Вскопаем Фобос

Планетный проект «Фобос-Грунт» по детальному исследованию спутника Марса – Фобоса готовится в России. Экспедиция предполагает три этапа исследований. Первый – орбитальные наблюдения за спутником, второй – посадка и работа на поверхности. Третья, самая главная и наиболее сложная часть миссии – доставка образца грунта с Фобоса на Землю.

Пока проект находится в стадии опытно-конструкторских разработок: создаются макеты научной аппаратуры и самого аппарата. Вскоре пройдут начальные испытания – механические и тепловые. Для первых используют габаритно-массовые макеты, которые повторяют размеры и массу будущего прибора. Второй – тепловой эквивалент, то есть макет, поверхность которого по свойствам соответствует поверхности прибора. Внутри макета разместят прибор, излучающий тепло и нагревающий модель эквивалентно настоящей аппаратуре.

Всего на аппарате планируется установить примерно 20 научных приборов: разнообразные спектроскопы, видеокамера, зондирующие приборы (длинноволновой планетный радар и сейсмометр) и другие.

<4>Они предназначены как для изучения вещества Фобоса, так и для исследований окружающего пространства и наблюдений за Марсом: изучения глобальных изменений в атмосфере и климате планеты, его плазменного окружения и взаимодействия с солнечным ветром.

По прибытии к Марсу космический аппарат несколько месяцев проведет на так называемой квазисинхронной орбите вокруг Марса. Эта орбита сближена с орбитой Фобоса, но сдвинута относительно нее приблизительно на 50 км. Такая конфигурация позволяет изучить спутник буквально со всех сторон.

Предварительное исследование Фобоса необходимо, в частности, чтобы установить, насколько вещество в месте посадки космического аппарата соотносится с общим строением и составом спутника.

Как свидетельствуют предыдущие наблюдения за Фобосом, его поверхность очень неоднородна.

Вероятнее всего, из-за постоянных метеоритных бомбардировок на нем находится множество «инородных» частиц, в том числе с Марса. Для исследования реголита, поверхностного слоя грунта, в месте посадки аппарата предназначен манипулятор, на котором разместят микроскоп и несколько аналитических приборов.

Кроме того, после посадки планируется оценить внутреннее строение Фобоса с помощью сейсмометра. Шумы, которые возникают внутри спутника под воздействием приливных сил, перепадов температуры и метеоритных ударов, позволят сделать выводы о внутреннем строении Фобоса. По имеющимся фотографиям можно видеть, что по поверхности спутника проходят глубокие (10–20 м) и широкие (100–200 м) борозды, расположенные под определенным углом. Некоторые из них имеют длину до 30 км. Сейсмический эксперимент позволит установить, является ли Фобос слоистым «насквозь» или все-таки представляет собой однородное тело, а борозды – только внешние образования.

Другой метод, который позволит изучить внутреннее строение спутника, заключается в определении особенностей вращения Фобоса вокруг своей оси (если говорить более точно, вокруг собственного центра масс). Для этого на аппарате установлен датчик положения звезд и Солнца. Так как звезды фактически неподвижны, то на их фоне можно установить особенности собственного вращения Фобоса, которое непосредственно зависит от распределения массы внутри небесного тела.

Планируется провести глубинное зондирование спутника в радиодиапазоне: отражающийся от неоднородностей внутри грунта радиосигнал даст сведения о внутренней структуре Фобоса и об электромагнитных характеристиках его вещества.

Второй небесно-механический эксперимент на борту «Фобос-Грунта» должен уточнить параметры орбиты марсианского спутника. На аппарате установят очень точный передатчик, принимая сигналы которого на Земле специалисты смогут определить орбиту спутника с очень высокой точностью.

Данный эксперимент должен уточнить существующие представления относительно будущего Фобоса.

Дело в том, что он находится внутри так называемой зоны Роша – области вокруг центрального тела (в данном случае – Марса), при вхождении в которую модельное тело, обращающееся вокруг центрального, должны разорвать приливные силы. Они для Фобоса очень велики. Если говорить образно, то под воздействием приливных сил спутник «скрипит». Наземные измерения параметров орбиты Фобоса показывают, что спутник постепенно приближается к Марсу и через несколько десятков миллионов лет может упасть на планету и разрушиться. Однако эти измерения были не очень точными, так как Фобос очень мал и находится относительно далеко от Земли.

Кульминацией проекта станет доставка образца грунта с Фобоса на Землю. После того как космический аппарат произведет посадку на поверхность спутника, специальное грунтозаборное устройство заглубится и возьмет образец грунта примерно 100 г. Образец будет помещен в капсулу на возвращаемом аппарате, который отстыкуется от основного космического корабля с помощью пружин и, когда отойдет на безопасное расстояние, включит двигатели, выйдет на орбиту вокруг Марса и затем направится к Земле. Перед подлетом к Земле спускаемый аппарат отделится от возвращающего блока и войдет в земную атмосферу. На Земле ее будут искать с помощью наземных средств и радиомаяков на спускаемом аппарате. Bозвращающийся блок сгорит при входе в земную атмосферу.

Оставшаяся на Фобосе часть продолжит свою работу. Планируемая продолжительность его миссии – один марсианский год, который соответствует двум земным.

В результате такого комплексного эксперимента ученые надеются получить новые данные относительно зарождения и эволюции Солнечной системы.

В настоящее время существует несколько гипотез относительно возникновения Фобоса. Но в любом случае очень важно, что вещество Фобоса с момента его появления не подвергалось эндогенным (связанным с внутренней активностью небесного тела) изменениям, прежде всего вулканизмом, а значит, сохранило в известной степени свойства реликтового вещества – того материала, из которого образовывалась Солнечная система. Конечно, поверхностный слой материала из-за постоянного воздействия солнечного ветра и космических лучей за миллиарды лет претерпел некоторые метаморфозы. Поэтому изучение грунта и реголита позволит получить данные не только о самом реликтовом веществе, но и об эволюции тел и планет Солнечной системы.

В результате эксперимента должен проясниться механизм взаимодействия между Фобосом и метеоритами, которые бомбардируют спутник. В частности, проверку пройдёт гипотеза, согласно которой по орбите спутника распределен пылевой тор. Дело в том, что из-за малых размеров и, как следствие, малой силы притяжения первая космическая скорость (скорость «убегания») для спутника очень мала – всего несколько метров в секунду. Поэтому частицы вещества, образующиеся при ударах микрометеоритов, легко улетают с Фобоса, а затем рассеиваются по орбите, образуя тор. Существует несколько моделей того, как происходит это распределение и как влияет на формирование тора солнечный ветер.

Запуск аппарата «Фобос-Грунт» намечен на осень 2009 года. Примерно через год полета он выйдет на орбиту Марса, и чуть позже его орбита сблизится с орбитой Фобоса. Спустя несколько месяцев орбитальных наблюдений за спутником аппарат сядет на его поверхность. Возвращение капсулы на Землю должно произойти в 2012 году.