«Фобос-Грунт»
Уже в российских реалиях, практически на последнем издыхании, отечественная космонавтика вложила весь свой энтузиазм и стремление к изучению космоса в новую программу: «Марс-96». Люди работали в тяжелых условиях, с многомесячными задержками невысоких зарплат. Как и «Фобосы», «Марс-96» был международным проектом, на его борту установили немало иностранных научных приборов. Но все чаяния инженеров и ученых распались где-то над Тихим океаном или Южной Америкой, когда разгонный блок не произвел второго включения для вывода аппарата на отлетную орбиту. На третьем витке вокруг Земли станция прекратила поддерживать связь с Землей, а четвертого уже не состоялось.
Потеря «Марса-96» тяжело ударила по космической отрасли и в особенности отразилась на НПО им. С.А. Лавочкина – главном предприятии СССР и России по межпланетной тематике и беспилотным научным комплексам. Именно тогда с завода и конструкторского бюро ушло немало специалистов, чья компетенция и опыт пригодились бы спустя 15 лет.
В условиях ограниченного финансирования отрасли российское космическое академическое сообщество наметило новую амбициозную цель для возвращения пошатнувшегося авторитета отечественной межпланетной космонавтики. И избрана была еще более сложная задача – добыча грунта с Фобоса. Научную составляющую проекта возложили на себя Институт космических исследований РАН и Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН. Совместно с российскими учеными в проекте приняли участие научные группы Франции, Германии, Голландии, Швейцарии, Италии, Швеции, Болгарии, Украины, Китая и США.
Фобос – это картофелеобразное космическое тело, вращающееся на высоте примерно 6 тысяч километров над поверхностью Марса в плоскости близкой к экваториальной. Несмотря на сходство с бесформенными астероидами, Фобос отличается от них плотностью, спектральными характеристиками и особенностями орбиты. Существует две основных гипотезы его возникновения: захват пролетающего астероида или выброс грунта с Марса в результате катастрофического столкновения. Ни одна из гипотез не находит полного подтверждения, исходя из имеющихся данных. В любом случае, ученые признают, что его реголит должен содержать как марсианскую породу, выброшенную в космос ударами астероидов по Марсу, так и древнее протовещество, из которого формировалась вся Солнечная система. Поэтому грунт Фобоса может рассказать об эволюции не только Марса, но и всех окрестных планет, в том числе Земли.
Задачу нашей космонавтики поставили сложную и сроки назвали близкие – 2003 год. Но станцию «Фобос-Грунт», как и всю космическую отрасль, преследовали общие проблемы: недофинансирование, постоянные изменения планов, переделки и полный пересмотр всей концепции. Накладывались также общий кризис высокотехнологичной промышленности и отсутствие отечественной современной электроники космического класса.
Сначала автоматическая межпланетная станция готовилась к старту со средней ракетой «Союз-2», и достижение Марса предполагалось при помощи электроракетной двигательной установки. В проекте «Фобос-Грунт» присутствовало требование – обеспечить не менее 20 % финансирования за счет привлечения коммерческих партнеров. Они нашлись в 2007 году в Китае. К и без того сложной автоматической межпланетной станции добавился попутный малый космический аппарат «Инхо-1». Проект пришлось серьезно переделывать. Электрический двигатель заменили на химический, разработав маршевую двигательную установку на базе созданного на НПО им. С.А. Лавочкина разгонного блока «Фрегат». Выведение на перелетную орбиту к Марсу серийным разгонным блоком было невозможно, так как аппарат требовал коррекции траектории во время перелета и торможения у Марса, поэтому были необходимы переделки бортового комплекса управления. Пуск перенесли на 2009 год. Ракета «Союз» уже оказалась мала для такой нагрузки, поэтому ее заменили на более мощный украинский носитель «Зенит-2». Обновленная масса превысила 13 тонн. За полгода до открытия пускового окна 2009 года, старт сдвинули до ноября 2011-го – из-за особенностей планетных орбит. На Марс с Земли легче всего лететь, если стартовать в течение одного месяца с периодом в два года.
Из-за постоянных переносов срока, переделок и недостаточного финансирования, многие выражали опасения по поводу успешности миссии. За месяц до старта на заседании Госдумы тогдашний глава Роскосмоса Владимир Поповкин пояснял, что сроки и так затянуты, и если не запустить аппарат в 2011-м, то лучше уже не пускать никогда, поскольку технологии постоянно устаревают, а опытные специалисты уходят. Вероятность успеха миссии, при условии пуска в 2011 году, посчитали в 93 %, и госкомиссия приняла решение о пуске, хотя были и более сдержанные оценки – в 22,5 %, но им не придали значения.
