Женщины. Космос. Вселенная.
Марс
Главная
Вселенная
Солнечная система
Созвездия
Животные в космосе
Космонавты
Ссылки
Автор
Исследования
Планета Марс известна людям очень давно. Её знали жители Древней Греции, Вавилона и Индии. Причём у всех этих народов планета называлась в честь местного бога войны или была связана с войнами и разрушениями. Причиной такого отношения людей к безобидной планете являлся её кроваво-красный яркий цвет при наблюдениях с Земли. Так у древних греков Марс во времена Пифагора именовался сначала Фаэтоном («блистающий, лучезарный»), а затем во времена Аристотеля – Пироэйсом – звездой греческого бога войны Ареса. В вавилонской астрономии планета называлась Нергал, в честь бога преисподней, войны и смерти. В индуистских религиозных текстах Марс известен как божество войны Мангала, а также как Ангарака и Бхаума на санскрите. Древние египтяне дали планете название бога неба и царственности Гора. Китайцы и корейцы называли или звезда огня. В Древнем Китае появление Марса на небе было знамением "горя, войн и убийств."
Привычное для современного человека название Марс планете дали древние римляне, в честь бога войны, отождествляемого с греческим богом Аресом. Первоначально же Марс в греческой мифологии был богом плодородия. В честь Марса как бога плодородия был назван первый месяц римского года, в который совершался обряд изгнания зимы. Сегодня этот месяц нам известен как март (лат. Martius mensis «Марсов месяц»).
Символами бога Марса были копьё и щит. Впоследствии данные атрибуты были стилизованы, объединены и сегодня стали астрологическим символом планеты Марс, алхимическим символом железа и символом мужского пола в биологии.
Древние астрономы вели наблюдения планеты, записывали ход её годового движения по небу, т.е. осуществляли простейшие астрономические наблюдения. В частности китайские астрономы знали сидерический и синодический периоды Марса. Но для более полного изучения планеты требовались более совершенные оптические приборы, которыми стали телескопы.
Первым человеком, который увидел планету Марс в телескоп был итальянский учёный Галилео Галилей. Произошло это в 1609 году.
В 1638 году, рассматривая Марс в телескоп, итальянский астроном Франческо Фонтана сделал первый рисунок планеты, на котором изобразил чёрное пятно в центре сферы и открыл фазы планеты.
В 1659 г. тёмное пятно обнаружил голландец Христиан Гюйгенс, который наблюдая за перемещением пятна на диске планеты установил период обращения Марса вокруг своей оси – около 24 часов. Сегодня учёные считают, что Гюйгенс наблюдал горное плато Большой Сирт.
Год спустя итальянец Жан Доминик Кассини уточнил расчёты Гюйгенса касательно периода обращения планеты. Результаты его вычислений были близки к действительным – 24 часа 40 минут.
В 1672 году Христиан Гюйгенс обнаружил на южном полюсе Марса белое пятно.
Телескоп Уильяма Гершеля рис.4 Телескоп Уильяма Гершеля. Источник: Leisure Hour. 1867 г.
Спустя 32 года французский астроном Жак Филипп Маральди в парижской обсерватории установил, что белое пятно в южном полушарии немного смещено относительно южного полюса планеты. А в 1719 им же было сделано предположение о том, что белое пятно является полярной ледяной шапкой.
В период с 1777 по 1783 гг. наблюдения Марса велись астрономом Уильямом Гершелем. В результате астрономом было установлено, что: ось вращения планеты наклонена под углом 28° 42' к плоскости орбиты и на Марсе возможна смена времён года, диаметр планеты почти в 2 раза меньше диаметра Земли, атмосфера планеты весьма разряжена, на противоположных краях планеты имеются "два замечательных ярких пятна, северная полярная шапка, также как и южная немного смещена относительно полюса, т.е. эксцентрична ему, период вращения Марса составляет 24 ч 39 мин 21,67 сек. В результате серии наблюдений Марса в 1781 и 1784 году Гершель обнаружил изменчивость южной полярной шапки планеты: в 1781 году она была очень большой, в 1984 году гораздо меньшей, что позволило сделать вывод об основном веществе шапок – водяном льде.
Во время наблюдений Марса Уильям Гершель делал зарисовки планеты, на которых заметны такие детали марсианской поверхности, как Море Песочных часов (плато Большой Сирт), Сабейский Залив и Залив Меридиана.
В XIX веке наблюдения Марса и других космических объектов в телескопы приобрело массовый характер: исследования вели не только профессиональные астрономы, но и астрономы-любители.
Так в 1809 году французский астроном-любитель Оноре Флогер смог разглядеть на поверхности планеты пыльные бури написав, что "вуаль цвета охры закрыла поверхность." В 1813-ом он обнаружил уменьшение полярной шапки весной, сделав вывод о более сильном нагревании поверхности Марса чем поверхности Земли.
В 1830 г. два немецких астронома Вильгельм Беер и Иоганн Генрих фон Медлер на основании наблюдений Марса с помощью телескопа-рефрактора составили первую карту поверхности планеты и предложили координатную сетку, которая используется до наших дней. Кроме того астрономы в 1840-ом году с точностью до 1 секунды измерили период вращения планеты вокруг своей оси, улучшив на 12 секунд свой же результат, полученный в 1837 г.
Спустя 28 лет изучением Марса занялся итальянский астроном и священник Анджело Секки. Работая в Ватиканской обсерватории Секки обнаружил в атмосфере планеты некие особенности голубого цвета, названные им «Голубым Скорпионом», которые скорее всего являлись облаками. Подобные образования некоторое время спустя наблюдал, попутно делая зарисовки, также английский астроном Дж. Норман Локьер.
В 1862 г. при составлении карты Марса голландский астроном Фредерик Кайзер уточняет период вращения планеты вокруг своей оси. Полученной им значение на 0,02 секунды отличалось от действительного.
В это же время немецкий астроном Иоганн Золлнер начинает серию наблюдений Марса с помощью лично построенного спектроскопа и вычисляет альбедо планеты, равное 0,27. В конце XIX века используя спектроскоп Золлнера немецкие астрономы Густав Мюллер и Пауль Кемпф установили у Марса незначительные вариации в смене отражательной способности, что было истолковано ими как наличие у планеты гладкой поверхности без больших перепадов высот.
Через год после наблюдений Марса Кайзером и Золлнером Секки создаёт цветные рисунки планеты. Для обозначения отдельных элементов поверхности им используются имена знаменитых путешественников. В 1869 году им же обнаружены каналы – линейные объекты, связанные с промоинами на поверхности Марса.
За 2 года до обнаружения каналов Секки английский астроном Ричард А. Проктор на основе чертежей своего земляка Уильяма Р. Дауэса, составленных в 1864 году, создаёт самую подробную для своего времени карту планеты, на которой впервые для обозначения тёмных и светлых деталей поверхности использует имена астрономов, которые внесли большой вклад в изучении красной планеты. Выбранный Проктором нулевой меридиан на составленной карте используется по настоящее время.
В том же году французский астроном Пьер Жюль Сезар Жансен совместно с английским астрономом Уильямом Хаггинсом впервые попытались с помощью спектроскопа изучить состав атмосферы Марса. В результате их совместных исследований было установлено, что оптический спектр планеты Марс практически совпадает со спектром Луны, а в атмосфере планеты отсутствует водяной пар. Позже их выводы были подтверждены немецким астрономом Германом Фогелем и английским астроном Эдвардом Маундером.
В 1873 году французский астроном Камиль Фламмарион для объяснений красноватой окраски Марса выдвинул гипотезу о существовании на планете "трав и растений". Астроном также пишет многочисленные сочинения в которых широко использует номенклатуру названий Проктора.
После небольшого четырёхлетнего перерыва в изучении красной планеты наступил 1877 год, один из самых богатых на открытия в истории изучения Марса.
В этот год Джованни Скиапарелли Вирджинио, являющийся директором обсерватории Брера в Милане, создаёт новую номенклатуру для обозначения отдельных деталей на поверхности Марса, основанную на именах мифических персонажей и географических земных названий. В частности им предложено называть светлые области материками, а тёмные – морями, по аналогии с лунной номенклатурой. Год спустя на основе разработанной номенклатуры Скиапарелли даёт первые имена отдельным деталям поверхности и на карте планеты появляются: моря Афродиты, Эритрейское, Адриатическое, Киммерийское; озёра Солнца, Лунное и Феникси т.д.
