Россия возвращается на Красную планету

Совместная миссия Европейского космического агентства (ЕКА) и Роскосмоса ExoMars-2016 отправится на Красную планету в марте 2016 года. Такое решение принял 24 сентября 2015 года управляющий совет миссии. Это первая для Европы миссия к Марсу за последние 13 лет и первая за последние 5 лет попытка России отправить аппарат на орбиту Красной планеты.

Два предыдущих российских запуска автоматических аппаратов к Марсу не увенчались успехом, а с 1988 года (аппарат «Фобос-2») у страны (тогда — СССР) вообще не было успешных миссий к Красной планете.

От НАСА к Роскосмосу

Последний раз ЕКА отправляло к Марсу орбитальную станцию Mars Express со спускаемым зондом Beagle 2 в 2003 году. Россия также принимала участие в этой миссии: станция была запущена с космодрома Байконур ракетой-носителем «Союз-ФГ», а на орбитальном аппарате Mars Express в изготовлении половины научных инструментов принимал участие Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН). Он сделал для Mars Express детекторы планетного фурье-спектрометра PFS (Planetary Fourier Spectrometer), инфракрасный канал многофункционального спектрометра SPICAM (Ultraviolet and Infrared Atmospheric Spectrometer) и сканирующее устройство картирующего спектрометра OMEGA (Visible and Infrared Mineralogical Mapping Spectrometer). На британском спускаемом зонде Beagle 2 два из шести научных инструментов были российскими (изготовлены в НИИтрансмаш и ИКИ РАН).

Станции Mars Express удалось обнаружить шапку из водяного льда на южном полюсе Красной планеты и найти в ее атмосфере метан. Последнее является косвенным свидетельством возможности наличия на Марсе жизни — в настоящем или в прошлом. В настоящее время орбитальный аппарат Mars Express до сих пор исследует Марс, а зонд Beagle 2 не смог выйти на связь после спуска на поверхность планеты. Обнаружить его удалось только спустя 12 лет благодаря снимкам с орбиты Красной планеты.

Миссия Mars Express являлась логическим продолжением российской миссии «Марс-96», неудачная попытка запуска которой состоялась в 1996 году. Тогда разгонный блок Д2 ракеты-носителя «Протон-К» не смог вывести станцию из атмосферы Земли. Несмотря на то что миссия Mars Express была реализована при значительном участии России, последняя была задействована только в научной части работ и никаких управленческих решений не принимала. Это во многом связано с репутационными потерями нашей страны из-за неудачи миссии «Марс-96». Первоначально ЕКА не собиралось сотрудничать с Россией в новой миссии, своим партнером Европа видела США, которые должны были предоставить тяжелую ракету-носитель Atlas V. Однако секвестр бюджета НАСА привел в 2012 году к отказу от сотрудничества американцев с ЕКА в рамках новой миссии и ее последующему пересмотру. Полноправное партнерство стало особенно актуально для России после неудачного запуска в 2011 году станции «Фобос-Грунт».
Дружба порознь

Новая европейско-российская миссия ExoMars-2016 является дальнейшим развитием программ Mars Express и «Марс-96». Сегодня совместная миссия оценивается в один миллиард евро и включает в себя два этапа — ExoMars-2016 и ExoMars-2018. Программа ExoMars-2016 предполагает отправку в марте 2016 года на ракете-носителе «Протон-М», стартующей с космодрома Байконур, орбитального зонда TGO (Trace Gas Orbiter) и демонстрационного десантного модуля Schiaparelli. В рамках первого этапа миссии Россия предоставляет ракету-носитель и половину научных инструментов для орбитального зонда TGO, тогда как ЕКА — сам зонд TGO и модуль Schiaparelli. Для TGO ИКИ РАН изготовила ACS (Atmospheric Chemistry Suite), предназначенный для исследования химического состава и строения атмосферы Марса, и FREND (Fine Resolution Epithermal Neutron Detector) — нейтронный детектор для поиска водорода и отложений водяного льда. Алгоритмы обработки данных для анализа атмосферы в ACS помогал разрабатывать МФТИ.

