От редактора.  Предлагаем вашему вниманию вторую часть рассказа о проекте "Фобос" из книги Ю.М. Маркова "Курс на Марс!". В первой части речь шла о том, какие проблемы приходилось решать проектировщикам, и о результате их работы — конструкции КА. Во второй части рассказывается о научных задачах, стоявших перед "Фобосами", и об их научном оснащении для выполнения этих задач. Большая часть повествования уделена самим объектам исследования: Солнцу, Марсу и его спутникам. В этой части также описан планировавшийся сценарий экспедиции, который впоследствии удалось реализовать лишь частично.

* * *

Проект "Фобос", или трудные дороги к Марсу

Главы из книги Ю.М. Маркова "Курс на Марс!" (М., Машиностроение, 1989)
Публикуются с сокращениями

Часть II

А теперь - о полезной нагрузке - научной аппаратуре, ради которой, собственно, мы так далеко летим. Правда, иногда невозможно провести четкую грань между служебной системой и полезной нагрузкой. К примеру, телевизионная система. Она служит и для решения навигационных задач, и как средство изучения небесного объекта. Или радиолокаторы. Они помогают бортовому управляющему комплексу управлять машиной и в то же время с их помощью можно определить ряд характеристик грунта.

Экспедиция к Марсу 1988-1989 годов задумывалась как многоцелевая: планировалось провести исследования спутника планеты Фобоса, самой “красной планеты”, космического пространства и Солнца. Факультативной значилась задача изучения вторым аппаратом с близкого расстояния второго спутника, Деймоса, при условии успешного исследования Фобоса первым аппаратом. Об этом сообщали газеты.

Проект “Фобос” предусматривал большую программу исследований Солнца, а также космического пространства, включая, естественно, межпланетное, пронизанное солнечным ветром.

С древнейших времен человек поклонялся Солнцу - источнику жизни на Земле. Он понимал, как зависят его собственная жизнь, его благополучие от тепла, которое несут с собой солнечные лучи. Недаром почти во всех древних религиях мира бог Солнца - главный бог. Но до последнего времени, точнее, до появления спутников, специально изучающих Солнце, люди не имели четкого представления о том, насколько глубоки и сложны солнечно-земные связи.

Мы теперь знаем, что Солнце не только приносит на Землю свет и тепло, но извергает и смертоносный для всего живого поток ультрафиолетового излучения. Только слой озона, окутывающий земной шар и поглощающий это излучение, спасает человека, весь животный и растительный мир от гибели. И надо всемерно беречь этот могучий и тонкий щит жизни.

Кроме того, Солнце непрерывно испускает жесткие корпускулярные потоки (протоны, электроны, ионы) - солнечный ветер. На его пути встает второй щит Земли - магнитное поле нашей планеты. Солнечный ветер может ослабевать. Но порой он бушует с огромной силой - и тогда на Землю обрушиваются потоки заряженных частиц, которые вызывают магнитные бури, полярные сияния, нарушение радиосвязи, разрушительные ураганы, землетрясения.

Прорвавшиеся через барьер магнитного потока заряженные частицы врываются в атмосферу Земли. Они дробят попадающиеся на их пути атомы и молекулы. Осколки этих столкновений - электроны и ионы - основа ионосферы Земли - оболочки, отражающей радиоволны. В ней циркулируют электрические токи огромной силы, разогревающие верхние слои атмосферы.

Явления, происходящие в верхней атмосфере, тем или иным путем влияют на нижележащие слои, определяя в конечном счете погоду на Земле. И не только погоду.

Ученые установили, что увеличение числа вспышек, появление бурных протуберанцев на Солнце приводит к характерному изменению состава крови. Сложные эксперименты показали: кровь человека реагирует на Солнце необычайно чутко - не только на взрывы и вспышки, но даже на каждый восход и заход его.

Недавно врачи установили, что кислотность желудочного сока меняется в зависимости от степени возмущенности магнитного поля. И на кожу влияет солнечная активность. Советский ученый, последователь А. Л. Чижевского - основоположника гелиобиологии - доктор медицинских наук Анатолий Подшибякин ставил эксперименты по исследованию статических электрических потенциалов кожи. Вот что он писал: “Все, что сделано человечеством в биологии, медицине, химии, росте производительности труда, необходимо увязать с деятельностью Солнца. И это не парадокс, а необходимость. Без учета его влияния на жизнь Земли не может быть успешного прогресса в науке и технике”.

Известно, что Солнце “работает” по строгому графику, цикл которою в среднем 11 лет с небольшим. Максимум активности Солнца приходился на 1957, 1968-1969 и 1980 годы. Очередной - в 1992 году.

Очень интересные данные получены о влиянии солнечной активности на Мировой океан. В частности, отмечено, что с ее цикличностью связаны ледовая обстановка в арктических морях, колебания уровня океана, термический режим вод.

Даже эпидемии гриппа повторяются приблизительно через каждые 11 лет. Не связано ли это с процессами образования пятен на Солнце?

Ясно одно: нужна постоянная космическая служба Солнца. И она уже работает. Советские спутники “Прогноз”, международные “Интеркосмос”, другие космические аппараты нацелены на наше светило. Одновременно с измерениями на спутниках “Интеркосмос” обсерватории Народной Республики Болгарии, Советского Союза, других стран социалистического содружества проводят радиоастрономические, ионосферные и оптические наблюдения по согласованной программе.

Много интересного добыли и геофизические ракеты “Вертикаль”, запускаемые со станции ракетного зондирования “Волгоград” на высоту около 500 км. Вертикальное зондирование позволяет замерить различные параметры на одной и той же широте. Ни самолеты, ни зонды, ни спутники такой “разрез” атмосферы провести не могут.

Наука о солнечно-земных связях делает лишь первые шаги. Однако перспективы ее грандиозны, и в будущем она обещает стать одной из самых важных и самых значительных для человека.

Уже сейчас мы знаем, что при наступлении магнитной бури (фиксировать ее научились) больных гипертонией и другими сердечно-сосудистыми заболеваниями, а также неврозом желательно перевести на так называемый щадящий режим. Для сердечнососудистых санаториев нашей страны с целью профилактики гипертонических кризов, инфарктов дают прогноз солнечной активности.

В будущем космическая служба Солнца станет автоматически давать все необходимые сведения в лечебные заведения, широкую информацию через радио и телевидение так же, как сегодня дается прогноз погоды. Только, будем надеяться, намного точнее. Собственно, газета “Вечерняя Москва” уже стала публиковать сообщения о повышении солнечной активности.

Интерес ученых к изучению физических условий на Солнце обусловлен также тем, что это - ближайшая к нам типичная звезда. Следовательно, наблюдая ее, можно получить информацию о процессах в звездах. Солнце - и огромная природная лаборатория для плазменных исследований.

Внеатмосферные исследования Солнца проводятся начиная с запуска самых первых космических аппаратов. Однако до последнего времени они выполнялись в основном с орбиты Земли, то есть практически из одной точки пространства. Сейчас встала задача и ищутся пути изучения Солнца одновременно с нескольких точек. Определенные возможности в этом отношении предоставлял проект “Фобос”.

При наблюдениях Солнца одновременно с борта космического аппарата, с Земли и околоземных спутников открывается уникальная возможность определения трехмерной (стереоскопической!) структуры хромосферы и солнечной короны. Когда космический аппарат выходит на орбиту искусственного спутника Марса, с помощью его бортовой аппаратуры можно наблюдать на Солнце процессы, невидимые в это время с Земли. Такой метод наблюдений открывает перспективы прогнозирования проявлений солнечной активности. Мы заранее будем знать, что ожидать от Солнца, когда оно повернется к нам невидимой стороной.

Исследования электромагнитного излучения Солнца в проекте “Фобос” намечали выполнять в широком диапазоне частот - от мягкого ультрафиолетового до жесткого гамма-излучения. Одной из задач исследований стало, в частности, получение изображения Солнца в мягком и ультрамягком рентгеновском и видимом диапазонах. Планировали проводить изучение эволюции крупномасштабных солнечных структур; определение физических условий во вспышках и активных областях, коронарных дырах и ярких точках; выяснение механизма преобразования магнитной энергии и нагрев коронарной плазмы.

Исследования предполагалось проводить с помощью телескопа-коронографа, в блоке датчиков которого имелись три оптических канала. Каждый из них включал в себя фокусирующую оптику, спектральные фильтры и электронную систему на основе матричных твердотельных приемников излучения.

Кроме исследования электромагнитного излучения Солнца предполагалось получить информацию о солнечном ветре, быстрых солнечных космических лучах, образующихся во время солнечных вспышек, магнитном поле и волновых процессах в межпланетном пространстве.

Планировались спектрометрические исследования энергетического, массового и зарядного состава солнечного ветра. С этой целью на борту космического аппарата был установлен специальный высокочувствительный прибор, накапливающий информацию за длительное время. Затем эта информация анализируется “научной” бортовой ЭВМ, которая рассчитывает массы и заряды зарегистрированных ионов солнечного ветра. Полученные данные передаются на Землю по телеметрическим каналам.

