Отменённые Марсианские АМС – Voyager

Часть Первая – Наследие, которое не полетело

Как мы можем с вами заметить, сама программа "Викинг", запущенная к Марсу в середине 1970-х, не появилась на пустом месте. У неё был куда более амбициозный предшественник — отменённый проект под названием Voyager. Да, то самое имя, которое позже возьмут себе межпланетные станции к внешним планетам, хотя к марсианскому Voyager 1960-х они отношения не имеют.

Как вы знаете, разработка Voyager началась ещё в первой половине 1960-х как логичное продолжение уже летавшей программы Mariner. Если Mariner был серией относительно скромных пролётных и орбитальных аппаратов массой в несколько сотен килограммов, то Voyager задумывался куда серьёзнее — как тяжёлая связка "орбитер плюс посадочный модуль", способная не просто исследовать Марс с орбиты, но и провести прямой поиск признаков жизни в грунте при помощи специализированного биологического комплекса приборов.

Куратором проекта выступала лаборатория JPL, а общее руководство осуществлял Отдел космических наук NASA (Office of Space Science and Applications). Изначально, ещё в 1962–1963 годах, аппараты Voyager планировалось выводить при помощи ракеты Saturn C-1 (позднее Saturn IB). Однако по мере роста требований к массе научной аппаратуры и посадочных систем стало очевидно, что этой ракеты недостаточно, и уже к 1965 году проект переориентировали на куда более мощный Saturn V — с расчётом выводить сразу по два аппарата Voyager одним пуском в рамках одного пускового окна. Для середины 1960-х это было беспрецедентным по массе и сложности решением для межпланетной станции: суммарная масса связки, по разным оценкам, должна была достигать 20–30 тонн — то есть на порядок больше, чем у любого из тогдашних Mariner.

Именно в рамках Voyager впервые системно прорабатывались решения, без которых сегодня немыслима ни одна марсианская миссия:

- строгая стерилизация аппарата перед стартом для исключения биологического заражения Марса — требование, которое активно обсуждалось на фоне подготовки Договора о космосе 1967 года и рекомендаций COSPAR по планетарной защите;
- сложные системы аэродинамического торможения в разреженной марсианской атмосфере при помощи теплозащитного экрана;
- мягкая посадка при помощи комбинации парашютной и реактивной посадочных систем;
- автономная научная лаборатория для анализа грунта, включавшая эксперименты по детекции метаболической активности микроорганизмов — прямые предшественники тех самых биологических экспериментов, которые позже действительно полетят на "Викингах".

(Примечание: Программа предполагала несколько последовательных пусковых окон — ориентировочно 1971, 1973 и 1975 годов — с постепенным наращиванием сложности задач. На бумаге обсуждались даже перспективы марсианских орбитеров-ретрансляторов и, в самых поздних и смелых вариантах, возврата образцов марсианского грунта на Землю уже в конце 1970-х – начале 1980-х годов, то есть задолго до появления современной программы Mars Sample Return.)

Разработка шла не только на бумаге: к 1966–1967 годам NASA уже провело серию конкурсов среди подрядчиков на постройку летных аппаратов, а бюджетные заявки на Voyager закладывались в проекты бюджета NASA на 1967 и 1968 финансовые годы в размере сотен миллионов долларов.

Однако, как вы уже могли догадаться, судьба Voyager сложилась иначе. К 1967 году бюджет NASA оказался расколот между несколькими программами одновременно, и Аполлон, находившийся на пике финансирования, однозначно имел приоритет. Ситуацию усугубила трагедия Аполлона-1 в январе 1967 года, потребовавшая дополнительных расходов на доработку командного модуля, а также растущие военные расходы на фоне войны во Вьетнаме, которые оттягивали на себя внимание Конгресса при формировании федерального бюджета. В итоге палата представителей практически полностью урезала финансирование Voyager на 1968 финансовый год, и осенью 1967 года программа была официально закрыта, так и не дойдя до стадии постройки лётных аппаратов.

