Загадки «Фобосов»

7 июля 1988 года на космодроме Байконур была успешно запущена новейшая автоматическая межпланетная станция «Фобос-1». Через пять дней на космической траектории к ней присоединился «Фобос-2». Они должны были открыть новую страницу в советских исследованиях дальнего космоса, но не смогли выполнить и половину предусмотренной научной программы. Неожиданное фиаско вызвало кривотолки, в том числе с привлечением гипотезы о вмешательстве инопланетян.

Гипотеза Шкловского

Природные спутники Марса стали предметом спекулятивных суждений ещё до их открытия. Дело в том, что сама Красная планета долгое время считалась обитаемой — родиной древней мудрой цивилизации, которая в своей эволюции намного обогнала человечество, что, разумеется, давало большое поле для фантазирования.

Например, в октябре 1726 года были впервые опубликованы знаменитые «Путешествия Гулливера» (Gulliver's Travels, or Travels into Several Remote Nations of the World. In Four Parts. By Lemuel Gulliver, First a Surgeon, and then a Captain of Several Ships), написанные англо-ирландским сатириком Джонатаном Свифтом. В третьей части Гулливер попадает в гости к лапутянам — жителям летающего острова, представляющим собой сборище карикатурных учёных, которые сильны в теоретических изысканиях, но мало что умеют делать на практике. Поэтому одна из любимейших наук у них — астрономия, и благодаря совершенным телескопам лапутяне разглядели множество новых звёзд, комет и «два спутника, обращающихся около Марса».

В реальности марсианские спутники, получившие собственные имена Деймос (Ужас) и Фобос (Страх), открыл в августе 1877 года американец Асаф Холл. Возникал вопрос: как получилось, что Свифт сумел за полтора века до этого описать их наличие? В 1960-е годы, когда неимоверно выросла популярность уфологии, вокруг предсказания сатирика развернулись горячие споры: дошли даже до утверждения, что тот вступал в контакт с пришельцами на «летающей тарелке», которые сообщили ценные астрономические сведения. Разгадка проста: в существование двух спутников Марса верил великий немецкий астроном Иоганн Кеплер, который был сторонником идеи числовой гармоничности Вселенной и полагал, что количество спутников у планет должно возрастать в геометрической прогрессии со знаменателем два: если у Земли имеется одна луна, а у Юпитера — четыре, то у Марса нужно искать пару лун. Свою гипотезу Кеплер активно распространял, и она была известна любому, кто в то время интересовался астрономией. Упоминая о спутниках, Свифт, вероятно, иронизировал над теми учёными, которые строят гипотезы на основе веры в некий абсолютный идеал, — редкий случай, когда изначально ошибочная теория стимулировала поиски, завершившиеся впечатляющим успехом.

Не менее популярной была гипотеза искусственного происхождения марсианских спутников. Сегодня трудно установить, кто высказал её первым, но широкую известность она обрела после того, как 1 мая 1959 года газета «Комсомольская правда» опубликовала интервью с астрофизиком Иосифом Самуиловичем Шкловским. В частности, он говорил:

«Приблизительно через 15 миллионов лет Фобос должен будет упасть на Марс. В астрономических масштабах это весьма и весьма малый срок. <…> Проанализировав и отвергнув все мыслимые причины торможения Фобоса, я пришёл к следующему выводу. Вероятно, именно торможение верхних, чрезвычайно разрежённых слоёв атмосферы играет здесь решающую роль. Но для того чтобы это торможение оказалось столь значительным, Фобос должен иметь очень малую массу, а значит, и среднюю плотность, примерно в тысячу раз меньшую плотности воды. И есть только один способ сочетать требования твёрдости, неизменности формы Фобоса и его крайне незначительной средней плотности. Надо предположить, что Фобос полый, пустой внутри — нечто вроде консервной банки, из которой вынули содержимое. Ну а может быть естественное космическое тело полым? Нет и нет! Следовательно, Фобос имеет искусственное происхождение. Другими словами, Фобос является искусственным спутником Марса. Странности в свойствах Деймоса, хотя и менее разительные, чем у Фобоса, позволяют высказать предположение, что и он имеет искусственное происхождение».

