Mars Polar Lander , также известный как Mars Surveyor '98 Lander , представлял собой 290-килограммовый роботизированный посадочный модуль космического корабля , запущенный НАСА 3 января 1999 года для изучения почвы и климата Planum Australe , региона вблизи южного полюса Марса . . Он был частью миссии Mars Surveyor '98 . Однако 3 декабря 1999 года, после того как предполагалось, что этап спуска будет завершен, спускаемый аппарат не смог восстановить связь с Землей. Вскрытие показало, что наиболее вероятной причиной аварии было преждевременное прекращение работы двигателя до того, как посадочный модуль коснулся поверхности, в результате чего он столкнулся с планетой 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 операции миссии - в 10 миллионов долларов США. [3]
В рамках миссии Mars Surveyor '98 искался посадочный модуль для сбора климатических данных с Земли совместно с орбитальным аппаратом. НАСА подозревало, что под тонким слоем пыли на южном полюсе может существовать большое количество замерзшей воды. При планировании полярного спускаемого аппарата на Марс потенциальное содержание воды на южном полюсе Марса было самым сильным определяющим фактором при выборе места посадки. [4] Компакт-диск с именами одного миллиона детей со всего мира был размещен на борту космического корабля в рамках программы «Отправь свое имя на Марс», призванной стимулировать интерес детей к космической программе. [5]
Основными задачами миссии были: [6]
Полярный посадочный модуль Марса нес два небольших идентичных зонда -ударника , известных как «Deep Space 2 A и B». Зонды должны были ударить о поверхность с высокой скоростью примерно 73 ° ю.ш., 210 ° з.д. / 73 ° ю.ш., 210 ° з.д. / -73; -210 (Deep Space 2) для проникновения в марсианский грунт и изучения состава недр на глубину до метра. Однако после входа в марсианскую атмосферу попытки связаться с зондами не увенчались успехом. [4]
Deep Space 2 финансировался в рамках программы «Новое тысячелетие» , а затраты на разработку составили 28 миллионов долларов США. [3]
Размеры космического корабля составляли 3,6 метра в ширину и 1,06 метра в высоту с полностью развернутыми опорами и солнечными батареями. Основание в основном состояло из алюминиевого сотового настила, композитных графитно-эпоксидных листов, образующих края, и трех алюминиевых ножек. При приземлении ноги должны были разворачиваться из походного положения с помощью пружин сжатия и поглощать силу приземления с помощью сминаемых алюминиевых сотовых вставок в каждой стойке. На палубе посадочного модуля в небольшой тепловой камере Фарадея размещались компьютер, электроника распределения питания и батареи, телекоммуникационная электроника и компоненты тепловой трубы контура капиллярного насоса (КТТ), которые поддерживали рабочую температуру. Каждый из этих компонентов включал в себя резервные блоки на случай выхода из строя одного из них. [4] [7] [8]
Во время полета на Марс крейсерская ступень была стабилизирована по трем осям с помощью четырех модулей реактивных двигателей на гидразиновом монотопливе , каждый из которых включал двигатель маневра коррекции траектории мощностью 22 ньютона для движения и двигатель системы управления реакцией тягой 4 ньютона для ориентации (ориентации). Ориентация корабля осуществлялась с помощью резервных солнечных датчиков , звездных трекеров и инерциальных измерительных блоков . [7]
Во время спуска посадочный модуль использовал три группы двигателей с импульсной модуляцией, каждая из которых содержала четыре гидразиновых монотопливных двигателя мощностью 266 ньютонов. Высота во время приземления измерялась доплеровской радиолокационной системой, а подсистема управления ориентацией и шарнирным соединением (AACS) контролировала ориентацию, чтобы гарантировать, что космический корабль приземлится по оптимальному азимуту , чтобы максимизировать сбор солнечной энергии и связь с посадочным модулем. [4] [7] [8]
Посадочный модуль был запущен с двумя гидразиновыми баками, содержащими 64 килограмма топлива и находящимися под давлением гелия . Каждый сферический бак располагался в нижней части посадочного модуля и обеспечивал топливо на этапах полета и спуска. [4] [7] [8]
На этапе полета связь с космическим кораблем осуществлялась в диапазоне X с использованием рупорной антенны среднего усиления и резервных твердотельных усилителей мощности. На случай непредвиденных обстоятельств также была включена всенаправленная антенна с низким коэффициентом усиления. [4]