В сентябре 1877 года во время нахождения Марса в точке перегелия Скиапарелли находит на поверхности странные линейные полосы, которые называет "Canali". По недоразумению значительное число людей усмотрели в открытии доказательства существования на планете разумной жизни, т.к. на английском языке слово переводится как каналы и подразумевает их искусственное происхождение. Так американский астроном Персиваль Ловелл усмотрел в каналах некоторое подобие марсианских оросительных систем, с помощью которых марсиане транспортируют воду из полярных шапок в засушливые экваториальные районы полосы растительности, а писатель Герберт Уэллс написал свой знаменитый роман «Война миров» в котором злые марсиане вторгаются на Землю.
В 1903 году гипотеза о рукотворном происхождении сети каналов, также как и существование самих каналов, получила опровержение, т.к. даже самые мощные телескопы того времени не обнаружили ни единого следа их существования.
Знаменит 1877 год и открытием двух спутников Марса: Фобоса и Деймоса. Открыл их американский астроном Асаф Холл, используя 660 миллиметровый телескоп военно-морской обсерватории США. Первый спутник астроном наблюдает 11 августа как слабый объект недалеко от планеты, а уже через неделю сообщает об этом открытии широкой общественности.
30 августа в газете The New York Times сообщается об открытии третьего спутника Марса, который якобы обнаружили американцы Генри Дрейпер и Эдвард Синглтон Холден. Но сенсация оказалась ложной.
Названия марсианских спутников были предложены научным инструктором Итонского колледжа в Англии Генри Маданом по имени лошадей, которые несли колесницу римского бога Марса: Фобос – страх и Деймос – ужас.
В том же году английский астроном Дэвид Гилл, воспользовавшись удачным положением Марса на небосклоне (планета находилась в противостоянии с Землёй), оценивает суточный параллакс Марса и на основании этих измерений оценивает расстояние от Земли до Солнца с высокой точностью.
В 1879 году американский астроном Карл Август Младший проводит точные измерения диаметра планеты.
В это же время канадский и американский астроном Саймон Ньюкомб публикует высокоточные таблицы для определения ежедневного положения небесных объектов, которые используются до сегодняшнего дня.
Карта Марса Джованни Скиапарелли рис.5 Карта планеты Марс Джованни Скиапарелли.
В 1887-91 гг. Скиапарелли публикует несколько очень подробных карт Марса, используя предложенную в 1877 номенклатуру. В 1890-ом американский астроном Эдуард Эмерсон Барнард при наблюдении Марса отмечает кратеры на его поверхности, но не сообщает об открытии общественности.
В 1892 году Камиль Фламмарион публикует работу о планете Марс, в которой собраны описания всех её наблюдений, начиная с 1600 года.
В 1894 г. первые наблюдения красной планеты начинает американский астроном Персиваль Лоуэлл. По итогам наблюдений в период с 1895 по 1908 гг. учёным была выпущена серия из трёх книг в которых приводились известные на тот момент сведения о планете и возможности существования внеземной жизни. В частности им сообщается, что светлые области являются пустынями, а тёмные пятнами растительности. Таяние льдов весной приводит к формированию многочисленных водных потоков, которые стекая по направлению к экватору, способствуют пробуждению и бурному росту марсианских растений (т.н. волны потепления).
В это же время ещё один американский астроном Уильям Кэмпбелл обнаруживает сходство спектров Марса и Луны, что шло в разрез с расхожей теорией о подобной земной марсианской атмосфере. В результате Кэмпбелл приходит к выводу, что планета не подходит для "жизни, какой мы её знаем."
В 1895 году русский астроном Герман Оттович Струве на основании исследования спутников Марса смог определить, что экваториальный диаметр планеты на 1/190 превышает полярный. В 1911 году астроном уточнил полученное значение до 1/192. Через 33 года результат Струве был подтверждён американским метеорологом Эдгаром Вулардом.
В 1903 году с целью поиска каналов на Марсе планету начинает фотографировать американский астроном Карл О. Лампланд из обсерватории Лоуэлла. После двух лет наблюдений были опубликованы и отправлены в Гарвардскую обсерваторию фотографии, на которых по словам астронома видны марсианские каналы. 28 мая газета New York Times печатает отчёт в котором сообщается о первой фотографии марсианских каналов. Однако, разрешающая способность телескопов того времени, а также отсутствие фотографий в газетах, заставили многих учёных усомниться в достоверности наблюдений. Буквально в том же году английским астрономом Эдвардом Маундером был поставлен эксперимент, результаты которого показали, что каналы на поверхности Марса скорее всего являются оптической иллюзией. Суть эксперимента состояла в следующем: испытуемым с достаточно большого расстояния показывали диск с беспорядочным набором пятен, вместо которых многие из них видели «каналы». Проводились также эксперименты с наблюдением тонкой проволоки на фоне диска с разных расстояний.
В 1907 году английский ученый Альфред Рассел Уоллес публикует работу «Обитаем ли Марс?», в которой указывает на невозможность существования на планете высокоорганизованной жизни по причине низкой температуры и низкого атмосферного давления, которое препятствует существованию воды в жидком виде. В работе Уоллес даёт сведения и о том, что полярные шапки планеты образованы не водяным, а сухим льдом, что также значительно снижает шансы на обнаружение воды в марсианской атмосфере.
В 1909 году об отсутствии каналов на поверхности сообщает американский астроном Джордж Эллери Хейл.
В это же время детальные карты Марса, составленные по итогам наблюдений во время противостояния планеты, публикует французский астроном Эжен М. Антониади. Карта Антониади подтвердила предположение о том, что "геометрическая сеть каналов есть оптическая иллюзия". В 1930 году Антониади публикует книгу «Планета Марс», в которой обобщает все известные на тот момент сведения о рельефе планеты, создав таким образом самую подробную карту марсианской поверхности, остававшейся таковой до полётов космических кораблей.
В 1912 году шведский химик Аррениус Сванте предполагает, что особенности изменений альбедо Марса вызваны химическими реакциями, происходящими в связи с таянием полярных шапок, но никак не связаны с жизненными циклами марсианских растений.
В 1920-ом Эдисон Петтит и Сэт Николсон на обсерватории Маунт-Вилсон (США) изучают температуру различных регионов планеты. В результате измерений оказалось, что температуры на Марсе колеблются от +15°C в полдень на экваторе до -85°C ранним утром на полюсах.
В 1922 году эстонский астроном Эрнест Юлиус Эпик смог рассчитать плотность метеоритных кратеров на поверхности Марса, за много лет до практического осуществления этой задачи космическими аппаратами.
В 1925 г. американский астрофизик Дональд Мензел на основании исследования фотографий красной планеты, сделанных на разной длине световой волны, оценивает давление марсианской атмосферы, равное 66 миллибар.
В следующем году американский астроном Уолтер Сидни Адамс проводит спектроскопические измерения марсианской атмосферы. Выясняется, что атмосфера планеты чрезвычайно сухая, а процентное содержание кислорода не превышает 1%. Однако, учёный не исключает, что даже в таких сложных условиях могут существовать примитивные виды живых существ.
В 1927 году изучением температуры марсианской атмосферы занялись американские учёные Уильям Кобленц и Карл Отто Лампланд. Выяснилось, что температура на планете испытывает значительные суточные колебания, достигающие сотни градусов, а вот температура облаков почти постоянна и составляет -30°C. Полученные результаты свидетельствовали о небольшой толщине марсианской атмосферы.
В 1929-ом французский астроном Бернар Лио, используя поляриметр, установил приповерхностное давление марсианской атмосферы как меньшее или равное 24 мбар, и на основании вычислил толщину всей атмосферы, которая оказалась в 15 раз тоньше земной.
В 1947 году в атмосфере Марса голландско-американским астрономом Джерардом Койпером был обнаружен углекислый газ. Однако, из-за ошибки в расчётах учёный неверно оценил давление марсианской атмосферы и сделал ошибочный вывод о том, что ледяные шапки планеты не могут состоять из замёрзшей углекислоты. В течении двух десятилетий водяной пар и углекислый газ оставались единственными известными газами составляющими марсианскую атмосферу, причём оба газа не считались основными её компонентами.
20 августа 1956 года на Марсе началась глобальная пыльная буря, которую могли наблюдать многие астрономы. К середине сентября буря охватила всю планету.