Картина А. Соколова «Искусственный спутник Марса»
из альбома «К звёздам!» (1970)

Картина А. Соколова «На спутнике Марса»
из альбома «К звёздам!» (1970)

Гипотезу Шкловского немедленно подхватили журналисты и фантасты. Произвела она впечатление и на работников ракетно-космической отрасли. Член-корреспондент Академии наук Василий Семёнович Емельянов вспоминал, что в 1961 году обсуждал её с главным конструктором Сергеем Павловичем Королёвым. Тот якобы говорил:

«Ты в «Комсомольской правде» читал статью Шкловского о Марсе? Собственно, там речь шла не о Марсе, а о его спутниках. Шкловский приходит к выводу, что оба спутника Марса полые и имеют искусственное происхождение. Чего же я хочу добиться? Установить, действительно ли спутники Марса полые. А если они полые, промерить толщину стенки хотя бы одного из них… Меня это так захватило, что я покоя себе не нахожу. Ведь только подумай, что нас может ожидать на Марсе, если его спутники в самом деле искусственно созданные тела?! Развитие земной цивилизации шло одними путями, а если на Марсе была цивилизация, то вовсе не обязательно, чтобы её развитие шло так же, как и нашей земной. Разве не захватывающая перспектива — познать эти пути развития?»

Хотя позднее сам Шкловский возмущался тем, как его «хулиганскую» гипотезу превратили в спекулятивную теорию, которая будто бы подтверждает существование высокоразвитых марсиан, в советском обществе возникло ожидание необычных открытий, которые будут сделаны, если заняться плотным изучением Фобоса.

Проект 1Ф

В 1979 году отдельной книгой была опубликована научно-фантастическая повесть «Путь к Марсу», написанная лётчиком-космонавтом Евгением Васильевичем Хруновым и специалистом по космической медицине Левоном Суреновичем Хачатурьянцем. Позднее появилось и продолжение — повести «На астероиде» (1984) и «Здравствуй, Фобос!» (1988).

В первой части трилогии довольно подробно описывался один из вариантов пилотируемой экспедиции на Марс, которая, по мнению авторов, должна была состояться в 90-е годы. Экипаж из шести советских космонавтов на корабле «Вихрь» отправляется к соседней планете, но вынужден задержаться на ареоцентрической орбите из-за глобальной песчаной бури, которая бушует на поверхности. Воспользовавшись паузой, бортинженер Сурен Акопян стартует с борта корабля на одноместной челночной ракете «Аннушка» и совершает посадку на Фобос. И, разумеется, в первые же минуты делает потрясающее открытие — туннель с перилами, уходящий вглубь скалы, и за ним небольшой зал, вырубленный в толще породы. Без сомнения, на Фобосе некогда побывали разумные существа!

Можно сказать, что Хрунов и Хачатурьянц в незатейливой форме изложили профанам то, о чём в глубине души мечтали все, кто работал в ракетно-космической отрасли — найти следы иного разума, доказать, что человечество не одиноко во Вселенной. Как и раньше, все эти мечты были связаны с Марсом и его спутниками.

Вид Марса с Фобоса.
Картина В. Басенко

Работы над аппаратами для исследования Фобоса начались в Научно-производственном объединении (НПО) имени С.А. Лавочкина в 1976 году. Проект 1Ф был выдвинут главным конструктором Сергеем Сергеевичем Крюковым в рамках программы углублённого изучения соседней планеты как следующего этапа после доставки марсианского грунта на Землю (тема 5М). Однако процесс создания нового аппарата шёл очень медленно и периодически замирал: сначала все силы были брошены на 5М, затем сотрудники НПО занялись венерианскими станциями 5ВП и 5ВС, а также аппаратами 5ВК («Вега») для комплексного изучения Венеры и кометы Галлея. Только в 1985 году, когда реализация последнего проекта из перечисленных близилась к завершению, был снова поднят вопрос о дальнейших путях исследований в дальнем космосе.

Новый вариант аппарата 1Ф массой 6200 кг конструировался как базовый для осуществления разнообразных межпланетных миссий. Инженер-испытатель Юрий Михайлович Марков писал в мемуарах:

«Выполняя задание главного конструктора [Вячеслава Михайлович Ковтуненко], они [проектанты] компоновали универсальный базовый аппарат нового поколения для исследования Луны, Венеры, Марса и его спутников (а раз для маленьких и далёких спутников, то значит и для астероидов и комет). Проект условно так и назывался: «УМВЛ» — унифицированный «Марс», «Венера», «Луна». Аппарат должен был обладать разносторонними «способностями»: при минимальной переделке летать к разным, непохожим друг на друга небесным телам, уметь садиться на Луну и Марс, доставлять на Венеру специальные зонды, причаливать к малым небесным объектам и т. п. <…>

