Mars Polar Lander успешно вошел в марсианскую атмосферу и перешел в режим радиомолчания. Связь должна была возобновиться после посадки, однако сеанс связи перед входом посадочного аппарата в атмосферу оказался последним. Расследование причин аварии показало, что с большой долей вероятности подвели магнитные датчики. При спуске в атмосфере у Mars Polar Lander должны были раскрыться опоры, на которые и производилась бы посадка. Магнитные датчики обязаны были регистрировать вибрации опор при соприкосновении с поверхностью планеты, после чего двигателям мягкой посадки давалась команда на отключение. Только датчики оказались излишне чувствительными и восприняли тряску в процессе спуска и открытия опор как вибрацию от касания поверхности. Точнее, программный код аппарата посчитал, что сигналы от датчиков достаточно продолжительные, что могло означать касание поверхности, в то время как реакция на вибрацию от открытия опор должна была регистрироваться по-другому. Двигатели выключились раньше времени, и посадочный аппарат разбился.

Mars Climate Orbiter был утерян по еще более обидной причине. Особенно досадно, что это не единичный такой случай, и подобную историю вы можете найти в главе «Логика работы и автоматика». Проблема заключалась в несоответствии двух различных систем единиц. В то время как весь остальной цивилизованный мир уже использовал метрическую систему (СИ), в США все еще пользовались собственной системой мер, уходящей корнями в Британскую империю. Один из основных программных файлов для расчета траектории как раз пользовался имперской системой. Выходные данные этой подпрограммы отправлялись в другую, которая, согласно технической документации, должна была пользоваться единицами СИ. Вторая подпрограмма автоматически считала, что полученные ею данные представлены в метрической системе, а на деле это было не так. Отдельные проблемы доставили солнечные батареи аппарата. Они располагались асимметрично относительно «тела» MCO, из-за чего в течение девятимесячного путешествия к Марсу аппарат дополнительно разворачивало. Давление света на большую по площади часть солнечных панелей придавало аппарату добавочный угловой момент, который приходилось компенсировать. Инженеры знали о вероятности этого, но не предполагали, насколько часто MCO будет разворачиваться на такой угол, который придется корректировать двигателями. Подобные события происходили в десять раз чаще, чем предполагалось. Опять же, данные об угловом моменте выдавались с использованием имперской системы единиц, а ПО, работавшее с ними далее, считало их метрическими. Это потихоньку накапливало ошибку в траектории. В итоге МСО оказался на 170 км ближе к Марсу, чем предполагала программа полета, и в какой-то момент перестал выходить на связь – он либо распался во время падения в марсианской атмосфере, либо разбился о поверхность планеты.

Лишь в 2007 году NASA от греха подальше окончательно переходит на обязательное использование метрической системы единиц при разработке космических аппаратов и программного обеспечения для них. К слову говоря, к использованию СИ во многих других сферах жизни в США пока так и не пришли.

Тем временем другие страны подключаются к марсианским исследованиям. В 1998 году Япония отправляет к Красной планете свой космический аппарат PLANET-B (позже он получил название Nozomi, что переводится с японского как «надежда»). Аппарат своей цели не достиг. Возможности японских ракет-носителей не позволяли сразу вывести Nozomi на расчетную трассу к Марсу. Было принято решение компенсировать недостаток мощности носителя при помощи нескольких гравитационных маневров. Сначала своей гравитацией должна была помочь Луна. Два пролета естественного спутника Земли 24 сентября и 18 декабря 1998 года прошли успешно. Следующим гравитационным маневром 20 декабря 1998 года, на этот раз возле Земли, предполагалось вывести Nozomi на трассу к Марсу таким образом, чтобы в октябре 1999 года аппарат оказался у цели. Во время выполнения маневра клапан подачи окислителя открылся не полностью, из-за чего двигатели не смогли выдать необходимую тягу. Набранная в ходе гравитационного маневра скорость оказалась на 100 м/с меньше расчетной. Nozomi вышел на гелиоцентрическую орбиту, но выход на предполагаемую трассу полета к Марсу оказался невозможным. 21 декабря дважды включались двигатели для корректировки курса, в ходе чего топлива было потрачено больше, чем предполагалось. Теперь выйти на расчетную трассу не получалось, потому что Nozomi просто не хватило бы топлива для дальнейшей работы по плану. Тем не менее это не стало концом миссии: пока связь не потеряна, можно передать космическому аппарату новую программу полета. Поиски возможных решений проблемы привели к следующему заключению: учитывая новое положение аппарата на гелиоцентрической орбите и оставшееся количество топлива, в конце 2002 и середине 2003 годов можно будет провести два дополнительных гравитационных маневра у Земли, которые позволят Nozomi все-таки добраться до Марса к декабрю 2003 года.