В 1963 году американский астроном Хайрон Спинрад вместе со своими сотрудниками провёл спектроскопические измерения атмосферы Марса, которые подтвердили её чрезвычайную сухость.
В 1964 г. американский учёный Льюис Каплан на основании анализа Спинрада определяет давление углекислого газа в марсианской атмосфере, равное 4 мбар.
К 60-70-ым годам XX века астрономы уже знали как планета Марс вращается вокруг Солнца и вокруг своей оси, знали её массу, диаметр и среднюю плотность. Были заложены основы ареографии и составлены подробные карты планеты. Но по-прежнему астрономы ничего не знали о поверхности Марса (если не считать крупных деталей о которых было сказано выше), не знали точного состава его пород и состав атмосферы. Именно поэтому появились многочисленные гипотезы, которые по-своему трактовали нерешённые марсианские вопросы, которых с каждым годом было всё больше.
Космический аппарат «Марс-1». Credit: NSSDC
Подтвердить или опровергнуть эти гипотезы можно было лишь запустив к Марсу космический корабль, что и было сделано в начале ноября 1962 года Советским Союзом. Первоначально в планы миссии «Марс-1» входили: сбор данных о космическом излучении, изучение микрометеоритов, магнитного поля Марса, марсианской атмосферы, радиационной обстановки вокруг планеты и поиск органических соединений. Однако, из-за разгерметизации и последующей утечки газа из одного из баллонов, предназначенных для двигателей системы ориентации, ещё до подлёта корабля к Марсу связь с ним прервалась. Произошло это 21 марта 1963 года на расстоянии 106 760 000 км от Земли.
За время стабильной работы с аппаратом был проведён 61 сеанс радиосвязи с интервалами сначала в 2, а затем в 5 дней. Были собраны данные о распределении метеоритного вещества из потока Таурид (на высотах 6-40 тыс.км) и аналогичные данные на расстоянии 20-40 млн.км, исследованы космическое излучение, магнитное поле Земли и межпланетного пространства (магнитное поле межпланетного пространства имело напряжённость 3-4 гамм с пиками в 6-9 гамм).
19 июня 1963 года запущенный «Марс-1» (Спутник-23) прошёл на расстоянии 197 тыс. километров от красной планеты, после чего вышел на гелиоцентрическую орбиту.
Marsnik 1. Credit: NSSDC
Необходимо отметить, что аппарат «Марс-1» был четвёртым по счёту, предназначенным для изучения планеты Марс. В 1958-60 гг. в СССР проектировалась серия космических аппаратов 1М. В серию входили 2 аппарата: «Mars 1960A» (Marsnik 1) и «Mars 1960B» (Marsnik 2). Название Marsnik закрепилось за ними в США путём соединения английских слов «Mars» и «sputnik».
Предназначены АМС были для изучения атмосферы, ионосферы, магнитосферы Марса, межпланетного пространства между орбитами планеты и Землёй. Предполагалось фотографирование красной планеты. Для этих целей на борту аппаратов, которые были идентичны друг другу, установили магнетометр, радиометр, счётчик космических лучей, детектор микрометеоритов и другие приборы. Фототелевизионная камера была установлена внутри защитного модуля и позволяла фотографировать через специальные окна после включения датчика освещенности.
К сожалению программа 1М потерпела неудачу: оба аппарата сгорели в земной атмосфере после нескольких минут полёта. «Марс 1960А» сгорел после отдачи команды на самоуничтожение на 324 секунде полёта. Через 4 дня – 14 октября 1961 г. в атмосфере сгорает «Марс 1960Б». К аварии в обоих случаях привёло отключение двигателей третьей ступени ракеты, вызванный, в случае с «Марсом 1960А» отказом системы управления, а в случае с «Марсом 1960Б» – утечкой жидкого кислорода и последующим замерзанием топлива.
После программы 1М в СССР начались работы по созданию космических кораблей серии 2МВ. Построено было 6 аппаратов: 3 были предназначены для изучения Венеры, 3 – для изучения Марса. Среди последних был и первый удачно запущенный «Марс-1». Оставшиеся аппараты предназначенные для изучения Марса: Спутник-22 и Спутник-24, в результате аварий на околоземной орбите миссию свою не выполнили.
«Маринер-4». Credit: NSSDC
«Марс-1» был первым космическим аппаратом, пролетевшим мимо Марса. Первым же аппаратом, получившим фотографии марсианской поверхности был американский «Маринер-4», запущенный спустя почти два года – 28 ноября 1964 г. с помощью ракеты «Атлас». Основной задачей аппарата было тщательное исследование Марса. Менее важными: исследование межзвёздного пространства и накопление опыта межпланетных перелётов для последующих космических аппаратов.
15 июля 1965 г. аппарат прошёл на расстоянии 10 тыс. километров от поверхности планеты, сделав несколько десятков снимков, покрывших около 1% площади марсианской поверхности. По снимкам учёными был сделан вывод о схожести поверхностей Марса и Луны, который позднее был опровергнут результатами исследований планеты «Маринером-6» и «Маринером-7». Также с помощью аппаратуры, установленной на аппарате, получены данные о плотности и составе атмосферы, результаты которых показали, что атмосфера Марса состоит в основном из углекислого газа и по плотности стократно уступает земной, составляя от 4,1 до 7,0 Мб. Магнитное поле у красной планеты обнаружено не было.
После посещения Марса «Маринер-4» продолжил работу на околосолнечной орбите, передавая на Землю данные о солнечном ветре с помощью детектора солнечной плазмы, ионизационной камеры и счётчика Гейгера-Мюллера. 21 декабря 1967 года связь с аппаратом прекратилась.
Космический аппарат «Маринер-4» был вторым, предназначенным для изучения Марса, в серии космических аппаратов НАСА «Маринер». Первый аппарат – «Маринер-3», запущенный 5 ноября 1964 г., миссию свою не выполнил. Неудачи начались ещё на Земле, когда во время старта не был сброшен обтекатель ракеты-носителя. В результате солнечные батареи «Маринера-3» не развернулись и аппарат вышел из строя. В настоящее время он находится на солнечной орбите. Миссию «Маринера-3» удачно завершил идентичный ему «Маринер-4».
В это же время в Советском Союзе неудачно завершился полёт космического аппарата «Зонд 2», запущенного 30 ноября 1964 года и предназначенного для проверки работы систем в космическом пространстве и научных исследований. 8-18 декабря того же года были испытаны двигатели корабля и казалось бы всё шло по плану. Но в начале мая 1965 года связь с аппаратом была прервана, а 6 августа он прошёл с минимальной скоростью на расстоянии 1500 км от поверхности планеты.
Маринер-6. Credit: NSSDC
Вслед за «Маринером-4», в 1969 г., к Марсу с разницей один месяц полетели космические аппараты НАСА «Маринер-6» и «Маринер-7». Первым 25 февраля с пусковой площадки 36B на мысе Кеннеди был запущен «Маринер-6». 27 марта следом за ним изучать красную планету отправился «Маринер-7».
29 июля этого же года на «Маринере-6» за 50 часов до ближайшего сближения с планетой были включены все научные приборы, а спустя ещё 2 часа началось фотографирование Марса. В течении 41 часа были получены 50 изображений, в том числе одно дробное. 31 июля в 5 часов 3 минуты начался этап изучения планеты с близкого расстояния (минимальное – 3431 км). За время работы аппарата на этом этапе миссии были сделаны 26 снимков, которые опровергали схожесть марсианской поверхности с лунной. В течение следующих нескольких дней с помощью установленных на борту инструментов на Землю передавались данные о составе марсианской атмосферы, измерения температуры и давления. Затем аппарат отправился по гелиоцентрической орбите, попутно фотографируя звёзды, проводя ультрафиолетовое сканирование Млечного Пути и изучая возможности функционирование расположенных на борту инженерных систем.
«Маринер-7» приблизился к Марсу 5 августа, подойдя к планете в 5 часов 49 секунд на минимальное расстояние в 3430 км. За время нахождения вблизи Марса были сделаны 33 снимка с большим разрешением. Затем «Маринером-7» были повторены исследования «Маринера-6», т.е. фотографирование звёзд и изучение различных областей нашей галактики с помощью УФ-сканирования.
