Российская автоматическая межпланетная станция - «Фобос-Грунт»

«Фобос-Грунт» — российская автоматическая межпланетная станция (АМС), предназначенная для доставки образцов грунта с естественного спутника Марса Фобоса на Землю, определения физико-химических характеристик грунта Фобоса, исследований происхождения спутников Марса, процессов взаимодействия его атмосферы и поверхности, взаимодействия малых тел Солнечной системы с солнечным ветром. 
Аппарат запущен 9 ноября 2011 года, однако в результате нештатной ситуации он пока не может покинуть земную орбиту (на 11 ноября). По предварительным расчётам, «Фобос-Грунт» упадёт на Землю 26 ноября 2011 года. 

 

История проекта

После неудачного запуска АМС «Марс-96» Российской академией наук были сформулированы новые предложения по дальнейшему исследованию дальнего космоса — проекты «Луна-Глоб» (изучение Луны); «Марс-Астер» (марсоход) и «Фобос-Грунт». Из них наиболее адекватным возможностям отечественной космонавтики и в то же время достаточно пионерским был признан «Фобос-Грунт», который в 1998 году был утверждён в качестве основного межпланетного проекта на ближайшую перспективу. Для экспедиции к Фобосу предусматривалась разработка космического аппарата умеренной размерности, который можно было бы вывести на орбиту с помощью РН «Союз». Поскольку требуемая масса в любом случае превышала возможности носителя, доразгон к Марсу и другие транспортные операции предполагалось осуществлять с помощью экономичных электрореактивных двигателей (ЭРД) малой тяги. Старт «Фобос-Грунта» планировался на 2004 год, возвращение — на 2008 год.
В силу финансовых обстоятельств проект был полностью пересмотрен в 2004 году. Прежде всего было решено делать КА на основе более лёгкой негерметичной платформы «Навигатор» разработки НПО Лавочкина, что позволяло полностью отказаться от ЭРД, значительно упрощало схему экспедиции и сокращало её сроки. Фактическая реализация проекта началась с 2005 года. В 2006 было закончено макетирование основных узлов и приборов АМС «Фобос-Грунт» и проведены первые вибрационные испытания космического аппарата в сборе. Изготовление серии ещё десяти технологических макетов начато в 2007 году.
Запуск сначала был назначен на октябрь 2009 года, а затем отложен на ноябрь 2011 года. Как заявил глава института космических исследований РАН Лев Зелёный, это не связано с финансированием, а необходимо для дополнительных испытаний в связи с недоработанностью станции. По сообщению Роскосмоса, указанное решение основано на необходимости обеспечения максимальной надёжности операций по выполнению основной задачи миссии — забора и доставки грунта с поверхности Фобоса — и минимизации всех возможных рисков. По неофициальным данным[источник не указан 17 дней] сообщается, что система контроля полёта «Фобос-Грунта» может не выдержать длительной миссии, а также решено было установить сразу три манипулятора: первый производства НПОЛ, для мягких пород грунта, второй производства ИКИ РАН, для мягко-твёрдых пород, и наконец третий, польский «CHOMIK» для твёрдых и скальных пород. Эти манипуляторы позволят взять любые образцы, от камней и кусков скал до пыли.
Место для посадки российской автоматической станции на спутник Марса помог выбрать аппарат «Марс-экспресс» Европейского космического агентства (ЕКА).

Задачи экспедиции

  • исследование физико-химических характеристик вещества Фобоса;
  • исследование особенностей орбитального и собственного вращения Фобоса;
  • исследование вещества Фобоса, доставленного на Землю, в лабораторных условиях;
  • исследование Фобоса с посадочного аппарата;
  • исследование Фобоса и окружающего пространства с орбитального аппарата;
  • исследование физических условий околопланетной среды Марса;
  • исследование происхождения марсианских спутников;
  • мониторинг сезонных и климатических вариаций атмосферы и поверхности Марса;
  • исследование крупномасштабных динамических процессов на поверхности и в атмосфере Марса.

