| «Фобос-Грунт»: несбывшиеся надежды |
|
Новости космонавтики.-№1.-2012.-с.28-43.
8 ноября 2011 г. в 23:16:02.871 ДМВ (20:16:03 UTC) с пусковой установки №1 площадки №45 космодрома Байконур стартовыми командами предприятий ракетно-космических отраслей России и Украины осуществлен пуск ракеты-носителя «Зенит-2SБ41» №70181302 SLБ41.1 с российской автоматической межпланетной станцией «Фобос-Грунт» и интегрированным в нее китайским микроспутником «Инхо-1» (Yinghuo-1).
Выведение на опорную орбиту прошло штатно. На 142-й секунде после старта отделилась первая ступень РН, на 304-й секунде был сброшен головной обтекатель. Отделение АМС «Фобос-Грунт» от второй ступени ракеты-носителя состоялось в 23:27:25.116 ДМВ в зоне радиовидимости командно-измерительного комплекса Улан-Удэ.
По контакту отделения от РН аппарат выполнил включение бортового вычислительного комплекса, раскрытие элементов конструкции, успокоение и построение солнечной ориентации. Телеметрия, принятая с передатчика РПТ-111 на маршевой ДУ, подтвердила раскрытие солнечных батарей и – после выхода из тени над Уссурийском в 23:32 ДМВ – наличие тока от них. Бортовой вычислительный комплекс работал штатно.
Измерения текущих навигационных параметров с использованием бортового ответчика 38Г6 показали следующие параметры опорной орбиты (в скобках – расчетные): - наклонение – 51.48 град. (51.40 град.); - минимальная высота – 206.5 км (207.0); - максимальная высота – 345.2 км (347.0); - период обращения – 89.88 мин.
В каталоге Стратегического командования США «Фобос-Грунту» были присвоены номер 37872 и международное регистрационное обозначение 2011-065A.
Телеметрия с КА принималась и на втором витке при пролете над территорией России, в том числе на специализированную наземную станцию НПО имени С.А.Лавочкина в Химках с 00:48 до 00:54 ДМВ.
На втором витке «Фобос-Грунт» должен был с использованием звездных датчиков БОКЗ-МФ определить ориентацию связанных осей в инерциальном пространстве и выполнить разворот на двигателях автономной ДУ перелетного модуля в заданное положение для включения маршевой двигательной установки.
В 01:56:42.9 ДМВ, над Бразилией в конце второго витка, планировалось первое включение маршевого двигателя КА на 505.3 сек с забором компонентов топлива из сбрасываемого бака.
Вскоре после окончания первого импульса, в 02:07:16.7 ДМВ, планировалось отделение сбрасываемого бака. Затем аппарат должен был совершать пассивный полет по промежуточной орбите в режиме постоянной солнечной ориентации, с передачей телеметрической информации через РПТ-111 и траекторными измерениями с использованием 38Г6.
Перед вторым импульсом «Фобос-Грунт» должен был построить инерциальную ориентацию еще раз. Включение маршевого двигателя планировалось над Тихим океаном в конце третьего витка, в 04:03:43.8 ДМВ, и, проработав 976.1 сек, он должен был сообщить аппарату дополнительную скорость ~2.9 км/c для выхода на гиперболическую траекторию отлета от Земли.
Расчетные параметры траектории: - наклонение – 51.43 град.±0.33 град.; - минимальная высота – 423.6 ± 10 км; - эксцентриситет – 1.153251; - асимптотическая скорость ~3.1 км/c.
К сожалению, все пошло не так, как планировалось… Уже на третьем витке с ожидаемой промежуточной орбиты никаких сигналов получено не было.
«В плену орбиты»
Двигательная установка не сработала – не было ни первого, ни второго включения. Это говорит о том, что, по всей видимости, он не смог переориентироваться с Солнца на звездные датчики, и умная машина не дала команду на включение.