Всего за время работы аппаратов вблизи Марса ими были получены около 200 изображений: 76 «Маринером-6» и 126 «Маринером-7». Кроме того были получены 1177 снимка, представляющих собой 1/7 часть полного снимка с разрешениями как меньше так и больше полного снимка. Ими были покрыты 20% поверхности Марса. Были получены данные о составе марсианской атмосферы, её давлении, которые в принципе совпадали с результатами, полученными «Маринером-4». Исследования полярной шапки на южном полюсе планеты выяснили её состав из замёрзшего углекислого газа.
В том же 1969 году с разницей в неделю Советским Союзом были запущены космические корабли серии М-69 «Марс-1969A» и «Марс-1969B». Оба корабля в результате аварий ракет-носителей на смогли выйти за пределы Земли: «Марс-1969A» в результате отказа главного двигателя на 438,66 секунде, взорвался и упал в горах Алтая, «Марс-1969B» в результате отказа, сначала одной, а затем и 5 остальных разгонных ракет, взорвался уже на 41 секунде после старта, достигнув высоты в 3 километра.
Научная аппаратура каждого из аппаратов состояла из 3-х телевизионных камер, радиометра, детектора паров воды и нескольких спектрометров для изучения солнечного ветра, ионов водорода и гелия. Камеры могли вести цветные телепередачи, а также делать фотоснимки размером 1024 на 1024 пикселей и максимальным разрешением до 200 метров. Количество снимков, хранимых на одной камере, могло составлять 160.
Видно, что качество научной аппаратуры, поставляемой на каждый из аппаратов было очень высоким и если бы не досадные аварии на самом старте на Землю были бы переданы качественные видео- и фото- снимки марсианской поверхности и новые сведения об атмосфере планеты.
«Марc-2». Credit: NSSDC
В мае 1971 г. были запущены сразу 5 космических кораблей: «Маринер-8», «Космос-419», «Марс-2», «Марс-3» и «Маринер-9». Первые 2 аппарата потерпели аварии на старте: «Маринер-8» упал в Атлантический океан в 560 километрах к северу от Пуэрто-Рико после аварии ракетоносителя, «Космос-419» был успешно выведен на низкую орбиту, но из-за ошибки таймера зажигания включавшего разгонную ступень, через 2 дня аппарат сошёл с орбиты и сгорел в земной атмосфере. Остальные аппараты успешно долетели до Марса и совершили многочисленные снимки поверхности.
Первыми с Земли стартовали советские АМС «Марс-2» и «Марс-3». Произошло это 19 и 28 мая 1971 года. Полёт до планеты Марс занял у станций полгода, за которые с ними было проведено более 300 сеансов радиосвязи. На расстоянии 20 млн. км. от Земли был обнаружен магнитный шлейф Земли. По мере дальнейшего удаления аппаратов от Солнца стало фиксироваться уменьшение концентрации электронов.
27 ноября 1971 года от орбитального отсека «Марса-2» был отстыкован спускаемый аппарат. В результате программной ошибки системы спускаемому отсеку перед самым отделением были переданы неверные данные о расчётной траектории движения, в результате которых отсек вошёл в атмосферу под большим углом, чем было запланировано. Несмотря на то, что через 15 минут сработала твёрдотопливная двигательная установка, выпрямившая спускаемый модуль, спасти ситуацию не удалось и аппарат разбился.
В отличии от спускаемого аппарата «Марс-2» спускаемый аппарат «Марс-3» 2 декабря 1971 г. благополучно опустился на поверхность планеты, откуда в течении 14,5 секунд записывал панораму марсианской поверхности. Затем сигнал пропал. Такая же ситуация повторилась и со вторым, установленным на борту телефотометром. После тщательного изучения двух досадных инцидентов была выдвинута гипотеза о причине отключения трансляции – коронном разряде в антеннах передатчика.
Сами советские станции «Марс-2» и «Марс-3» вскоре были переведены на орбиту вокруг планеты, став её первыми искусственными спутниками Марса. Спутниками с помощью инфракрасного радиометра измерялась температура поверхностного слоя и одновременно радиотелескопом температура грунта на глубине в несколько десятков сантиметров; измерялась яркость в различных длинах волн, атмосферное давление и высоты по интенсивности полос СO2, содержание H2O в атмосфере, магнитное поле, состав и температура верхней атмосферы, электронная концентрация в ионосфере, поведение межпланетного вещества в окрестностях Марса.
Выяснилось, что температура северной полярной шапки Марса ниже -110 °С, в то время как на экваторе температура днём может подниматься до 13 градусов выше нуля; приповерхностное давление марсианской атмосферы составляет от 5,5 до 6 Мб; содержание водяного пара в атмосфере в 5000 раз ниже чем на Земле. Была обнаружена ионосфера на высотах 80-110 км. На Землю переданы 60 детализированных снимков планеты, позволившие в дальнейшем создать карты рельефа, обнаружить свечение атмосферы на высотах 200 километров и выявить её слоистую структуру.
Всего станции проработали на орбите 8 месяцев, за которые «Марс-2» совершил 362 оборота вокруг планеты, а «Марс-3» – 20. 22 августа 1972 года миссия аппаратов была завершена.
Космический аппарат «Маринер-9». Credit: NASA/JPL
Американский аппарат «Маринер-9» был запущен 30 мая 1971 года и также как и советские «Марсы», 14 ноября того же года был переведён на орбиту, став первым искусственным спутником красной планеты.
Высота перицентра орбиты «Маринера-9» первоначально составляла 1398 км над поверхностью планеты, период обращения по орбите – 12 часов 34 минуты. Два дня спустя перицентр снизился на 11 км, а период обращения стал составлять менее 12 часов. 30 декабря после корректировки параметров орбиты аппарата высота перицентра поднялась до 1650 км, а время обращения снизилось и стало составлять 11 часов 59 минут 28 секунд, т.е. стало синхронизировано с 64-метровой антенной DSN в Голдстоуне (Калифорния, США) для передачи полученных в ходе изучения планеты Марс данных.
Сразу после выхода на марсианскую орбиту наблюдения планеты были отложены по причине бушующей на значительной площади пыльной бури. Началась буря 22 сентября 1971 года, ещё до подлёта корабля к Марсу, и вскоре охватила всю планету. В ноябре-декабре буря успокоилась и «Маринер-9» приступил к выполнению своей работы.
Основными целями аппарата были: составление глобальной карты марсианской поверхности, исследование атмосферы, поиск вулканических очагов, измерение силы тяжести. И все эти цели были достигнуты. Так, для составления карты Марса были получены 7329 фотографий с разрешением до 100 метров на пиксель, которые охватили 80% поверхности планеты. Именно благодаря этим снимкам учёные смоли увидеть величайшие вулканы Солнечной системы, грандиозную систему каньонов, впоследствии названную именем космического корабля, многочисленные долины, напоминающие русла земных рек, детально рассмотреть полярные шапки планеты и спутники Марса. Были проведены исследования метеоритных кратеров, по результатам которых установлено существование в приповерхностном слое водного льда и участие в формировании формы кратеров водной и ветровой эрозии. Зафиксировал «Маринер-9» и такие привычные для земного наблюдателя явления как, погодные фронты и туман, имеющих сходное с земными аналогами происхождение.
27 октября 1972 года, после отключения двигателей аппарата, миссия «Маринер-9» была завершена. Аппарат был оставлен на орбите по крайней мере на 50 лет, после истечения которых он сгорит в марсианской атмосфере. Орбитальная станция «Марс-4» рис.12 Орбитальная станция «Марс-4». Credit: NSSDC
В 1973 г. впервые по межпланетной трассе одновременно совершили полёт 4 станции «Марс».
Первой к Марсу отправилась АМС «Марс-4» – 21 июля 1973 года, в задачи которой входили: обеспечение связи с посадочными модулями «Марс-6» и «Марс-7»; фотографическая съёмка поверхности планеты, позволяющая получать снимки с разрешением до 100 метров, в т.ч. панорамные; поиск водорода в верхней атмосфере Марса; измерение магнитного поля планеты. С помощью установленных на борту аппарата четырёх фотометров планировалось определить содержание углекислого газа, воды и озона. По пути следования к конечной точке своего маршрута «Марс-4» должен был собрать данные о распределении и интенсивности потоков солнечного ветра и исследовать солнечное радиоизлучение.