Его компоновка повторяла испытанную многолетней практикой, признанную классической компоновку «Марсов-2…-7» или «Венер-9…-16». А именно: космический носитель + исследовательский зонд. Зонд мог быть отделяемым, как спускаемый аппарат, или неотделяемым, как радиолокатор или телескоп. В случае с Марсом, к примеру, космический носитель (его называли орбитальным блоком, потому что при перелёте он движется по гелиоцентрической орбите, а затем по околомарсианской) должен был доставить в расчётную точку орбиты посадочный блок. Затем посадочный совершал мягкую посадку на поверхность планеты, проводил там исследования. Посадочный блок должен был быть несравненно более мобильным, манёвренным, чем его неудачливые марсианские предшественники».

Автоматическая межпланетная станция «Фобос» (1Ф) над Фобосом. Иллюстрация А. Мейстера из книги Ю. Маркова «Курс на Марс» (1989)

Траектория перелёта к Марсу автоматической межпланетной станции «Фобос» (1Ф). Иллюстрация А. Мейстера из книги Ю. Маркова «Курс на Марс» (1989)

К Марсу было решено отправить две космические станции 1Ф с датой старта в июле 1988 года. Предполагалось, что путешествие от Земли займёт двести суток, после чего они выйдут на ареоцентрическую орбиту. Совершив серию коррекций, одна из станций должна будет сблизиться с Фобосом и провести исследования на «бреющем» полёте с относительной скоростью 2-5 м/с. При этом она осуществит телевизионную съёмку в высоком разрешении и несколько активных экспериментов. Кроме того, сбросит на спутник небольшой посадочный зонд. Параллельно вторая станция будет заниматься изучением самого Марса с орбиты минимальной высотой от 500 до 1000 км. Затем она повторит манёвры первой и сбросит на Фобос два посадочных зонда. Общая продолжительность миссии — пятнадцать месяцев со дня запуска.

Понятно, что наиболее ответственным и важным с научной точки зрения моментом становился «бреющий» полёт над Фобосом. Впервые предполагалось определить массовый и изотопный состав его грунта путём дистанционного зондирования. В эксперименте «Лима» лазерный луч с энергией 0,5 Дж собирались сфокусировать в пятно на поверхности диаметром 1 мм. Часть образовавшихся ионов попадёт в рефлектрон с тормозящим полем, который будет анализировать массовый состав ионов по времени пролёта частиц от поверхности до прибора. В другом активном эксперименте, получившем название «Дион», с борта станции в грунт будут инжектироваться пучки ионов криптона с энергией 2-3 кэВ. Выбиваемые ими из поверхностного слоя вторичные ионы зарегистрирует бортовой квадрупольный масс-анализатор.

Картина английского художника А. Гилберта «Фобос. Лазерный эксперимент» (1987)

Схемы активных экспериментов «Лима» (слева) и «Дион», которые предполагалось провести в рамках научной программы автоматических межпланетных станций «Фобос» (1Ф). Иллюстрация из журнала «Земля и Вселенная» (1987, №4)

Кроме активных экспериментов, собирались применить и более традиционные методы планетологических исследований. Изображения Фобоса с близкого расстояния должен был получать видеокомплекс «Фрегат», включавший три телевизионные камеры, спектрометр и запоминающее устройство. Заснятые участки предполагалось сразу спектрометрировать с высоким разрешением в 14 зонах (от 0,4 до 1,1 мкм). Изменяя поле зрения оптической системы с помощью поворотного зеркала, установленного перед объективом, учёные планировали проводить панорамную съёмку Фобоса, получая его изображения на фоне звёзд, что было важно для решения навигационных задач миссии. Переданные на Землю изображения и спектрограммы поверхности позволили бы в дальнейшем составить топографические и структурно-морфологические карты марсианского спутника, а также осуществить координатную привязку проведённых измерений. Рельеф, подповерхностную структуру и электрофизические характеристики грунта Фобоса предполагалось изучать радиозондированием.

При «бреющем» полёте станций собирались сбросить на поверхность три небольших аппарата: две ДАС (долгоживущая автономная станция; масса — 67 кг) и один ПРОП-ФП (прибор оценки проходимости — Фобос; масса — 43 кг).

Сразу после мягкой посадки аппарат ДАС должен был ввести в грунт гарпун-пенетратор, который зафиксирует его положение. Затем основная платформа с научной аппаратурой поднимется над поверхностью, раскрыв солнечные батареи. Активное существование ДАС продлится около года, в ходе чего планировали изучать собственное движение Фобоса, чтобы наконец-то ответить на вопрос, когда ожидать его падения на Марс. Кроме того, аппарат выполнит исследования элементного состава поверхностного слоя с помощью спектрометра обратного альфа-рассеяния и рентгеновской флуоресценции.

