Фобос-Ґрунт

Після невдалого запуску АМС «Марс-96» Російською академією наук були сформульовані нові пропозиції щодо подальшого дослідження далекого космосу — проєкти «Луна-Глоб» (вивчення Місяця); «Марс-Астер» (марсохід) і «Фобос-Ґрунт». З них найбільш адекватним до можливостей російської космонавтики і в той же час досить піонерським для пострадянського простору був визнаний проєкт «Фобос-Ґрунт», який у 1998 році було затверджено як основний міжпланетний проєкт на найближчу перспективу. Для експедиції до Фобосу передбачалася розробка апарату середніх розмірів, який можна було б вивести на орбіту за допомогою РН «Союз». Оскільки необхідна маса все одно перевищувала можливості носія, дорозгінний маневр до Марсу та інші транспортні операції передбачалося здійснювати за допомогою економічних електрореактивних двигунів (ЕРД) малої тяги. Старт «Фобос-Ґрунт» планувався на 2004 рік, а повернення — на 2008 рік.

В силу фінансових обставин проєкт був повністю переглянутий у 2004 році. Перш за все було вирішено робити КА на основі більш легкої негерметичної платформи «Навігатор» розробки НВО ім. С. А. Лавочкіна, що дозволяло повністю відмовитися від ЕРД, значно спрощувало схему експедиції і скорочувало її термін. Фактична реалізація проєкту почалася з 2005 року. У 2006 р. було закінчено макетування основних вузлів і приладів «Фобос-Ґрунту» і проведені перші вібраційні випробування зібраного апарату. Виготовлення серії ще десяти технологічних макетів розпочато в 2007 році.

Запуск спочатку було призначено на жовтень 2009 р.[1], а потім відкладено на листопад 2011. Як заявив голова інституту космічних досліджень РАН Лев Зелений, це не пов'язано з фінансуванням, а необхідно для додаткових випробувань[2].

• дослідження фізико-хімічних характеристик речовини Фобосу;
• дослідження особливостей орбітального та власного обертання Фобосу;
• дослідження в лабораторних умовах речовини з Фобосу, яку планується привезти на Землю;
• дослідження Фобосу з апарату, що сяде на його поверхню;
• дослідження Фобосу і навколишнього простору з орбітального апарату;
• дослідження фізичних умов навколо-планетного середовища поблизу Марсу;
• дослідження походження марсіанських супутників;
• моніторинг сезонних і кліматичних варіацій атмосфери та поверхні Марсу;
• дослідження великомасштабних динамічних процесів на поверхні та в атмосфері Марсу.

Модель розгінного блоку «Фрегат» для виведення апарату на траєкторію польоту до Марсу

Зовнішні відеофайли
	Запуск ракетоносія «Зеніт-2SБ» з автоматичним космічним апаратом «Фобос-Ґрунт» (запис трансляції). (рос. мова)

Апарат стартовою масою 13 200 кг складається з маршової рухової установки РБ Фрегат, що забезпечує вихід на траєкторію польоту до Марсу, перелітного модуля сухою масою 590 кг[3] та апарату, що плануються повернути на Землю, масою 215 кг. Центральним елементом, або каркасом, апарату є восьмигранна призматична конструкція перелітного модуля. На гранях призми розміщується бортова службова і наукова апаратура. Електроживлення комплексу здійснюється від двох прикріплених до щаблів панелей сонячних батарей.

Світлина Фобоса, зроблена апаратом Mars Reconnaissance Orbiter

Автоматична міжпланетна станція запускається з космодрому Байконур на еліптичну орбіту, близьку до розрахункової, що має перигей 207 км, апогей 347 км і нахил 51,4 °. Через 2,5 години польоту (1,7 витка орбіти) передбачалося перевести АМС на еліптичну орбіту 250 × 4150 … 4170 км, з періодом обертання 2,2 години. Ще через 2,3 години очікувалося виведення АМС на міжпланетну траєкторію Земля-Марс.