10 февраля 1974 года аппарат приблизился к Марсу, но из-за ошибки бортового компьютера, тормозные системы не сработали, в результате чего «Марс-4» пролетел мимо планеты на расстоянии 2200 км. Успев снять всего одну фотографию и обнаружить ночную ионосферу Марса, «Марс-4» полностью провалил свою миссию. Сейчас аппарат вращается вокруг Солнца
Спустя четыре дня после запуска «Марса-4» с космодрома «Байконур» был осуществлён запуск аналогичного по конструкции и преследуемым целям аппарата «Марс-5». В отличии от своего предшественника данный аппарат 12 февраля 1974 года был успешно выведен на орбиту, однако почти сразу была обнаружена разгерметизация приборного отсека в орбитальном блоке, который отвечал за работу служебных систем и научной аппаратуры. Расчёты показали, что в таком состоянии «Марс-5» сможет проработать не более 3 недель. На практике же аппарат проработал 16 дней – до 28 февраля 1974 года. За это время «Марс-5» совершил 22 оборота вокруг планеты по эллиптической орбите с параметрами: высота перицентра 1755 км, высота апоцентра 32555 км, полный оборот 24 часа 53 минуты, наклон орбиты к плоскости марсианского экватора 35,5°.
За время работы на орбите аппаратом было сделано 108 фотографий планеты (вместо запланированных 960), из которых лишь 43 снимка получились нормального качества: 15 из них с них сняты короткофокусной «Вега-3МСА», 28 – длиннофокусной «Зуфар-2СА». Также были проведены измерения температуры поверхности, в результате которых выяснилось, что максимальная температура после полудня на экваторе составляет 272К, а ночью снижается до 200К. Проведено уточнение марсианского давления, измеренного предыдущими аппаратами. Новое значение – 6,7 мбар.
С помощью фотометров обнаружено присутствие в атмосфере Марса водяного пара и озона, измеренная концентрация которых оказалась в тысячи раз ниже чем в атмосфере Земли. Проведено измерение температуры экзосферы, оказавшееся равным 295-355 К.
«Марс-5» подтвердил данные аппаратов «Марс-2» и «Марс-3» о существовании у планеты слабого магнитного поля, напряжённость которого составляет лишь 0,0003 земного. А также улучшил результаты «Марса-4», измерив плотность электронов ионосферы – 4600 на см3.
Станция «Марс-6». Credit: NSSDC
Кроме аппаратов предназначенных для изучения планеты Марс с орбиты, в четвёртку аппаратов «Марс» входили 2 станции, нёсшие на борту посадочные модули, предназначенные для изучения различных параметров красной планеты непосредственно с её поверхности. Первым из связки таких аппаратов был запущен «Марс-6» – 5 августа 1973 года.
Несущий модуль «Марса-6» прибыл к планете 12 марта 1974 года. На расстоянии 48 тыс. км от поверхности Марса от несущего модуля был отделён спускаемый аппарат, который в 9 часов 5 минут 53 секунды вошёл в марсианскую атмосферу на скорости 5,6 км/с. Спустя 2 минуты 39 секунд раскрылся парашют и спускаемый аппарат стал передавать информацию о температуре, плотности, давлении и составе марсианской атмосферы с помощью установленных на борту акселерометра, масс-спектрометра, датчиков измерения плотности, давления, температуры, силы и направления ветра. На основании измерений были получены данные о строении тропосферы Марса, установлено снижение температуры окружающего воздуха в направлении от стратосферы к поверхности. Было также высказано предположение о высоком содержании в атмосфере аргона, что впоследствии было опровергнуто более поздними исследованиями. Большая часть полученных данных так и не была прочитана из-за компьютерной ошибки.
В 9 часов 11 минут 5 секунд в момент срабатывания тормозных двигателей связь со спускаемым модулем была прервана.
Несущий модуль «Марса-6» пролетел мимо планеты на расстоянии 1600 км, также до конца не выполнив поставленных задач, в числе которых: поиск водорода в атмосфере, измерение напряжённости магнитного поля, изучение особенностей взаимодействия солнечного ветра с Марсом.
Вторым из связки был запущен «Марс-7». Произошло это 16 августа 1973 г. Спустя 7 месяцев – 9 марта 1974 года аппарат приблизился к Марсу, но из-за системной ошибки отделение спускаемого модуля произошло на 4 часа раньше запланированного срока и модуль пролетел мимо планеты. Несущий модуль провёл ряд исследований космического излучения и микрометеоритов по пути к планете.
В целом из четырёх аппаратов «Марс» со своей миссией справились лишь два: «Марс-6» совершил посадку на поверхность в южном полушарии, и во время спуска в атмосфере впервые провёл прямые измерения её состава, температуры и давления, а «Марс-5» в течении двух недель был искусственным спутником планеты. «Марс-4» и «Марс-7» провели исследования планеты и межпланетного пространства на пролётных траекториях, причём оба не выполнили своей программы полностью.
В 1975 г. с мыса Канаверал (Флорида, США) были запущены 2 американские автоматические орбитально-посадочные станции «Викинг-1» и «Викинг-2», посадочные блоки которых достигли Марса в 1976 г. и впервые передали фототелевизионное изображение его поверхности. Посадочный блок «Викинга-1» совершил мягкую посадку на Равнине Хриса 20 июля, а «Викинга-2» – на Равнине Утопия спустя полтора месяца – 3 сентября.
С помощью аппаратуры, установленной на спускаемых модулях «Викингов» – масс-спектрометров, инфракрасных спектрометров и радиометров, были проведены: прямые измерения химического состава атмосферы, которые показали, что она на 95% состоит из СО2; регистрация водяных паров в атмосфере и измерения температуры, показавшие её значительные колебания в течении суток.
В местах посадок проводились уникальные эксперименты с целью обнаружить признаки жизни в марсианском грунте. Специальное устройство захватывало образец грунта и помещало его в один из контейнеров, содержавших запас воды или питательных веществ. Поскольку любые живые организмы меняют среду своего обитания, приборы должны были это зафиксировать. Хотя некоторые изменения среды в плотно закрытом контейнере наблюдались, к таким же результатам могло привести наличие сильного окислителя в грунте. Вот почему учёные не смогли уверенно отнести эти изменения за счёт деятельности бактерий.
В общей сложности посадочный блок «Викинг-1» (с января 1982 г. переименованный в память руководителя команды по фотографированию поверхности Марса в «Станцию-мемориал Томаса Матча») проработал на поверхности планеты 6 лет и 116 дней – до 11 ноября 1982 года. Блок «Викинг-2» завершил свою работу гораздо раньше – 11 апреля 1980 года...
После отделения посадочных блоков станции были выведены на орбиты искусственных спутников планеты Марс. В результате их работы было выполнено детальное фотографирование поверхности Марса и его спутников («Викинг-1» фотографировал Фобос, «Викинг-2» – Деймос), а также составлены подробные карты поверхности планеты, геологические, тепловые и другие специальные карты. В результате анализа полученных карт было выявлено различие в строении марсианских полушарий: если для северного характерны обширные лавовые равнины, то для южного – вулканические плато и нагорья.
Орбитальный модуль «Викинга-1» проработал до 7 августа 1980 года, совершив более 1400 оборотов вокруг планеты. Орбитальный модуль «Викинга-2» на орбите проработал до 25 июля 1978 года, совершив 706 оборотов. Миссия «Викингов» до сих пор остаётся самой успешной и информативной.
В 1988 году, спустя 13 лет после полётов «Викингов», к Марсу направились советские «Фобос-1» и «Фобос-2», в задачу которых входило исследование Марса и его спутника Фобоса. Но, в результате неверной команды с Земли, один из аппаратов – «Фобос-1» через месяц после запуска потерял ориентацию. Связь с ним восстановить так и не удалось.
Другому аппарату – «Фобосу-2» всё же удалось долететь до цели, и в январе 1989 г. он вышел на орбиту искусственного спутника Марса. Дистанционными методами были получены данные об изменении температуры на поверхности планеты и новые сведения о свойствах пород, слагающих марсианский спутник Фобос. На Землю переданы 38 изображений с разрешением до 40 м, измерена температура поверхности Фобоса, составляющая в наиболее горячих точках 30°С. Кроме изучения Фобоса аппарат изучал характеристики магнитного поля самой красной планеты и взаимодействие его с солнечным ветром. На основании этих исследований, в частности измерения величины потоков ионов кислорода, покидающих планету, была оценена скорость эрозии атмосферы Марса под воздействием потоков солнечной плазмы.
