14 ноября 1971 года американская автоматическая межпланетная станция Mariner 9, обогнав по пути к Марсу советский «Марс-2», впервые в мире вышла на орбиту вокруг другой планеты. Это достижение стало новым подтверждением того, что США теперь обгоняют СССР почти по всем фронтам в космической гонке.
Марсианской гонке предшествовала гонка лунная. Как известно, первым аппаратом, вышедшим на окололунную орбиту, стала советская «Луна-10» в апреле 1966 года. Первым искусственным объектом, запущенным к Луне, пусть и не попавшим в цель из-за ошибки в циклограмме полета и прошедшим в 6 тыс. км от поверхности, стала «Луна-1» 4 января 1959 года; а первый снимок обратной стороны Луны, пусть и довольно некачественный, получила «Луна-3», запущенная 4 октября 1959 года. Первую мягкую посадку на Луну совершила также советская «Луна-9» 31 января 1966 года, ну а дальше пальма первенства перешла к американцам, осуществившим первый пилотируемый полет к Луне на «Аполлоне-8» 21 декабря 1968 года и в дальнейшем высаживавшимся на естественный спутник Земли шесть раз.
СССР первым стал запускать аппараты к Марсу, и началось это еще в конце 1960 года, хотя и шло тогда довольно неудачно — первые три марсианских аппарата так и не покинули земной орбиты, а четвертый, получивший наконец наименование «Марс-1» и полетевший в направлении Марса, из-за отказа системы ориентации — обнаружилась течь в микродвигателях — был потерян в пути и совершил неуправляемый пролет на расстоянии примерно 193 тыс. км от планеты.
Первому с пролетной траектории удалось исследовать Марс и передать его фотографии американскому аппарату — 14-15 июля 1965 года Mariner 4 сделал снимки этой планеты с близкого расстояния.
Ему предшествовал неудачный запуск 5 ноября 1964 года Mariner 3, у которого не отделился защитный обтекатель — и из-за лишнего веса этого обтекателя аппарат не достиг скорости, необходимой для выхода на траекторию полета к Марсу, а кроме того, не могли раскрыться его солнечные панели. И Mariner 4, с которым связан первый успех, был копией этого предыдущего аппарата, запущенной спустя 23 дня.
Затем также с пролетных траекторий Марс исследовали два аппарата третьего поколения «Маринеров» — Mariner 6 и Mariner 7 летом 1969 года. В них, в отличие от предыдущих аппаратов, использовалось большое количество интегральных схем, иначе бы они весили в два с лишним раза больше (не 411,8 кг, а более тонны). Это пролеты случились сразу же вслед за триумфальной высадкой «Аполлона-11» на Луну, к тому же они фактически лишь повторяли основное достижение Mariner 4, так что вряд ли к ним в мире было приковано слишком большое внимание.
Подробности подготовки советского «штурма» Марса в то время содержатся в беседе с академиком Михаилом Маровым, одним из разработчиков советских марсианских и венерианских проектов, на РИА «Новости». «Советским ученым было известно, что американцы во время следующего сближения двух планет предпримут новую попытку отправить зонды к Марсу. В июне 1967 года, всего за 20 месяцев до старта, началась разработка новых аппаратов проекта М-69. Разработка велась в крайне напряженных условиях. Чтобы успеть вовремя, инженеры работали круглосуточно (как и столовая) и спали на раскладушках прямо на рабочем месте». Советские марсианские аппараты третьего поколения должны были впервые выйти на околомарсианскую орбиту, однако оба запуска в 1969 году закончились неудачей из-за аварии ракеты-носителя.
Между тем на орбиту вокруг Марса не вышли и американские аппараты (они и не планировали это делать), и Советский Союз продолжал накапливать силы для того, чтобы достичь реванша в марсианском направлении при следующем сближении с Марсом. Оставалась, впрочем, еще и Венера, и советская автоматическая межпланетная станция «Венера-7» впервые передала научные данные после мягкой посадки на эту негостеприимную планету 15 декабря 1970 года, а за ней последовал еще целый ряд успешных советских аппаратов. Садиться на Венеру в определенном смысле оказалось проще, поскольку у нее была плотная атмосфера, и можно было воспользоваться небольшими парашютами. Но Марс оставался малоисследованным и ждал своих первооткрывателей.