Первоначально посадочный модуль предназначался для передачи данных через вышедший из строя Mars Climate Orbiter через УВЧ- антенну. После потери орбитального аппарата 23 сентября 1999 года спускаемый аппарат по-прежнему сможет напрямую связываться с сетью дальнего космоса через линию Direct-To-Earth (DTE) — управляемую параболическую антенну со средним усилением X-диапазона, расположенную на Палуба. В качестве альтернативы Mars Global Surveyor можно использовать в качестве ретранслятора с использованием УВЧ-антенны несколько раз каждый марсианский день. Однако сеть дальнего космоса могла только получать данные от посадочного модуля, но не отправлять команды на него, используя этот метод. Антенна со средним коэффициентом усиления, направленная прямо на Землю, обеспечивала обратный канал со скоростью 12,6 кбит/с , а ретрансляционный тракт УВЧ обеспечивал обратный канал со скоростью 128 кбит/с. Связь с космическим кораблем будет ограничена часовыми событиями из-за перегрева, который может произойти в усилителях. Количество коммуникационных мероприятий также будет ограничено ограничениями мощности. [4] [6] [7] [8]
Крейсерский этап включал в себя две солнечные батареи из арсенида галлия для питания радиосистемы и питания батарей посадочного модуля, что поддерживало температуру некоторой электроники. [4] [7]
После спуска на поверхность посадочный модуль должен был развернуть две солнечные батареи из арсенида галлия шириной 3,6 метра, расположенные по обе стороны от космического корабля. Еще две вспомогательные солнечные батареи были расположены сбоку, чтобы обеспечить дополнительную мощность в общей сложности на ожидаемые 200 Вт и примерно восемь-девять часов рабочего времени в день. [4] [7]
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, в комплект поставки была включена никель-гидридная батарея емкостью 16 ампер-часов для подзарядки в течение дня и питания обогревателя тепловой камеры в ночное время. Ожидалось, что это решение также ограничит срок службы спускаемого аппарата. Поскольку в конце лета марсианские дни станут холоднее, на обогреватель будет подаваться слишком мало энергии, чтобы избежать замерзания, в результате чего батарея также замерзнет, что будет сигнализировать об окончании срока службы посадочного модуля. [4] [7] [8]
Марсианский полярный посадочный модуль был запущен 3 января 1999 года в 20:21:10 по всемирному координированному времени Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства с космодрома 17B на базе ВВС на мысе Канаверал во Флориде на борту ракеты-носителя Delta II 7425–9,5. Полная последовательность горения длилась 47,7 минут после того, как твердотопливный ускоритель третьей ступени Thiokol Star 48 B вывел космический корабль на 11-месячную траекторию перехода к Марсу с конечной скоростью 6,884 километра в секунду относительно Марса. Во время полета космический корабль находился внутри капсулы с аэродинамической оболочкой , а сегмент, известный как ступень круиза, обеспечивал электроэнергию и связь с Землей. [4] [6] [7]
Целевой зоной приземления была область вблизи южного полюса Марса, называемая Ультими Скопули , поскольку там было большое количество скопул (лопастных или неправильных уступов ). [ нужна цитата ]
3 декабря 1999 года Mars Polar Lander прибыл на Марс, и операторы миссии начали подготовку к посадке. В 14:39:00 по всемирному координированному времени этап крейсерского полета был прекращен, что привело к запланированному отключению связи, которое продлилось до тех пор, пока космический корабль не приземлился на поверхность. За шесть минут до входа в атмосферу запрограммированный 80-секундный запуск двигателя повернул космический корабль в правильную ориентацию входа, при этом тепловой экран был расположен так, чтобы поглощать тепло температурой 1650 ° C, которое будет генерироваться при прохождении спускаемой капсулы через атмосферу.
Двигаясь со скоростью 6,9 километров в секунду, входная капсула вошла в атмосферу Марса в 20:10:00 UTC и должна была приземлиться в районе 76° ю.ш., 195° з.д. / 76° ю.ш., 195° з.д. / -76 ; -195 (Марсианский полярный посадочный модуль) в регионе, известном как Planum Australe . Восстановление связи ожидалось в 20:39:00 UTC после приземления. Однако связь восстановить не удалось, и посадочный модуль был признан потерянным. [4] [6] [7]
25 мая 2008 года посадочный модуль «Феникс» прибыл на Марс и впоследствии выполнил большинство задач Марсианского полярного посадочного модуля , имея на борту несколько таких же или производных инструментов.
