Из восьми планет Солнечной системы Марс – наиболее похожая на Землю. Во многом, именно по этой причине нашему соседу уделяется так много внимания со стороны научного сообщества. Красная планета может таить в себе ответы на вопросы о существовании внеземной жизни и происхождении Солнечной системы. Этот мир также даёт человечеству потенциальную возможность для колонизации. Многие страны предпринимали попытки узнать секреты Марса, отправляя к нему космические аппараты. Многие из этих попыток были успешными. Но заставить работать на Красной планете марсоход удавалось лишь одной – Соединённым Штатам Америки. Причём не единожды.

Китай объявил о своей программе по исследованию других планет в 2016-м году. У него уже был хороший опыт в отправке аппаратов к нашему спутнику – Луне. Так что своей новой целью Поднебесная решила выбрать Марс.

Тяньвэнь-1

Первая китайская миссия на Красную планету называется “Тяньвэнь-1”. Её цель – отправить к Марсу сразу три ценных груза: марсоход, посадочную платформу и орбитальный зонд.

Название миссии в переводе с китайского означает “Вопрошание к небесам” и отсылает к поэме одного из древнейших поэтов Поднебесной – Цюй Юаня (около 340–278 до н.э.).

Миссия “Тяньвэнь-1”, безусловно, очень важна с точки зрения науки. Но для Китая подобное свершение также является своего рода заявлением об амбициях в освоении космоса. Потому что в ходе этой миссии Китай может стать второй страной после США, которой удалось высадить на Красную планету марсоход. И начать с ним работу.

Цели и задачи

Основная задача миссии “Тяньвэнь-1” состоит во всеобъемлющем исследовании Красной планеты с помощью орбитального зонда, посадочной платформы и марсохода. Эту задачу можно разбить на пять основных задач поменьше. Среди них:

• Исследование морфологического и геологического строения планеты
• Исследование характеристик грунта и распределения залежей водяного льда
• Анализ состава поверхности
• Измерение параметров ионосферы и характеристик марсианского климата и окружающей среды 
• Изучение магнитного и гравитационного полей Марса, а также исследование внутренней структуры планеты

Решать все эти задачи предстоит тринадцати научным инструментам, которые установлены на орбитальном зонде и марсоходе. На них и обратим наше внимание.

Аппараты и научные инструменты

Космический аппарат “Тяньвэнь-1” имеет массу около пяти тонн (включая топливо). Изначально он будет выведен на экваториальную орбиту Марса. После того, как произойдёт разделение посадочной капсулы и орбитального зонда, последний начнёт постепенный переход на полярную орбиту (265 х 12000 км).

Орбитальный аппарат обеспечит ретрансляционную связь с марсоходом. При этом он будет выполнять свои собственные научные наблюдения. Его работа рассчитана на один марсианский год. 

Зонд будет нести на себе семь научных приборов. В этот перечень входят: две камеры (среднего и высокого разрешения), радар для исследования недр планеты (сможет заглянуть вглубь Марса на несколько тысяч метров), спектрометр для определения состава минералов, магнитометр (разработан совместно с Институтом космических исследований Академии наук Австрии), анализатор для изучения высокоэнергетических частиц, а также анализатор для изучения ионов и нейтральных частиц.

Марсоход рассчитан на работу в течение 90 сол (марсианских суток). Его масса составляет примерно 240 килограмм, что почти вдвое превышает массу китайского лунохода “Юйту-2”.  И на треть больше массы американских “Спирита” и “Оппортьюнити”, марсоходов второго поколения.

На ровер установлено шесть научных приборов: георадар высокой точности, мультиспектральная камера, детектор магнитного поля, метеорологический прибор, навигационная камера и детектор компонентов поверхности Марса, работающий по методу лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии (создан совместно с Исследовательским институтом астрофизики и планетологии Французского космического агентства). 

Источник энергии марсохода – солнечные батареи. Поскольку ровер не использует радиоизотопный источник энергии, инженерам пришлось хорошенько поработать над приспособленностью его компонентов к марсианским условиям. Приборы должны выдерживать температуры до -90 °С, при этом номинальный режим их работы находится в диапазоне от -40 °С до -30 °С.