Мы будем перезакладывать программу управления на аппарат для того, чтобы повторить еще раз попытку. Однозначно орбита опорная – та, на какую он был выведен, баки не сброшены. Была предусмотрена перезакладка программы, учитывая важность этой процедуры, в случае нештатного включения. По времени у нас есть трое суток. Мы сейчас перелетим в Москву, там мы будем ближе к источникам информации, потому что работают станции в Медвежьих Озерах».
По вопросу страховки В.А.Поповкин уточнил: «Аппарат находится на опорной орбите. Он застрахован. Мы застраховали его на 1.2 млрд. руб – это реальная стоимость самого аппарата. Весь ОКР стоит около 5 млрд. (~170 млн. долл. – Ред.), сам аппарат – 1.2 млрд. (~40 млн. долл. – Ред.). Страховой случай заканчивается после того, как аппарат попал на отлетную траекторию».
Руководитель Роскосмоса подчеркнул: «…Больше 15 лет мы ничего не делали – и не пускать было нельзя. Мы это понимаем, и, если говорить откровенно, понимали риск, на который идем, но либо на него надо было идти, либо признать, что мы вообще отстали. Если станция будет потеряна, это, конечно, будет большой удар, по престижу в первую очередь. Но благодаря тому, что мы делали этот аппарат, мы, самое главное, сумели подтянуть молодежь. Если бы мы его не делали, то все, что делал Советский Союз, было бы потеряно. Сейчас процентов на 40% НПО имени С.А.Лавочкина состоит из людей до 35 лет, и их привлекают не зарплаты, а возможность участвовать в амбициозных проектах».
Несмотря на первоначальную надежду и оптимизм, 9 ноября получить телеметрию не удалось. Официальные сообщения о предпринятых попытках и планах дальнейших работ также опубликованы не были. Основным источником информации для СМИ и просто «болеющих» за «Фобос-Грунт» любителей стал форум «Новостей космонавтики». На нем среди многочисленных и зачастую чрезмерно эмоциональных сообщений можно было найти крупицы фактов.
Проблема со связью возникла из-за того, что основной бортовой радиокомплекс X-диапазона и работающие с ним наземные пункты не планировалось использовать при нахождении КА на низкой околоземной орбите. По плану первый сеанс связи с его помощью должен был состояться уже на отлетной траектории, после входа станции в зону радиовидимости российских средств утром 9 ноября.
В качестве резервного варианта работы на промежуточной орбите предусматривалась экстренная отмена второго импульса с дальнейшей перезакладкой на аппарат командно-программной информации в случае, если первый импульс отработан неточно и орбитальные параметры сильно отличаются от расчетных.
На опорной же орбите можно было рассчитывать лишь на прием информации с РПТ-111 или сигнала с 38Г6, а передать команду на борт в X-диапазоне было просто нечем. Угловая скорость цели, тем более вблизи перигея орбиты, была настолько большой, что на нее не могли навестись не только 70-метровые антенны дальней космической связи, но и доработанные специально для этого пуска 12-метровые антенны «Спектр-X» на Байконуре и в Медвежьих Озерах, которые должны были использоваться на расстоянии до нескольких миллионов километров от Земли.
Их следящие приводы не были рассчитаны на работу в таком режиме. Чтобы связаться с аварийной АМС, нужно было модернизировать наземные пункты, в частности, расфокусировать антенны, чтобы получить из узкого луча широкую диаграмму направленности и «попасть» в аппарат.
Только после приема с борта информации о фактическом состоянии систем аппарата можно было готовить повторную попытку старта с низкой орбиты. «По результатам обработки и анализа данных будут подготовлены и заложены на борт необходимые программы и уставки для повторного включения маршевых двигателей, – говорилось в заявлении пресс-секретаря Роскосмоса, опубликованном в середине дня 9 ноября. – Уточненный анализ параметров орбиты и запаса энергетики на борту показал, что такие команды должны быть выданы в течение двух недель».