Аппарат ПРОП-ФП проектировался как мобильный. Сразу после посадки он переводится в рабочее положение с помощью ножек-пружин («усов») устройства ориентирования, затем выполнит научные измерения по составу грунта. Завершается цикл работы прыжком аппарата на расстояние до 20 м. Он был рассчитан максимум на десять прыжков.

Схема активных экспериментов с борта автоматической межпланетной станции «Фобос» (1Ф), а также сброса на поверхность Фобоса долгоживущей автономной станции (ДАС) и прибора оценки проходимости (ПРОП-ФП). НПО имени С.А. Лавочкина

Работа долгоживущей автономной станции (ДАС) на поверхности Фобоса.
Иллюстрация А. Мейстера из книги Ю. Маркова «Курс на Марс» (1989)

К реализации проекта были привлечены учёные многих стран: Австрии, Болгарии, Венгрии, Ирландии, Польши, Финляндии, Франции, Чехословакии, Швейцарии, Швеции, Восточной и Западной Германий. Соединённые Штаты предоставили возможность пользоваться для баллистических измерений их наземной сетью DSN (Deep Space Network).

Советскому Союзу проект обошёлся в 272 млн рублей, зарубежным участникам — в 60 млн; при этом стоимость самих станций 1Ф составила 51 млн.

Провал «Фобосов»

Запуск станции 1Ф №101, получившей официальное название «Фобос-1», с помощью ракеты-носителя «Протон-К» (8К82К) состоялся 7 июля 1988 года. При этом использовалась «пятиступенчатая» схема выведения: на околоземную орбиту аппарат поднимался с помощью трёх ступеней ракеты и первого включения разгонного блока Д-2 (11С824Ф). На траекторию полёта к Марсу он переводился вторым включением блока до полного исчерпания топлива с переходом на автономную двигательную установку (АДУ).

До 18 августа работа с «Фобосом-1» велась из Центра дальней космической связи (ЦДКС) в Евпатории, затем — из Центра управления полётами (ЦУП) в Калининграде (позднее — Королёве) Московской области.

Автоматическая межпланетная станция «Фобос» (1Ф) в сборочном цехе. НПО имени С.А. Лавочкина

Юрий Марков вспоминал:

«25 августа управленцы проводили планирование рядового сеанса связи с «Фобосом-1». Разработчики гамма-спектрометра обратились с просьбой включить их научный прибор в работу 30 августа примерно на десять часов, после чего «сбросить» полученную информацию на Землю. Обычная, тривиальная задача. Инженер-оператор приступил к составлению программы сеанса с учётом рекомендаций «науки». Предоставленная для нашей работы ЭВМ ЦУПа функционирует с различными космическими объектами. Она способна понимать «язык» различных кодов. Надо только ей указать, в каком коде работать. И вот оператор после указания адреса одной из ячеек бортовой программно-временной системы забыл подставить одну-единственную букву. Его непосредственный начальник, проверяя программу, ошибку не заметил. Конечно, программу, прежде чем передать на борт, можно было проверить на математической модели, находящейся в ЦДКС, или на «Фобосе-Т» (технологическом макете), стоящем «под парами» на контрольно-испытательной станции завода. Но управленцы не стали утруждать своих товарищей, считая программу элементарной.

А дальше пошла цепь драматических событий. 29 августа в сеансе связи программу ввели на борт «Фобоса-1». Без той единственной буквы безобидная команда на включение научного прибора превратилась не в абракадабру, а (вот она трагическая случайность) в «команду-убийцу» на выключение пневмосистемы ориентации и стабилизации. И вот спокойно летящий, «ничего не подозревающий» аппарат вдруг оказался без «рук», без «ног». Он «увидел», что Солнце отворачивается от его солнечных батарей, но спасти себя не смог: его «спеленали», лишили сил ложной командой. Бортовые батареи — аккумуляторы, не получающие подпитки от солнечных батарей, рано или поздно разрядились, и бортовые радиоприёмники и передатчики оказались без питания. В ночь с 1 на 2 сентября ничего не подозревавшие управленцы приступили к намеченному сеансу, но ответный сигнал не получили. Утром они поняли, что натворили…

Месяц непрерывных попыток восстановить связь удачи не принёс. Коллектив воспринял неожиданную гибель машины (что называется, на ровном месте) как личную драму».