 

Схема экспедиции

Несмотря на заявление Роскосмоса о необходимости обеспечения максимальной надёжности при выполнении основной задачи миссии, не был конструктивно решён вопрос о приёме в реальном времени телеметрической информации о включениях маршевой двигательной установки при выведении автоматической межпланетной станции на отлётную траекторию к Марсу. Оба включения двигательной установки были запланированы над Южной Америкой, вне зоны видимости российских наземных измерительных пунктов.

Автоматическая межпланетная станция запущена с космодрома Байконур на эллиптическую орбиту, близкую к расчётной, имеющей перигей 207 км, апогей 347 км и наклонение 51,4°. Через 2,5 часа полёта (1,7 витка орбиты) предполагалось перевести АМС на эллиптическую орбиту 250×4150…4170 км, с периодом обращения 2,2 часа. Спустя ещё 2,3 часа ожидалось выведение АМС на межпланетную траекторию Земля—Марс.

По достижении Марса АМС выходит на эллиптическую орбиту с апоцентром ~80 тыс. км; после чего перелётный модуль переводится на низкую орбиту наблюдения и дистанционных исследований Марса в течение нескольких месяцев. Затем ПМ выводится на квазисинхронную орбиту у Фобоса и после выбора подходящего места для посадки выдаёт тормозной импульс и совершает посадку на поверхность Фобоса. В течение нескольких дней проводится изучение окрестностей места посадки, забор образцов, загрузка их в капсулу возвращаемого аппарата. После этого ВА стартует с Фобоса и дожидается стартового окна на околомарсианской орбите. Перелётный модуль («РК ПМ») остаётся на поверхности и продолжает изучение Фобоса. Полёт возвращаемого аппарата («РК ВА») к Земле занимает около года. По возвращении к Земле спускаемый аппарат, несущий капсулу с образцами, совершает аэродинамическое торможение в атмосфере Земли и беспарашютную посадку на полигоне Сары-Шаган в Казахстане.

Вместе со станцией «Фобос-Грунт» разгонный блок доставит на орбиту Марса китайский микроспутник «Инхо-1».

Ход работ над аппаратом:

  • 2010 г. 20 декабря — доставка китайского микроспутника «Инхо-1»;
  • 2011 г. январь — сборка и электрические испытания;
  • 2011 г. февраль-март — термовакуумные испытания;
  • 2011 г. май-август — заключительные испытания и операции с космическим аппаратом;
  • 2011 г. 17 октября — доставка АМС из г. Химки на космодром Байконур;
  • 2011 г. 6 ноября — доставка РН с АМС «Фобос-Грунт» на ПУ № 1 СК 11П877-CM площадки № 45 космодрома Байконур;[11]
  • 2011 г. 7 ноября — начало работ по графику второго стартового дня на СК площадки № 45, набор стартовой готовности РН;[12]
  • 2011 г. 8 ноября — зарядка аккумуляторных батарей АМС, контроль температуры и давления в космической головной части РН;[13] заседание Государственной комиссии по результатам 3-дневных испытаний РН на СК и принятие положительного решения о готовности РН к заправке компонентами топлива и пуску.

Хронология экспедиции:

  • 2011 г. 9 ноября — запуск и выведение на траекторию полёта к Марсу:

00:16:02.871 (МСК) — запуск;
00:27:31 (T+688 сек) — отделение АМС от ракеты-носителя (орбита близка к расчётной);
раскрытие панелей солнечных батарей АМС, приём телеметрической информации наземными измерительными пунктами, завершение построения ориентации межпланетной станции по Солнцу, заряд аккумуляторных батарей;
02:55:47.981 — первое включение маршевой двигательной установки АМС не состоялось; блок баков сброшен не был; после длительных поисков с привлечением российских и американских систем контроля космического пространства станция была обнаружена; вероятно, произошёл сбой при переходе от ориентации по Солнцу к ориентации по звёздам; возможно, что не прошла команда датчиков на включение двигательной установки; по уточнённым параметрам орбиты и запасу энергетики имеется 2-недельный запас времени, чтобы заново передать в АМС программу полёта;
вследствие низкой орбиты АМС возможность получения телеметрии существенно ограничена зонами радиовидимости; по результатам обработки и анализа данных будут подготовлены и заложены на борт необходимые программы и уставки для повторного включения маршевых двигателей;