Для Марса в СССР к 1971 году были созданы космические аппараты четвертого поколения — «Марс-2» и «Марс-3», дублировавшие друг друга. Каждая такая автоматическая межпланетная станция состояла из орбитального аппарата, спускаемой ступени и небольшого марсохода ПрОП-М, передвигавшегося «ползком». На самом деле был еще и третий похожий аппарат, попроще, который не нес с собой спускаемого аппарата, но тоже должен был исследовать Марс с околомарсианской орбиты. Его запуск состоялся 10 мая 1971 года, однако, уже находясь на низкой околоземной орбите, эта станция не смогла перейти на траекторию полета к Марсу, так как в бортовую ЭВМ ввели ошибочное время включения двигателя разгонного блока «Д» — с большим запозданием. Через два дня после старта аппарат вошел в плотные слои атмосферы и сгорел, поэтому его в сообщении ТАСС объявили просто спутником «Космос-419», а в историю он вошел под условным обозначением «Марс 1971C».
Возможно, если бы не эта неудача, то по крайней мере еще одно важное достижение — первый выход на орбиту возле другой планеты — осталось бы за Советским Союзом. Тем не менее вслед за «Марсом 1971C» с Байконура стартовали «Марс-2» — 19 мая 1971 года, — а затем «Марс-3» — 28 мая. Mariner 9 был запущен с мыса Канаверал ракетой-носителем Atlas-Centaur позже советских аппаратов — поздним вечером 30 мая. Однако в пути он их обогнал и прибыл к Марсу 14 ноября. Ни спускаемой ступени, ни марсоходов на Mariner 9 не было. И его старту предшествовал еще неудачный запуск его близнеца — Mariner 8, который упал в Атлантический океан 8 мая, еще до старта советских экспедиций. Так что гонка к Марсу с самого начала была полна драматических моментов. «Марс-2» — первый советский аппарат, вышедший на околомарсианскую орбиту, — прибыл туда через шесть с небольшим месяцев полета, но спустя две недели после Mariner 9, которому хватило на это меньше шести месяцев. Это случилось 27 ноября. Ну а «Марс-3» опоздал еще больше — он был там лишь 2 декабря 1971 года.
На этом драматические события не завершились, и интрига еще сохранялась, ведь высадка на Марс советских аппаратов и работа марсоходов была бы гораздо более громким событием, чем первый выход на околомарсианскую орбиту. Mariner 9 при этом не только не нес с собой посадочную ступень, его набор инструментов вообще практически не отличался от аппаратов предыдущего поколения — Mariner 6 и 7. Однако при этом из-за необходимости управления космическим кораблем на марсианской орбите его пришлось снабдить гораздо более крупной двигательной установкой — таким образом, он весил больше, чем Mariners 6 и 7 вместе взятые. А советские «Марсы» превосходили его по массе еще в несколько раз. Впрочем, из-за отставания СССР в электронике и получении качественных снимков, советским инженерам больший упор пришлось делать все же на другие инструменты.
Сильно подводила марсианская погода. Еще 22 сентября началась большая пылевая буря, крупнейшая из когда-либо наблюдавшихся, которая особенно разбушевалась в южном полушарии, со временем полностью скрыв южную полярную шапку.
Прекратилась эта буря лишь к середине января 1972 года, заставив законсервировать на время часть бесполезных научных приборов. Буря, конечно, затрудняла научные исследования Mariner 9 и советских «Марсов», однако особенно неудачным оказалось то, что в эту самую бурю пришлось сажать спускаемые аппараты «Марс-2» и «Марс-3». Спускаемый аппарат «Марса-2», отстыкованный при подлете к планете, вошел в марсианскую атмосферу под слишком крутым углом, из-за чего не смог как следует затормозить своим коническим корпусом и парашютом и разбился о поверхность планеты в районе долины Нанеди на Земле Ксанфа. Угол входа в атмосферу должен был соблюдаться с точностью до 5°, при меньшем угле аппарат рикошетил от атмосферы и уходил в космос, при большем — не хватало времени для раскрытия парашюта. Таким образом, он стал первым в мире спускаемым аппаратом, достигшим марсианской поверхности, и первым рукотворным объектом на этой планете, однако запланированной мягкой посадки не вышло.