27 марта 1989 г. из-за сбоя в системе управления связь с аппаратом была потеряна и основную миссию, заключавшуюся в доставке на поверхность спутника Марса двух спускаемых модулей, выполнить не удалось.
Следом за советскими исследовательскими кораблями неудачу потерпел американский аппарат «Марс-Обсервер», запущенный 25 сентября 1992 г.. Связь с ним была потеряна 22 августа 1993 г. за несколько дней до выхода на орбиту искусственного спутника Марса. В результате начавшегося сразу после аварии расследования выяснилось, что авария была вызвана повреждением трубопроводов в результате смешивания и последующего реагирования четырехокиси азота и монометилгидразина в титановых трубопроводах системы наддува в процессе наддува топливных баков гелием. В результате в аппарате оказались нарушены электрические цепи .
Не удалось вывести на траекторию полёта к Марсу и российскую станцию «Марс-96», которая разрушилась через пять часов после старта из-за отказа четвёртой ступени ракеты-носителя. В результате станция вошла в верхние слои земной атмосферы и сгорела.
Миссия «Марс-96» была самой амбициозной на тот момент. На борту станции находились две малых посадочных станции, предназначенных для исследования поверхности планеты, в частности фотографирования, измерения температуры, давления и влажности атмосферы, исследования радиационной обстановки, и два пенетратора, с помощью которых предполагалось разносторонне исследование марсианского грунта: его физических свойств, механических характеристик, элементарного состава и т.д..
Череда неудач закончилась в июле 1997 года, когда «Марс-Пасфайндер» доставил на планету первый автоматический марсоход, который успешно исследовал химический состав поверхности и метеорологические условия на Марсе.
Старт ракеты-носителя «Дельта-2», с помощью которого «Марс-Пасфайндер» отправился в космос, был осуществлён 4 декабря 1996 года с мыса Канаверал. Спустя 7 месяцев – 4 июля 1997 года аппарат на скорости около 7,5 км/сек вошёл в марсианскую атмосферу не сделав ни единого оборота по орбите. От перегрева при торможении в атмосфере аппарат был защищён специальной теплоизоляционной защитой.
Вскоре после входа в атмосферу Марса скорость аппарата снизилась до 400 м/сек. Спустя 160 секунд был развёрнут 12,5 метровый парашют снизивший скорость до 70 м/сек. За 10 секунд до посадки на высоте 1,6 км 4 надувшиеся подушки безопасности превратили аппарат в гигантский, диаметром около 5 метров, надувной мячик. Спустя ещё 4 секунды на высоте 98 метров над поверхностью сработали 3 ракетных двигателя, замедлившие скорость падения до менее 20 м/сек. При ударе о поверхность Марса мячик отскочил на 40 метров, продолжая подпрыгивать ещё 15 раз, пока наконец не остановился в километре от первоначального места спуска.
После посадки подушки безопасности спустились, а спустя ещё 87 минут раскрылись 3 солнечные батареи посадочного модуля. Основной задачей посадочного модуля «Марс-Пасфайндер» было обеспечение связи с марсоходом Sojourner и передача изображений и данных, сделанных с помощью марсохода на Землю. Кроме того модуль был оборудован фотокамерой, с наличием двух оптических входов для получения стереоснимков, датчиками для измерения скорости и направления ветра, атмосферного давления, температуры, а также системой хранения данных объёмом 62,5 тыс. КБ. После посадки Mars Pathfinder был переименован в Станцию памяти Карла Сагана, американского астронома и популяризатора науки.
Марсоход Sojourner съехал с посадочного модуля только 5 июля, в связи со сбоем сети дальней связи на посадочном модуле и проблемами со связью между модулем и марсоходом. А 6 июля Sojourner приступил к выполнению своей программы, заключавшейся в исследовании химического состава и физических параметров марсианских камней. Всего за время работы марсоход провёл 15 химических анализов горных пород и грунта. Круговая панорама Марса рис.20 Панорама Марса, снятая посадочным модулем «Марс-Пасфайндер». Credit: NASA/JPL
Миссия «Марс-Пасфайндер» завершилась 27 сентября 1997 года. За это время посадочным модулем и марсоходом было собрано свыше 270 МБ информации, в том числе 16,5 тыс. изображений с посадочного модуля и 550 изображений с марсохода, проведено исследование окружающей среды, на основании которого удалось установить, что в далёком прошлом климат на планете Марс был тёплым и влажным.
За месяц до запуска «Марс-Пасфайндер» с мыса Канаверал стартовала БИС (беспилотная исследовательская станция) «Марс Глобал Сервейор», которая спустя 300 дней после запуска – 11 сентября 1997 года достигла красной планеты. После сближения с Марсом аппарат в течении 4 месяцев осуществлял орбитальные манёвры для выхода на круговую полярную орбиту. Однако, попытки маневрирования были сорваны в результате проблем с одной из панелей солнечных батарей. Новый этап выхода на орбиту продолжался до апреля 1998 года, в результате чего удалось вывести аппарат на орбиту с перицентром высотой 171 км. Спустя ещё 5 месяцев манёвры на околомарсианской орбите продолжились и, наконец, в феврале 1998 года «Марс Глобал Сервейор» был выведен на круговую полярную орбиту высотой 378 км.
В марте того же года аппарат приступил к съёмкам поверхности планеты, на основании которых впоследствии была составлена карта Марта, а также к изучению марсианского магнитного поля, атмосферы и погодных условий. Основная миссия «Марс Глобал Сервейор» длилась ровно один марсианский год или 687 земных суток. Но, в связи с тем, что аппарат оставался работоспособным и после истечения этого срока, миссию было решено продлить до апреля 2002 г, а после и вовсе на неопределённое время, в результате чего «Марс Глобал Сервейор» передавал информацию с орбиты до 5 ноября 2006 года. По предположениям учёных орбитальный модуль до сих пор вращается на орбите, но из-за неправильного положения одной из солнечных батарей, сигнал с аппарата слишком слабый и не регистрируется на Земле.
«Марс Глобал Сервейор» – одна из наиболее успешных марсианских миссий на сегодняшний момент. Аппарат является первым, снявшим находящиеся на орбите другой планеты космические аппараты. Снимки «Марса Одиссей» и «Марса-экспресс» были сделаны в апреле 2005 года. Годом ранее«Марс Глобал Сервейор» сфотографировал находившейся на поверхности Марса марсоход «Спирит».
4 июля 1998 года к планете Марс отправилась японская АМС «Нодзоми». В задачи станции входило: исследование верхних слоёв марсианской атмосферы и её взаимодействия с солнечным ветром, построение структуры магнитного поля Марса, измерение структуры, состава и динамики ионосферы, а также фотографирование поверхности. Амбициозные планы, которым не суждено было сбыться. Дело в том, что вывода аппарата на орбиту вокруг Марса был выбран очень сложный путь: сначала «Нодзоми» должна была дважды облететь вокруг Луны, затем вновь вернуться к Земле для получения разгонного импульса, и только потом начать движение по направлению к планете. Неполадки начались уже 20 декабря, когда при разгоне у Земли станция вышла на околосолнечную орбиту. Японским учёным удалось вывести станцию на новую траекторию, однако 21 апреля 2002 года во время солнечной вспышки была выведена из строя система распределения электропитания. Несмотря на сложности «Нодзоми» удалось провести 2 гравитационных манёвра в окрестностях Земли и наконец отправится к Марсу. Но из-за сложностей в системе распределения электропитания, ракетное топливо гидразин в баках дистанционного управления замёрзло и 9 декабря 2003 года аппарат прошёл на расстоянии тысячи километров над поверхностью Марса, так и не выполнив своей миссии. Сегодня «Нодзоми» обращается по гелиоцентрической орбите с периодом около 2 лет.
В конце 1998 года (11 декабря) с мыса Канаверал к Марсу отправился первый из двух аппаратов программы НАСА «Mars Surveyor 98» под названием Mars Climate Orbiter. Аппарат предназначался для изучения с орбиты планеты атмосферы Марса, погодных условий, изменений на поверхности в результате деятельности ветра, сбора доказательств изменения климата Марса в прошлом. Предполагалось использование Mars Climate Orbiter для ретрансляции сигналов со второго аппарата программы Mars Polar Lander и прочих будущих аппаратов НАСА и спускаемых аппаратов международных миссий.