Путь миссии ExoMars-2016 до Красной планеты займет до девяти месяцев. Модуль Schiaparelli должен за три дня до прибытия миссии к Марсу отделиться от орбитальной станции и начать спуск в один из районов Плато Меридиана в двух километрах южнее экватора. При спуске он исследует атмосферу Марса (состав, плотность, влажность, давление, скорость ветров, содержание пыли и температуру), а на поверхности проведет измерения электрического поля планеты. Модуль массой 600 килограммов предназначен для отработки технологии посадки на поверхность планеты и не будет снабжен солнечными батареями, поэтому он проработает не более восьми дней.

Основные научные исследования будет проводить станция TGO, которая должна исследовать Красную планету на высоте около 400 километров от ее поверхности. Особенно ученых интересует содержание метана, воды и ацетилена в марсианской атмосфере. В отличие от предыдущих исследований научные инструменты, установленные на станции, позволят примерно в тысячу раз точнее определить концентрации этих важных для жизни соединений в атмосфере Марса. Связь с TGO будет осуществлять ЕКА, а данные с Schiaparelli поможет принимать НАСА. Миссия ExoMars-2016 рассчитана на работу до 2023 года.

На втором этапе, получившем название ExoMars-2018, предполагается отправка на Марс десантного модуля с посадочной платформой и ровера ExoMars. Россия для этого этапа миссии предоставит ракету-носитель «Протон-М», десантный модуль с посадочной платформой, а также научные инструменты для марсохода. Посадочную платформу изготавливает Научно-производственное объединение Лавочкина. На ней разместят около 50 килограммов российского научного оборудования. Шестиколесный ровер создадут под контролем ЕКА, на нем будут установлены два российских прибора — ISEM (Infrared Spectrometer for ExoMars) и ADRON. Первый исследует минералогический состав грунта, а второй (нейтронный спектрометр) поищет воду на глубине до метра.

Уникальность миссии ExoMars-2018 — в возможности комплексного изучения атмосферы и грунта Красной планеты с более высокой точностью, чем в процессе предыдущих исследований. В частности, на марсоходе будет размещена установка, позволяющая пробурить грунт Красной планеты на глубину до двух метров. Основное управление системами будет осуществлять ЕКА. Агентство передаст Роскосмосу управление посадочной платформой только после того, как ее покинет ровер. В целом научные программы Европы и России в миссии ExoMars-2018 разделены: ЕКА основные исследования будет проводить на марсоходе, а Россия — на посадочной платформе. В случае если миссия ExoMars-2018 не будет запущена в 2018 году, ее старт перенесется на 2020 год.
Уже на Марсе

В настоящее время на орбите Марса находятся пять станций. Из них три — американские: Mars Odyssey (с 2001 года), MRO (Mars Reconnaissance Orbiter, с 2006 года) и MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN, с 2014 года), одна — европейская (уже упомянутая Mars Express) и одна — индийская (Mangalyaan, с 2014 года). Индия стала первой страной, которой с первого раза удалось успешно запустить марсианский аппарат, а станция Mars Odyssey является рекордсменом по продолжительности исследовательской миссии среди марсианских аппаратов.

На поверхности Красной планеты сейчас действуют марсоходы Opportunity (с 2004 года) и Curiosity (с 2012 года), оба аппарата — американские. Ровер Opportunity — рекордсмен по продолжительности работы на поверхности Красной планеты, а аппарат Curiosity — самый тяжелый марсоход, доставленный на Марс (его масса — 900 килограммов). Для сравнения: ровер ExoMars-2018 будет весить не более 270 килограммов — примерно на сто килограммов тяжелее Opportunity.

Не только ЕС и Россия планируют в ближайшее время отправку к Марсу своих аппаратов. Две научные лаборатории готовят в США. Первая — InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) — должна отправиться к Марсу в то же время, что и миссия ExoMars-2016, — в марте 2016 года. Она исследует строение и распределение температуры в недрах Красной планеты (на глубине до пяти метров). Вторая — Mars 2020 — планируется на 2020 год: исследователи надеются доставить ровер, аналогичный Curiosity, и собрать данные для пилотируемых полетов на Марс — в 2030-х годах НАСА собирается отправить на Красную планету своих астронавтов.