Тем не менее наработки не пропали бесследно. Научная концепция поиска жизни, инженерные решения по стерилизации и посадочным системам легли в основу куда более скромной, но всё же реализованной программы Viking, разработка которой стартовала практически сразу после закрытия Voyager, уже в 1968 году. Она отправилась к Марсу в 1975 году на существенно менее мощной связке Titan IIIE-Centaur вместо изначально планировавшегося Saturn V, а вместо связки из нескольких тяжёлых аппаратов NASA ограничилось двумя станциями — "Викинг-1" и "Викинг-2", каждая из которых объединяла орбитер и посадочный модуль в одном пуске. Посадка "Викинга-1" состоялась 20 июля 1976 года, ровно спустя семь лет после высадки Аполлона-11 на Луну.

Отменённые Марсианские АМС – Voyager

Часть Вторая – Конструкция

Как мы уже разбирали ранее, Voyager задумывался как связка "орбитер плюс посадочный модуль", выводимая целиком одним пуском Saturn V. Разберём подробнее, как именно инженеры JPL предполагали устроить сам аппарат.

Конструктивно вся связка Voyager делилась на три основных элемента: орбитальный блок (Orbiter Bus), стерилизационную капсулу с посадочным модулем внутри (Capsule) и переходную/тормозную ступень, обеспечивавшую довыведение связки к Марсу после старта с околоземной орбиты.

Орбитальный блок. Как и в случае с Mariner, орбитер Voyager представлял собой шестиугольную приборную платформу с раскладными панелями солнечных батарей — только значительно большего размера, поскольку помимо собственной научной аппаратуры орбитер должен был обеспечивать энергией, телеметрией и связью всю связку вплоть до момента отделения посадочной капсулы. На борту орбитера предполагался достаточно обширный комплекс дистанционного зондирования: телевизионные камеры для картографирования поверхности, инфракрасные и ультрафиолетовые спектрометры для изучения атмосферы, а также аппаратура радиозондирования атмосферы Марса на просвет при заходе аппарата за диск планеты.

Капсула и посадочный модуль. Ключевая инженерная сложность Voyager заключалась именно в посадочной капсуле. В отличие от последующего "Викинга", где спускаемый аппарат отделялся от орбитера уже на околомарсианской орбите, в проекте Voyager капсула с посадочным модулем должна была отделяться от основного блока ещё на подлётной траектории, до выхода на орбиту Марса, и входить в атмосферу баллистически. Капсула включала в себя аэродинамический экран (aeroshell) для торможения в разреженной марсианской атмосфере, парашютную систему довыведения и посадочные твердотопливные двигатели мягкой посадки — концептуально это очень похоже на то, что через десятилетие реализуют инженеры "Викинга", только в куда более крупном и тяжёлом исполнении.

(Примечание: Именно из-за огромной массы капсулы — по некоторым проработкам порядка нескольких тонн против нескольких сотен килограммов у позднего "Викинга" — расчётная тормозная эффективность марсианской атмосферы у поверхности вызывала серьёзные споры среди инженеров: точных данных о плотности атмосферы Марса на тот момент попросту не существовало, и часть конструктивного запаса закладывалась буквально "на удачу".)

Научная лаборатория посадочного модуля. Внутри посадочного модуля предполагалось разместить автономную биологическую лабораторию — по сути, миниатюрную химическую лабораторию для анализа грунта на предмет метаболической активности возможных микроорганизмов, а также камеры для панорамной съёмки места посадки, метеорологические датчики и сейсмометр. Именно эти приборные блоки в сильно доработанном виде впоследствии перекочуют на борт "Викингов" — включая знаменитые эксперименты по газообмену и мечению радиоактивным углекислым газом, которые в итоге дадут неоднозначные результаты уже в 1976 году.

Стерилизация. Отдельного упоминания заслуживает требование к тепловой стерилизации всей капсулы целиком — аппарат должен был выдерживать прогрев до высоких температур в течение продолжительного времени для гарантированного уничтожения земных микроорганизмов перед стартом. Это требование напрямую повлияло на выбор электронных компонентов и материалов конструкции, поскольку далеко не вся аппаратура середины 1960-х годов вообще была способна пережить подобный термоцикл без потери работоспособности — и именно решение этой задачи стало одним из важнейших технических заделов, унаследованных программой Viking.

Таким образом, к моменту закрытия в 1967 году облик Voyager существовал в основном на уровне эскизных и технических проработок, макетов и отдельных испытанных узлов — до постройки полноценных лётных экземпляров дело так и не дошло.