О посадке

Посадочная платформа и марсоход отделятся от орбитального аппарата примерно через пару месяцев после прибытия на марсианскую орбиту. Ни одна из планетарных миссий не выполнялась подобным образом.

В качестве места посадки была выбрана южная часть равнины Утопия, между 25 и 30 градусами к северу от экватора. Целевая область посадки неизвестна. Но согласно презентации, представленной на совместном сентябрьском заседании Европейского конгресса по планетарным наукам в Женеве, Китай выбрал два предварительных места с посадочными эллипсами 40✕100 км.

Сам процесс посадки займёт около семи минут и будет разделён на четыре этапа. 

На первом этапе защитная капсула снизит скорость входа в атмосферу Марса с 4,8 км/с до 460 м/с. Процесс займёт примерно 290 секунд. 

На втором этапе произойдёт развёртывание парашюта, который поспособствует дальнейшему замедлению аппаратов до скорости в 95 м/с. Этап продлится примерно 90 секунд.

Затем теплозащитный экран будет сброшен и начнётся третий этап. Он подразумевает включение двигателя посадочной платформы. Тяга этого агрегата составляет 7,5 кН – он замедлит скорость платформы до 3,5 м/с. Всё это займёт примерно 80 секунд.

По достижении высоты в 100 метров над поверхностью стартует четвёртый этап: медленное зависание над поверхностью, снижение и посадка. Такая возможность была успешно протестирована Шанхайским институтом реактивного движения (на нашем сайте выходила публикация об этих испытаниях – ознакомиться с ней можно вот тут).

Наземный сегмент связи

Для поддержания контакта с аппаратами миссии “Тяньвэнь-1” во время их путешествия к Марсу Китайский центр управления спутниками в Сиане создал своеобразную сеть дальней космической связи, модернизировав оборудование на двух станциях.

Одна из них расположена на территории городского округа Цзямусы (северо-восток Китая) и имеет крупнокалиберную антенну диаметром 66 метров. 

Другая станция располагается на территории городского уезда округа Каши (запад Китая). К концу этого года на ней появятся четыре 35-метровых антенны для полноценной связи с дальним космосом.

Кроме того, в обеспечении связи с аппаратами миссии “Тяньвэнь-1” примет участие Европейское космическое агентство. Оно предоставит доступ к сети наземных станций ESTRACK, которые будут оказывать поддержку на ранних этапах миссии.

Откуда и на чём

Первая полноценная китайская миссия к Марсу будет запущена с космодрома Вэньчан. В качестве носителя будет выступать ракета Чанчжэн-5. Это будет пятая миссия для данного носителя (с учётом старта в конфигурации 5Б, который был осуществлён в мае этого года).

Чанчжэн-5 способна доставить груз массой 25 тонн на низкую околоземную орбиту. К Марсу же ракета может отправить до шести тонн полезной нагрузки. Ракета имеет двухступенчатую структуру. Первая ступень приводится в движение двумя кислород-водородными двигателями YF-77 тягой 700 кН (в вакууме). Ступень также оснащена четырьмя ускорителями, каждый из которых оснащён парой кислород-керосиновых двигателей YF-100.  Каждый из этих ускорителей выдаёт тягу в 2680 кН (в вакууме). 

На второй ступени установлено два кислород-водородных двигателя YF-75D тягой примерно в 88 кН каждый. Продолжительность работы этих агрегатов может достигать 700 секунд.

Ориентировочно, запуск миссии “Тяньвэнь-1” должен состояться 23 июля в период времени с 04:00 UTC по 07:00 UTC. Прибытие к Марсу ожидается в феврале 2021-го. В мае того же года должна состояться посадка марсохода. Тогда же начнётся и научная деятельность миссии.

UPD: Запуск прошёл успешно. Вы можете посмотреть старт в коротком видео от канала VideosFromSpace

Источники:

Scientific American | Информационное агентство “Синьхуа”

Что ещё почитать о китайской космонавтике:

• Spacety: большие планы на маленькие спутники
• Тихо и незаметно: запуск новой китайской ракеты, который закончился провалом
• Сможет ли LandSpace стать китайской SpaceX?
• Компания Galactic Energy готовит свою ракету к первому полёту
• Китайские амбиции в космосе: что ждёт впереди?
• Миф о новой космической гонке
• О китайской космической станции