2 декабря 1971 года произошла первая в мире и единственная в советской космонавтике мягкая посадка спускаемого аппарата на Марс. На поверхности планеты оказался спускаемый аппарат автоматической межпланетной станции «Марс-3». Ее предназначением было исследовать Марс как с орбиты, так и непосредственно с поверхности.
Станция состояла из искусственного спутника и спускаемого аппарата с автоматической марсианской станцией, в состав которой входил марсоход ПрОП-М («Прибор оценки проходимости — Марс»), представитель первой в мире линейки марсоходов. Второй такой же марсоход использовался на станции «Марс-2», спускаемый аппарат которой разбился при посадке.
«Марс-3» был запущен с космодрома Байконур 28 мая 1971 года.
Полет продолжался более полугода. Несмотря на то что ко времени прилета станции к планете началась большая пылевая буря, посадка прошла успешно. Спускаемый аппарат отделился от станции в 12.14 мск, после чего станция перешла на орбиту спутника Марса, где провела следующие 8 месяцев, а спускаемый аппарат направился к поверхности планеты.
От разделения до входа в атмосферу прошло около 4,5 часа. После входа началось аэродинамическое торможение аппарата, и, когда он затормозился до околозвуковой скорости, произошло раскрытие парашюта.
За 20–30 метров до поверхности парашют был уведен в сторону с помощью ракетного двигателя, чтобы не накрыть станцию, и включился тормозной двигатель мягкой посадки. От ударной нагрузки при соприкосновении с поверхностью планеты «Марс-3» защитило толстое пенопластовое покрытие.
Однако из-за пылевой бури связь со спускаемым аппаратом продлилась всего 20 секунд.
За это время удалось передать лишь фрагмент снимка, который был бесполезен в исследовательских целях. Станция же исправно совершила 20 витков вокруг планеты. 23 августа 1972 года ТАСС сообщил о завершении программы исследований Марса.
Советские «Марсы»
«Марсу-2» — предшественнику «Марса-3» — повезло еще меньше. Станция обладала теми же техническими характеристиками, и ее полет проходил по той же схеме, но перед отделением спускаемого аппарата тот получил неверные установки из-за ошибки бортовой ЭВМ. В итоге он вошел в атмосферу под слишком большим углом и не успел затормозить на этапе аэродинамического спуска. Парашют в этой ситуации оказался бесполезным, и спускаемый аппарат разбился о поверхность Марса.
Он стал первым известным искусственным предметом на планете.
Орбитальная станция тем временем успешно вышла на орбиту и находилась там, как и вторая, до 23 августа 1972 года.
В 1974 году к Марсу было отправлено еще несколько советских станций, в том числе и «Марс-6», спускаемый аппарат которого должен был передавать данные непосредственно с поверхности планеты. Однако и эта попытка не увенчалась успехом — несмотря на верные расчеты, аппарат все же разбился. Однозначно определить причину этого не удалось — возможно, неудача оказалась вызвана превышением амплитуды колебаний аппарата в момент включения двигателей мягкой посадки из-за воздействия марсианской бури или отказом радиокомплекса.
Тем не менее до крушения аппарат успел передать данные о химическом составе атмосферы Марса, давлении, температуре.
Это были первые в мире данные о марсианской атмосфере.
Вслед за СССР на Марс стали отправлять космические аппараты США. В 1976 году станции Viking 1 и Viking 2 успешно сели на поверхность и выполнили запланированные исследования. В аппаратах для смягчения удара при посадке использовались три посадочные опоры с амортизаторами из алюминия. Viking 2 проработал до 1980 года, когда разрядились его аккумуляторы, первый поддерживал связь до 1982 года.
Следующий запуск был осуществлен только в 1997 году и снова США. Аппарат Mars Pathfinder успешно сел с помощью парашюта и амортизационных баллонов — подушек с воздухом, которые постепенно сдувались после посадки, — и в течение нескольких месяцев передавал данные на Землю.
В числе других успешных запусков США — аппараты Spirit, Opportunity, Phoenix, Curiosity. Opportunity и Curiosity передают информацию на Землю до сих пор.
Кроме СССР и США космический аппарат на Марс запустила Великобритания. Посадка Beagle 2 прошла успешно, но у него не раскрылись до конца солнечные батареи. Они закрыли антенну, и аппарат не смог выйти на связь.
Крушением обернулся в этом году запуск спускаемого аппарата Schiaparelli, осуществленный в рамках космической программы ExoMars, проводимой российской государственной корпорацией «Роскосмос» совместно с Европейским космическим агентством. Успешно отделившись 16 октября от орбитального модуля Trace Gas Orbiter (TGO), аппарат вошел в атмосферу Марса, но во время спуска сигнал от аппарата прервался.
Вскоре стало ясно, что Schiaparelli разбился о поверхность планеты.