Группа управления предполагала, что «Фобос-Грунт» перешел в аварийный режим и, включив приемник X-диапазона, ждет команды на включение передатчика либо уже самостоятельно включил его по аварийной программе. 9-го и в ночь на 10 ноября предпринимались попытки услышать борт и передать ему командно-программную информацию. Днем 10 ноября к приему была привлечена станция Европейского космического агентства в Перте (Австралия) – она оказалась удачно расположена с точки зрения перекрытия «глухих» витков, причем КА проходил над ней вблизи апогея и на свету. Кроме нее, ЕКА предоставило в распоряжение проекта «Фобос-Грунт» станции в Куру (Французская Гвиана) и Маспаломасе (Канарские острова), также оснащенные антеннами X-диапазона с подходящей скоростью разворота.
Увы, «Фобос-Грунт» молчал и не отзывался на команды, хотя, по не подтвержденным официально данным, съемка с отечественных пунктов оптического наблюдения показала ожидаемую в сложившейся ситуации солнечную ориентацию.
Вечером 10 ноября с Байконура была предпринята попытка отдать команду непосредственного исполнения. «Фобос-Грунт» должен был вновь включить систему внешнетраекторных измерений – как своего рода автономную «пищалку», индикатор того, что он способен принимать и исполнять команды. И снова неудача…
12 ноября Тед Молчан (Ted Molczan), неформальный руководитель международной сети наблюдателей спутников, на основании анализа орбитальных элементов американского Объединенного центра космических операций JSpOC впервые сообщил о небольшом росте перигея орбиты аппарата, соответствующем приращению скорости на 1.3–1.6 м/с. Поскольку о преднамеренном маневрировании речь идти не могла, складывалось впечатление, что «Фобос-Грунт» пытается поддерживать солнечную ориентацию, и работа двигателей малой тяги возмущает орбиту.
Последующий анализ не подтвердил это предположение, но выявил действительно интересные детали поведения объекта. С 9 по 18 ноября определяемые JSpOC орбиты шли с заметным разбросом параметров, при этом высота перигея оставалась почти неизменной. Иными словами, движение КА не было чисто пассивным – он «жил своей жизнью», что и проявлялось внешне в возмущениях орбиты. Еще более сложным для анализа оказался участок с 18 по 21 ноября, когда по американским данным прочитывался уверенный рост радиус-вектора в перигее и самого перигея (если отсчитывать его от сферической Земли, то есть избавиться от широтной зависимости) почти на 3 км.
Наконец, 21 ноября все эти фокусы внезапно прекратились, и эволюция орбиты «Фобос-Грунта» стала соответствовать чисто пассивному движению с постоянным баллистическим коэффициентом.
Тем временем 14 ноября на пресс-конференции после старта «Союза ТМА-22» Владимир Поповкин впервые после запуска АМС прокомментировал обстановку с «Фобос-Грунтом»: «Причину [ситуации] понять до сих пор очень тяжело, потому что мы не можем получить с него телеметрию. Но сейчас специалисты ведут целый ряд попыток закладки программ, которые мы должны заложить в аппарат для того, чтобы отправить его туда, куда он должен лететь. Время у нас еще есть. Прогноз деградации орбиты показал, что он будет летать до января включительно. А для того, чтобы он мог использоваться по целевому назначению, у нас есть время до первых чисел декабря.
Он находится в ориентированном положении. Это говорит о том, что системы самого КА работают нормально, он ориентируется на Солнце. Пока мы ищем, что необходимо сделать для того, чтобы исправить ситуацию. Шансы еще есть. Они невелики, но есть. Пока они есть, мы будем бороться за него. Первый шанс [исчезнет], когда закроется окно. Второй – когда орбита опустится ниже 180–170 км, когда мы поймем, что нужно [уже] прогнозировать время прекращения существования. На борту «Фобос-Грунта» 7.5 тонн топлива. Это топливо в алюминиевых баках, и у нас нет сомнений, что оно взорвется при входе в плотные слои атмосферы. Маловероятно, что вообще какие-то части достигнут Земли».
В.А.Поповкин пояснил, почему возникли проблемы со связью с аппаратом: «Все станции у нас были медленно настраиваемые и предназначенные для дальнего космоса. Это Медвежьи Озера, это Евпатория, и тот измерительный пункт, который на Байконуре находится… «Фобос-Грунт» летит по нештатной траектории. Порядка 200 км. И сеанс связи с одним измерительным пунктом не превышает семи минут.