Эти маневры прошли успешно, но тоже не без приключений. 21 апреля 2002 года, приближаясь к Земле, космический аппарат попал под мощную солнечную вспышку. Поток заряженных частиц от светила повредил часть аппаратуры на борту. В том числе пострадала система охлаждения и контроля температуры. Гидразин, использовавшийся в качестве горючего для двигателей, в отсутствие корректной работы системы контроля температуры попросту замерз. К счастью, Солнце, создавшее эту проблему, само ее и решило. К декабрю 2002 года Nozomi подошел довольно близко не только к Земле, но и к Солнцу, и достаточное для выполнения гравитационного маневра количество горючего на тот момент уже оттаяло. Ко времени выполнения следующего маневра в июне 2003 года гидразин полностью оттаял. Nozomi наконец-то отправился к Марсу. Затем 9 декабря 2003 года космический аппарат требовалось развернуть, чтобы 14 декабря он мог выйти на околомарсианскую орбиту. Сделать это не удалось, и миссия была признана завершенной. Пролет космического аппарата рядом с Марсом 14 декабря 2003 года вывел его на гелиоцентрическую орбиту с периодом обращения около двух земных лет. Все эти годы Nozomi не только пытался добраться до Красной планеты, но и при помощи исправного и добротно работающего оборудования исследовал межпланетное пространство и получил множество полезных данных. Не получилось у него только исполнить свое изначальное предназначение – изучить Марс.

Европейское космическое агентство тоже отправляло к Красной планете свои аппараты, и у него тоже не все шло гладко. 2 июня 2003 года запускается миссия Mars Express, в рамках которой посадку на поверхность Марса должен был совершить аппарат Beagle-2. Во многом эта миссия повторяет судьбу американского аппарата Mars Observer. Добраться до Красной планеты получилось без проблем, на 19 декабря 2003 года была запланирована посадка. Однако в расчетное время Beagle-2 не вышел на связь. Последующие исследования марсианской атмосферы силами орбитальной части миссии Mars Express показали, что верхние ее слои тоньше, чем предполагали инженеры. Это могло помешать основному парашюту Beagle-2 раскрыться вовремя, так как парашютная система ориентировалась как раз на плотность атмосферы. А могло и не помешать: в 2007 году посадочный аппарат нашелся. Американская станция Mars Reconnaissance Orbiter производила съемку поверхности планеты с околомарсианской орбиты. Высокое разрешение снимков позволило разглядеть в запланированном месте посадки Beagle-2 с не полностью раскрытыми солнечными батареями. Хоть этот аппарат и не выполнил свою научную программу, он хотя бы смог добраться до Марса относительно целым.

Снимки Beagle 2, сделанные Mars Reconnaissance Orbiter. NASA

14 марта 2016 года стартует европейская миссия ExoMars, в состав которой входит посадочный аппарат Schiaparelli. У него проблемы начались 19 октября 2016 года, уже в марсианской атмосфере. На высоте 12 км над поверхностью раскрылся парашют, на высоте 7,8 км – отделился теплозащитный экран, как и было запланировано. Во время спуска инерциальная измерительная система аппарата в течение секунды регистрировала максимально возможное значение входных данных. Эта система измеряет скорость вращения космического аппарата. Одна секунда – слишком большая длительность для максимального сигнала, который она способна измерить. Полученные этой системой данные дальше идут в навигационную систему. Последняя не справилась с обработкой таких данных и решила, что аппарат находится на отрицательной высоте, то есть ниже уровня поверхности Марса. Это повлекло за собой сбрасывание парашюта и включение систем, которые должны были заработать после посадки, хотя на деле до поверхности планеты оставалось 3,7 км. Миссии ExoMars, как и многим другим, пришлось довольствоваться научными данными, которые получал орбитальный аппарат.

5 мая 2018 года США запускает очередной марсианский космический аппарат InSight. Надо сказать, что были запуски американской марсианской исследовательской техники и до этого – возьмем, к примеру, марсоходы Spirit, Curiosity, Opportunity. Подробно на них мы останавливаться не будем, а вот InSight в контексте этой книги представляет интерес. Посадка на Марс благополучно состоялась 26 ноября 2018 года, все работало штатно. InSight впервые в истории устанавливал инструменты на поверхности Марса при помощи роботизированной руки. В частности, был установлен сейсмометр для регистрации марсотрясений и специальный купол для защиты прибора от ветра и перепадов температуры. Через неделю после этих манипуляций началось бурение. И в этом InSight должен был стать первым – раньше автоматические станции изучали только поверхностный слой Марса. Буровая установка, которой был укомплектован InSight, теоретически была способна пробурить грунт на глубину до 5 м. Марс преподнес очередной сюрприз: грунт оказался намного плотнее, чем предполагали ученые и инженеры. В итоге бур застрял на глубине около дюйма (2–3 см). Периодически предпринимались попытки бурить дальше, в этом иногда пыталась помочь роботизированная рука, но успехом дело так и не увенчалось. 9 января 2021 года была предпринята последняя попытка, после чего эта часть миссии официально была завершена, и InSight сосредоточился на других делах.