Причиной гибели аппарата стал технический сбой, в результате которого оказалась неверно рассчитана высота и в итоге аппарат совершил свободное падение с высоты в 2–4 км.
Посадка на Марс заметно отличается от посадки на другие исследуемые небесные тела. Так, например, на Луне нет атмосферы, что обеспечивает прекрасную видимость, и гравитация ниже земной. У Венеры очень плотная атмосфера, это способствует мягкой посадке и эффективной работе парашютов. Правда, ее кислотность оборачивается серьезными трудностями для пребывания аппарата на планете, равно как и высокая температура.
На Марсе же атмосфера сильно разрежена, ее плотности не хватает для эффективного торможения. Кроме того, на Марсе случаются пыльные бури, на месяцы окутывающие планету.
Следующий отечественный запуск космического аппарата будет осуществлен в июле 2020 года, также в рамках программы ExoMars. «Роскосмос» предоставит ракету-носитель, спускаемый аппарат и поверхностную платформу, которая после посадки останется на месте и будет проводить исследования окружающей поверхности вокруг себя в течение земного года.
«Кто-то на Марсе сидит и не пускает»
Как запускались советские марсианские миссии, «Газете.Ru» рассказал их непосредственный участник, принимавший участие и в обеспечении первой мягкой посадки «Марса-3», академик Михаил Маров — заведующий отделом планетных исследований и космохимии Института геохимии и аналитической химии РАН.
«С Марсом нам не везло, и одним из коллег был выдвинут тезис, что кто-то на Марсе сидит и нам препятствует. Это шутка, но у нас действительно была лишь одна успешная посадка, которая, к сожалению, происходила в период очень мощной глобальной пылевой бури. С одной стороны, аппарат совершенно не был рассчитан на боковые перемещения. С другой стороны, и мы это воспроизводили с профессором Селивановым в лаборатории, могла очень сильно повлиять электризация антенн и последовавший разряд.
В результате только мы начали передавать телевизионную картинку, как связь прервалась через 20 секунд. Американцы долго это замалчивали, но года три назад мой американский коллега, работавший тогда в Лаборатории реактивного движения, сказал мне:
«Да, мы совершенно точно принимали ваш сигнал с Марса».
Но признать факт нашей первой мягкой посадки на Марс они, конечно, не хотели и замолчали это. А наши средства массовой информации не очень это оценили, хотя это, конечно, было очень крупное достижение. Я пропадал тогда очень подолгу в НПО Лавочкина и самым тесным образом сотрудничал с разработчиком сценария посадки и всех систем Михаилом Рождественским.
Мы проводили имитационные эксперименты с поднятием аппарата на вертолете и имитации всего хода посадки с последовательным выходом парашютов и работой тормозных двигателей непосредственно у поверхности. Задача эта — архисложная, то, что наши конструкторы все это успели сделать буквально на кончике пера, — вызывает восхищение. То, что посадка на Марс очень сложная, в очередной раз показала неудача с аппаратом Schiaparelli, которая произошла почти полвека спустя и тоже из-за сбоя программного обеспечения.
«Марс-6» был еще одной попыткой посадки на Марс в 1973 году. К сожалению, аппарат не совершил мягкую посадку, но в отличие от «Марса-3» во время спуска он измерял напрямую параметры атмосферы. Это тоже было сделано впервые. Конечно, я испытываю удовлетворение от того, что мои приборы там стояли и эти работы нами, с коллегами, были выполнены. Аппарат проводил измерения вплоть до самой поверхности, но почему-то «примарсианивание» произошло при более высокой скорости, чем рассчитывали.
Еще был «Марс-7», но он совершил неудачный маневр и просто ушел из поля притяжения планеты.
А «Марс-5» вышел на околомарсианскую орбиту и эффективно работал примерно в течение трех месяцев, передавая весьма ценную информацию о планете. Общая беда — работа наших радиоэлектронных устройств. Была слаба электронная база, с этим связан целый ряд отказов, не только первых марсианских аппаратов, такая же судьба была у аппаратов «Фобос».
В 1988 году были запущены два аппарата, один был потерян по глупости — ошибка в программном управлении. Второй должен был сблизиться со спутником Фобос, но в процессе сближения произошел отказ бортового компьютера, аппарат был потерян, и задачу мы не выполнили.
То, что при посадке на Марс нужна комбинация парашютов и тормозных двигателей, ни у кого сомнения не вызывало. Так же как и то, что аппарат должен быть оснащен радиолокатором, который отслеживает высоту до поверхности и регулирует весь сценарий.
Весь вопрос в исполнении. Американцам везло гораздо больше… Великолепным достижением NASA стала посадка марсохода Curiosity, который при снижении мог отслеживать горизонтальные перемещения… Кстати, сажать аппарат при помощи амортизационных баллонов, как это делал марсоход Pathfinder в 1997 году, было идеей советских конструкторов».