Воскресенье, 22.10.2017
Космическая погода на текущий час
Вход в систему не произведен
 Войти /  Регистрация

Секция Совета РАН по космосу

Космические аппараты Фобос 1 и 2


Назначение КА

Космические аппараты серии «Фобос» (серии «1Ф») предназначены для проведения комплексных исследований объектов Солнечной системы: спутника Марса Фобос (дистанционно и при контакте) - путем сближения с ним вплоть до состояния «бреющего полета» над его поверхностью и десантирования на неё стационарного и подвижного исследовательских зондов (ДАС и ПРОП-ФП); планеты Марс (с подлетной траектории и с орбиты ИСМ); Солнца; межпланетного пространства, а также в области астрофизики. Серия 1Ф, созданная в рамках международного проекта «Фобос», состоит из двух аппаратов: КА «Фобос-1» (1Ф №101) и КА «Фобос-2» (1Ф №102), частично отличающихся по составу целевой (научной) аппаратуры. Предусмотрено одновременное применение обоих аппаратов в одной экспедиции. Дублирование аппаратов призвано повысить общую надежность выполнения целевой задачи и несколько расширить исследовательские задачи экспедиции.

Запуски аппаратов осуществлены: «Фобос-1» -7.07.1988 г., «Фобос-2» - 12.07.1988 г.

В программу экспедиции входило:

  • Проведение ЛКИ вводимого в эксплуатацию космического аппарата нового поколения, разработанного как универсальный космический аппарат для проведения комплексных исследований планет и малых тел Солнечной системы.
  • Выполнение научной программы, предусматривающей решение следующих задач:
    • На трассе перелёта
      • изучение Солнца в рентгеновском (КА «Фобос-1»), ультрафиолетовом и видимом диапазонах (КА «Фобос-1,-2»);
      • получение трехмерной стереоскопической структуры солнечной хромосферы и короны;
      • определение состава солнечного ветра;
      • изучение характеристик межпланетных ударных волн;
      • локализация космических гамма-всплесков.
    •  На орбитах вокруг Марса
      • - уточнение параметров орбитального движения Фобоса и его физических свойств;
      • - зондирование поверхности и атмосферы Марса в видимом, ультрафиолетовом, инфракрасном и гамма-диапазонах;
      • изучение структуры магнитосферы Марса, определение параметров магнитного поля;
      • изучение Солнца и межпланетного пространства. При сближении с Фобосом
      • телевизионная съемка поверхности Фобоса с высоким разрешением;
      • определение химического, минералогического состава поверхности Фобоса, его физических свойств;
      • изучение внутреннего строения Фобоса, его радиофизических характеристик;
      • десантирование на его поверхность долгоживущей автономной станции (ДАС – КА «Фобос-1,-2») и передвижного зонда (ПРОП-ФП – КА «Фобос-2»).

Космический Аппарат

Космический аппарат серии 1Ф, разработан как унифицированный базовый аппарат для осуществления многоцелевых и разноплановых экспедиций с целью исследования планет и малых тел (комет, астероидов, спутников планет) Солнечной системы. Аппарат спроектирован так, что его конструкция и состав систем служебного модуля остаются практически неизменными при смене в выборе объекта изучения (Марс, Венера, Луна или другие, в том числе малые, тела). Переоснащения, связанные с изменением цели и научной программы экспедиции, касаются, в основном, запасов топлива и состава исследовательских средств и состава научной аппаратуры. 

Конструкция аппарата предусматривает возможность размещения на нем, одновременно или выборочно, технических средств дистанционного зондирования (радиолокаторы, телескопы и т.д.), а также десантируемых исследовательских зондов (спускаемых аппаратов, малых станций, пенетраторов и т.д.). Важнейшая «проектно заложенная» особенность аппарата - возможность его маневрирования в непосредственной близости от поверхности небесных тел, обладающих слабым гравитационным полем. Космический аппарат состоит из орбитального блока (ОБ) и автономной двигательной установки (АДУ). В верхней части орбитального блока предусмотрено размещение на специальной платформе полезной нагрузки, определяемой задачами межпланетной экспедиции. Для экспедиции в рамках международного проекта «Фобос» полезной нагрузкой для КА серии 1Ф являлись отделяемые исследовательские зонды ДАС и ПРОП-ФП. На этой же платформе размещена научная аппаратура для исследования Солнца и средненаправленная антенна автономной радиосистемы. 

