Место посадки марс 3

Обновлено: 05.10.2024

Честное слово, это почти случайно получилось, что такая новость пришла к началу апреля и Дню космонавтики. Сегодня я расскажу о том, как история, которая началась и оборвалась более 40 лет назад, внезапно получила продолжение в наши дни. О том, как простой юзернейм вконтакта, в своем интересе к Марсу дошел до NASA. О том, что международная солидарность ученых — не пустой звук. И о том, что космос ближе, чем кажется.

И мы нашли его! Прямо на Марсе, на дне гигантского кратера Птолемея, среди безжизненных пустошей и валунов.

О том, как мы это сделали, сегодняшний рассказ.

Началось все на Хабре…

Наш аппарат, который совершил феноменальную, первую в истории успешную посадку на Марс 40 с лишним лет назад! Он доказал, что это реально, причем проделал это практически в той же последовательности, в которой в 2012 году американцы посадили Curiosity. В общем, посмотрите сами:

(Обожаю это видео. Могли ведь и корабль запустить, и кино снять)

Итак, Марс-3 сел успешно — это известно точно, т.к. он начал радиопередачу, а она невозможна без раскрывшихся антенн. Но через 14 секунд радиопередача оборвалась, оставив для конструкторов головоломку о причинах отключения, а энтузиастам космонавтики и фотошопа — первую в истории фотографию Марса.

Что только с ней не делали, какие фильтры не накладывали, лишь бы подыграть своему воображению и рассмотреть на ней линию горизонта, горные склоны и марсианские облака или клубы пыли от бушевавшей тогда бури.

Но вся хитрость в том, что это часть фотопанорамы, и для просмотра в том ракурсе, в котором снимала камера, этот кадр надо повернуть на 90 градусов. По замыслам конструкторов, фотография должна была получиться вот такого плана:

(Это кадр с Луны-9, у которой с Марсом-3 очень много общего)

Т.е. если наложить одно на другое, то это будет выглядеть так:

В общем, ценной информации с поверхности передано не было, первый марсоход так и не ступил на поверхность Марса, т.к. крепился к верхней части модуля, но психологическая победа была достигнута — посадили первыми свой аппарат на другую планету! Причину отключения так и не определили. Кто-то предполагает коронный разряд в антеннах и грешит на бурю, кто-то подозревает аккумулятор. В общем, будущим поселенцам будет чем заняться.

Обратившись к сайту HiRise, я обнаружил только снимок 2007 под названием Center of Soviet Mars 3 Landing Ellipse. Это было для меня открытием, поскольку я так был уверен во всемогуществе NASA и HIRise, что ожидал увидеть точное указание, где стоит наша станция. Беглый поиск в сети тоже не дал результата. Т.е. было очевидно, что Марс-3 так и не найден. Я скачал полноформатный снимок (1,3 гб), открыл его и понял, почему за 5 лет так никто и не отыскал станцию.

Представьте себе поиск на прямоугольнике 6 на 20 километров округлого объекта шириной 1,5 метра. Знаю, многие сейчас подумали, что надо было написать программу, которая сама бы искала станцию. Но думаю, такой поиск невозможен, пока не создан искусственный интеллект. Да, программа могла бы выделить интересные валуны соответствующего размера.

Но там таких объектов — тысячи, поскольку рядом кратер, из которого веером разлеталась порода.

2 млрд. пикселей, среди которых надо найти объект 8 на 8 пикселей.
Вот фрагмент в оригинальную величину:

Посмотрел я на объемы работы и понял, что без коллективного разума тут не обойтись. К тому времени в группе ВК "Curiosity — марсоход" было уже около 4 тыс. человек, и я предложил подписчикам космическо-патриотический квест: найти Марс-3. Для этого я разрезал большую фотографию на 20 полосок, загрузил их в сеть и предложил всем желающим принять участие в поисках. Отозвалось более десятка энтузиастов, они принялись просматривать фрагменты и загружать в отдельный альбом наиболее интересные находки. Было найдено немало любопытного, но точного совпадения не показал никто:

Но мы закончили просмотр всего поля снимка, а самого Марса-3 так и не нашли. Для проверки я расположил все интересные находки на карте малого масштаба, чтобы понять, есть ли какая-либо связь между ними. И почти все мимо. Относительно совпал только парашют и тормозной конус, но я тогда не придал этому значения.

(Масштаб уменьшен.).

Тут снова помог Фил Стук. Он посмотрел мою находку, согласился, что она очень интересна, и посоветовал выделить в окрестностях еще несколько объектов, которые по размеру и форме похожи на спускаемый модуль. Это нужно было сделать для того, чтобы показать, что моя находка — самая убедительная.