Спускаемому аппарату «Марса-3» пятью днями спустя повезло больше. Ему удалось осуществить первую в мире мягкую посадку на Марс — единственную в советской истории. Через 1,5 минуты после посадки началась передача данных — круговой панорамы марсианской поверхности, однако радость разработчиков быстро сменилась разочарованием — передача прекратилась через 14 секунд и больше уже не возобновлялась. В переданных строках фототелевизионного сигнала не содержалось никакой полезной информации. Возможно, сам аппарат повредился при посадке или его антенну повредила пылевая буря — какой-нибудь электроразряд в атмосфере, насыщенной электричеством. Мог также выйти из строя аккумулятор, однако подлинные причины неудачи так и остались невыясненными.
В результате научная программа осталась полностью невыполненной, и даже создатели китайского марсохода «Чжужун», начавшего исследования Марса в мае 2021 года, игнорируют достижения СССР 1971 года и считают Китай второй страной после США, осуществившей посадку на Марс. Так что от тех драматических событий осталось лишь одно существенное достижение, и оно однозначно принадлежит американцам — первый выход на околомарсианскую орбиту.
Все последующие советские спускаемые аппараты, посылаемые на Марс до середины 1970-х, неизменно либо разбивались, либо пролетали мимо планеты, либо даже не достигали марсианской орбиты. Когда в июле и сентябре 1976 года на Марс высадились американские спускаемые аппараты Viking 1 и Viking 2, работавшие затем до августа и апреля 1980 года, вопрос с приоритетом по высадке на Марс для СССР был окончательно закрыт, и советские инженеры сосредоточились на исследованиях Фобоса, которые, впрочем, тоже оказались неудачными.
«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», — рассказывал академик Маров «Газете.Ru».
Орбитальные станции «Марс-2» и «Марс-3», сумевшие проработать восемь месяцев и дождаться окончания марсианской бури, постигла еще одна большая неудача. Разработчики фототелевизионной установки выбрали неправильные выдержки, и все снимки оказывались пересвеченными, непригодными для использования. Поэтому в конце концов пришлось ограничиться проведением радиометрических и фотометрических исследований, изучением состава атмосферы и грунта в инфракрасных лучах, а также измерением магнитного поля.
Компьютер Mariner 9 был перепрограммирован с Земли так, чтобы отложить получение изображений поверхности на пару месяцев, пока не осядет пыль. Четкие фотографии поверхности начали получать с середины января 1972 года.
«Когда через несколько недель осела пыль, первые четкие фотографии Mariner 9 вызвали большой энтузиазм, — вспоминает Эрнст Хаубер, геолог-планетолог из Германского центра авиации и космонавтики в Берлине. — Революционным стало то, что в них увидели наличие признаков воды на Марсе, возродились даже надежды на то, что планета может оказаться потенциально благоприятной для жизни — в контраст тому, что нам ранее показывали изображения, полученные с Mariner 4, 6 и 7».
За год работы на марсианской орбите Mariner 9 передал больше семи тысяч изображений, покрывающих 85% поверхности Марса с относительно близкой дистанции, тогда как предыдущие пролетные миссии дали менее тысячи изображений с большей дистанции, покрывающих лишь небольшую часть поверхности планеты. На снимках обнаружились русла высохших рек, кратеры, каньоны, потухшие вулканы — в том числе крупнейший в Солнечной системе вулкан Олимп высотой 24 км. Были найдены свидетельства ветровой и водной эрозии, речных отложений, погодных фронтов, туманов и многое другое. Были также сфотографированы спутники Марса Фобос и Деймос. Результаты миссии Mariner 9 легли в основу разработки программы для «Викингов». Огромная система каньонов Валлес Маринерис (Valles Marineris) названа как раз в честь достижений Mariner 9.
После исчерпания запаса топлива для системы ориентации аппарат был выключен 27 октября 1972 года и остался на околомарсианской орбите. Ожидается, что рано или поздно он сгорит в марсианской атмосфере либо врежется в поверхность планеты.