КА «Фобос» конструктивно значительно отличается от своих предшественников – автоматических космических аппаратов, предназначенных для планетных исследований (КА «Венера», «Вега», «Марс»). Силовым элементом конструкции КА «Фобос» стал герметичный торовый приборный отсек, к которому снизу пристыковывается автономная двигательная установка (АДУ), а сверху — отсек научной аппаратуры (цилиндрический приборный отсек). 

Такая компоновка позволяет добиться наименьшей массы собственно конструкции аппарата и минимальных моментов инерции, от которых зависит его маневренность. Благодаря принципу многоступенчатости в процессе полета удается освободиться от уже отработавших элементов - «сброс» АДУ позволяет на определенном этапе «включиться в работу» ранее закрытой ею и размещенной в торовом приборном отсеке служебной и научной аппаратуре, необходимой для сближения с Фобосом и проведения программы его исследований.

НАУЧНАЯ АППАРАТУРА

Орбитальный аппарат

Для выполнения намеченной научной программы на борту КА «Фобос» размещается научная аппаратура:

     - дистанционный лазерный масс-анализатор ЛИМА-Д для анализа элементного и изотопного состава грунта (СССР, ГДР, НРБ, Финляндия, ФРГ, ЧССР);

     - дистанционный масс-анализатор вторичных ионов ДИОН для анализа элементного состава грунта Фобоса (СССР, Австрия, Финляндия, Франция);

     - радар РЛК для определения структуры пород и рельефа поверхности Фобоса (СССР);

     - видеоспектрометрический комплекс ВСК для получения телевизионного изображения поверхности Фобоса и Марса (СССР, ГДР, НРБ);

     - радиометр-спектрометр КРФМ-ИСМ для изучения теплофизических и отражательных свойств поверхности Фобоса и Марса (СССР, Франция);

     - радиометр-спектрометр ТЕРМОСКАН для картирования Марса и Фобоса (СССР);

     - спектрометр гамма-излучения ГС-14 для исследования химического состава и радиоактивности поверхности Фобоса и Марса (СССР);

     - детекторы нейтронов ИПНМ-3 для определения содержания связанной воды в грунте Фобоса (СССР);

     - оптический спектрометр ОГЮСТ для исследования атмосферы Марса методом просвечивания солнечным излучением (СССР);

     - сканирующий анализатор АСПЕРА для изучения трехмерной функции распределения плазмы (СССР, Финляндия, Швеция);

     - спектрометр плазмы МПК для измерения характеристик плазмы солнечного ветра (СССР, Австрия, ВНР, ФРГ);

     - спектрометры электронов ЭСТЕР для изучения потоков электронов низких энергий и солнечных космических лучей (СССР, ВНР, ФРГ, ЕКА);

     - анализатор плазменных волн АПВ-Ф для изучения излучений межпланетной и марсианской плазмы (СССР, ПНР, ЧССР, ЕКА);

     - магнитометры ФГММ, МАГМА для изучения магнитных полей в окрестностях Марса и в межпланетном пространстве (СССР, Австрия, ГДР);

     - солнечный телескоп ТЕРЕК для получения изображения Солнца и короны в рентгеновском и видимом диапазонах (СССР, ЧССР);

     - рентгеновский фотометр РФ-15 для измерения рентгеновского излучения Солнца (СССР, ЧССР);

     - солнечный УФ-радиометр СУФР для регистрации ультрафиолетового излучения Солнца (СССР);

     - спектрометры гамма-излучения ВГС, ЛИЛАС для регистрации галактических и солнечных гамма-всплесков (СССР, Франция);

     - фотометр ИФИР для изучения солнечных осцилляций (СССР, Франция, Швейцария, ЕКА).

Исследовательские зонды, десантируемые на поверхность Фобоса

Для экспедиции в рамках международного проекта «Фобос» в состав полезной нагрузки для КА серии 1Ф введены отделяемые исследовательские зонды двух типов  - стационарный (ДАС) и передвижной (ПРОП-ФП).