23 сентября 1999 года аппарат приблизился к Марсу, но выйти на запланированную орбиту ему так и не удалось: в 9 часов 37 минут когда Mars Climate Orbiter связь с ним прервалась. Согласно выводам комиссии по расследованию причин инцидента, к потере аппарата привели неверные команды с Земли, приведшие к его выводу на гораздо более низкую орбиту чем планировалось (орбита высотой 57 км вместо положенных 150). В результате Mars Climate Orbiter сгорел в нижних слоях марсианской атмосферы.
Mars Polar Lander – второй из аппаратов программы «Mars Surveyor 98» отправился к планете 3 января 1999 года. Спустя 11 месяцев полёта без каких-либо проблем аппарат приблизился к Марсу. В 7:45 по североамериканскому восточному времени (отличается на -5 часов от всемирного координированного времени) началась получасовая окончательная коррекция двигателя. 7 часов спустя Mars Polar Lander в последний раз вышел на связь перед спуском на поверхность планеты. Что с ним произошло дальше – неизвестно.
Mars Polar Lander предназначался для: исследования климата вблизи южной полярной шапки Марса, анализа льда и его возможностей для пополнения марсианской атмосферы водой и углекислым газом, изучения почвенных образцов на наличие льда фотографирования сезонных изменений на планете. Кроме того аппарат нёс на себе 2 пенетратора «Deep Space 2», названных в честь полярных исследователей Амундсена и Скотта. Пенетраторы представляли собой неуправляемые зонды, которые перед входом в атмосферу отделяются от основного аппарата и углубляясь на скорости в грунт передают данные о его составе. Пенетраторы «Deep Space 2» предназначались также для поиска водяного льда, измерения атмосферного давления и температуры.
Орбитальный аппарат «Марс Одиссей». Credit: NASA/JPL-Caltech
7 апреля 2001 года с мысе Канаверал состоялся запуск ракеты-носителя «Дельта-2», несшей на борту орбитальный аппарат НАСА «Марс Одиссей». Аппарат предназначался для изучения климатических особенностей Марса, анализа с орбиты поверхности планеты, окружающей радиационной обстановки и опасности её для последующих пилотируемых миссий. Также в течении 5 лет планировалось использовать «Марс Одиссей» в качестве ретранслятора для передачи информации с будущих наземных модулей.
Спустя 7 месяцев – 24 октября, «Марс Одиссей» прибыл на околомарсианскую орбиту. В течении следующих нескольких месяцев, вплоть до 11 января 2002 г., с помощью серии аэродинамических манёвров аппарат был выведен на орбиту с высотой перицентра 201 км, которая, в результате корректировок, 30 января была поднята до постоянных 400 км и стала полярной. Первоначально миссия аппарата после выхода на окончательную орбиту должна была продлиться 917 дней – до июля 2004 года, но затем была продлена ещё на один марсианский год, вплоть до сентября 2006 года. Сегодня «Марс Одиссей» используется для передачи информации с марсоходов Спирит и Оппортьюнити совершивших посадку на планету в конце 2004 г.
За время работы аппаратом были собраны данные, указывающие на наличие крупных запасов воды под поверхностью Марса. В некоторых местах доля водяного льда в общем составе породы достигала 70%.
Кроме того с помощью инструмента THEMIS была проведена съёмки поверхности Марса в видимой и инфракрасной части спектра, на основании которой была построена самая точная на сегодняшний момент карта поверхности планеты с разрешением 100 метров.
Спустя 2 года после запуска «Марса Одиссей» с космодрома Байконур (Казахстан) Европейским космическим агентством был запущен аппарат «Марс-экспресс», несший на борту посадочный модуль «Бигль-2». Произошёл запуск 2 июня 2003 года.
«Марс-экспресс» был предназначен для фотографирования поверхности Марса с помощью камеры высокого разрешения HRSC, составления глобальной минералогической и геологической карт с помощью спектроскопа OMEGA, изучения состава и структуры марсианской атмосферы, взаимодействия атмосферы с поверхностными породами и межпланетной средой. Основными задачами посадочного модуля являлись: исследование геологических, климатических особенностей в месте посадки, поверхностных слоёв, а также поиск возможных следов жизни.
«Марс-экспресс» прибыл в декабре 2003 года. 19 декабря, за шесть дней до выхода на орбиту от основного аппарата отсоединился посадочный модуль «Бигль-2», который по истечении 6 дней (предназначались для поиска возможного места для посадки) должен был войти в марсианскую атмосферу и вскоре приземлиться на поверхность планеты. Однако, в назначенный срок, «Бигль-2» на связь не вышел. 6 февраля 2004 года «Бигль-2» был объявлен утерянным. Как полагают учёные, посадка модуля произошла в штатном режиме и он практически не пострадал, что было ясно видно на снимках сделанных с орбитального аппарата Mars Global Surveyor в 2005 году. Невыход на связь обусловлен выходом из строя оборудования связи.
Орбитальный модуль «Марс-экспресс» 25 декабря 2003 г. бал выведен на эллиптическую орбиту с параметрами: высота перицентра 250 км, высота апоцентра 150 тыс. км., угол наклона 25 градусов. В конце января следующего года аппарат был переведён на полярную орбиту, высота которой может меняться для поддержания стабильной работы солнечных батарей. Первоначальное время работы «Марса-экспресс» на орбите должно было составить 1 марсианский год, но впоследствии время работы было продлено в 3 раза и сегодня аппарат помимо выполнения своих основных задач используется в качестве передатчика информации с марсоходов Спирит и Оппортьюнити, а ранее и с посадочного модуля Феникс, на Землю.
К настоящему времени «Марс-экспресс» отправил на Землю огромный массив данных. В частности было установлено, что в отличии от северной полярной шапки в составе южной доля водяного льда ниже, но в тоже время общий объём воды, в полярных шапках Марса примерно равен. Водяной лёд залегает под слоем замёрзшей углекислоты толщиной несколько метров.
В атмосфере Марса было обнаружено небольшое содержание метана, содержание которого может указывать либо на продолжающуюся тектоническую активность на планете, либо, что более интересно, на жизнедеятельность микроорганизмов. Последнее предположение учёным кажется маловероятным.
С помощью датчиков нейтральных и заряженных частиц ASPERA в атмосфере обнаружилось присутствие монооксида азота и аэрозолей, присутствующих на высотах до 100 км.
Были также составлены: подробная схема строения марсианской атмосферы до высот 150 км, схема температурного профиля атмосферы до высот 50-55 км, карта распределения в атмосфере планеты водяного пара и озона. Полученные «Марс-экспрессом» снимки поверхности Марса были впоследствии обработаны и на их основе составлены трёхмерные модели ландшафта.
В том же году, что и «Марс-экспресс», к красной планете отправились два марсохода НАСА «Спирит» и «Оппортьюнити», запущенные в рамках проекта Mars Exploration Rover.
Оба марсохода были идентичны друг другу. Имели по 6 колёс, каждое из которых приводилось в движение отдельным двигателем. Два передних и два задних колеса марсохода служили для поворота аппарата и поэтому каждое имело собственный поворотный механизм на основе сервоприводов, которые не зависели от механизмов, обеспечивающих движение всего аппарата. Средняя пара колёс подобного механизма была лишена.
Максимальная расчётная скорость перемещения марсохода составляла 5 см/с, но на практике не превышала 1 сантиметра. Марсоход способен был преодолевать препятствия с углами наклона до 45°, на в тоже время запрограммирован, чтобы избегать превышение угла наклона более чем в 30°.
От перегрева марсоход защищали аэрогель, золотая фольга, термостаты и нагреватели. От низких температур – радиоизотопный (основный) и электрические (вспомогательные) нагреватели. Источником энергии служили солнечные батареи, мощностью до 140 Вт. Энергия хранится в 2-ух аккумуляторных батареях.
Связь с Землёй и космическими аппаратами поддерживалась с помощью 3-ух антенн. Для обработки информации служил бортовой компьютер, имеющий следующие характеристики: процессор частотой 20 МГц, оперативная память объёмом 128 МБ, флэш-память объёмом 256 МБ.
Изучение планеты велось с помощью панорамных камер, установленных на высоте 1,4 метра от основания колёс марсохода, рентгеновского спектроскопа APXS, мессбауэровского спектрометра, микроскопа и бура RAT. .