Вторая станция 1Ф №102 под названием «Фобос-2» была запущена 12 июля. Вскоре были успешно проведены две коррекции. Однако в ходе перелёта произошли и серьёзные отказы. 1 ноября вышел из строя один из двух радиопередатчиков сантиметрового диапазона, а также наблюдались неоднократные самопроизвольные выключения бортового вычислительного комплекса.

Тем не менее, 29 января 1989 года на станции была запущена автономная двигательная установка, после чего «Фобос-2» перешёл на ареоцентрическую орбиту высотой 819 х 81214 км с периодом обращения 77 часов. Для сближения станции с марсианским спутником были проведены ещё две коррекции: 12 и 18 февраля. «Бреющий» полёт и сброс посадочных аппаратов были назначены на 4 апреля.

Снимок Фобоса и части Марса с борта автоматической межпланетной станции «Фобос-2», переданный во время сеанса связи 28 февраля 1989 года.

Снимок Фобоса и части Марса с борта автоматической межпланетной станции «Фобос-2», переданный во время сеанса связи 25 марта 1989 года.

Юрий Марков писал в мемуарах:

«27 марта 1989 года. «Фобос-2» ведёт очередную съёмку спутника Марса — одну из самых последних перед посадкой зондов. 18 часов 58 минут 30 секунд. Согласно программе сеанса, должен поступить сигнал со станции. Но его нет. В соответствии с инструкцией по нештатным ситуациям управленцы принимают немедленные и энергичные меры по установлению радиосвязи с аппаратом. В результате предпринятых действий с борта «Фобоса-2» в 20 часов 51 минуту был получен сигнал в сантиметровом диапазоне волн, но телеметрическую информацию выделить из него не удалось. А в 21 час 03 минуты сигнал исчез и, как оказалось, навсегда.

Почти двадцать дней и ночей управленцы отчаянно пытались возобновить диалог с машиной. Но безуспешно. Когда стало ясно, что аппарат «замёрз», ЦУП принял решение о прекращении работ по программе «Фобос». Так завершилась эта миссия к Марсу».

Причину потери связи с «Фобосом-2» достоверно выяснить не удалось. Наиболее вероятная — одновременное «зависание» двух каналов бортовой вычислительного комплекса и, как следствие, потеря ориентации и закрутка станции. Также рассматривался вариант её столкновения с крупным метеороидом.

Нельзя сказать, что миссия была полностью провальной. На основе собранных данных учёные уточнили характеристики Фобоса как небесного тела. Были получены 37 высококачественных изображений его поверхности с расстояния от 300 до 1100 км (максимальное разрешение составило 40 м). Изучив их, специалисты сделали уверенный вывод о том, что верхний слой спутника сложен из раздробленного реголита. В феврале и марте были проведены многократные наблюдения Марса, которые позволили выявить значительную неоднородность теплового поля планеты. Спектрометрические исследования гамма-излучения марсианской поверхности позволили оценить содержание основных породообразующих элементов (магния, алюминия, серы, железа) и естественных радиоактивных элементов (урана, тория). Анализ химического состава марсианской атмосферы дал распределение по высоте концентраций озона, водяного пара, молекулярного кислорода, углекислого газа и пыли. Немало информации учёным удалось извлечь из замеров магнитного поля, плазменных волн, протонов и альфа-частиц солнечного ветра.

В 90-е годы о странной гибели «Фобоса-2» вспомнили снова. «Жёлтая» пресса начала тиражировать одну из четырёх панорам Марса, которые были получены с помощью радиометра-спектрометра «Термоскан», работавшего в видимом и инфракрасном диапазонах. На ней заметен некий тёмный веретенообразный объект. Падкие на сенсации журналисты поспешили объявить его «инверсионным следом» боевой ракеты противокосмической обороны марсиан, которая и уничтожила «Фобос-2».

Шумиха поднялась такая, что специалистам пришлось выступить с опровержением. Выяснилось, что «Термоскан» получает достоверную панораму, только если поверхность под ним не меняется во время прохождения станции. Но рядом находилось тело, которое вносило искажения своим быстрым относительным движением — сам Фобос. Объект, принятый за «инверсионный след», был его размытой тенью на поверхности Марса. Инопланетяне опять оказались ни при чём.

Модель автоматической межпланетной станции «Фобос» (1Ф);
Музей космонавтики в Москве

Anton Pervushin