«Фобос-грунт» проектировался с учетом последних достижений техники: по модульной негерметичной многоступенчатой схеме. В перспективе, такая платформа рассматривалась как основа будущих космических программ от Меркурия до Юпитера. Компоновка позволяла широко варьировать состав полезной нагрузки, двигательную установку, менять назначение и программу будущих аппаратов. Таким образом, «Фобос-грунт» выполнял не только научные, но и технологические задачи, и должен был стать первой испытательной ласточкой целой армады российских межпланетных зондов, которые готовило НПО им. С.А. Лавочкина.
Программа полета предполагала выведение космического аппарата на опорную низкую околоземную орбиту с высшей точкой орбиты в 360 километров. Там он в автоматическом режиме должен был сориентироваться сначала по Солнцу, чтобы солнечные батареи начали питание бортовой сети, затем – по звездам, такая ориентация является более точной. Звездная ориентация позволила выдать маршевой двигательной установке первый импульс для выхода на переходную эллиптическую орбиту с высшей точкой 4162 километра. После первого импульса отбрасывался дополнительный топливный бак, и устанавливалась двусторонняя связь с Землей. До этого со станции на Землю предполагалась передача телеметрии, но никаких команд на аппарат передать было невозможно. Такое решение было вынужденным, из-за экономии массы решили отказаться от двусторонней связи на низкой околоземной орбите, а для передачи на аппарат – модернизировали только самые большие антенны Дальней космической связи России. Они могли вести передачу только с расстояния в несколько тысяч километров. Даже на переходной орбите не предполагалась никакая передача команд, если «Фобос-Грунт» летит по программе полета. Связью воспользовались бы, только если потребовалось внести навигационные поправки для перехода на отлетную траекторию к Марсу.
Перелет от Земли к Марсу кажется самым легким и простым этапом программы полета «Фобос-Грунт». Затем аппарату предстояло выйти на марсианскую орбиту, сбросить маршевую двигательную установку с тяжелым топливным баком, отделить соединительную ферму, высвободить из нее китайского «пассажира», и только потом приступить к сближению с Фобосом. После посадки на Фобосе ожидалась напряженная и сложная работа. Сбор грунта и отправка к Земле была лишь частью задачи. На поверхности оставалась долгоживущая станция для длительного изучения породы на местности и внешних условий. Место посадки выбрали такое, с которого никогда бы не было видно Марс – чтобы он не создавал лишней тени солнечным батареям. Возвратиться на Землю предстояло совсем небольшому модулю массой в 7 кг, который доставил бы 100–200 г инопланетного грунта. Вместе с ним вернулись бы образцы бактерий и других живых существ, впервые в истории совершившие межпланетный перелет.
К сожалению, ничего из намеченной программы выполнено не было. Никто не ожидал, что полет «Фобос-Грунта» с пугающими подробностями повторит печальный опыт своего предшественника – «Марс-96», отличаясь только длительностью полета и ускользающим шансом спасти миссию.
Ночью 9 ноября 2011 года ракета-носитель «Зенит-2SБ» вывела «Фобос-Грунт» на опорную орбиту. Через 2,5 часа ожидалось первое включение маршевой двигательной установки. После старта ракеты космический аппарат скрылся из пределов видимости российских станций, но иностранные станции подтвердили прием телеметрии и построение солнечной ориентации – выполнение программы полета началось успешно.
Оставалось дождаться включения маршевой двигательной установки. Институт космических исследований даже разместил обращение к астрономам-любителям мира – посмотреть в телескоп на полет «Фобос-Грунта» и подтвердить вспышку запущенного двигателя. Но вспышки так никто и не дождался. Двигатели молчали, станция молчала, хотя продолжала держаться солнечными батареями к Солнцу.
На следующих витках еще удавалось поймать телеметрию с бортового передатчика. Инженеры и программисты по скупым цифрам пытались понять причины сбоя, писали программу повторного запуска двигательной установки, но на вторые сутки после старта прекратилась и передача телеметрии. В это же время начались первые попытки передачи на борт обновленного набора команд. Российским специалистам предложили свою помощь европейские ученые: они подключили свою наземную станцию космической связи в Австралии.
Хотя причины сбоя пока никто не понимал, решающее значение имела возможность приема данных с Земли на борт. «Фобос-Грунт» был еще жив и ждал новых команд, но не мог их получить. Остронаправленная антенна, которая должна была развернуться на российские станции космической связи с расстояния 4-х тысяч километров, оказалась практически неспособна поддерживать связь с высоты 300 километров. Спутник летел слишком быстро относительно поверхности Земли, и узкий «луч» диаграммы направленности антенны безвольно скользил по ней, не имея возможности остановиться, чтобы принять новые команды. Тяжелые многометровые антенны Дальней космической связи не успевали следить за быстро проносящейся по небу станцией, а мощность их передатчиков могла просто сжечь приемник «Фобоса-Грунта» с близкого расстояния.