Очень много мероприятий делалось. Ускоряли поворотные механизмы. Антенны должны были первый раз работать с аппаратом, когда он будет уже в нескольких десятках тысяч километрах от Земли. Естественно мощность передатчиков была настроена так, чтобы туда доходил сигнал. Мы боялись, что сожжем этим сигналом борт, потому что сигнал очень сильный. И таких мероприятий, которые нужно было сделать, очень много. Сейчас мы расширили «окно», чтобы был не очень узконаправленный луч, и понизили мощность.
То же самое сделали наши европейские партнеры на двух своих измерительных пунктах. Пока шансы есть. К сожалению, мы не можем пока получить телеметрию, чтоб можно было определенно сказать, какое состояние аппарата и что там произошло, уже не с вероятностными характеристиками – у нас есть разные варианты, что произошло, – а знать однозначно».
Также 14 ноября появились сообщения, что члены экипажа МКС попытались произвести видеосъемку близкого пролета «Фобос-Грунта», однако качество материалов оказалось неудовлетворительным.
В ночь с 15 по 16 ноября была предпринята попытка связаться с аппаратом на отлетной траектории (!) средствами станции дальней связи в Уссурийске. Поводом для этого отчаянного шага были сообщения о якобы заснятой бразильскими наблюдателями работе двигательной установки «Фобос-Грунта». Чуда не случилось – на отлетной траектории аппарат, естественно, найден не был.
«Нашлись и потерялись опять»
Следующая неделя прошла без видимых результатов, но под аккомпанемент шумихи в СМИ о самопроизвольном подъеме перигея орбиты аппарата. Возможно, именно из-за этого сформировавшееся уже «в верхах» мнение о бесперспективности дальнейшей работы с аппаратом никак не превращалось в решение. Лишь 22 ноября на утренней пресс-конференции в ЦУП-М заместитель руководителя Роскосмоса В.А.Давыдов объявил, что телеметрии с борта по-прежнему нет, а поэтому «…нужно быть реалистами. Раз мы так долго связь с ним не смогли установить, то шансов на то, что мы эту экспедицию сейчас осуществим, очень мало».
В тот же день ЕКА объявило о последней серии попыток услышать «Фобос-Грунт» через станцию Перт в ночь с 22 на 23 ноября – в 23:25, 00:57, 02:32, 07:16 и 08:49 ДМВ. Продолжительность каждого сеанса не превышала 6–7 минут. И случилось чудо: в 23:25 австралийская станция, дооснащенная специальной передающей антенной с 3-ваттным передатчиком, впервые смогла «достучаться» до молчавшего зонда! Из Перта на скорости 7 бит/с была послана командная последовательность для включения передатчика – и только что вышедший из тени аппарат отозвался: ответный сигнал несущей частоты сразу был получен. Правда, в последующих сеансах этой ночи услышать его не удалось: передатчик самопроизвольно выключился.
Немедленно последовало официальное сообщение Роскосмоса: «23 ноября ночью наземным пунктом ЕКА (г.Перт, Австралия) в ходе одного из четырех сеансов связи получен радиосигнал с космического аппарата «Фобос-Грунт» в освещенной части витка. В настоящее время российские и европейские специалисты анализируют ситуацию для выработки дальнейших мер по установлению связи с КА».
В ночь с 23 на 24 ноября было предпринято еще четыре попытки связаться с российской станцией из Перта и снять с нее телеметрическую информацию. В первом же сеансе в 23:19 ДМВ удалось выдать команды и получить т.н. «аварийный» кадр телеметрии с радиокомплекса X-диапазона. Стало ясно, что передатчик запитан и работоспособен, но детали «вытащить» не удалось – возможно, из-за того, что при прохождении через декодер европейской станции данные «портились». Еще три сеанса в период до 07:12 ДМВ не принесли успеха.
24 ноября в 15:05 ДМВ при прохождении КА низко над горизонтом на свету удалось получить полный «аварийный» кадр с помощью станции на Байконуре. Он отражал состояние отдельных блоков радиокомплекса перелетного модуля, рабочие напряжения на шинах радиокомплекса, температуры на отдельных его элементах – все было в норме. Удалось также выяснить, что шина обмена данными с бортовым комплексом управления находится в работоспособном состоянии. Кроме того, кадр содержал историю переключения между основным и резервным передатчиком.
Все это, однако, не дало новой существенной информации для анализа аварийной ситуации и поиска выхода из нее. Дальнейшие попытки выйти на связь с аппаратом с Байконура и из Австралии и получить телеметрию уже в полном объеме от бортового комплекса управления успеха не имели. А время торопило: к 24 ноября станция уже потеряла 26 км апогейной высоты.
В ночь на 29 ноября предприняли попытку отдать с европейской станции в Перте команду на включение двигателей ориентации «Фобос-Грунта» с целью поднять его орбиту и сделать более удобной работу с аппаратом штатными средствами. Успеха они не принесли.
29 ноября в 13:43 ДМВ произошло отделение от «Фобос-Грунта» фрагмента, который был зарегистрирован JSpOC днем позже и надежно сопровождался как объект размером около 15 см. Орбитальные данные на второй фрагмент не были надежными, и сам факт его существования нельзя считать подтвержденным. Неизвестно, произошло ли это вследствие попыток включения двигателей, но, по одной из версий, фрагменты могли отделиться от аппарата после взрыва химического источника тока на маршевой двигательной установке (МДУ).
В тот же день в Сети появились первые детальные фотографии «Фобос-Грунта», выполненные астрономом-любителем Ральфом Ванденбергом (Ralf Vandebergh). Анализ снимков не позволял определить, поддерживает ли зонд все еще солнечную ориентацию, но публичные сомнения в этом становились все сильнее.
Попытки связаться со станцией с Байконура, из Перта и из Маспаломаса продолжались. Однако 2 декабря ЕКА объявило о прекращении поддержки миссии «Фобос-Грунт» с использованием своих наземных станций, признав дальнейшие попытки бесперспективными. Тем временем 2 декабря российские специалисты решились на последнее средство – попытаться выдать «вслепую» серию команд на включение маршевой двигательной установки аппарата в надежде, что в результате удастся поднять его орбиту!
8 декабря руководитель НПО имени С.А.Лавочкина В.В.Хартов впервые после старта рассказал о технических проблемах, возникших при попытках связи с аппаратом на низкой орбите, а также назвал возможные причины нештатной ситуации: «Это могла быть тяжелая программная ошибка, случившаяся в тех режимах, которые не могли быть смоделированы на Земле. Разница между реальной жизнью и моделированием могла сказаться таким образом, что возникла непредвиденная ситуация, поставившая машину в тупик. Могла быть и чисто аппаратная причина: на момент потери связи со станцией мы включили питание нескольких агрегатов, и это теоретически, при наличии повреждений в процессе выведения, могло вызвать временные нарушения электропитания. Но это все версии, официальные причины должна установить специально созданная комиссия».
Следует уточнить, что, по сообщениям источников в НПО Лавочкина, на наземных стендах воспроизвести ситуацию с «Фобос-Грунтом» не удалось.
10 декабря пресс-служба Роскосмоса опубликовала следующее сообщение: «Федеральным космическим агентством создана Межведомственная комиссия по анализу причин нештатной ситуации, возникшей 9 ноября с.г. в процессе вывода КА «Фобос-Грунт» на отлетную траекторию к Марсу. Председателем назначен Ю.Н.Коптев, председатель научно-технического совета государственной корпорации «Ростехнологии».
Кроме того, принято решение о создании совместной с Министерством обороны России оперативной группы по контролю схода с орбиты космического аппарата «Фобос-Грунт»…»
На момент верстки данного материала (20 декабря) новой информации о состоянии КА «Фобос-Грунт» нет. Неуправляемый сход КА с орбиты ожидается в середине января.
(с сокращениями)
А. Ильин |