ПРОП-ФП

Для проведения научных измерений на аппарате установлен комплекс научных приборов (в скобках указан разработчик прибора): 

     - пенетрометр СА ПРОП‑ФП – для определения физико-механических свойств грунта Фобоса (ВНИИ Трансмаш);

     - устройство измерения ускорений – для определения параметров динамики и соударения СА ПРОП‑ФП с поверхностью (ВНИИ Трансмаш);

     - автоматический рентгенофлюоресцентный спектрометр АРС для определения элементного состава грунта (ГЕОХИ);

     - магнитометр МФП для определения параметров магнитного поля Фобоса (ИЗМИРАН).

В целом ответственность за весь научный эксперимент с применением зонда ПРОП-ФП возложена на ГЕОХИ АН СССР им. В.И. Вернадского. 

Общая масса самоходного аппарата ПРОП‑ФП комплекса «Шар» вместе с системой отделения от ОБ и успокоителем составляет 50 кг.

ДАС

В научную программу, реализуемую с помощью ДАС входит:

     - исследование внутреннего распределения масс по измерениям вынужденной и свободной либрации (блок «Либрация» - оптический датчик углового положения Солнца);

     - исследование механических и тепловых характеристик грунта (виброизмерительный комплекс ВИК и температурные датчики);

     - исследование элементного состава поверхностного слоя грунта (блок «Альфа» Х - комплекс спектрометров частиц, протонов и рентгеновского излучения);

     - получение панорамных изображений поверхности Фобоса (две телекамеры);

     - уточнение ряда параметров Солнечной системы на основе измерений дальности, скорости и углов Фобоса относительно квазаров при траекторных измерениях методами большебазовой радиоинтерферометрии (автономная радиосистема).

На каждом витке Фобоса вокруг Марса осуществляется передача информации с ДАС на Землю в дециметровом диапазоне длин волн.

Станция автономна, управление ею осуществляется как по бортовым программам, так и по командам с Земли. Для приема информации используется международная сеть радиотелескопов.

Общая масса стационарного зонда ДАС составляет 67 кг, масса научной аппаратуры 18,1 кг, время активного функционирования 3 месяца. 

Научные результаты

Наиболее значимым в реализации научной программы КА «Фобос-1» стали результаты экспериментов, выполненных при помощи солнечного телескопа «Терек». Ученые смогли одновременно наблюдать наименее изученные до этого времени слои солнечной атмосферы – хромосферу, корону и переходный слой. Получена уникальная информация о структуре и динамике этих слоев. На изображениях, полученных с помощью регистрирующей системы, отчетливо видна сложная структура плазменных образований в солнечной атмосфере. Новые данные позволили понять динамику (от нескольких минут до месяца) различных образований в атмосфере Солнца при температурах от десятков тысяч до десятков миллионов градусов. 

Это необходимо, чтобы выяснить механизмы освобождения энергии Солнца при различных процессах и многое другое. С Земли получить подобную информацию невозможно. Было сделано более 140 рентгеновских снимков Солнца. 

В полете КА «Фобос-2» успешно завершилась первая фаза эксперимента, получившего название «Небесная механика», по построению высокоточной теории движения Фобоса и уточнению его гравитационной постоянной. Получены уникальные снимки Фобоса, сделанные с различных ракурсов и расстояний. Съемка поверхности Марса радиометрспектрометром «Термоскан» дала, в том числе, неожиданный результат в виде обнаружения на полученных снимках веретенообразной тени Фобоса на поверхности Марса, что вызвало массу догадок и гипотез. 

Экспедиция закончилась, не выполнив основного этапа доставки на поверхность Фобоса спускаемых аппаратов. Тем не менее, исследования Марса, Фобоса и околомарсианского пространства, выполненные КА «Фобос-2» в течение 57 дней на этапе орбитального движения вокруг Марса, позволили получить уникальные научные результаты о тепловых характеристиках Фобоса, плазменном окружении Марса, взаимодействии его с солнечным ветром. Например, по величине потока ионов кислорода, покидающих атмосферу Марса, обнаруженных при помощи спектрометра ионов, установленного на КА «Фобос-2», удалось оценить скорость эрозии атмосферы Марса из-за взаимодействия с солнечным ветром. Эти измерения чрезвычайно важны для исследования истории воды на Марсе и марсианской атмосферы. До экспедиции КА «Фобос-2» об околомарсианском пространстве было известно меньше, чем о свойствах пространства около значительно более удаленных планет - Меркурия, Юпитера, Сатурна. Полученные данные являются хорошей основой для создания инженерной модели Фобоса, необходимой для последующих экспедиций к этому спутнику Марса. 