Для изучения распределений таких основных составляющих солнечного ветра, как протоны и альфа-частицы, должен был использоваться спектрометр, измеряющий плотность потока, полную скорость, температуру и ее анизотропию, то есть неодинаковость в разных направлениях.

Слежение за активностью Солнца и формирование сигнала, обусловленного рентгеновским излучением солнечной вспышки, должен был осуществлять специальный мониторный прибор, выдающий команду на наведение космического аппарата с высокой точностью на Солнце и включение аппаратуры солнечного комплекса. Анализ данных, полученных от этого прибора, позволит получить ценную информацию о возможных предвестниках солнечных вспышек.

В проблеме солнечных вспышек в последние годы особое внимание уделяется изучению так называемых ядерных гамма-линий. В отличие от проведенных ранее исследований в проекте “Фобос” впервые использовалась принципиально новая методика регистрации гамма-всплесков. Ожидаемый темп регистрации - примерно 1 всплеск в сутки. Высокие временные и энергетические характеристики прибора позволяют исследовать периодичность и точную временную структуру как солнечных, так и космических гамма-всплесков.

Напомним, что гамма-всплески впервые были обнаружены лишь в начале 1970-х годов. Вскоре после запрещения ядерных взрывов в атмосфере американцы организовали на спутниках “Вела” патрульную службу контроля. Известно, что ядерный взрыв сопровождается мощным импульсом гамма-излучения. И вот детекторы, установленные на патрульных спутниках, зарегистрировали вспышки этого излучения. Вскоре, однако, выяснилось, что вспышки эти имели космическое происхождение. Поражала их яркость, иногда в тысячи раз превосходящая яркость самых сильных из известных стационарных источников. Причем длительность всплесков излучения составляла лишь десятки секунд. Об их исследованиях станциями “Венера-11” и “Венера-12” рассказано в четвертой главе. Исследования гамма-всплесков, предусмотренные проектом “Фобос”, существенно отличаются от всех предыдущих и, надеемся, позволят значительно глубже их изучить.

Еще один интересный эксперимент по изучению Солнца имел целью исследование структуры и динамики его внутреннего строения. В эксперименте должно было проводиться длительное непрерывное измерение с высокой точностью интенсивности солнечного излучения в узких спектральных каналах. Прибор включал в себя три солнечных фотометра с интерференционными фильтрами и датчик положения Солнца. В качестве детекторов излучения использовались кремниевые диоды.

Наблюдения космических гамма-всплесков и реализацию “солнечной” программы в проекте “Фобос” планировали выполнять в кооперации с программой исследования Солнца западноевропейским внеэклиптическим зондом “Улисс”.

Большая база системы “Фобос” - “Улисс”, равная примерно одной астрономической единице, и наличие третьей “точки” наблюдений в виде советского астрономического спутника “Гранат” (он должен был работать в это время на околоземной орбите) обеспечили бы точность определения координат источников гамма-всплесков порядка десяти угловых секунд.

По оснащению специальной “солнечной” научной аппаратурой и приборами, исследующими космическое пространство, мы имеем полное право назвать аппарат “Фобос” летающей солнечной и космической обсерваторией.

Третья комплексная научная задача, стоявшая перед проектом “Фобос”,- изучение Марса.

Третья по счету, но главная по сути.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

О Марсе написано немало. Есть серьезная монография доктора физико-математических наук В. И. Мороза “Физика планеты Марс”, есть научно-популярная книга доктора физико-математических наук М. Я. Марова, есть увлекательно-остроумная книга доктора физико-математических наук Л. В. Ксанфомалити “Планеты, открытые заново”. Поэтому, если я не удовлетворю любознательности читателя, рекомендую ему воспользоваться этими изданиями.

На среднем расстоянии 228 млн. км от Солнца по вытянутой орбите движется Марс. С давних времен астрономы не жалели сил и средств на изучение этой планеты. И, пожалуй, ни с одной планетой Солнечной системы не связано столько гипотез - фантастических, дерзновенных и прекрасных, как с Марсом. Еще совсем недавно воображение землян будоражили увлекательные возможности найти мир себе подобных на расстоянии всего каких-то десятков миллионов километров - совсем ничтожном в масштабах Вселенной. Вспомним страстные призывы Ф. Цандера, обращенные к современникам: “Вперед, на Марс!” Более того, наблюдения Марса, а точнее их истолкование, как будто подтверждали существование такого мира.

Грандиозный бум вызвало “открытие” в 1877 году итальянским астрономом Дж. Скиапарелли на Марсе сети правильных темных линий, названных им каналами. Между прочим, сам он вовсе не утверждал, что каналы имеют искусственное происхождение. Это сделал позже знаменитый американский астроном П. Ловелл. И все тут же поверили, что эти каналы созданы мыслящими существами. Поверили потому, что хотели верить.

Регулярное с наступлением весны распространение в каждом полушарии Марса “волн потемнения” от полюса к экватору связывали с пробуждением растительности за счет увеличения тепла и влаги.

Обнаруженная аномалия в движении спутников Марса - Фобоса и Деймоса - вызвала к жизни оригинальное предположение, выдвинутое советским астрофизиком членом-корреспондентом АН СССР И. С. Шкловским, об их возможно искусственном происхождении.

Естественно, все это вызывало огромный интерес. Косвенно это привело к тому, что к началу космических исследований Марс был изучен наземными средствами лучше, чем любая другая планета Солнечной системы.

Марс - внешняя относительно Земли планета, наиболее удобная для астрономических исследований, поскольку в этом случае Солнце не только не мешает, а, наоборот, помогает наблюдениям. Каждые 780 суток он сближается с Землей на расстояния от 55 до 102 млн. км. Условия освещенности Марса в эти периоды наиболее благоприятны для фотографирования. Во время наибольшего сближения - великого противостояния - свет проходит расстояние от Марса до Земли всего за 3 минуты.

Марс - сравнительно небольшая планета. Его масса в 10 раз меньше массы Земли. По диаметру - 6775 км - он вдвое меньше Земли, но вдвое больше Луны. А вот продолжительность суток практически не отличается от земных. Очень близка к земной и величина наклона полярной оси к плоскости орбиты-25 градусов (у Земли 23,5). Год на Марсе намного длиннее - 687 суток,

Марс находится в среднем в полтора раза дальше от Солнца, чем Земля. Поэтому на единицу его поверхности приходится в среднем только 43% той энергии, что получает Земля. Следствием этого являются довольно суровые условия на планете: среднесезонные температуры составляют минус 60° С и сильно изменяются в течение суток.

В телескопе Марс предстает небольшим размытым диском оранжевого цвета, на котором хорошо заметны три типа деталей: протяженные области, за которыми долго сохранялось название “пустыни”, более темный экваториальный пояс и белые полярные шапки. Поверхность, как правило, хорошо видна сквозь разреженную атмосферу планеты. Иногда наблюдаются легкие облака-белые, голубые и желтые (пылевые). Конечно, в телескоп можно различить только крупные детали размером не меньше 300-600 км: слишком далек от нас Марс.

Новый этап в изучении этой планеты наступил с началом космической эры. Марс стал первой (после Земли) планетой, у которой появились искусственные спутники. Это произошло в конце 1971 года, когда на орбиты вокруг Марса вышли американский “Маринер-9” и советские “Марс-2” и “Марс-3”. А еще раньше, в 1965 году, с борта пролетного аппарата “Маринер-4” были открыты “лунные” формы марсианского рельефа. Эти данные были затем дополнены телевизионными изображениями, полученными с пролетных аппаратов “Маринер-6 и -7”.

Работа советской станции “Марс-3” у планеты, как уже говорилось, проходила в период исключительно сильной пылевой бури, которая закрыла всю поверхность. Уже давно было замечено, что великие противостояния, когда Марс и Землю разделяют всего 55 млн. км, сопровождаются пылевыми бурями. Но буря такой интенсивности наблюдалась впервые.

Одно из самых интересных явлений, связанных с бурей,- так называемый антипарниковый эффект. В атмосферу Марса поднимаются сотни миллионов тонн пыли, которая непрозрачна для приходящего и прозрачна для уходящего излучения. Это вызывает выстуживание поверхности планеты, а атмосфера при этом разогревается.

А на Венере все происходит наоборот - там царствует парниковый эффект - атмосфера планеты пропускает приходящее излучение и не выпускает уходящее от поверхности. Вот почему там так жарко.

Детальное знакомство с поверхностью Марса началось лишь в 1972 году, когда пылевая буря закончилась, и “Маринер-9” смог приступить к фотографированию. Затем в 1974 году съемку районов, которые были плохо видны сквозь остаточную пылевую пленку, выполнили с высоким разрешением станции “Марс-4” и “Марс-5”.

Оказалось, что рельеф Марса различен в разных частях планеты. Наиболее характерные районы Марса - это обширные кратерированные области, пустынные равнины, вулканические зоны и, наконец, районы особого рельефа, которые не укладываются в одну группу. Нет только каналов!