Я это сделал, и получилась вот такая простыня:

(Кликабельно. 1 мб)

Точнее, их было две, но я думаю, что для примера и одной достаточно. Под первым номером идет сам Марс-3 (самый убедительный кандидат). Конечно, данная выборка не совсем репрезентативная, поскольку она составлялась, уже когда я знал правильный ответ, но я старался отбирать самые похожие. К счастью больших куч камней, как на фото выше, в секторе поиска не было.

Но это лишь один аргумент в пользу моей находки. Необходимо было найти более убедительные доказательства, но сделать их своими силами я уже не мог. Необходимо было сделать повторный снимок местности в другое время суток, чтобы по характеру изменения тени определить форму объектов. Необходимо было получить информацию о длине троса, который соединял парашютный контейнер и двигатель мягкой посадки. Последний момент мог не только подтвердить, но и опровергнуть мою догадку, что хорошо согласуется с критерием Поппера, которому должны соответствовать все научные теории. Длина, которая наблюдается на снимке соответствует 4,8 метра. Если бы обнаружилось расхождение хотя бы в метр, то о чести первооткрывателя можно было забыть.

Тут возникает вопрос: как тонкий трос мог быть заметен на снимках с детализацией 25 см на пиксель?
Если взглянуть на фотографию Opportunity, то можно увидеть тень от его мачты.

Хотя в реальности ее толщина не превышает 15 см:

Т.е. HiRise видит даже то, что видеть не должен.

Впрочем даже 15 см трос себе трудно представить в этой роли, но я полагал, что вдоль него могло намести песка, и мы видим не трос, а небольшую гряду, которая вдоль него возникла под действием ветра. Дальнейшее исследование показало, что даже в таких предположениях нет необходимости.

HiRise снимал этот участок лишь однажды, а информации по длине троса в немногочисленных открытых источниках нет. Самый информативный источник — книга "Трудная дорога к Марсу" В.Г. Перминова (к слову издана на средства NASA и на английском языке). Но и там нужной информации не нашлось.

Поэтому я обратился к профессору заведующему лабораторией сравнительной планетологии Института геохимии и аналитической химии имени В.И.Вернадского (ГЕОХИ) Александру Базилевскому. Он упоминался на Википедии в статье о Луноходе-2, поэтому я подумал, что ему будет интересна и марсианская тема. Сначала он был скептичен: "нужна аргументация — почему Вы думаете, что этот объект есть то, что Вы думаете. Аргументация, которую использовала одна моя знакомая: Слепец, кто этого не видит, — здесь не проходит".

Для меня в этом деле наступило затишье: HiRise бороздит околомарсианские просторы, Владимир — просторы НПО Лавочкина.

Пытаясь вытянуть хоть какую-то информацию из доступной фотографии, я высчитал высоту предполагаемого модуля, исходя из длины тени и угла освещения. Получилось 78 см. Реальная высота Марса-3 — 75 см (соотношение высоты к ширине в разложенном состоянии 1/2). Маленький аргумент в плюс, но главные доказательства приходилось ждать.

Шли недели, близился апрель.

Первые вести пришли с нашей стороны, от Владимира: "Цепи, соединяющие РДТТ мягкой посадки с парашютным контейнером, имеют длину 4,52 метра."

Bingo! 4,8 на Марсе, 4,5 в чертежах. Погрешность в пределах 1,5 пикселя. Тем более видимые 0,3 м как раз подходят для двигателя. Это был просто великолепный подарок. Мы поспешили поделиться им с американцами, а в ответ получили не менее положительную весть: We have a new image and are working on special noise removal and sharpening of both images.

Через несколько дней прислали и готовый результат:

(Кликабельно. 3 мб)

К слову, снимок, который они получили, по качеству ниже чем кадр 2007 года, из-за более высокого количества пыли в атмосфере, зато цветное поле камеры захватило сам модуль. Впрочем, никакой цветовой информации это нам не дало, т.к. если он и был выкрашен в какой-либо цвет, то краска обесцветилась бы под ультрафиолетовыми лучами, а поверхность покрылась слоем пыли.

Новые снимки выглядят бледнее еще и потому, что солнце более высоко в зените, тени короче и все кажется более плоским.

Потом мы еще неделю согласовывали пресс-релиз. Это, кстати, еще подчеркивает этичность NASA — они могли спокойно от себя написать, хотя бы и с упоминанием нас. Впрочем, возможно, это просто международные принципы сотрудничества. К сожалению, они не смогли разместить имена всех, кто помогал мне в поисках на сайте NASA, но сделали это на сайте NASA JPL.

Результат нашей деятельности, поисков, доказательств и архивных раскопок — на сайте NASA.

А теперь о деле: Марс-6 еще не найден!

