Марс-5

Марс-5
Автоматическая межпланетная станция «Марс-5» М-73С № 53
Заказчик	Советская космическая программа
Производитель	Машиностроительный завод имени С. А. Лавочкина
Спутник	Марса
Выход на орбиту	12 февраля 1974 15:45 UTC
Запуск	25 июля 1973 18:55:48 UTC
Ракета-носитель	Протон УР-500К/РБ (SL-12)
Стартовая площадка	Байконур 81/24
Длительность полёта	202 дня
NSSDC ID	1973-049A
SCN	06754
Технические характеристики
Масса	2270 кг
Элементы орбиты
Эксцентриситет	0,7493
Наклонение	35,33°
Период обращения	24,88 ч
Апоцентр	32555 км
Перицентр	1755 км

«Марс-5» — советская автоматическая межпланетная станция серии М-73 из программы «Марс» запущенная 25 июля 1973 года в 18:55:48 UTC. Серия М-73 состояла из четырёх АМС, предназначенных для изучения планеты Марс. Космические аппараты «Марс-4» и «Марс-5» (модификация М-73С), должны были выйти на орбиту вокруг Марса и обеспечивать связь с автоматическими марсианскими станциями, которые несли АМС «Марс-6» и «Марс-7» (модификация М-73П).^[1]

«Марс-5», в отличие от «Марс-4», успешно вышла на орбиту вокруг планеты, однако из-за разгерметизации приборного отсека проработала около двух недель.^[2]

Конструкция аппарата

Основным конструктивным элементом ОА, к которому крепятся агрегаты КА, в том числе, двигательная установка, панели солнечных батарей, параболическая остронаправленная и малонаправленные антенны, радиаторы холодного и горячего контуров системы обеспечения теплового режима и приборная часть, служит блок топливных баков двигательной установки. Важное отличие модификаций М-73С и М-73П заключается в размещении научной аппаратуры на орбитальном аппарате: в спутниковом варианте научная аппаратура устанавливается в верхней части блока баков, в варианте со спускаемым аппаратом — на коническом переходном элементе, соединяющем приборный отсек и блок баков. Для аппаратов экспедиции 1973 года КТДУ модифицирована. Вместо основного двигателя 11Д425.000 установлен 11Д425А, тяга которого в режиме малой тяги составляет 1105 кг (удельный импульс — 293 секунды), а в режиме — большой тяги — 1926 кг (удельный импульс — 315 секунд). Блок баков заменен новым — больших габаритов и объёма за счет цилиндрической вставки, при этом применены также увеличенные расходные топливные баки. Установлены дополнительные баллоны с гелием для наддува топливных баков. В остальном орбитальные аппараты серии М-73 по компоновке и составу бортовой аппаратуры за небольшим исключением повторяли серию М-71.

Основу аппарата составлял блок баков двигательной установки цилиндрической формы. К этому блоку крепились две панели солнечных батарей, остронаправленная параболическая антенна, малонаправленные антенны, радиаторы системы терморегулирования, оптико-электронные приборы системы управления ориентацией и научные приборы.^[3]

Масса

Общая масса КА «Марс-5» составила 4000 кг. Масса научной аппаратуры орбитального аппарата (с ФТУ) — 117,8 кг. Корректирующая двигательная установка заправлена 1705,2 кг топлива: 594,9 кг горючего и 1110,3 кг окислителя.

Научные приборы

Научные приборы, размещенные на станции «Марс-5», предназначались, главным образом, для изучения ряда важнейших характеристик поверхности планеты и околопланетного пространства с орбиты.

Аппарат был оснащён лайман-альфа-фотометром, сконструированным совместно советскими и французскими учёными, и предназначенным для поиска водорода в верхних слоях атмосферы Марса. Установленный на борту магнитометр производил измерения магнитного поля планеты. Для измерения температуры поверхности предназначался инфракрасный радиометр, работавший в диапазоне 8—40 мк. Характеристики текстуры поверхности изучались с помощью двух поляриметров.

Также на борту АМС «Марс-5» были установлены четыре фотометра. Первый анализировал углекислотные полосы инфракрасного спектра для определения рельефа Марса. Второй работал в диапазоне 0,35—0,7 мк и предназначался для изучения цвета и альбедо. Третий фотометр, использовавший длину волны 1,38 микрон, анализировал наличие водяного пара в атмосфере Марса. Последний, ультрафиолетовый фотометр в диапазоне 0,26—0,28 мк, предназначался для поиска озона.

«Марс-5» был оснащён фототелевизионной системой обработки изображений, состоящий из двух камер. Одна из них, названная «Вега-3МСА»^[2], имела фокусное расстояние 52 мм и угол обзора 35,7°. Другая, «Зуфар-2СА», имела фокусное расстояние 350 мм и угол обзора 5,67°. Изборажения принимались через синий, красный, зелёный и дополнительный специальный оранжевый светофильтры. Камеры обеспечивали разрешение от 100 м до 1 км.

Технологическая новизна проекта

Впервые в практике отечественной космонавтики в одной межпланетной экспедиции одновременно участвовали четыре автоматических космических аппарата.

При подготовке экспедиции продолжена, начатая для аппаратов серии М-71, модернизация наземных экспериментальной и испытательной баз, командно-измерительного наземного комплекса.^[4]

Так, для проверки и уточнения тепловых расчетов созданы специальные вакуумные установки, оснащенные имитаторами солнечного излучения. Аналог автоматических КА прошел в них полный объём комплексных тепловакуумных испытаний, задача которых состояла в проверке способности системы терморегулирования поддерживать температурный режим в заданных пределах на всех этапах эксплуатации.^[4]

Задачи и цели полета

Тестирование систем аппарата

• Создание долговременно функционирующего в околопланетном пространстве искусственного спутника Марса, воспринимающего и передающего на Землю информацию с АМС, десантированных на марсианскую поверхность КА М-73П;
• Обеспечение второго включения АМС в работу спустя сутки после посадки;
• Выполнение научной программы, во многом совпадающей с программой, выполняемой пролётными аппаратами М-73П:

1. Получение цветных фотоснимков определенных участков поверхности Марса;
2. Изучение распределения водяного пара по диску планеты;
3. Определение газового состава и плотности атмосферы;
4. Изучение рельефа по распределению СО2, определения распределения концентрации газа в атмосфере, яркостной температуры планеты и атмосферы;
5. Определение диэлектрической проницаемости, поляризации и температуры поверхности планеты;
6. Измерения магнитного поля по трассе перелета и вблизи планеты;
7. Измерения потоков электронов и протонов на трассе перелета и у планеты;
8. Исследования инфракрасного спектра планеты в области 1,5—5,5 мкм (в частности, для поиска органических соединений);
9. Поляриметрических исследований планеты с целью определения структуры поверхности;
10. Исследования спектров собственного свечения атмосферы Марса;
11. Регистрации космических излучений и радиационных поясов планеты.

Реализация проекта

Все космические аппараты серии М-73 успешно прошли весь цикл наземных испытаний. Запуски этих автоматических космических аппаратов в соответствии с советской программой исследования космического пространства и планет солнечной системы осуществлены в июле — августе 1973 года.^[4]

Ракета-носитель

Для выведения КА серии М-73 использована четырёхступенчатая ракета-носитель «Протон-К» стартовой массой 690 тонн, укомплектованная такими же составляющими, как при запуске КА серии М-71.

Полёт

Взаимное расположение Земли и Марса в 1973 году требовало, чтобы скорость полета КА была более высокой — на 250—300 м/сек больше, чем в 1971 году. Определяемые возможностями существующих средств выведения ограничения по общей массе полезного груза, выводимого на межпланетную траекторию, привели к необходимости применения так называемой двухпусковой схемы полета. Согласно ей, задачи доставки спускаемого аппарата и создания искусственного спутника Марса выполняются двумя разными аппаратами. С учетом необходимости их совместной работы на определенном этапе экспедиции (при функционировании АМС на марсианской поверхности) будущий спутник Марса стартует раньше второго аппарата. Отличие схем их полета существенно лишь на завершающих этапах.

Каждый из этих аппаратов дублирован, поэтому в экспедиции принимает участие четыре КА: Марс-4, Марс-5, Марс-6 и Марс-7.

Участки выведения на межпланетные траектории и дальнейший полет вплоть до сближения с Марсом у всех аппаратов идентичны как между собой, так и с соответствующими этапами полета в 1971 году.

Управление полётом

Для работы с КА серии М-73 использован наземный радиотехнический комплекс «Плутон», расположенный на НИП-16 близ Евпатории. При приеме информации с космических аппаратов на больших расстояниях для повышения потенциала радиолинии применено суммирование сигналов с двух антенн АДУ 1000 (К2 и К3) и одной антенны КТНА-200 (К-6). Выдача команд осуществляется через антенны АДУ 1000 (К1) и П 400П (К8) на второй площадке НИП-16. Обе антенны оснащены передатчиками дециметрового диапазона «Гарпун-4», способными излучать мощность до 200 кВт.^[4]

С точки зрения сеансного управления КА в логику функционирования бортовых систем внесены некоторые изменения: для аппаратов М-73П исключён типовой сеанс 6Т, предназначенный для торможения и выхода на орбиту спутника Марса.

Выполнение программы полета

Схема полёта АМС «Марс-5» предусматривала три коррекции траектории, торможение вблизи Марса и выход на эллиптическую орбиту.

В 1971 году окно запуска аппаратов на Марс было более благоприятным. Тогда же были запущены советские станции «Марс-2» и «Марс-3», а также американская «Маринер-9». Через два года взаимное расположение Земли и Марса требовало более высокую скорость полёта. Для обеспечения требуемой скорости советским АМС необходимо было снизить массу полезной нагрузки.