Было бы ошибочно думать, что вплоть до передачи фотоснимков поверхности Марса с космических аппаратов астрономы верили в существование таких каналов и тем более разделяли веру в их искусственное происхождение выдающегося исследователя Марса замечательного американского астронома П. Ловелла, посвятившего изучению этой волнующей проблемы более двадцати лет жизни и построившего для этих целей прекрасную обсерваторию. Совсем нет. Уже в то время, когда работал Ловелл, велись ожесточенные споры вокруг вопроса о каналах. И другие крупнейшие астрономы, среди них Э. Барнард и Э. Антониади, подвергали сомнению их существование. А известный испанский астроном К. Сола после великого противостояния Марса 1909 года, вопреки утверждениям Ловелла, открывшего в этот период несколько сот новых каналов, писал: “Это противостояние, по моему мнению, можно рассматривать как окончательный разгром теории о геометрической сети каналов”. Тем не менее споры продолжались еще несколько десятилетий.

В чем же дело? Почему различные группы высококвалифицированных наблюдателей приходили к прямо противоположным выводам? Вопрос этот совсем не прост и, видимо, непосредственно связан прежде всего с условиями наблюдений. Но вместе с тем и с особенностями марсианской поверхности. К тому же особую остроту полемике (с сенсационной окраской, обычно широко подхватываемой неспециалистами, но мешающей поиску истины) придавали по пытки приписать паутину более или менее упорядоченных тонких прямых линий на диске планеты деятельности разумных существ, высокоразвитой цивилизации. Между тем, справедливости ради, следует напомнить, что употребивший в 1859 году слово “каналы” для обозначения некоторых очертаний на поверхности Марса итальянский астроном Анджело Секки вкладывал в него совсем иной смысл. В переводе с итальянского оно означает “пролив”, “проток”, а не ирригационное сооружение. В известном смысле условно был использован этот термин и другим замечательным итальянским астрономом Дж. Скиапарелли, с именем которого связывают открытие каналов во время великого противостояния Марса 1877 года.

Сильнейшим аргументом противников существования каналов был хорошо известный факт (который легко может проверить каждый), что вследствие ограниченной разрешающей способности человеческого глаза более или менее произвольные сочетания пятен на большом расстоянии сливаются в линии, полосы. То же самое может происходить при наблюдении в телескоп, если его разрешение недостаточно, чтобы различить отдельные детали на поверхности.

И действительно, многократно сообщалось о том, что при переходе к наблюдениям при помощи более мощных инструментов и улучшения условий видимости наблюдавшиеся до этого прямые линии каналов исчезали или, точнее, распадались на множество отдельных, более естественных по своему виду, деталей неправильной формы.

Другая причина может быть отнесена на счет самой поверхности Марса, ее рельефа, наличия протяженных трещин, борозд и других конфигураций. Правда, попытки отождествить наблюдавшуюся геометрическую сеть каналов по многочисленным зарисовкам и фотографиям с реальным строением поверхности не привели к ожидаемому сходству. Нельзя, однако, забывать о том, что многие конфигурации на Марсе претерпевают регулярные периодические изменения, а часть из них может иметь более устойчивый характер. Это обусловлено особенностями взаимодействия атмосферы с поверхностью.

Но как все-таки хочется верить, что на “красной планете” обитали “братья по разуму”. И вместо каналов на Марсе появились… сфинксы, пирамиды, наподобие египетских, только гораздо внушительней.

Возьмите подшивку “Советской России” за 1984 год. Откройте четвертую полосу газеты за 1 февраля. Видите рубрику “Точка на глобусе”, а в ней подзаголовок “Гипотезы”? И ниже: “Пирамиды на Марсе?” Давайте прочтем.

“В иностранной прессе мне попадались ссылки на некие инженерные сооружения, якобы обнаруженные на Марсе. Хотелось бы прочитать об этом в “Точке на глобусе”. Ф. Родионов. Москва.”

Отвечает на этот вопрос В. Авинский - кандидат геолого-минералогических наук.

“Если рассматривать некоторые фотографии Марса, переданные на Землю космическими аппаратами “Маринер-9” и “Викинг-1”, то возникает экстравагантный вопрос: не был ли Марс обитаемым?

В районе плато Элизий “Маринер-9” обнаружил образования, которые интерпретируются как “четырехугольные пирамиды”. В южной полярной области обнаружены геометрически правильные структуры, названные специалистами НАСА “городом инков”. В Северном полушарии, в районе Кидонии “Викинг-1” сфотографировал нечто похожее на египетские пирамиды. В 9 километрах к востоку от “города пирамид” видна каменная структура в форме человеческой головы и странное темное кольцо.

Видимые на снимках образования в целом соответствуют характеру рельефа Марса. Однако многие детали снимков нельзя объяснить с общепринятых позиций. По заключению ряда исследователей, наиболее удовлетворительным и вместе с тем невероятным является сравнение марсианских форм с пирамидами. При этом малые марсианские “пирамиды” равны большим пирамидам в Гизе и пирамидам в джунглях Бразилии высотой 250 м. Но это игрушки по сравнению с большими “пирамидами” Марса, стороны основания которых достигают полутора километров, а высота - одного километра.

Предпринятый советскими исследователями морфологический анализ показал, что контуры светотеней, форма, длина и плотность теней соответствуют не разломам и выбросам, а прямоугольным пирамидальным возвышениям трех типов: обычная пирамида, пирамида с изломанными гранями и ступенчатая пирамида. На макете из пластилина были воспроизведены форма и расположение “пирамид”. На макетных снимках получены светотени, идентичные светотеням реальной поверхности Марса, что может указывать на действительно пирамидальную форму странных образований. “Пирамиды”, темное кольцо и “сфинкс” образуют упорядоченную, сложно построенную систему. Положение и размеры всех фигур как бы взаимосогласованы. Расположение марсианского комплекса сопоставимо с планировкой мексиканских пирамид. Аналогия - в плотном расположении пирамид и одинаковом повороте их осей к меридиану примерно на 16 градусов.”

Ниже помещена фотография “сфинкса”. Под ней подпись “Овальная формация на поверхности Марса, напоминающая сфинкса. Снимок с “Викинга-1””.

Еще ниже рисунок с надписью: “Реконструкция “марсианского сфинкса”, выполненная американским исследователем В. Хайном.”

Помню, какую сенсацию вызвала эта публикация. Когда к нам из ИКИ и ГЕОХИ приехали ученые-планетологи, мы забросали их вопросами относительно марсианских “пирамид” и “сфинксов”. Они ответили примерно так: “Ложитесь на диван и смотрите долго на ковер. Что только вам на нем ни увидится!” Неужели конец и этой легенде? Но вернемся еще раз к каналам. Напомним, что Дж. Скиапарелли “обнаружил” и нанес на карту около 100 каналов - темных полос, которые пересекали сушу и как бы соединяли различные моря. Прямолинейность полос позволила Дж. Скиапарелли сделать вывод, что каналы представляют собой борозды или углубления природного образования, служащие для протока воды. Каналы не оставались неизменными, они расширялись, сужались, раздваивались и вновь соединялись. Все эти особенности каналов он объяснял сезонными климатическими изменениями, приводившими к таянию снега и увеличению или уменьшению стока воды.

Так вот, при анализе снимков, переданных с борта станций, каналы обнаружены не были. Что же в таком случае видели земные наблюдатели? Ряд ученых полагает, что каналы Марса - это тектонические долины, возникающие вдоль глубинных разломов (тектонические движения - движения планетной коры, изменяющие ее строение). Наибольшая длина этих форм достигает 500 км, что сопоставимо с крупными линейными зонами разломов Земли. Другие считают, что “эффект каналов Марса” представляет собой не что иное, как восприятие ряда плохо различимых точек или пятен, находящихся на одной прямой.

Глаз человека обладает выработанной миллионами лет способностью “схватывать” и даже угадывать то, что видно плохо, что различается с трудом. Возможно, когда-то это было очень полезно. Дело в том, что если глаз и можно уподобить фотокамере, то только “думающей” фотокамере. Информация, которая поступает от глаза в мозг, уже обработана и сжата в миллионы раз. Таково соотношение между числом чувствительных элементов в сетчатке глаза и нервных волокон, соединяющих глаз с мозгом. Эта система обработки особенно чувствительна к линейным структурам. Если ряд плохо различимых точек находится примерно на одной линии (прямой или кривой), мы воспринимает их как линию. Так, космонавты легко различают из космоса железные и шоссейные дороги, след за кормой корабля, линии электропередач. Легко подсчитать, что для этого острота зрения должна в 10-20 раз превосходить “положенные” человеку 25-30 угловых секунд. Читатель легко может убедиться в собственных “необычных способностях”: натянутый вдали провод он сможет различить под углом всего 1-2 угловых секунды. Не у всех людей эта способность видеть линии вместо плохо различимых точек одинакова. Поэтому Ловелл совершенно искренне утверждал, что видит каналы, а, скажем, А. Холл, открывший очень маленькие луны Марса, каналы не видел.