Я хотел бы предложить читателям сделать свой вклад в историю отечественной космонавтики. Можно было бы ринуться толпой на сайт Hirise, пересмотреть снимки и найти что-нибудь подходящее. Но более эффективно, с точки зрения популяризации, было бы сделать приложение на Android и iOs, которое позволяло бы просматривать отдельные фрагменты снимков и выделять наиболее интересные участки. Что-то вроде проекта "Четвертая Планета". И куда как не на Хабр обращаться с такой идей? Я прикинул, что один снимок 25Кпикс на 80Кпикс даст 8333 фрагментов 600х400пикс. А для Марса-6 таких кадров сделано несколько, так что хватит надолго. Думаю, если сделать такое приложение, то оно пригодится и для поисков американского Mars Polar Lander и европейского Beagle 2.

И, да, ничего этого не было бы, если б не мои работодатели, которые позвали на Марс и закрывали глаза на рабочее время которое я проводил уткнувшись в серое поле снимка HiRise.

"Марс-3" — одна из трех советских автоматических межпланетных станций (АМС) серии М-71, созданных Научно-производственным объединением им. С.А. Лавочкина.

АМС "Марс-3" была предназначена для исследования планеты Марс и околопланетного пространства с помощью доставляемого на поверхность планеты посадочного аппарата, а также орбитального аппарата, выполняющего функции искусственного спутника планеты.

В состав межпланетной станции входили орбитальный отсек и спускаемый аппарат. Основу орбитальной станции составлял блок баков главной двигательной установки, солнечные батареи, параболическая антенна, радиаторы системы терморегуляции, приборный отсек с вычислительным комплексом и корректирующий реактивный двигатель с агрегатами автоматики. Система управления была разработана и изготовлена Научно-исследовательским институтом автоматики и приборостроения (ныне Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина).

На борту орбитальной станции также была установлена научная аппаратура "Стерео" для проведения совместного советско-французского эксперимента по изучению радиоизлучения Солнца.

Спускаемый аппарат — автоматическая марсианская станция (АМС), оборудованная системами и устройствами, обеспечивающими отделение аппарата от орбитального отсека, переход его на траекторию сближения с планетой, торможение, спуск в атмосфере и мягкую посадку на поверхность Марса. Он представлял собой сферу, закрытую коническим аэродинамическим щитком. Сверху был закреплен приборно-парашютный отсек, включавший в себя сам парашют, систему торможения и научную аппаратуру, позволяющую осуществлять автономную навигацию.

В спускаемом аппарате была установлена аппаратура для измерения температуры и давления атмосферы, масс-спектрометрического определения химического состава атмосферы, измерения скорости ветра, определения химического состава и физико-механических свойств поверхностного слоя, а также для получения панорамы с помощью телевизионных камер.

Для определения физико-механических свойств грунта на борту спускаемого аппарата был установлен прибор ПрОП-М (прибор оценки проходимости — Марс), представляющий собой маленький, шагающий марсоход, управляемый по проводам.

Марсоход, весивший 4,5 килограмма, должен был высадиться на Марс и пройти лишь небольшое расстояние, оставаясь соединенным с посадочным аппаратом кабелем длиной 15 метров. Свойства марсианского грунта были неизвестны, поэтому, чтобы не провалиться в пыль или песок, у робота были сделаны стальные опоры в виде лыж. На нем был установлен конический штамп, вдавливание которого в грунт дало бы сведения о прочности марсианской поверхности. По следам от лыж, зафиксированным на телевизионной панораме, также можно было бы судить о механических свойствах грунта. На грунт, в область видимости телекамер, его помещал манипулятор.

28 мая 1971 года АМС "Марс-3" была запущена с космодрома Байконур при помощи ракеты-носителя Протон-К с дополнительной четвертой ступенью — разгонным блоком Д. Станция была сначала выведена на промежуточную орбиту искусственного спутника Земли, а затем разгонным блоком Д переведена на межпланетную траекторию. Полет к Марсу продолжался более шести месяцев. До момента сближения с Марсом он проходил по программе.

Прилет станции к планете совпал с большой пылевой бурей.

После трех коррекций траектории движения произошло отделение спускаемого аппарата от орбитальной станции. Спускаемый аппарат вошел в атмосферу Марса под углом близким к расчетному со скоростью около шести километров в секунду. Затем за счет аэродинамического торможения он уменьшил скорость, открыл парашют. Одновременно был сброшен аэродинамический конус и открылись антенны радиовысотомера системы мягкой посадки.

На высоте 20-30 метров по команде радиовысотомера был включен тормозной двигатель мягкой посадки. Парашют в это время был уведен в сторону другим ракетным двигателем, чтобы его купол не накрыл автоматическую марсианскую станцию.

Спуск в атмосфере продолжался немногим более трех минут.

2 декабря 1971 года была осуществлена первая в мире мягкая посадка спускаемого аппарата на Марс и единственная в истории советской космонавтики. Специалистам США такое удалось повторить лишь 20 июля 1974 года.