Для АМС, стартовавших в 1973 году, была принята так называемая двухпусковая схема полёта, согласно которой задачи вывода искусственного спутника и спускаемого аппарата возлагались на станции разных типов. Задачей АМС «Марс-5» являлся выход на орбиту Марса.^[3]

«Марс-5» был запущен 25 июля 1973 года с космодрома Байконур с помощью ракеты-носителя Протон УР-500К/РБ (SL-12).^[1][5] Старт к Марсу осуществлен вторым включением двигательной установки разгонного блока Д через ~ 1 час 20 минут пассивного полета по промежуточной околоземной орбите высотой 177,5×163,3 км. В 23 часа 14 минут 52,2 секунды произошло отделение КА от разгонного блока.

Совершив три коррекции траектории и торможение вблизи Марса, АМС вышла на орбиту вокруг Марса 12 февраля 1974 года. Однако, сразу после этого была обнаружена разгерметизация приборного отсека орбитального блока, в котором располагались электронные блоки служебных систем и научной аппаратуры. Разработчики предположили, что на этапе торможения или сразу после него аппарат столкнулся с микрометеором. Расчёты показывали, что АМС сможет проработать не более трёх недель.

В связи со значительным уменьшением срока работы станции на орбите, было начато спешное выполнение научной программы. Фототелеметрические камеры успели израсходовать 108 кадров из имеющихся 960. Из-за спешки многие кадры не удавались. Всего с АМС «Марс-5» было получено 43 снимка нормального качества, в том числе 15 с помощью короткофокусной «Вега-3МСА» и 28 — длиннофокусной «Зуфар-2СА». Последний сеанс связи был осуществлён 28 февраля 1974 года.^[2]

Научные результаты

Искусственный спутник Марса КА «Марс-5» передал на Землю новые сведения об этой планете и окружающем её пространстве; с орбиты спутника получены качественные фотографии марсианской поверхности, в том числе цветные. Исследования магнитного поля в околомарсианском пространстве, проведенные аппаратом, подтвердили вывод, сделанный на основании аналогичных исследований КА «Марс-2,-3», о том, что вблизи планеты существует магнитное поле порядка 30 гамм (в 7-10 раз больше величины межпланетного невозмущенного поля, переносимого солнечным ветром). Предполагалось, что это магнитное поле принадлежит самой планете, и «Марс-5» помог получить дополнительные аргументы в пользу этой гипотезы. По аналогичным измерениям с борта КА «Марс-5» впервые непосредственно измерена температура атомарного водорода в верхней атмосфере Марса. Предварительная обработка данных показала, что эта температура близка к 350°К.

Результаты

Программа полета КА «Марс-5» выполнена не в полном объёме. Однако, несмотря на короткий срок активного существования КА «Марс-5», в ходе межпланетного перелета и с орбиты ИСМ с его помощью проведены следующие наблюдения и измерения:

• во время полета по трассе Земля — Марс с помощью спектрометров ионов и электронов выполнены измерения энергии частиц солнечного ветра, состава частиц, температуры и скорости отдельных компонентов солнечной плазмы;
• проведено двухчастотное радиопросвечивание атмосферы Марса, получены оценки давления в нижней атмосфере, а также характеристики ионосферы планеты;
• проведена съемка поверхности Марса с помощью ФТУ (108 кадров) и телефотометров (4 панорамы);
• проведены исследования свойств поверхности и грунта по их радиационным характеристикам, получены спектры гамма-излучения марсианских пород;
• с помощью инфракрасного радиометра измерены яркостные температуры грунта вдоль трассы полета спутника;
• с помощью инфракрасного спектрофотометра получено несколько сотен спектров в интервале от 2 до 5 мкм, с помощью которых определялись состав марсианского грунта и его структура;
• измерено содержание водяного пара в атмосфере Марса;
• с помощью фотометра обнаружено наличие озона в атмосфере Марса;
• получены детальные данные о температуре верхней атмосферы планеты;
• проведены измерения параметров межпланетных магнитных полей и магнитного поля Марса.

См. также

• Список космических аппаратов с рентгеновскими и гамма-детекторами на борту

Примечания

1. ↑ ^{1 2} Mars 5 (NSSDC)  (англ.). Архивировано из первоисточника 22 марта 2012.
2. ↑ ^{1 2 3} Проект движения и развития. Приложение к «Вестнику ДФО». Архивировано из первоисточника 21 августа 2011. Проверено 6 декабря 2008.
3. ↑ ^{1 2} Соколов С.С. Советские межпланетные автоматические станции исследуют Марс // Вестник АН СССР. — 1974. — № 10.
4. ↑ ^{1 2 3 4} Космические аппараты серии Марс-71 НПО им. С. А. Лавочкина
5. ↑ Ракета-носитель «Протон-К» УР-500К. Архивировано из первоисточника 22 марта 2012. Проверено 7 декабря 2008.