Именно такими цепочками пятен и оказались каналы. Обработка марсианских фотографий показала, в частности, хорошую сходимость линий каналов со скоплениями кратеров и зонами тектонических разрушений. Места пересечения каналов, так называемые оазисы, совпадают с участками наибольшей плотности кратеров или разрывных нарушений.

Сейчас каналами принято называть некоторые естественные формы марсианского рельефа. Например, такие, как система узких параллельно расположенных трещин. Они вытянуты в линию и тянутся на огромные расстояния - до 1800 км. Глубина их достигает нескольких сот метров при ширине не более одного километра.

Особое внимание привлекли формы рельефа, напоминающие земные речные долины. Ведь реки, вода - это возможная жизнь, если не сейчас, то в прошлом.

Кроме форм, сходных с речными долинами, наблюдаются типичные овраги. По своим размерам они не уступают некоторым “речным долинам” Марса и намного превосходят земные овраги.

Несмотря на сходство марсианских долин с земными, у них есть и целый ряд различий. Во-первых, если их длина соизмерима с длиной земных рек, то ширина их значительно больше, и сформировались они, по-видимому, без влияния тектоники. Об этом свидетельствует отсутствие террас. Меньше и извилистость марсианских рек, а острова более вытянутые.

Наилучшим образом строение крупных марсианских долин объясняется, если принять, что они образовались внезапно, катастрофически, при прохождении большого количества воды. Это объяснило бы и большую ширину долин, и преобладающую их прямолинейность, и отсутствие террас.

Если принять гипотезу катастрофического образования долин, то возникает вопрос, откуда взялось такое громадное количество воды?

По-видимому, основным ее источником могла быть мерзлота. Причинами же ее таяния могли служить или резкое потепление климата, или излияние магматических расплавов на поверхность в виде вулканической лавы. Но для марсианских долин характерна значительная глубина - 1-2 километра. По мнению ряда исследователей, углубление русел происходило таким образом: вода могла течь под слоем льда, образовавшегося вследствие того, что замерзание воды на поверхности происходило быстрее, чем ее испарение. В результате этого под ледяным панцирем вода, испытывая высокое давление, могла интенсивно углублять русло.

Дать точный ответ, когда сформировались марсианские долины, то есть когда по ним текли реки на Марсе, трудно. Ясно, что они моложе кратерированных равнин, в которые они врезаны.

В 1974 году советские автоматические станции, а в 1976 году американские выполнили прямые исследования марсианской атмосферы. Давление оказалось равным в среднем 0,005 атмосфер.

Было установлено, что атмосфера Марса на 95% состоит из углекислого газа. Имеются незначительные количества кислорода (всего 0,15%), водяного пара и озона. Обнаружен инертный газ аргон - 1,6%. Азота чуть больше - 2,7%.

Предметом научных споров долгое время оставался состав полярных шапок. Их белый цвет позволял предполагать, что они сложены изо льда. При этом было известно, что размеры полярных шапок периодически изменяются. Зимой они увеличиваются, летом - уменьшаются. Это объясняли тем, что с наступлением весны лед тает, выделяя воду. Однако в 1969 году космические станции передали информацию, что полярные шапки состоят не из обычного водного, а из сухого льда - замерзшей углекислоты. Температура полярных шапок оказалась очень низкой - минус 125°С, как раз такой, при которой происходит конденсация углекислого газа. Позже, однако, выяснилось, что в состав полярных шапок все-таки входит также некоторое количество обычного льда.

Постепенно с уточнением состава атмосферы стала ясна огромная роль полярных шапок в физике атмосферы планеты. В отличие от Земли, где формирование метеорологических процессов в основном определяется взаимодействием между атмосферой и океаном, на Марсе важнейшее значение имеет сезонный обмен между атмосферой, полярными шапками и грунтом.

Значительную роль в этом обмене должен играть и водяной пар. Содержание воды в атмосфере Марса в среднем в 1000 раз меньше, чем в земной атмосфере, и составляет лишь 10-20 микрон осажденной воды, а в полярных районах еще меньше, по крайней мере в 10 раз. Вместе с тем измерения, выполненные с помощью искусственных спутников “Марс-3” и “Марс-5”, показали, что в отдельных районах содержание воды может достигать 100 микрон.

Осенью с понижением температуры до минус 73°С происходит вымораживание паров воды из марсианской атмосферы и образование устойчивого снегового покрова, состоящего из водяного льда.

Этот покров распространяется к югу и ложится на поверхность океанической равнины, на песчаные формы, кратеры, однако не перекрывает их полностью в силу своей незначительной мощности - всего доли миллиметра. Зимой при дальнейшем понижении температуры образуется сначала газ гидрат, который при еще более низкой температуре разлагается на твердые углекислоту и воду. Температура стабилизируется при минус 125° С. Это минимальная температура на поверхности Марса.

Весной при таянии полярной шапки образуются огромные массы углекислого газа, которые выбрасываются в атмосферу и повышают давление над полярной шапкой.

Формируются сильнейшие ветры, скорость которых иногда превышает 100 м/с. Они несут большие массы газа в осеннее полушарие. Там идет их конденсация. Вероятно, ветрам сопутствуют мощные вихри. Они поднимают с поверхности рыхлого грунта мелкие частицы. С усилением ветра количество пыли, поднятой в атмосферу, может стать очень большим. Здесь уже начинает действовать антипарниковый эффект, о котором говорилось выше: пылевые облака перехватывают значительную часть солнечной энергии и температура поверхности падает. Создаются большие местные перепады температур, благодаря которым ветры еще больше усиливаются.

Существует гипотеза о периодическом полном таянии льда полярных шапок. Дело в том, что из-за отсутствия массивного спутника наклонение оси вращения Марса меняется значительно больше, чем у Земли,- от 35 до 15° (в настоящее время - около 24°) с периодом около 120 тысяч лет. При максимальном наклонении лед на полюсах может полностью растаять, при минимальном - может вымерзнуть значительная часть атмосферы. Соответственно примерно в 10 раз будет изменяться среднее давление.

Если это так, то на смену нынешнему оледенению планеты через десятки тысяч лет придет потепление, давление в атмосфере возрастет, сухие русла рек наполнятся водой.

Цветные снимки хорошо передают естественную окраску поверхности планеты. Характерный красноватый оттенок придают ей гидраты окислов железа - гетиты, которые образуют примесь (до 10%) к основной составляющей поверхности - кремнезему. В последнее время появились данные о том, что в районах с особенно темной поверхностью присутствуют ферросиликаты.

В ходе полетов автоматических межпланетных станций было установлено отсутствие у Марса достаточно сильного магнитного поля, которое могло бы предохранить поверхность планеты от бомбардировки заряженными частицами. Очень разреженная атмосфера, состоящая в основном из углекислого газа, низкие температуры и отсутствие магнитного поля - все это, безусловно, сильно ослабило позиции сторонников “населенного” Марса. Однако вопрос о жизни на этой планете до сих пор еще остается открытым. И американские “Викинги”, как говорилось, несмотря на комплексный характер экспериментов на посадочных блоках не смогли дать на него ответа.

Конечно, определение следов какого-либо проявления жизни с помощью автоматических средств - проблема чрезвычайной сложности. Одно дело исследовать незнакомый грунт в земной лаборатории, под микроскопом, с помощью различных хитроумных научных инструментов, специальных анализов. Другое - автоматом на чужой планете.

Вспоминает заслуженный летчик-испытатель СССР, Герой Советского Союза М. Л. Галлай.

“Дело было во время подготовки к пуску автоматической космической станции на одну из планет. И сама станция, и ракета-носитель уже были доставлены на космодром.

Туда же съехались члены технической комиссии по пуску, главные конструкторы отдельных систем, ученые, представители фирм-изготовителей отдельных устройств и агрегатов, имя которым - легион. Шли последние, самые горячие недели подготовки к пуску.

И тут-то выяснилось, что комплект исследовательской аппаратуры, предназначенный для станции, “не проходит” по весу. За последние сорок с лишним лет я не упомню случая, чтобы в авиации (а космонавтика, что ни говорите, если не дочь, то во всяком случае близкая родственница авиации) какая-нибудь вновь созданная конструкция оказалась легче, чем было первоначально запроектировано, или хотя бы уложилась в свой первоначальный проектный вес.

Но в авиации перетяжеленная конструкция - дело хотя и не очень приятное, но все же не смертельное: какие-то данные машины несколько ухудшатся - вот и все.

Иначе обстоит дело в космонавтике. Наличные энергетические ресурсы ракеты-носителя позволяют вывести на космическую орбиту вполне определенный груз - и ни килограмма больше! Хочешь не хочешь, а вес корабля надо приводить к этой единственно возможной цифре.

Протекает сей процесс достаточно бурно. Гневные разносы (“Вы же полгода считали и пересчитывали...”), взаимные претензии (“Это не у нас перетяжелено”), ссылки на высокие авторитеты (“Этим экспериментом интересуется сам...”), как и следовало ожидать, ни к какому, как говорят дипломаты, конструктивному решению не привели. Оставалось одно - что-то выбрасывать. А вот что именно - это должен был решать технический руководитель пуска Сергей Павлович Королев.