Роботизированная рука пытается протолкнуть бур. NASA

Немало проблем исследователям доставил не только сам Марс, но и его естественный спутник Фобос (в переводе с греческого «страх»), который оправдал свое название. 7 и 12 июля 1988 года были запущены советские автоматические межпланетные станции «Фобос-1» и «Фобос-2» соответственно. 1 сентября 1988 года связь с «Фобосом-1» была потеряна. Причиной послужила грубая ошибка в программном коде команды на включение масс-спектрометра, отправленной на станцию с Земли 29 августа. В ней был пропущен дефис. Такая, казалось бы, мелочь преобразовала нужную команду в команду на отключение вспомогательных двигателей системы ориентации. Из-за этого, в свою очередь, станция стала неконтролируемо вращаться, была потеряна постоянная ориентация солнечных батарей на светило, после чего космический аппарат быстро истратил весь заряд химических аккумуляторов. В результате «Фобос-1» больше не мог принимать и передавать радиосигналы.

Проблемы можно было бы избежать, если бы команды перед передачей аппарату должным образом проверялись. Ошибки и опечатки при написании программного кода – обычное дело, главное – вовремя отладить программу и все «подчистить». В случае с «Фобосом-1» ситуация оказалась довольно неприятной. Управлением аппарата занимались сразу два ЦУПа, расположенные в Москве и Евпатории. В Москве готовили команды, а в Евпатории их должны были проверять и посылать космическому аппарату. Так сложилось, что 29 августа 1988 года оборудование для тестов в Евпатории не работало, и неверную команду «Фобосу-1» отправили без предварительной проверки. Спасти космический аппарат мог бы заранее заложенный в его бортовой компьютер код для самостоятельной проверки приходящих с Земли команд с возможностью отклонять потенциально фатальные. Такая возможность для «Фобоса-1» не была предусмотрена. Потеря космического аппарата стала досадной не только для СССР, ведь в проекте «Фобос» принимало участие тринадцать стран.

Макет АМС «Фобос»

«Фобос-2» оказался успешнее своего предшественника, но задачу по посадке на спутник Марса выполнить тоже не смог. 18 февраля 1989 года ему удалось выйти на орбиту ИСМ (искусственного спутника Марса) и провести ряд наблюдений Красной планеты, что несколько компенсировало прежние неудачи советской марсианской программы. Аппарату удалось сфотографировать и сам Фобос. В 1989 году «Фобос-2» подходил к естественному спутнику Марса все ближе и ближе. 21 февраля снимок был сделан с расстояния 860 км, 28 февраля – с расстояния 320 км и, наконец, 25 марта – с расстояния 191 км. 27 марта 1989 года станция не вышла на связь. Судя по всему, сначала не выполнилась команда на перезарядку батарей, а затем космический аппарат потерял управление системой ориентации и начал кувыркаться. Запланированная на начало апреля посадка на Фобос не состоялась.

Еще по дороге к Марсу «Фобос-2» начал испытывать проблемы. К примеру, вышел из строя основной передатчик, и приемом и передачей данных пришлось заниматься менее мощному резервному, что снизило скорость процедуры. Ориентацию станции в пространстве контролировали три независимых процессора в бортовом компьютере. Один из них вышел из строя, а другой стал по непонятной причине выдавать ложные результаты. Управление ориентацией аппарата не могло быть полностью передано одному исправному процессору – требовалась штатная работа хотя бы двух. Несмотря на эти проблемы, «Фобос-2» успел добраться до Марса, подойти близко к Фобосу и выполнить многие из поставленных перед ним задач.

После потери сигнала 27 марта 1989 года несколько раз пытались связаться с марсианской станцией, но безуспешно. 15 апреля 1989 года было официально объявлено о завершении программы.

Российский проект «Фобос-Грунт» тоже нельзя назвать успешным. О том, какие ошибки привели к такому исходу, мы рассказывали в главе «Не вакуум».

Будем надеяться, что опыт автоматических межпланетных станций позволит избежать совершения грубых и неприятных ошибок во время колонизации Марса людьми, если таковая состоится.

Глава 12

Биология и медицина