Изображения Фобоса показывают, что этот космический объект имеет неправильную форму, которая приблизительно может быть аппроксимирована эллипсоидом, размеры составляют 13,3х11,1х9,3 км. Большая ось эллипсоида направлена на Марс. Орбита спутника практически круговая с радиусом-вектором 9.378 км (2,76хRм). Плоскость орбиты близка к экваториальной плоскости Марса и наклонена под углом -24? к плоскости эклиптики. Период обращения Фобоса вокруг Марса 7 ч. 39 мин. 

Одна из наиболее интересных характеристик Фобоса - либрация. Фобос является весьма интересным объектом среди известных синхронно вращающихся спутников планет Солнечной системы, так как имеет большую амплитуду либрации. 

Фобос имеет множество глубоких почти прямых параллельных борозд шириной 100-200 м и глубиной 10-20 м. Некоторые из этих полос имеют длину до 30 км. Почти все эти протяженные полосы начинаются вблизи самого большого кратера на Фобосе - Стикни, диаметр которого 10 км, что составляет более одной трети диаметра Фобоса. 

Измерения спектральных характеристик, выполненные в проекте «Фобос-2», а также ранее выполненные измерения, показали, что спектры отражения Фобоса сильно отличаются от спектров, полученных по наблюдениям Марса, а также от спектров углистых хондритов и других астероидных аналогов. Полученные в последнее время научные результаты показывают, что спутники Марса не принадлежат к астероидам класса С, (к которому ранее относили Фобос и Деймос). Спектр Фобоса более напоминает астероид класса Т, хотя и не в полной аналогии. Минералогическая интерпретация тел класса Т неоднозначна. В одной из работ, основанной на результатах проекта «Фобос-2», было высказано предположение, что поверхностные слои Фобоса могут представлять собой смесь материала, богатого углистыми соединениями (D-класс), переработанного космическими излучениями. 

Результаты измерений отражательных характеристик показывают, что на поверхности спутника Марса не содержится связанной воды. Однако, существуют оценки, согласно которым термодинамические условия на этом спутнике таковы, что вода может задерживаться на некоторой глубине. Выяснение вопроса о присутствии воды (или гидратированных молекул) на Фобосе является чрезвычайно важным не только с научной, но и с практической точки зрения. 

Измерения, выполненные КА «Викинг» и «Фобос-2», указывают, что повышенная плотность пылевых частиц вблизи орбит Фобоса наиболее вероятно связана с выбросом материала с поверхности спутников Марса при бомбардировке микрометеоритами. В результате выполненного недавно численного анализа было показано, что при формировании пылевого тора важную роль играют орбитальные резонансы, вызванные влиянием Марса и вариациями давления солнечной радиации. Исследование этой проблемы важно не только с точки зрения понимания эволюции реголита на поверхности марсианских спутников, но и для изучения условий вблизи Марса, для планирования к нему перспективных экспедиций. 

Имеющиеся данные о физических и химических характеристиках Фобоса не позволяют в настоящее время сделать выбор между различными теориями его происхождения. Существуют несколько предположений. Многие авторы полагают, что Фобос, также как и второй спутник Марса Деймос, либо захваченный астероиды, либо, в соответствии с эволюционной теорией, аккумулированные тела на марсианских орбитах. 

Полученные данные до сих пор остаются уникальными, открывающими новый этап исследований Марса, который продолжается, хотя и не без потерь, усилиями международного научного сообщества.

Галерея

Публикации

Публикации ГЕОХИ

Результаты, полученные в телевизионном эксперименте на КА Фобос-2

Атлас МАРСА по данным радиометра ТЕРМОСКАН


Мазеры космические

Слово «мазеры» произошло от начальных букв английских слов Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation - усиление микроволнового излучения в результате вынужденного излучения... [далее]

Rambler's Top100