А он, покопавшись во всевозможных чертежах, перечнях и списках, остановил свое внимание на одном из приборов. По идее, этот прибор, будучи доставленным на поверхность упомянутой планеты, должен был определить, есть ли на ней органическая жизнь, и передать полученный результат по радио на Землю. Излишне говорить, насколько ценны для науки были бы достоверные данные по этому вопросу. Но в том-то и дело, что только действительно, по-настоящему достоверные!.. Судя по дальнейшему развороту событий, ход мыслей Королева привел его именно к этому “но”. А за размышлениями, как всегда, у него незамедлительно последовало дело: главный конструктор дал команду:

- Отладить прибор по полной предпусковой программе, погрузить на “газик”, вывезти в степь за десять километров от нас и там оставить. Послушаем, что он будет передавать...

Выполнить это решение было нетрудно: рыжая, выжженная степь вокруг космодрома лежала на все четыре стороны света до самого горизонта.

Прибор был отлажен, задействован, погружен на “газик”, заброшен в степь и по прошествии положенного времени выдал в эфир радиосигналы, из расшифровки каковых с полной определенностью следовало, что жизни на Земле - нет.

И вопрос - по крайней мере для данного пуска - был решен.

Не следует, однако, усматривать в рассказанной сейчас истории один лишь анекдот: не так уж прост был создатель злополучного прибора. Оказывается, следы человеческой цивилизации, да и вообще следы жизни на нашей планете, если смотреть на нее со стороны, бросаются в глаза не так уж сильно...

...Возможно, что требовала усовершенствования конструкция прибора. Не исключено, что нужно было изменить методику его использования. Словом, отвергать саму идею исследований такого рода, конечно, не приходилось. Это было очевидно всем, а Королеву - больше, чем кому-либо.

Но способ решения задачи, вполне практической,- что снимать в первую очередь с корабля? - примененный в данном случае, для Королева, как мне кажется, очень характерен. Даже если в этой истории и есть что-то от легенды. Хотя старожилы королевского КБ решительно настаивают: все точно, ничего от легенды тут нет”.

Но вернемся, однако, в 1976 год, к миссии “Викингов”.

Портативные химические лаборатории обоих аппаратов произвели анализ грунта планеты. Перед ними стояла задача узнать, есть ли в почве Марса микроорганизмы. Для этого необходимо было выяснить три главных вопроса. Первый - происходят ли на планете процессы фотосинтеза, то есть усвоения углекислого газа на свету? Далее, существует ли обмен веществ - метаболизм? И, наконец, происходит ли газообмен с атмосферой почвенных микроорганизмов?

Вероятность обнаружения жизни, аналогичной земным микроорганизмам, оценивалась не менее 40%.

Работа космических лабораторий была полностью автоматизирована, и никаких отклонений в их работе не наблюдалось, но результат оказался неоднозначным. Если на первый вопрос ответ был отрицательным, то на второй и третий ответ при желании можно считать положительным, хотя и очень непохожим на то, что ожидалось. Реакции, которые длятся на Земле до двух недель, здесь завершились за двое суток.

Может быть, марсианские микроорганизмы гораздо активнее земных? Или причина кроется в неизвестных химических свойствах грунта планеты?

Но, пожалуй, наиболее сокрушительный удар был нанесен по надеждам найти микрофлору. Любая известная нам форма жизни при разложении выделяет органические летучие вещества. Был создан специальный очень высокочувствительный прибор, в котором образец грунта должен был нагреваться. Выходящие из него газовые продукты разложения подвергались тщательному анализу. Чувствительность прибора к примесям достигала десятимиллиардных долей. В дополетных испытаниях он обнаруживал в образце земного антарктического грунта массой всего 0,1 грамма более 20 органических соединений!

После посадки на поверхность Марса был исследован ряд образцов грунта планеты, взятых с глубин от 4 до 6 см. Зарегистрировано выделение сравнительно больших количеств кислорода, водяного пара и углекислого газа. Следов органических соединений обнаружено не было.

И все-таки, есть ли жизнь на Марсе?

Вспоминая все, что сегодня известно об этой планете, ученые говорят, что даже не имея доказательств существования жизни на Марсе, трудно найти и обосновать причины, по которым ее там не могло бы быть.

Словом, нерешенных проблем и вопросов в понимании природы Марса достаточно. И задача планируемых исследований - ответить хотя бы на некоторые из них.

Сейчас самое время познакомиться с научными экспериментами, по изучению Марса, которые предусматривались проектом “Фобос”.

Но прежде порассуждаем вот о чем.

Допустим, какие-либо инопланетяне, совершая полет по запланированному маршруту, завидев издали голубую планету - нашу Землю, решают изменить курс, опуститься на ее поверхность, осмотреться и улететь по своему маршруту. Топлива у них недостаточно, чтобы как следует осмотреть с небольшой высоты всю планету, и они совершают прямую посадку, скажем, в середине Тихого океана. Или в центре Антарктиды. Или в глубине пустыни Сахары. “Неинтересная планета,- будут рассказывать они по возвращении на родную землю,- одна вода, вода, вода... На тысячи километров вокруг”. Или: “Один лед, куда ни поглядишь!” Или: “Безжизненный песок. Раскаленный грунт. Разве там могут обитать разумные существа?”

А ведь Марс по своему рельефу еще сложнее Земли.

Освоение Марса, видимо, задача отдаленного будущего. Но пилотируемая экспедиция - дело вполне реальное. Однако, куда направить стопы первым людям, прибывшим на Марс? Прежде всего, безусловно, в самый перспективный район с точки зрения возможности биологической или бывшей (палеобиологической) активности любых форм жизни. Но прежде такой район надо выявить, доставить оттуда грунт на Землю. А для этого нужно привезти грунт не только из этого района. Но чтобы выявить перспективные районы, требуется весьма тщательно изучить природу планеты с помощью автоматов. Природу не только поверхности, не только низин, где теплее и влажнее, но и пространства, окружающего планету,- ионосферу, атмосферу. Ибо без знания неба планеты, ее “воздушной” среды нельзя уверенно летать к Марсу и на Марс.

Вот и получается логическая цепочка изучения и освоения Марса на первом этапе: исследование планеты автоматическими аппаратами типа “Фобос” - выделение наиболее перспективных районов - высадка марсоходов, сбор образцов грунта, доставка их на Землю - выделение самого перспективного района - посадка в этот район корабля с людьми.

Ну, а теперь поговорим о том, как планировалось исследовать Марс аппаратом “Фобос”.

Мощные научные приборные комплексы станции должны были заняться изучением поверхности и атмосферы Марса. Программой полета предусматривалось проведение телевизионной съемки поверхности планеты с высоким разрешением. Ее рассчитывали провести в трех спектральных каналах сразу. Затем наземная ЭВМ из черно-белых снимков синтезирует цветной, подобно тому, как это было сделано с фотопортретом кометы Галлея. Задачи радиометрических и фотометрических измерений - поиск районов вечной мерзлоты, а также очагов выделения внутреннего тепла, получение тепловой карты, изучение суточного и сезонного температурного режима, определение тепловой инерции грунта. Планируется получить данные о минералогическом составе поверхности планеты.

Регистрация гамма-излучения Марса с борта автоматической межпланетной станции “Марс-5” в 1974 году позволила впервые определить характер марсианских пород в обширном районе экваториального пояса планеты. Цель нового эксперимента - определение содержания основных породообразующих элементов - магния, алюминия, серы, железа и других - естественных радиоактивных элементов - урана, тория и калия. Это позволит выяснить характер пород, их химический состав. Сведения о концентрации урана, тория и калия могут использоваться также для изучения тепловой истории Марса.

Проектом предусматривалась серия экспериментов по изучению атмосферы и ионосферы Марса. Планировалось, в частности, измерение распределений по высоте концентраций озона, водяного пара, молекулярного кислорода, пыли, температуры и давления, сезонных, суточных и локальных изменений параметров атмосферы, а также соотношения между дейтерием и водородом. Методика измерений основана на регистрации спектра солнечного излучения, просветившего атмосферу Марса.

Одновременные измерения вертикальных профилей озонного слоя, водяного пара, температуры и давления должны были обеспечить получение информации по фотохимии атмосферы Марса и устранить, как надеялись ученые, существующую неопределенность в фотохимических моделях.

Ученые рассчитывали получить новые данные о резервах воды на Марсе, ее вертикальном и горизонтальном переносе.

Измерения молекулярного кислорода и углекислого газа необходимы для получения сведений о динамике газообмена между атмосферой и полярными шапками, о причинах зарождения пылевых бурь.

Определение соотношения между дейтерием и водородом прольет свет на прошлое планеты и поможет объяснить причину исчезновения жидкой воды на планете.

