траекторию встречи с Марсом.
Четыре с половиной часа длилось самостоятельное падение к планете. В 16:44 аппарат вошёл в атмосферу на скорости около 5,7 км/с. Началось аэродинамическое торможение. Перегрузки достигали колоссальных значений, но теплозащитный экран выдержал. Затем, на расчётной высоте, раскрылся парашют. Спуск занял чуть больше трёх минут. Мягкое касание — и аппарат оказался на поверхности в южном полушарии Марса, в районе с координатами 45° южной широты и 158° западной долготы, между областями Электрида и Фаэтонтия на плоском дне кратера Птолемей.
На тот момент никто на Земле ещё не знал, что посадка прошла успешно. Сигнал должен был пройти долгий путь. Через полторы минуты после касания автоматическая марсианская станция ожила и начала передавать первые кадры марсианской панорамы. На Земле, в Центре дальней космической связи, затаили дыхание. И вдруг — через 14,5 секунд сигнал прервался навсегда...
Что успела передать станция? На Землю пришли лишь 79 строк изображения, представлявшие собой хаотичный набор чёрных и белых полос — «серый фон без единой детали», как охарактеризовал его главный конструктор В.Г. Перминов. Впрочем, более поздний анализ показал, что даже этот шум содержал крупицу информации: удалось определить уровень освещённости поверхности — не более 50 люксов, а на некоторых участках изображения угадывались очертания горизонта.
Пыльная буря и другие версии
Почему замолчал первопроходец? Главная версия — чудовищная пылевая буря, бушевавшая в то время на Марсе. Аппараты «Маринер-9» (США), вышедший на орбиту за две недели до событий, и советские орбитальные станции фиксировали планету, полностью скрытую плотной пеленой пыли. Высота пылевых облаков достигала 10 км. Частицы пыли размером около микрона обладали электростатическим зарядом. Возможно, они вызвали коронный разряд на аппаратуре или повредили антенну.
По другой версии, орбитальная станция, выполнявшая роль ретранслятора, просто быстро ушла из зоны радиовидимости антенны спускаемого аппарата. Есть и вероятность механического повреждения при посадке из-за сильного ветра. Истинную причину мы, скорее всего, уже никогда не узнаем. Известно лишь, что спускаемый аппарат «Марс-3» стал первым в мире рукотворным объектом, совершившим мягкую посадку на Марс, опередив американские «Викинги» на несколько лет.
Восемь месяцев на орбите
Если спускаемый аппарат замолчал, то орбитальная станция продолжала работать, словно ничего не случилось. После отделения спускаемого аппарата орбитальный отсек испытал неполадки с топливом — его оказалось недостаточно для выхода на запланированную 25-часовую орбиту. Двигатель отработал усечённый импульс, и станция вышла на сильно вытянутую орбиту с периодом обращения около 12 суток 19 часов.
Но даже на такой неудобной орбите «Марс-3» продолжал научную работу более восьми месяцев, совершив 20 витков вокруг планеты (его близнец «Марс-2», кстати, сделал 362 оборота). Результаты оказались впечатляющими даже по меркам сегодняшнего дня. Впервые были получены фотометрические профили Марса во многих спектральных диапазонах, измерена температура поверхности, которая оказалась от -110°C до +13°C, определено давление у поверхности — около 5,5–6 миллибар.
Учёные смогли оценить содержание водяного пара в атмосфере: его оказалось в 5000 раз меньше, чем в земной. Инфракрасные измерения позволили составить карты температурных аномалий, изучить состав грунта и даже заглянуть на глубину до нескольких десятков сантиметров с помощью радиоволн. Были открыты горы высотой до 22 км и обнаружена слоистая структура атмосферы. Один из самых интересных результатов касался магнитного поля. 21 января 1972 года «Марс-3» зафиксировал регулярное магнитное поле напряжённостью около 27 нТл в южном полушарии. Как выяснилось позже, это было первое наблюдение магнитного поля марсианской коры, подтверждённое затем миссией Mars Global Surveyor. Французский эксперимент с помощью прибора «Стерео» установленного на борту советской станции изучал радиоизлучение Солнца в кооперации с наземными обсерваториями.
Связь с орбитальным аппаратом окончательно прервалась в августе 1972 года, когда в системе ориентации закончился азот.
Наследие, найденное спустя 40 лет
Долгие годы точное место посадки «Марса-3» оставалось неизвестным. Сигнал пропал, координаты были приблизительными. И только в XXI веке история получила продолжение. В 2012–2013 годах группа энтузиастов под руководством известного популяризатора космонавтики Виталия Егорова (Zelenyikot) взялась за анализ снимков высокого разрешения, сделанных аппаратом NASA Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Площадь поиска составляла около 120 квадратных километров — как район города.
Добровольцы месяцами всматривались в снимки пустынной марсианской поверхности. И удача улыбнулась им! Сначала нашли парашют, затем — двигатель мягкой посадки, аэродинамический экран и сам спускаемый аппарат. В апреле 2013 года представители NASA официально подтвердили, что обнаруженные объекты с высокой вероятностью являются элементами «Марса-3». Так спустя более чем 40 лет молчаливый первопроходец снова дал о себе знать.
Сегодня, когда Perseverance бурит марсианские породы в поисках следов древней жизни, а Ingenuity совершает свои вертолётные полёты, стоит вспомнить скромную сферу с красной звездой, которая первой коснулась пыльной поверхности в декабре 1971 года. Она проработала всего 14 секунд, но эти секунды навсегда изменили наше представление о возможном. «Марс-3» доказал главное: посадка на Марсе реальна даже при минимальных знаниях об его атмосфере! А это значит, что рано или поздно человек сможет увидеть рассвет на Красной планете своими глазами.