На траєкторію перельоту до Марсу апарат переводиться традиційним шляхом за допомогою РБ Фрегат. Після досягнення Марсу зонд виходить на еліптичну орбіту з висотою апогею ~ 80 000 км; після чого перекладається на низьку орбіту спостереження і потім на квазі-синхронну орбіту Фобосу. Після вибору підхожого місця апарат видає гальмівний імпульс і здійснює посадку на поверхню Фобосу. Протягом декількох днів проводиться вивчення околиць місця посадки, забір зразків, завантаження їх в ракету для повернення на Землю, яка потім стартує з Фобоса і чекатиме свого стартового вікна на навколо-марсіанській орбіті. Перелітний модуль «РК ПМ» залишається на поверхні і продовжує вивчення Фобосу і Марсу. Політ апарату «РК ВА» до Землі займає близько року, а капсула зі зразками здійснює безпарашутне приземлення на одному з полігонів.

Хронологія експедиції[5]:

• 2011 11 листопада — запуск;
• 2012 29 вересня — прибуття до Марсу ;
• 2013 лютий — посадка на Фобос і старт з Фобосу (Передбачуване місце посадки — див. фото ).[6]
• 2013 серпень — відліт до Землі;
• 2014 липень — приліт на Землю;
• Загальний час експедиції — 3 роки.

У травні 2009 р. прес-служба НПОЛ повідомила, що роботи зі створення космічного комплексу «Фобос-Ґрунт» ведуться в повній відповідності до терміну запуску в 2009 році.

21 вересня 2009 було прийнято рішення про перенесення запуску на 2011 рік у зв'язку з неготовністю станції. За неофіційними даними повідомляється, що система контролю польоту «Фобос-Ґрунт» може не витримати тривалої місії, а також вирішено було встановити відразу три маніпулятори: перший виробництва НПОЛ, для м'яких порід ґрунту, другий виробництва ІКД РАН, для м'яко-листяних порід, і нарешті третій, польський «CHOMIK» для твердих і скельних порід. Ці маніпулятори дозволять взяти будь-які зразки, від каменів і шматків скель до пилу.

Хід робіт над апаратом:

• 2010 р. 20 грудня — доставка Інхо-1 з Китаю;
• 2011 січень — збирання і електричні випробування;
• 2011 лютий-березень — термовакуумні випробування;
• 2011 травень-серпень — прикінцеві випробування та операції з КА;
• 2011 вересень — перевезення на Байконур;
• 2011 8 листопада — запуск.

Маса ґрунту, що була запланована для привезення на Землю  — 200 грам.

Керувати апаратом планувалося за допомогою радіотелескопу РТ-70, що знаходиться в Євпаторії. Рішення про це було прийнято 24 червня 2010.

Склад наземного сегменту:

• наземний сегмент управління;
• наземний комплекс оперативного управління, приймання, обробки і розподілу даних проєкту «Фобос-Ґрунт» (наземний науковий комплекс).

На базі апарату Фобос-Ґрунт згодом буде створена ціла серія АМС: Луна-Глоб, Венера-Д, MetNet, Апофіс-П, Апофіс-Ґрунт. Також, у продовження програми «Біоризик», планується відправлення мікроорганізмів до Марсу, з наступним поверненням їх на Землю. За іншими планами передбачається посадка нового апарата на Фобос[7]

Зовнішні відеофайли
	Відео «Фобос-Ґрунт» астронома-любителя Тьеррі Лєго (Thierry Legault)

Запуск АМС відбувся згідно зі штатним розкладом ракета-носій «Зеніт-2SБ» стартувала о 22:16 за Київським часом з космодрому Байконур. Ракета-носій відпрацювала штатно й відбулось штатне відділена АМС від носія. Через 11 хвилин після старту ракета-носій «Зеніт-2SБ» вивіла АМС «Фобос-Ґрунт» на опорну орбіту. Після цього АМС повинна була працювати самостійно — перебуваючи в режимі орієнтації на Сонце (так звана «закрутка на Сонце»), а через 2,5 години побудувати тривісну орієнтацію за допомогою зоряних датчиків.