Посадка спускаемого аппарата "Марс-3" была осуществлена между областями Электрида и Фаэтонтия на плоском дне крупного кратера Птолемей, западнее кратера Реутов, и между малыми кратерами Белев и Тюратам. В момент посадки толстое пенопластовое покрытие защитило станцию от ударной нагрузки. В течение 1,5 минут после посадки автоматическая марсианская станция готовилась к работе, а затем начала передачу панорамы окружающей поверхности, но через 14,5 секунд трансляция прекратилась. АМС передала только первые 79 строк фототелевизионного сигнала (правый край панорамы). Впоследствии были выдвинуты несколько гипотез о том, что стало причиной внезапного прекращения сигнала с поверхности: предполагали коронный разряд в антеннах передатчика, повреждение аккумуляторной батареи, уход орбитальной станции из зоны видимости антенны спускаемого аппарата и др.

После отделения спускаемого аппарата орбитальная станция выполнила торможение и вышла на нерасчетную орбиту искусственного спутника Марса. Полет станции на околомарсианской орбите продолжался в течение 188 дней.

За этот период она выполнила комплексную программу исследования Марса, совершив 20 витков вокруг планеты. Орбитальная станция продолжала исследования до исчерпания азота в системе ориентации и стабилизации.

За время работы станции были проведены инфракрасная радиометрия, фотометрия, измерения состава атмосферы, магнитного поля и плазмы планеты, а также окружающей ее космической среды. Тепловое излучение грунта планеты, по которому определялась его структура, исследовалось как в инфракрасном диапазоне, так и в радиодиапазоне. Впервые были получены фотометрические профили Марса глобального характера во многих спектральных диапазонах. Измерения водяного пара доказали, что содержание влаги в атмосфере Марса в сотни тысяч раз меньше, чем в атмосфере Земли. В результате научных исследований были выявлены цветовые различия отдельных районов и участков поверхности планеты. С применением французского прибора "Стерео" было проведено исследование радиоизлучения Солнца, при этом изучалась пространственная структура, направленность и механизм процесса излучения.

В рамках выполнения миссии Mars Reconnaissance Orbiter (американская автоматическая межпланетная станция, запущенная к Марсу в 2005 году) проводились попытки найти место посадки аппарата "Марс-3", наряду с другими автоматическими станциями, посланными человечеством в XX веке. В 2012-2013 годах волонтеры из группы "Curiosity — марсоход" произвели анализ снимка высокого разрешения предполагаемой зоны посадки станции, который был сделан в 2007 году спутником Mars Reconnaissance Orbiter. В результате были выявлены объекты, предположительно являющиеся элементами спускаемого аппарата "Марс-3". На снимках были идентифицированы автоматическая марсианская станция, парашют, двигатель мягкой посадки и аэродинамический тормозной экран.

Однако проблемы удалось успешно решить. Отделившись от орбитальной станции и направившись к планете, спускаемый аппарат перед входом в атмосферу развернулся коническим тормозным экраном вперед. Два пороховых двигателя раскрутили аппарат вокруг продольной оси для его стабилизации (аналогично тому, как продольное вращение помогает стабилизировать полет пули). После входа в атмосферу вращение прекратилось: на этом этапе стабилизация осуществлялась аэродинамически, встречным потоком, набегающим на тормозной конус. Войдя в атмосферу на скорости около 6 км/с, аппарат частично погасил ее благодаря действию тормозного экрана, после чего вступил в действие тормозной парашют: сперва, на скорости 3,5 М, он раскрылся частично, а когда скорость снизилась примерно до звуковой (на Марсе это около 240 м/с) — уже полностью. Наконец, на высоте 20–30 м по сигналу радиовысотомера запустился двигатель мягкой посадки. В это же время парашют был уведен в сторону другим двигателем, чтобы после посадки он не накрыл станцию.

Марсоход массой 4,5 кг соединялся 15-метровым кабелем с расположенной в спускаемом аппарате станцией, которая должна была осуществлять съемку его путешествия. Задачей марсохода было измерение плотности грунта: для этого он был оснащен пенетрометром (прибором для определения густоты вязких веществ) и гамма-лучевым денситометром, который оценивал плотность вещества на основании того, как падала мощность излучения при прохождении через него. В отличие от луноходов, управление марсоходом с Земли в реальном времени представлялось малоэффективным, поскольку прохождение радиосигнала с Марса на Землю и обратно занимало (на момент посадки аппарата) около 16 минут. Поэтому планетоход был оснащен несложными датчиками, позволяющими установить наличие препятствий на пути. Автономный алгоритм управления соответствующим образом корректировал траекторию: встретив препятствие, марсоход отходил немного назад, поворачивал на некоторый угол и снова начинал движение вперед.

Прилет станции к планете совпал с большой пылевой бурей.

Спуск в атмосфере продолжался немногим более трех минут.

Читайте также: