Mars Polar Lander , также известный как Mars Surveyor '98 Lander , был 290-килограммовым беспилотным космическим аппаратом, запущенным NASA 3 января 1999 года для изучения почвы и климата Planum Australe , региона вблизи южного полюса на Марсе . Он был частью миссии Mars Surveyor '98 . Однако 3 декабря 1999 года, после того как ожидалось, что фаза спуска будет завершена, посадочный аппарат не смог восстановить связь с Землей. Посмертный анализ определил, что наиболее вероятной причиной неудачи было преждевременное прекращение работы двигателя до того, как посадочный аппарат коснулся поверхности, в результате чего он врезался в планету на высокой скорости. [2]
Общая стоимость Mars Polar Lander составила 165 миллионов долларов США. Разработка космического корабля обошлась в 110 миллионов долларов США, запуск оценивался в 45 миллионов долларов США, а эксплуатационные расходы миссии — в 10 миллионов долларов США. [3]
В рамках миссии Mars Surveyor '98 был разработан посадочный модуль для сбора климатических данных с поверхности Земли совместно с орбитальным аппаратом. NASA подозревало, что под тонким слоем пыли на южном полюсе может находиться большое количество замерзшей воды. При планировании Mars Polar Lander потенциальное содержание воды на южном полюсе Марса было самым сильным определяющим фактором для выбора места посадки. [4] CD-ROM, содержащий имена одного миллиона детей со всего мира, был помещен на борт космического корабля в рамках программы «Отправь свое имя на Марс», призванной стимулировать интерес к космической программе среди детей. [5]
Основными целями миссии были: [6]
Mars Polar Lander нес два небольших идентичных ударных зонда, известных как «Deep Space 2 A и B». Зонды должны были ударить по поверхности с высокой скоростью примерно в точке с координатами 73°S 210°W / 73°S 210°W / -73; -210 (Deep Space 2), чтобы проникнуть в марсианский грунт и изучить состав подповерхностного слоя на глубину до метра. Однако после входа в марсианскую атмосферу попытки связаться с зондами потерпели неудачу. [4]
Deep Space 2 финансировался Программой нового тысячелетия , а стоимость его разработки составила 28 миллионов долларов США. [3]
Космический корабль имел ширину 3,6 метра и высоту 1,06 метра с полностью развернутыми опорами и солнечными батареями. Основание было в основном построено из алюминиевой сотовой палубы, композитных графито-эпоксидных листов, образующих край, и трех алюминиевых опор. Во время посадки опоры должны были раскрываться из походного положения с помощью пружин сжатия и поглощать силу приземления с помощью сминаемых алюминиевых сотовых вставок в каждой опоре. На палубе посадочного модуля небольшой тепловой корпус клетки Фарадея размещал компьютер, электронику распределения питания и батареи, телекоммуникационную электронику и компоненты тепловой трубы контура капиллярного насоса (КТП), которые поддерживали рабочую температуру. Каждый из этих компонентов включал резервные блоки на случай отказа одного из них. [4] [1] [7]
Во время путешествия к Марсу крейсерская ступень была стабилизирована по трем осям четырьмя модулями реактивного двигателя на гидразиновом монотопливе , каждый из которых включал в себя 22- ньютоновый двигатель маневра коррекции траектории для движения и 4-ньютоновый двигатель системы управления реакцией для управления положением (ориентацией). Ориентация космического корабля осуществлялась с использованием избыточных солнечных датчиков , звездных трекеров и инерциальных измерительных блоков . [1]
Во время спуска посадочный модуль использовал три кластера импульсно-модулированных двигателей, каждый из которых содержал четыре 266-ньютоновых гидразиновых монотопливных двигателя. Высота во время посадки измерялась доплеровской радиолокационной системой, а подсистема управления ориентацией и артикуляцией (AACS) контролировала ориентацию, чтобы гарантировать, что космический аппарат приземлился по оптимальному азимуту для максимального сбора солнечной энергии и телекоммуникаций с посадочным модулем. [4] [1] [7]
Посадочный модуль был запущен с двумя гидразиновыми баками, содержащими 64 килограмма топлива и сжатыми гелием . Каждый сферический бак был расположен в нижней части посадочного модуля и обеспечивал топливо во время маршевого полета и спуска. [4] [1] [7]
Во время этапа полета связь с космическим аппаратом осуществлялась в диапазоне X с использованием антенны со средним коэффициентом усиления в форме рупора и резервных твердотельных усилителей мощности. Для непредвиденных мер также была включена всенаправленная антенна с низким коэффициентом усиления. [4]
Первоначально посадочный модуль предназначался для передачи данных через неисправный Mars Climate Orbiter через антенну UHF . После потери орбитального модуля 23 сентября 1999 года посадочный модуль все еще мог напрямую связываться с NASA Deep Space Network через канал Direct-To-Earth (DTE), управляемую параболическую антенну X-диапазона со средним коэффициентом усиления, расположенную на палубе. В качестве альтернативы Mars Global Surveyor можно было использовать в качестве ретранслятора с использованием антенны UHF несколько раз в каждый марсианский день. Однако Deep Space Network могла только получать данные с посадочного модуля, но не отправлять ему команды, используя этот метод. Антенна Direct-to-Earth со средним коэффициентом усиления обеспечивала обратный канал 12,6 кбит/с , а ретрансляционный канал UHF обеспечивал обратный канал 128 кбит/с. Связь с космическим аппаратом ограничивалась бы событиями продолжительностью в один час из-за накопления тепла в усилителях. Количество событий связи также ограничивалось бы ограничениями по мощности. [4] [6] [1] [7]
В состав перелетного модуля входили две арсенид-галлиевые солнечные батареи для питания радиосистемы и поддержания питания аккумуляторов в посадочном модуле, которые поддерживали определенную электронику в тепле. [4] [1]
После спуска на поверхность, посадочный модуль должен был развернуть две 3,6-метровые арсенид-галлиевые солнечные батареи, расположенные по обе стороны космического корабля. Еще две вспомогательные солнечные батареи были расположены сбоку, чтобы обеспечить дополнительную мощность в общей сложности в 200 Вт и приблизительно восемь-девять часов рабочего времени в день. [4] [1]
Хотя Солнце не зашло бы за горизонт во время основной миссии, слишком мало света достигло бы солнечных батарей, чтобы оставаться достаточно теплыми для продолжения работы определенной электроники. Чтобы избежать этой проблемы, была включена никель-водородная батарея емкостью 16 ампер-часов для подзарядки в течение дня и питания обогревателя для теплового кожуха ночью. Это решение также должно было ограничить срок службы посадочного модуля. Поскольку марсианские дни станут холоднее в конце лета, на нагреватель будет подаваться слишком мало энергии, чтобы избежать замерзания, в результате чего батарея также замерзнет и это будет означать конец срока службы посадочного модуля. [4] [1] [7]
Mars Polar Lander был запущен 3 января 1999 года в 20:21:10 UTC Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства с космодрома 17B на станции ВВС на мысе Канаверал во Флориде на борту ракеты-носителя Delta II 7425–9.5. Полная последовательность сгорания длилась 47,7 минут после того, как твердотопливный ускоритель третьей ступени Thiokol Star 48 B вывел космический аппарат на 11-месячную траекторию перехода к Марсу с конечной скоростью 6,884 километра в секунду относительно Марса. Во время полета космический аппарат был уложен в капсулу аэрооболочки , а сегмент, известный как ступень полета, обеспечивал питание и связь с Землей. [4] [6] [1]
Целевой зоной посадки был регион вблизи южного полюса Марса, называемый Ultimi Scopuli , поскольку он отличался большим количеством скопул (лопастных или нерегулярных выступов ). [ необходима цитата ]
3 декабря 1999 года Mars Polar Lander прибыл на Марс, и операторы миссии начали подготовку к посадке. В 14:39:00 UTC была сброшена ступень крейсера, что привело к запланированному отключению связи, которое продлится до тех пор, пока космический корабль не коснется поверхности. За шесть минут до входа в атмосферу запрограммированное 80-секундное включение двигателя повернуло космический корабль в правильное положение для входа, при этом тепловой экран был установлен для поглощения тепла температурой 1650 °C, которое будет выделяться при прохождении спускаемого аппарата через атмосферу.
Двигаясь со скоростью 6,9 километра в секунду, спускаемый аппарат вошел в атмосферу Марса в 20:10:00 UTC и, как ожидалось, приземлился в районе 76°S 195°W / 76°S 195°W / -76; -195 (Mars Polar Lander) в регионе, известном как Planum Australe . Восстановление связи ожидалось в 20:39:00 UTC после приземления. Однако связь не была восстановлена, и спускаемый аппарат был объявлен потерянным. [4] [6] [1]
25 мая 2008 года посадочный модуль Phoenix прибыл на Марс и впоследствии выполнил большую часть задач Mars Polar Lander , имея на борту несколько тех же или производных приборов.