Потім планувалося перше включення рухової установки, що дозволило б сформувати проміжну орбіту («високий еліпс» — висота апогею понад 4000 км). На цій орбіті апарат, згідно з планами, повинен був знаходитися також ~2,5 години, після чого знову відкоригувати орієнтацію і запустити двигун для виходу на міжпланетну траєкторію. Та на жаль цього не відбулося.

Проблеми з запуском

При виведенні станції «Фобос-Ґрунт», запущеної 9 листопада, на траєкторію відльоту склалася нештатна ситуація.[8] Причиною невдачі стало те, що не спрацювала маршова рухова установка, яка мала забезпечити рух «Фобос-Ґрунт» після його відділення від ракети-носія. Це могло статися внаслідок збою програмного забезпечення або через поломку датчиків чи приладів безпосередньо на борту апарата. Проте паливо для польоту до Марсу не витрачалося і у російських науковців було три доби для перезавантаження програми.

Ось як описав ситуацію, що склалася, очільник Роскосмосу Володимир Поповкін:

Вочевидь, він не зміг переорієнтуватися з Сонця на зірки, і борт закрився. Це було передбачено програмою польоту. Зараз ми знайшли його координати, зараз розпаковуємо борт, дивимося реальну телеметрію всю. І після цього будемо перезавантажувати програму управління на апарат для того, щоб повторити спробу ще раз.

В цей час космічна станція «Фобос-ґрунт» знаходилася на орбіті з терміном існування кілька тижнів.

Телеметрія з другого ступеня Зеніту була отримана — відокремлення ступеня було штатним. На першому витку перший і єдиний раз була отримана телеметрія, яка підтвердила розгортання системного блоку, побудову ПСО і штатне функціювання всіх систем. Відповідно до останніх даних передана телеметрія отримана ще до збою. Після збою телеметрію прийняти не вдалося. Були припущення, що апарат в аварійному режимі включив передавач X-діапазону і слухає. Оптичні засоби підтвердили наявність Сонячної орієнтації космічного апарату.

Після другого витка апарат виявився німим на опорній орбіті. Ніякої телеметрії за останню добу отримано не було. Тієї ночі з Байконура були проведені безуспішні спроби перезавантажити БКУ. Спроби були повторені наступної ночі[9].

Одна з гіпотез щодо мовчання полягала в тому, що гостронаправлені антени були затінені баком, який планувалося потім скинути, і тому не проходить сигнал керування для перезавантаження систем. Перед запуском ніхто не припускав, що доведеться працювати в такій ситуації. Гостронаправлена антена ГОНА знаходилась у складеному стані. Пізно ввечері 10 листопада знову були спроби передати керуючий сигнал.

Були спроби передати на АМС команду включення системи призначеної для вимірювання траєкторії польоту станції (автономної «пищалки»). Це команда безпосереднього виконання, в обхід всіх систем. Якщо запищить — апарат справний, ні — швидше за все апарат не працює. Однак гіпотези не підтвердилися, і сигналу «пищалки» не було[9].

Політ російської міжпланетної станції за ґрунтом супутника Марса Фобоса буде повторено. Фобос залишається і надалі перспективним напрямком досліджень російських вчених, але повторення місії можливе тільки після того, як російське НВО ім. С. А. Лавочкіна відпрацює важливі технології на Місяці[11].

• Фотографія макету АМС «Фобос-Ґрунт» в цеху НВО Лавочкіа, сентябрь 2006
• Відеоролик з описом експедиції, Роскосмос, 2005 рік
• «Що ми шукаємо на Фобосі», стаття наукового керівника проєкту, академіка Л.Зеленого
• Сторінка Гонконзького Політехнічного університету, розробника маніпулятора для «Фобос-Ґрунту»
• Дослідження Марса

• Інтерв'ю гендиректора науково-дослідного центра імені Бабакіна
• Журнал «Новости космонавтики» № 5, 2004 г.
• Проєкт доставки ґрунту з Фобосу, старий сайт

• Відео-анімація польотної програми АМС
• Опис місії АМС Фобос-Ґрунт
• АМС «Фобос-Ґрунт». Роботи в МВК
• Відео вивезення на стартовий стіл