Кликабельное изображение: при нажатии на метки откроется новая статья.Двигаясь со скоростью примерно 6,9 км/сек и на высоте 125 км над поверхностью, космический корабль вошел в атмосферу и первоначально замедлился с помощью 2,4-метрового абляционного теплового экрана , расположенного в нижней части входного корпуса, для аэродинамического торможения на высоте 116 километров атмосферы. Через три минуты после входа космический корабль замедлился до 496 метров в секунду, сигнализируя о раскрытии 8,4-метрового полиэфирного парашюта из миномета, после чего немедленно последовало отделение теплового экрана и включение MARDI, находясь 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 определить наилучшее место приземления.
Когда космический корабль замедлился до 80 метров в секунду, через минуту после раскрытия парашюта, посадочный модуль отделился от корпуса и начал спуск с двигателем, находясь на высоте 1,3 километра. Ожидалось, что спуск с двигателем продлится примерно одну минуту, в результате чего космический корабль окажется на высоте 12 метров над поверхностью. Затем двигатели были выключены, и космический корабль, как ожидается, упадет на поверхность и приземлится в 20:15:00 по всемирному координированному времени около 76 ° ю.ш. и 195 ° з.д. в Planum Australe. [4] [6] [7] [8]
Операции посадки должны были начаться через пять минут после приземления, сначала разложив уложенные солнечные батареи, а затем направив антенну среднего усиления, направленную прямо на Землю, чтобы обеспечить первую связь с сетью дальнего космоса . В 20:39 по всемирному координированному времени на Землю должна была быть передана 45-минутная передача, в которой будут переданы ожидаемые 30 изображений приземления, полученные MARDI, и сигнализированы об успешной посадке. Затем посадочный модуль выключится на шесть часов, чтобы дать возможность батареям зарядиться. В последующие дни операторы проверят приборы космического корабля, а научные эксперименты должны были начаться 7 декабря и продлиться как минимум следующие 90 марсианских солов с возможностью продления миссии. [4] [6] [7] [8]
3 декабря 1999 года, в 14:39:00 по всемирному координированному времени, была отправлена последняя телеметрия с полярного посадочного модуля Марса , незадолго до отделения ступени крейсерского полета и последующего входа в атмосферу. Никаких дальнейших сигналов от космического корабля получено не было. Mars Global Surveyor предприняла попытки сфотографировать место, где предположительно находился спускаемый аппарат. Был виден объект, предположительно посадочный модуль. Однако последующие снимки, выполненные Mars Reconnaissance Orbiter, привели к исключению идентифицированного объекта. Полярный посадочный модуль Марса остается потерянным. [14] [15]
Причина потери связи неизвестна. Однако Комиссия по рассмотрению отказов пришла к выводу, что наиболее вероятной причиной аварии была ошибка программного обеспечения, которая неправильно идентифицировала вибрации, вызванные развертыванием походных опор, как приземление на поверхность. [16] Результатом действия космического корабля стало отключение спускаемых двигателей, хотя он все еще находился на высоте 40 метров над поверхностью. Хотя было известно, что развертывание ног может привести к ложным показаниям, инструкции по проектированию программного обеспечения не учитывали этот случай. [17]
Помимо преждевременного отключения спускаемых двигателей, Комиссия по рассмотрению отказов также оценила другие потенциальные виды отказов. [2] Из-за отсутствия существенных доказательств характера отказа нельзя исключить следующие возможности:
Авария Mars Polar Lander произошла через два с половиной месяца после гибели Mars Climate Orbiter . Недостаточное финансирование и плохое управление были названы основными причинами неудач. [18] По словам Томаса Янга, председателя группы независимой оценки Марсианской программы, программа «недофинансировалась как минимум на 30%». [19]
Несмотря на неудачу марсианского полярного посадочного модуля, Planum Australe , который служил целью исследования для посадочного модуля и двух зондов Deep Space 2 , [20] в последующие годы будет исследован радаром MARSIS Европейского космического агентства , который исследовал и проанализировал это место с помощью Орбита Марса. [21] [22] [23] [24]