Изучение ионосферы Марса предполагалось проводить методом импульсного радиозондирования. Известно, что в зависимости от концентрации заряженных частиц в плазме электромагнитное излучение либо проходит через нее, либо отражается. Зондируя ионосферную плазму набором радиоимпульсов, которые последовательно отразятся от ее различных слоев, можно точно измерить время, затраченное каждым импульсом на путь туда и обратно. А следовательно, определить толщину слоев, высоту, на которой они находятся, и другие данные, характеризующие структуру этой оболочки планеты.

До недавнего времени ионосферу Земли зондировали снизу, используя наземные ионосферные станции, потом сверху, оснащая ими искусственные спутники Земли, например “Интеркосмос-19”. А вот исследования ионосферы других планет таким способом задумали проводить впервые.

Но почему подобные тонкости важно знать? А дело в том, что, по современным воззрениям, образование магнитных полей планет тесно связано с их внутренним строением.

Исследование марсианской, как и земной, ионосферы важно и само по себе. Кроме того, оно позволит прояснить вопрос о природе магнитного поля Марса.

Как известно, межпланетное пространство заполнено солнечным ветром - потоками плазмы, непрерывно испускаемой Солнцем. И все планеты как бы погружены в эту плазму, которая, по сути, является средой их существования. Солнечный ветер чрезвычайно разрежен: в одном кубическом сантиметре содержится не более нескольких десятков частиц. Очень мало и магнитное поле солнечного ветра - оно составляет всего лишь десятичные доли величины магнитного поля Земли. Тем не менее планеты заметно реагируют на солнечный ветер.

Например, когда солнечный ветер достигает окрестностей Земли, земное магнитное поле останавливает его довольно далеко от поверхности нашей планеты, на расстоянии примерно в 60 тыс. км. При этом со стороны Солнца магнитное поле Земли оказывается “поджатым”, а магнитные силовые линии “заметаются” солнечным ветром с дневной стороны на ночную. В результате образуется вытянутая в форме кометы область - магнитосфера Земли. Солнечный ветер в эту полость непосредственно не проникает, поэтому ионосфера Земли оказывается защищенной от него.

А что происходит у Марса? Есть ли у него собственное магнитное поле?

Анализ результатов измерений, выполненных с помощью советских автоматических станций (на американских аппаратах не было соответствующих приборов), позволил прийти к выводу, что собственное магнитное поле у Марса есть, но очень слабое. По-видимому, оно в десятки тысяч раз слабее, чем у Земли. Поэтому пока не ясно, может ли оно служить таким же щитом от солнечного ветра, как земное поле для нашей планеты.

Если Марс, как и Земля, защищен магнитным полем от солнечного ветра, то его верхняя ионосфера должна вести себя так же (или похожим образом), как земная. Если ионосфера Марса похожа на венерианскую, то, значит, его магнитное поле настолько мало, что солнечный ветер “не замечает” его присутствия.

В то же время имеется теория о том, как образуются магнитные поля планет и как они связаны с их внутренним строением. Из этой теории, в частности, следует, что планета, обладающая собственным магнитным полем, должна достаточно быстро вращаться и иметь жидкое ядро.

Близкие значения средних плотностей Венеры, Земли и Марса послужили основанием для создания сходных моделей их внутреннего строения. В таком случае отсутствие собственного магнитного поля у Венеры можно было бы объяснить ее медленным вращением (период вращения Венеры - примерно 243 суток). На Марсе сутки длятся 24 ч 30 мин 35 с. Вместе с тем его магнитное поле, как уже отмечалось, невелико. Не является ли это свидетельством существенного отличия внутреннего строения Марса? По некоторым представлениям, масса его жидкого ядра не превышает 1 % от общей массы планеты. Ученые надеялись, что радиолокационное зондирование ионосферы Марса, предусмотренное проектом “Фобос”, поможет ответить на этот вопрос.

Аппарат включал в себя и специальный большой плазменный комплекс, который во время движения по околомарсианской орбите должен был давать информацию об особенностях обтекания планеты солнечным ветром и характеристиках ее магнитосферы.

Первые исследования магнитосферы и ее взаимодействия с солнечным ветром были выполнены в 1971-1974 годах с борта советских искусственных спутников Марса. Была обнаружена ударная волна, шлейф магнитосферы, определены ее форма и размеры, получены свидетельства существования собственного слабого магнитного поля и обнаружена горячая плазма. В результате анализа этих данных были получены представления о внешних оболочках Марса и о процессах, протекающих в околопланетном пространстве.

Однако, поскольку орбиты этих спутников мало соответствовали задачам исследований магнитосферы планеты, эти представления носят, естественно, ограниченный характер. В то же время очевидно, что ввиду малости собственного магнитного поля планеты взаимодействие солнечного ветра с верхней атмосферой и ионосферой Марса должно играть большую, если не определяющую роль, в магнитосферных процессах.

Из-за отсутствия в прежних экспедициях к Марсу приборов, измеряющих разные параметры плазмы, нет данных о характеристиках ионов, знание которых особенно важно для такой планеты, как Марс.

В последние годы стало также ясно, что прогресса в понимании физических процессов, происходящих в магнитосферах планет, молено достичь, лишь обладая информацией о распределении заряженных частиц.

Проектом “Фобос” были предусмотрены широкие исследования распределения ионов и электронов в окрестностях планеты. Этот эксперимент позволил бы получить трехмерную функцию распределения электронов и основных типов ионов в окрестностях Марса и в солнечном ветре.

Методика эксперимента является дальнейшим развитием масс-спектрометрических исследований, выполненных ранее в советско-шведских экспериментах.

Одним из основных методов в исследовании плазмы, в том числе космической, является изучение плазменных волн. Исследования плазменных волн позволяют в ряде случает обнаружить новые явления, которые не удается зафиксировать другими методами измерений. Эта особенность так называемой волновой диагностики была, в частности, хорошо продемонстрирована в исследованиях, выполненных вблизи Земли, Венеры, Юпитера, Сатурна и кометы Галлея.

Такие волновые эксперименты вблизи Марса ранее не проводились.

Измерения магнитного поля должны были выполняться двумя феррозондовыми магнитометрами.

Вот такая огромная научная лаборатория размещалась на борту космического аппарата “Фобос”.

Мы считали, что “наука” будет довольна.

Ну, а теперь о последней (четвертой) цели экспедиции к Марсу. Последней по повествованию, но важной по смыслу.

В первой главе мы рассказали о том, как были открыты две маленькие луны Марса - Фобос и Деймос, какие загадки загадали они ученым. Теперь расскажем о них как объектах исследований и о том, как должны были изучать их новые космические аппараты.

Спутники Марса очень малы. Их масса примерно в 10 тысяч раз меньше того, что можно было бы ожидать для лун Марса, если их выбрать из существующих астероидов. Свифт угадал расстояние, на котором находится Деймос: 20 070 км от поверхности планеты. Но это не внутренняя, а внешняя луна. Фобос удален от поверхности планеты всего на 6 тыс. км. Это в 64 раза ближе, чем наша Луна. Удивительно, что оба спутника находятся почти на круговых орбитах. Удивительно потому, что неправильные формы Фобоса и Деймоса позволяют видеть в них типичные астероиды, в древнейшие времена захваченные Марсом. А пояс астероидов, расположенный по соседству, сыграл большую роль в формировании рельефа планеты. Период обращения Фобоса 7 часов 30 минут, Деймоса - 30 часов 18 минут. Среди множества особенностей Фобоса есть и такая: он восходит на западе и заходит на востоке, к тому же по 3 раза в сутки. Фобос представляет собой небесное тело неправильной формы, обколотое со всех сторон ударами метеоритов.

Если бы нашу Луну можно было разместить на территории СССР, она заняла бы пространство от Северного Ледовитого океана до южной границы. Фобос свободно вписался бы в пределы Московской кольцевой автодороги. Его максимальные размеры составляют 21Х26 км. Деймос еще меньше-12Х13 км. Открытие Фобоса и Деймоса наземными средствами не противоречит тому, что сказано выше о предельном разрешении для телескопов - около 300-600 км: одно дело различить малоконтрастные детали, другое - спутник на черном фоне неба.

Своей большой осью Фобос и Деймос всегда направлены к центру планеты; иначе говоря, они, подобно нашей Луне, всегда обращены к Марсу одной стороной.

Средняя плотность Фобоса составляет около 2 г/см³, его масса равна 2 триллионам тонн, что в 100 миллионов раз меньше массы Марса. На первый взгляд кажется, что притяжение такого тела должно быть ничтожным. Человек, который на Земле весит 60 килограммов, на Фобосе весил бы только 30 граммов. И все-таки передвигаться там было бы не опасно: улететь с Фобоса от толчка ногами смог бы только человек, который на Земле может прыгнуть в высоту 2,5 метра. Это близко к мировому рекорду. Вся поверхность Фобоса покрыта толстым слоем черной пыли. Ее отражательные свойства ниже, чем у сажи.

Фобос не может состоять из плотных, переплавленных вулканическими процессами пород, из которых сложена кора и мантия планет земной группы: у него слишком мала средняя плотность.