Кликабельное изображение: Нажатие на метки откроет новую статью.Двигаясь со скоростью около 6,9 км/с и на высоте 125 км над поверхностью, космический корабль вошел в атмосферу и был первоначально замедлен с помощью 2,4-метрового абляционного теплового экрана , расположенного на дне корпуса входа, для аэродинамического торможения на высоте 116 км атмосферы. Через три минуты после входа космический корабль замедлился до 496 метров в секунду, дав сигнал 8,4-метровому полиэфирному парашюту о развертывании из миномета, за которым немедленно последовало отделение теплового экрана и включение MARDI на высоте 8,8 км над поверхностью. Парашют еще больше замедлил скорость космического корабля до 85 метров в секунду, когда наземный радар начал отслеживать особенности поверхности, чтобы обнаружить наилучшее возможное место посадки и определить вертикальную скорость с помощью эффекта Доплера для управления тягой.
Когда космический аппарат замедлился до 80 метров в секунду, через минуту после раскрытия парашюта, посадочный модуль отделился от задней оболочки и начал активный спуск на высоте 1,3 километра. Вертикальная скорость должна была упасть до 2,4 метра в секунду на высоте 12 метров, а затем оставаться постоянной до приземления. Ниже 40 метров радар становился ненадежным из-за поднятой пыли и отключался уже на этой высоте; в течение последних секунд тяга контролировалась инерционными датчиками. Функция немедленного отключения тяги при приземлении также была активирована на высоте 40 метров. Приземление ожидалось в 20:01 UTC, что соответствует 20:15 ″полученного с Земли времени″. [4] [6] [1] [7]
Операции посадочного модуля должны были начаться через пять минут после приземления, сначала развернув убранные солнечные батареи, а затем установив направленную на Землю антенну со средним коэффициентом усиления, чтобы обеспечить первую связь с NASA Deep Space Network. На Землю должна была быть передана 45-минутная передача, содержащая 30 изображений посадки, полученных MARDI. Ожидалось, что сигнал об успешной посадке поступит в 20:39 UTC. Затем посадочный модуль должен был отключиться на шесть часов, чтобы дать возможность аккумуляторам зарядиться. В последующие дни приборы космического корабля должны были быть проверены операторами, а научные эксперименты должны были начаться 7 декабря и продлиться по крайней мере в течение следующих 90 марсианских солов с возможностью продления миссии. [4] [6] [1] [7]
3 декабря 1999 года в 14:39:00 UTC была отправлена последняя телеметрия с Mars Polar Lander , как раз перед разделением ступени и последующим входом в атмосферу. Дальнейших сигналов от космического корабля не поступало. Mars Global Surveyor предпринял попытки сфотографировать область, в которой предположительно находился посадочный модуль. Был виден объект, предположительно являющийся посадочным модулем. Однако последующая съемка в сентябре 2005 года привела к тому, что идентифицированный объект был исключен. Mars Polar Lander остается утерянным. [13] [14]
Причина потери связи неизвестна. Однако Комиссия по рассмотрению отказов пришла к выводу, что наиболее вероятной причиной неудачи была ошибка программного обеспечения, которое неправильно идентифицировало вибрации, вызванные развертыванием убранных ног, как касание поверхности. [15] Результатом действия космического корабля стало отключение двигателей спуска, вероятно, все еще находившихся на высоте 40 метров над поверхностью. Хотя было известно, что развертывание ног могло создать ложную индикацию, инструкции по проектированию программного обеспечения не учитывали такую возможность. [16]
Помимо преждевременного отключения двигателей спуска, Комиссия по рассмотрению отказов также оценила другие потенциальные режимы отказа. [2] Ввиду отсутствия существенных доказательств режима отказа нельзя было исключить следующие возможности:
Провал Mars Polar Lander произошел через два с половиной месяца после потери Mars Climate Orbiter . Недостаточное финансирование и плохое управление были названы в качестве основных причин провалов. [17] По словам Томаса Янга, председателя Независимой группы оценки программы Марса, программа «была недофинансирована по меньшей мере на 30%». [18]
Planum Australe , которая служила целью исследования для посадочного модуля и двух зондов Deep Space 2 , [19] в последующие годы будет исследована радаром MARSIS Европейского космического агентства , который исследовал и проанализировал этот участок с орбиты Марса. [20] [21] [22] [23]
{{cite report}}: CS1 maint: url-status ( ссылка )