  • 2011 г. 10 ноября — продолжение попыток установить связь с АМС:

осуществлено несколько безуспешных попыток установить связь с межпланетной станцией; попытки будут продолжены. Стало известно, что темпы снижения космического аппарата были завышены, и в настоящее время составляют примерно 2 км в сутки. Это значит, что у специалистов есть несколько недель на разрешение ситуации. Также хорошей новостью является то, что панели солнечных батарей аппарата раскрылись, и в настоящее время станция находится в постоянной солнечной ориентации.

 

План работ

  • 2012 г. 29 сентября — прибытие к Марсу:

торможение и выход на 3-суточную орбиту искусственного спутника Марса;
отделение МДУ;
отделение микроспутника Инхо-1 и раскрытие его солнечных батарей;
отделение перелётного модуля от переходной фермы;

  • 2013 г. февраль — прибытие к Фобосу:

сближение и посадка ПМ на Фобос (предполагаемое место посадки — см. фото);
взятие проб грунта;
отделение от ПМ и старт возвращаемого аппарата с Фобоса и выход на околомарсианскую орбиту;

  • 2013 г. сентябрь — отлёт ВА к Земле;
  • 2014 г. август — прибытие ВА к Земле:

отделение спускаемого аппарата (капсулы) от ВА;
вход СА в атмосферу Земли;
аэродинамическое торможение СА с 12 км/с до 30 м/с;
приземление СА на полигоне Сары-Шаган в Казахстане (арендован Россией);

Общее время экспедиции — 3 года. Масса доставляемого грунта — 100—200 грамм.

 

Устройство аппарата

Аппарат стартовой массой 13 200 кг состоит из маршевой двигательной установки, обеспечивающей выход на траекторию полёта к Марсу и торможение на орбите вокруг Марса, перелётного модуля сухой массой 590 кг и возвращаемого аппарата массой 215 кг. Центральным элементом, или каркасом, аппарата является восьмигранная призматическая конструкция перелётного модуля. На гранях призмы размещается бортовая служебная и научная аппаратура. Электропитание комплекса осуществляется от двух прикреплённых к перелётной ступени панелей солнечных батарей.

 

Научная аппаратура

Список научного оборудования:

Геофизические приборы

Комплекс газового хроматографа
Гамма-спектрометр
Нейтронный-спектрометр
Мёссбауэровский-спектрометр
Лазерный времяпролётный масс-спектрометр
Масс-спектрометр вторичных ионов
Гамма-спектрометр
Эшелле-спектрометр
Спектрометр «Люлин-Фобос»
Гравиметр
Сейсмометр
Термодетектор
Длинноволновый планетный радар
Детектор космической пыли

Плазменно-пылевые приборы
Плазменный комплекс
Детектор космической пыли

Небесно-механические приборы
Ультрастабильный осциллятор
Детектор положения Солнца

Служебные приборы КНА
Система информационного обеспечения КНА
Грунтозаборный комплекс
Телекамеры высокого разрешения

Астробиологические эксперименты
Эксперимент LIFE — межпланетный полёт живых организмов

Суммарная масса научной аппаратуры: 50 кг

 

Перспективы

На проекте «Фобос-Грунт» специалисты отработают все основные технологии для последующих экспедиций к Марсу, в том числе операции по посадке и забору грунта в условиях нулевой гравитации. На базе «Фобос-Грунт» впоследствии будет создана серия АМС: «Луна-Глоб», «Венера-Д», «Марс-НЭТ», «Апофис-П», «Апофис-Грунт». Также в продолжение программы «Биориск» планируется отправка микроорганизмов к Марсу с последующим возвращением их на Землю.

 

Стоимость

Стоимость проекта «Фобос-Грунт» — около 5 миллиардов рублей.
АМС «Фобос-Грунт» застрахована на сумму 1,2 млрд рублей.