Спектральные исследования изменений отражательной способности Фобоса показали, что они имеют такой же характер, как у углистых хондритов - хорошо известного типа каменных метеоритов. Более того, для подобного состава как раз характерна низкая плотность пород.

Деймос, судя по отражательным свойствам поверхности, состоит из того же материала, что и Фобос. Однако рельеф Деймоса иной: поверхность его не изрезана бороздами, нет также ни одного крупного кратера, а многие мелкие кратеры и каменные глыбы полностью или частично засыпаны слоем реголита толщиной в несколько десятков метров.

Вследствие малой массы Фобос и Деймос не должны были претерпеть существенных геологических изменений с момента образования Солнечной системы около 4,5 млрд. лет назад и, очевидно, сохранились в состоянии, близком к первоначальному. Реголит - поверхностный слой - под действием солнечного ветра и бомбардировки метеоритами, несомненно, подвергся определенной переработке. Поэтому изучение грунта марсианских спутников даст возможность судить не только об условиях формирования тел Солнечной системы, но и о их последующей эволюции.

Таким образом, исследования и самого Марса, и его спутников представляют чрезвычайно большой интерес для науки. Ответы на многие вопросы, которые планируют “задать” им ученые, помогут лучше познать основы природы Земли, приблизиться к пониманию причин, обусловивших ее уникальность, приведших к возникновению и бурному развитию жизни лишь на одной из семейства планет.

Леонид Васильевич Ксанфомалити главу о Марсе из упоминавшейся выше книги лукаво заключает так:

“Изучение Фобоса и Деймоса очень важно: не исключено, что они сохранились еще с тех времен, когда не было даже самих планет. Если когда-нибудь удастся доставить образцы грунта с Фобоса и Деймоса, они будут представлять большую ценность для космогонической науки”.

Таким образом, он как бы предлагает нам новое нелегкое задание. Может, когда-нибудь нам его удастся выполнить...

А пока с целью комплексного исследования Фобоса программой полета предусматривается приближение космического аппарата к его поверхности на несколько десятков метров и проведение исследований на “бреющем полете” состава грунта Фобоса. Суть эксперимента в следующем. Крохотный участок его поверхности площадью всего один квадратный миллиметр освещается лазерным лучом. Благодаря высокой точности его фокусировки плотность энергии в освещенном пятне составит более 10 мегаватт. При этом пыль, покрывающая поверхность тонким слоем, моментально, со взрывом, испарится. Специальный масс-спектрометр определяет состав частиц, достигших борта космического аппарата, по времени их пролета от поверхности спутника до аппарата. В течение одного цикла измерений планировалось зарегистрировать примерно миллион частиц.

Уместно подчеркнуть: этот уникальный космический лазер предназначен сугубо для мирных научных целей. По данным, полученным с его помощью, можно было бы судить о составе коренных пород, из которых образовалась пыль.

Методика другого активного эксперимента, который планировалось осуществить, основана на инжекции (испускании) потока ионов криптона плазменной пушкой. Выбитые им из поверхностного слоя грунта вторичные частицы анализируются по их массовым спектрам, зарегистрированным на борту космического аппарата. И эта плазменная пушка служит только науке.

Телевизионная съемка Фобоса, как и Марса, должна была выполняться одновременно в трех спектральных диапазонах. Планировалось синтезировать затем из черно-белых изображений цветные снимки, на которых планировалось различать детали поверхности с линейными размерами больше 6 сантиметров. Предполагали одновременно проводить спектрометрирование снимаемых участков в 14 зонах спектра.

Входящее в состав видеоспектрометрического комплекса запоминающее устройство рассчитано на регистрацию 1100 полных кадров (три телевизионных кадра и спектрограмма) с последующей передачей их на Землю. Эти изображения и спектрограммы поверхности позволяют составить топографические, структурно-морфологические и другие карты Фобоса и осуществить координатную привязку всех выполненных измерений.

Изучение рельефа, поверхностной структуры и электрофизических характеристик грунта планировалось выполнять методом радиозондирования с борта космического аппарата, когда он будет дрейфовать на небольшой высоте над поверхностью Фобоса.

Планировался эксперимент по изучению теплофизических и отражательных свойств поверхности Фобоса, исследованию его минералогического состава. Одна из главных особенностей эксперимента - его комплексный характер. Измерения должны были выполняться одновременно комбинированным радиометром, фотометром и инфракрасным спектрометром.

После того как космический аппарат приблизится к Фобосу на расстояние нескольких десятков метров, от него отделятся небольшие посадочные зонды...

Оставим на время посадочные зонды: теперь самый подходящий момент подробнее познакомиться со схемой полета межпланетных станций или, как окрестили ее журналисты, с одиссеей по имени “Фобос”.

Мы уже кое-что узнали о служебных системах кораблей, о научных экспериментах, которые должны проводиться с борта станций. А теперь о том, как это происходит в динамике. Как и планировалось, 7 июля 1988 года с космодрома Байконур стартовал ракетно-космический “поезд”: ракета-носитель “Протон” - разгонный ракетный блок “Д” - космический аппарат “Фобос-1”. 12 июля того же года в полет ушел “Фобос-2”...

Но здесь в своем рассказе я сильно забежал вперед.

Одна за другой отработали три ступени носителя “Протон”, сброшен головной обтекатель, предохранявший станцию. Теперь “связка”, состоящая из разгонного блока и космического аппарата, управляется, как у нас принято говорить, только “с головы”, иначе говоря, бортовым управляющим комплексом космического аппарата. Производится первый запуск двигателя блока “Д”, и “связка” выходит на орбиту искусственного спутника Земли. Около часа блок “Д” и аппарат совершают “пассивное” движение по околоземной орбите. Затем они разворачиваются таким образом, чтобы сопло двигателя блока смотрело в нужную точку пространства.

Производится второй запуск двигателя блока “Д”. Он разгоняет аппарат изо всех сил и, “обессиленный”, отстыковывается. Запускается двигатель автономной двигательной установки космического аппарата. После набора необходимой скорости он выключается. Космический аппарат “Фобос” выходит на выгодную с энергетической точки зрения гелиоцентрическую (околосолнечную) орбиту, ведущую его к Марсу.

Раскрываются панели солнечных батарей, выдвигаются антенны, штанги выносных датчиков научных приборов. Центр дальней космической связи начинает “беседу” с аппаратом по радиоканалу. Узнает о “самочувствии”, проверяет, как сработали механизмы раскрытия элементов конструкции, проводит траекторные измерения.

Как ни точно сработали системы носителя, разгонного блока и корабля, небольшие ошибки выведения неизбежны. Их необходимо как можно скорее компенсировать. Однако и для этого существует оптимальный момент. Затягивать с коррекцией траектории не следует: иначе от двигателя потребуется больший импульс, а значит, и больший расход топлива. Но и торопиться не стоит: необходимо точнее определить истинную траекторию движения. Поэтому в первые дни полета проводятся интенсивные траекторные измерения.

Данные о том, когда, куда и насколько надо будет “подвернуть” корабль, передаются с Земли на борт аппарата. А уж БУК затем “командует” аппаратом: ориентирует его по светилам, разворачивает на нужный угол, приказывает включить двигатель, а затем, когда аппарат получает нужное приращение скорости, выключает АДУ. Теперь можно спокойно лететь почти до самого Марса.

Перелет по маршруту Земля - Марс занял около 200 суток, то есть почти семь месяцев. На трассе полета научные приборы проводили исследования Солнца и космического пространства. За несколько дней до подлета к планете повторили коррекцию траектории движения “Фобоса-2” (“Фобос-1” к этому времени был “потерян”, но об этом чуть ниже).

Подойдя к планете, космический аппарат осуществил с помощью АДУ мощное торможение и перешел на сильно вытянутую эллиптическую- околомарсианскую орбиту, расположенную над экватором планеты. Перицентр (самая ближняя к центру Марса точка орбиты) составила примерно 4200 километров, апоцентр (самая дальняя точка) - 84 000 километров.

Освоившись на первой эллиптической орбите, аппарат перешел на вторую - с перицентром 9800 километров. Напомним, что перицентр почти круговой орбиты Фобоса составляет 9400 километров. На эллиптических орбитах космический аппарат проработал около 20 суток. Это время он использовал не только для баллистических измерений, но и для изучения Марса, окружающего его пространства. Но все равно эти орбиты были еще временными, или, как говорят баллистики, промежуточными, потому что главные события - впереди.

По команде с Земли станция перешла на круговую экваториальную “орбиту наблюдения”, высотой 6270 километров над поверхностью Марса. Это приблизительно на 350 километров выше орбиты Фобоса. После выхода на орбиту наблюдения автономная двигательная установка отделилась. Теперь вся надежда только на прецизионную установку системы ориентации и стабилизации.

На орбите наблюдения основное внимание уделяется Фобосу, но и о Марсе не забывают.

Здесь интенсивно работает ВСК - видеоспектрометрический комплекс. Благодаря ему получают высококачественные изображения Фобоса, в том числе на фоне Марса. Последнее чрезвычайно важно для решения навигационных задач полета. Только изучив с большой точностью параметры орбиты Фобоса, можно будет продвигаться к нему поближе.