Основными целями программы Mars Exploration Rover являлось изучение геологических особенностей, истории формирования современного рельефа планеты, климата Марса и на основании всех этих данных поиск ответа на главный вопрос "была ли жизнь на Марсе.
Первым из двух марсоходов исследовать Марс отправился «Спирит» (дух в переводе с английского), запущенный с помощью ракеты-носителя «Дельта-2» 10 июня 2003 года со стартовой площадки на мысе Канаверал. Спустя 7 месяцев межпланетного перелёта – 4 января 2004 года «Спирит» совершил посадку на планете в кратере Гусева. А спустя 3 часа после посадки марсоход стал передавать на Землю первые снимки. Последний сеанс связи с аппаратом состоялся 22 марта 2010 года. Как полагают учёные неполадки со связью вызваны небольшим количеством вырабатываемой солнечными батареями электроэнергии необходимой для связи с Землёй. На данный момент неполадки не устранены и марсоход, из-за низкой температуры внутри корпуса, возможно сильно повреждён.
За время работы на поверхности планеты марсоход собрал данные о химическом составе и структуре шести камней: Адирондака, Мими, Mazatzal-а, Pot of Gold-а, камня с высоким содержанием сульфата магния и Гун-гуна. Проведено исследование кратеров Гусева и Бонневиля, Колумбийских холмов и холма Хазбанда. Было подтверждено существование на Марсе в прошлом значительных запасов жидкой воды, на основании обнаружения таких химических элементов как, сера и магний, а также специфического для для влажного климата гематита. Получено большое количество качественных снимков, на которых можно увидеть пустынные марсианские ландшафты, облака в атмосфере планеты и пыльные вихри, называемые пылевыми дьяволами. Общая длина расстояния пройденного по поверхности Марса «Спиритом» составила 7730,50 метров.
Через месяц после «Спирита» – 7 июля 2003 г, с мыса Канаверал отправился к Марсу второй марсоход программы – «Оппортьюнити» (возможность). На поверхность планеты марсоход приземлился 25 января следующего года. В настоящее время «Оппортьюнити» находится в полностью рабочем состоянии и прошёл путь в 26658,64 метра (по данным на 11 января 2011 года).
Как и марсоход «Спирит» «Оппортьюнити» занимался исследованием камней (в основном космического происхождения, т.е. метеоритов) в районе плато Меридиана. За время работы марсоход нашёл 6 метеоритов (последний в сентябре прошлого года). кроме поиска и изучения камней марсоходом были проведены обширные исследования марсианских поверхностных пород, особенностей поверхности планеты и фотографирование пейзажей. На основании собранных данных «Оппортьюнити» как и «Спириту» удалось собрать достаточно данных о существовании некогда на Марсе обширных водоёмов.
В 2005 году к Марсу отправилась АМС НАСА «Марсианский разведывательный спутник» или «MRO». Старт ракеты-носителя «Атлас V», отправившей в космос «MRO», произошел 12 августа 2005 года с космодрома на мысе Канаверал.
Миссия «Марсианского разведывательного спутника» была рассчитана на срок в один марсианский год и предназначалась для: изучения современного климата Марса, его сезонных и годовых изменений, поиска оставленных водой следов и самой воды, поиска местностей, представляющих интерес для будущих наземных миссий. С помощью камеры высокого разрешения HiRISE планировалось делать снимки поверхности с невиданным до этого разрешением. С помощью панхроматической контекстной камеры CTX планировалось обследовать поверхность планеты. С помощью камеры MARCI планировалось вести мониторинг за облаками и пыльными бурями.
10 марта 2006 года «MRO» приблизился к красной планете и начал серию аэродинамических манёвров для выхода на проектную орбиту. Манёвры на орбите длились до ноября, после чего аппарат был выведен на близкую к круговой орбиту, с перицентром на Южным и апоцентром над Северным полюсом, на которой остаётся до настоящего времени. С ноября 2008 года аппарат используется в качестве качестве передатчика информации для марсоходов, работающих на поверхности красной планеты.
За время работы на орбите «MRO» собрал данные о распространении и объёме водяного льда на поверхности Марса. Выяснилось, что общий объём водяного льда, заключенного в северной полярной шапке планеты составляет 821 тыс. км3. Спектрометром CRISM водяной лёд был также обнаружен в выбросах породы, окружающей молодые кратеры. Спустя какое-то время лёд из выбросов испаряется, минуя при этом жидкое состояние (в результате низкого давления марсианской атмосферы). При изучении равнины Эллады были найдены характерные для деятельности ледников следы, что может указывать на более широкое распространение подземного льда чем считалось ранее.
С помощью камеры HiRISE были обнаружены многочисленные следы деятельности текущей воду: речные долины (в районе кратера Антониади), речные наносы, похожие на озёра формы рельефа. На наличие в прошлом обширных покрытых водой участков указывает и широкое распространение на Марсе хлоридов, а также других минералов, для образования которых требуется жидкая вода.
На многочисленных снимках аппарата можно увидеть также оползни на склонах, дюны на поверхности Марса и их перемещение, космические аппараты, работающие на планете: «Phoenix» и «Opportunity».
Последним из аппаратов, который на сегодняшний день посетил красную планету, является посадочный модуль «Феникс», запущенный 4 августа 2007 года в рамках программы НАСА «Mars Scout», в которую входит также орбитальный модуль «MAVEN», запуск которого назначен на конец 2013 года.
К Марсу «Феникс» прибыл 25 мая 2008 года, спустя 10 месяцев после старта. Посадка модуля была осуществлена в точке со следующими координатами: 68° северной широты и 125° восточной долготы, в районе богатом подземными запасами водяного льда. Место посадки было выбрано специально, в соответствии с миссиями аппарата: изучение климата и погоды полярных регионов Марса, определение состава нижних слоёв атмосферы, описание геоморфологических особенностей и истории формирования северных равнин планеты, сбор сведений о физических свойствах приповерхностных слоёв породы и поиск воды, водяного льда, а также описание водной геологической истории. С помощью всех собранных по ходу миссии данных планировалось выявить условия, благоприятные для жизнедеятельности микроорганизмов.
Миссия посадочного модуля «Феникс» была рассчитана на небольшой срок: всего 5 месяцев, в связи с малой вероятностью нормального функционирования аппарата по окончании марсианской зимы. И как впоследствии оказалось расчёты были верны. Последний сеанс с посадочным модулем состоялся 2 ноября 2008 г., а 10 ноября было объявлено об успешном завершении миссии, итогами которой стали: обнаружение водяного льда под тонким слоем марсианской породы, получение химического анализа грунта, который выявил следы солей хлорной кислоты, магния, натрия, калия и хлора, определение водородного показателя (pH) грунта, значения которого показали схожесть марсианских поверхностных пород с земными слабощелочными почвами.
В настоящий момент в НАСА готовятся к запуску марсохода нового поколения «Curiousity» (Mars Science Laboratory), который будет больше и дороже своих предшественников. Старт миссии назначен на 25 ноября этого года.
В этом году миссию по совместному изучению Марса и его спутника Фобос планируют начать Россия и Китай, осуществив в ноябре с космодрома Байконур запуск аппаратов «Фобос-грунт» и «Инхо-1».
На 2013 год намечен старт второго аппарата космической программы НАСА «Mars Scout» – «MAVEN».
На 2016 год намечено сразу несколько стартов космических программ: совместной российско-финской программы «MetNet», которая предполагает доставку на красную планету с помощью космического аппарата «Марс-Нэт» восьми станций, которые в течении одного марсианского года смогут собирать данные о сезонных изменениях климата; совместной программы НАСА и ЕКА «ЭкзоМарс» в рамках которой планируется отправить на Марс несколько орбитальных и посадочных модулей; программы НАСА «Марсианская астробиологическая полевая лаборатория», с помощью которой планируется найти следы жизни.
В 2018 году на Марс отправятся марсоходы программы «ЭкзоМарс».
После 2020 года НАСА и ЕКА планируется развернуть на поверхности красной планеты целую группировку посадочных аппаратов. Одной из главных целью программы «Mars Sample Return Mission» является сбор и последующая доставка на Землю образцов марсианского грунта.
И конечно же сразу несколько стран сегодня ведут подготовку к пилотируемому полёту на планету Марс.