На орбите наблюдения космический аппарат находился 25 суток, после чего был переведен на первую синхронную с Фобосом орбиту.

Поскольку точных сведений об орбитах марсианских спутников нет, станция вновь провела навигационные измерения параметров своего движения относительно Фобоса, затем, уточнив в процессе телевизионных съемок формы и детали его рельефа, “стала подбирать” район сближения и посадочную площадку.

Тем временем наземные вычислительные комплексы, завершив обработку поступившей информации, готовились передать на борт команду: перейти на вторую синхронную с Фобосом орбиту. А дальше согласно программе полета события должны были развиваться следующим образом.

При снижении, когда до поверхности останется 35 км, косморобот возьмет управление на себя.

Управление полностью будет осуществлять БУК, а ему будут помогать радиотехнические средства сближения. Один за другим, передавая друг другу эстафету, сработают радиовысотомеры больших и средних высот, “доплер”, рентгеновский высотомер малых высот.

Когда же аппарат опустится ниже и зависнет на 50-метровой высоте, начнется один из самых “экстравагантных” моментов программы “Фобос”. Пройдя участок зависания на бреющем полете (со скоростью около 2 м/с - лишь не намного быстрее пешехода),- косморобот дистанционно исследует химические и физические свойства грунта.

На высоте “зависания” в течение пятнадцати минут намечено выполнить комплексные исследования, включающие телевизионную съемку, радиопросвечивание внутренней структуры Фобоса, лазерное и ионно-лучевое облучение его поверхности с испарением его вещества. В конце участка “зависания” с борта станции десантируются зонды.

Затем, все так же в автоматическом режиме, она будет отдалена от Фобоса на заданную орбиту искусственного спутника Марса для продолжения выполнения научных задач экспедиции. В их число входит проведение впервые съемок невидимой в данный момент с Земли стороны Солнца в различных диапазонах. Эти данные позволят заблаговременно предупредить о процессах, происходящих на нашем светиле, например, о зарождении вспышек.

Дистанционные исследования поверхности Марса и его атмосферы в видимом, ультрафиолетовом, инфракрасном и гамма-диапазонах с орбиты его искусственного спутника - это и продолжение работ, начатых советскими и американскими космическими аппаратами в семидесятых годах, и одновременно начало нового этапа. Важнейшая задача здесь - выявить на Марсе увлажненные районы, наиболее предпочтительные с точки зрения поисков признаков жизни,- будущие посадочные площадки для аппаратов земного происхождения.

Прежде чем рассказать о том, что должны были делать на поверхности Фобоса посадочные зонды, сделаем стоп-кадр.

Представьте себе, что на дне фобосианского кратера стоит марсианин и во все глаза наблюдает, как к нему приближается НЛО. Объект ему явно нравится: красивые ажурные формы, короткое яркое пламя, бьющее из многочисленных колокольчиков-сопел. Марсианин не сомневается, что внутри летательного объекта находится инопланетянин, который управляет им: так плавны и “умны” движения аппарата. НЛО все ближе и ближе. Вспыхивает тонкий, как клинок шпаги, лазерный луч. Вот-вот аппарат приземлится. Марсианин бежит к нему, бежит приветствовать брата по разуму. И вдруг объект, качнув темно-синими крыльями, взмывает вверх и... улетает. “Но почему, почему он не сел?” - недоумевает марсианин.

Точно такой же вопрос задавали разработчики проекта “Фобос” и управленцы. Образовались две яростно спорящие группы.

Одни напоминали: на Луну садились, на Венеру садились... Аппарат должен сесть и на Фобос, провести исследования места посадки.

Другие возражали: гравитация спутника слишком слабая, при посадке большой тяжелый аппарат может опрокинуться.

Им возражали первые: надо отработать причаливание, потом после исследований попытаться взлететь.

Вторые не сдавались: идти сразу на причаливание к “астероиду”, характеристики которого плохо известны,- авантюра. Не взлетим. И потом - какой интерес провести исследования в одной точке! Ведь появились методы дистанционного зондирования, которых раньше не было.

Первые: надо посидеть на поверхности - ради интересов науки. Спуститься на расстояние вытянутой руки и не попытаться сесть? Нет, история нам этого не простит!

Споры могли продолжаться до бесконечности, если бы стороны не пришли к разумному техническому компромиссу: с самого аппарата провести зондирование поверхности Фобоса и сохранить машину для дальнейших исследований Марса, Солнца, космического пространства. А на поверхность опустить небольшие посадочные зонды.

Итак, аппарат перед тем, как удалиться от спутника, с помощью манипулятора извлечет из своих “недр” ДАС (долгоживущую автономную станцию) и разожмет объятия. Тут же сбрасывается зонд по имени “Шар”. Автономная станция-зонд закручивается, как волчок, для устойчивости движения и летит к поверхности.

Первыми коснутся грунта Фобоса выступающие контактные датчики посадочного блока. Они тут же выдадут команду: “заякориться на поверхности”. Раздастся взрыв пиротехнических зарядов. Из причального устройства вырвется и вопьется в грунт якорь-гарпун. Подобные меры предосторожности отнюдь не лишни: ведь сила тяжести на Фобосе в 2000 раз меньше земной. Поэтому для сохранения устойчивого “штатного положения станций” - посадочной плитой вниз - она должна надежно “вцепиться” в поверхность. Затем раскроются элементы конструкции ДАС, панели солнечных батарей, и датчики научной аппаратуры обратятся к Солнцу.

Одна из задач ДАС - длительные измерения орбитальных параметров Фобоса. Поскольку спутник Марса значительно больше и массивнее аппарата, влиянием негравитационных сил на движение Фобоса можно пренебречь. Весьма слабо воздействует на спутник и нерегулярность распределения масс внутри него. В этих условиях подача радиосигналов бортовым передатчиком ДАС и их прием 70-метровыми антеннами в Евпатории и Уссурийске, а также 64-метровой антенной под Москвой позволили бы провести уникальные исследования по небесной механике, уточнить ряд важнейших параметров Солнечной системы, что крайне важно для будущих полетов к Марсу и другим планетам, их спутникам.

А как же собирались принимать телеметрическую информацию ДАС, когда она оказалась бы вне зоны радиовидимости с территории нашей страны? В этом случае в работу включатся радиотелескопы, расположенные в Западной Европе, Северной и Южной Америке, Африке и Австралии.

Еще один интересный эксперимент, требующий большого времени для своего проведения, связан с исследованием либраций Фобоса, а именно его периодических маятникообразных колебаний под влиянием притяжения Марса и Солнца. Положение спутника предполагали определить по радиоинтерференционным измерениям сигналов от находящихся в разных местах передатчиков, а положение Солнца независимо фиксировать направленным на него оптическим датчиком ДАС.

И, наконец, еще один длительный эксперимент - регистрация сейсмометром шумов, вызванных гравитационным полем Марса и тепловым расширением пород Фобоса при его переходе от дня к ночи, падением метеоритов. Фобос, как полагают некоторые планетологи, должен буквально “трещать” под воздействием этих факторов.

Само собой разумеется, что ДАС занялась бы исследованиями и самого грунта - его структуры, физико-химических свойств. И хотя, как уже говорилось, основной объем информации по элементному составу рассчитывали получить с помощью лазерного зондирования, эти прямые измерения были бы не менее важны, скажем, для калибровки аппаратуры, последующей интерпретации дистанционных измерений. С этой целью на посадочном аппарате были установлены устройство виброизмерений, которое может определять несущую способность грунта, рентгенофлюоресцентный спектрометр и спектрометр обратного альфа-рассеивания для определения химического состава поверхностного слоя грунта, телевизионная система для получения панорамы места посадки, термодатчики для определения температуры на поверхности Фобоса.

А что же “Шар”? Отделившись от АМС и совершив посадку, он выпустит “усы” устройства ориентирования. Затем, опираясь на них, приведет себя в рабочее положение и приступит к измерениям физико-механических свойств грунта. Полученную информацию он передаст через аппарат на Землю. Каждый из циклов работы - а всего их планируется около 10 - завершится 20-метровым прыжком аппарата с помощью устройства отталкивания. Успокоившись, зонд-попрыгунчик вновь готов к работе.

Вот такой получился проект. С. П. Королев на вопрос журналистов, любит ли он фантастику, когда-то ответил так: “Предпочитаю фантастику в чертежах”. Думаю, проект по своей смелости достоин памяти Циолковского и Королева. Дело оставалось за “малым” - его осуществлением.

“Идея использования подобной техники столь новаторская, что потрясает умы”,- заявил, ознакомившись с проектом, один из американских ученых-планетологов. Поскольку в 1990 году и США намерены запустить космический корабль для исследования Марса с орбиты, то, по мнению ведущих специалистов, координация программы этого полета с итогами проекта “Фобос” позволила бы достичь максимальных научных результатов.

(Окончание следует)

Подготовка к публикации:    Денис Шевченко

"Марсианское время", общественный сетевой журнал, 3 декабря 2000