Misje kosmiczne XX wieku: Program Fobos2024-09-02. Oliwier Kwiatkowski
Zanim przedstawimy same misje, które rzeczywiście były wystrzelone i zrealizowane, zastanówmy się nad tym dlaczego w ogóle do nich doszło. Jak wspominaliśmy w niedawnym artykule o programie Mars, większość podejmowanych przez Związek Radziecki prób eksploracji Czerwonej Planety kończyło się niepowodzeniem, więc nieusatysfakcjonowane władze obcięły fundusze na nią przeznaczone do zera. Dlatego inżynierowie postanowili przedstawić misje zupełnie inne od wcześniejszych propozycji, a przy tym tańsze, prostsze i oryginalne – tzn. niewykonane jeszcze przez USA. Eksperci z Radzieckiego Instytutu Badania Kosmicznego sugerowali skupienie się na niewielkich księżycach Marsa – Fobosie i Deimosie. Podekscytowane tym konceptem władze zdecydowały się sfinansować ten projekt i program Fobos zaczął się na dobre.
Program wymagał jednak zaprojektowania sond nowego typu. Zwrócono się więc do najlepszego biura konstrukcyjnego, które było wtedy dostępne – NPO Ławoczkina. Zaproponowane przez niego warianty 1F i 2F miały stać się podstawą sond międzyplanetarnych. Pierwotnie Fobosy 1 i 2 miały być wystrzelone w 1986 roku, ale w wyniku opóźnień start przełożono na okno z 1988 roku. 7 i 12 lipca wyruszyły na pokładzie Protonów-K, w kierunku jednego z dwóch księżyców Marsa. Plan misji zakładał dotarcie na eliptyczną orbitę czwartej planety od Słońca, późniejsze rendezvous z Fobosem, wejście na jego orbitę i zrzucenie na niego lądownika-skoczka (pojazd ten, nazwany PrOP-F, znany także jako Phobos Hopper, wystrzelony tylko na pokładzie Fobosa 2), a potem opuszczenie go i badanie jego planety macierzystej.
Przy okazji, by to projekt prawdziwie międzynarodowy, zakładał bowiem współpracę z m.in. Francją, Szwecją, Szwajcarią, RFN, a także USA – które udostępniło swoje Deep Space Network w celu umożliwienia komunikacji z obydwiema sondami.
Fobos 1
Cele misji zostały spełnione tylko częściowo. Fobos 1 zawiódł z powodu technika, który z własnej nieuwagi pozostawił w napisanym kodzie niepotrzebny myślnik. Komputer mający za zadanie sczytywać i „sprawdzać” kod szwankował, więc inżynier postanowił go zignorować i wysłać komendę do sondy. Niecodzienna, nieczytelna komenda wyłączyła system kontroli obrotu w trzech osiach. Z tego powodu panele słoneczne sondy przestały być skierowane do Słońca i zużyła ona swoje baterie, bez możliwości ich uzupełnienia.
Z tej przyczyny Fobos 1 nie mógł spełnić swojego zadania i jedyne, co udało mu się zaobserwować, to rozbłysk słoneczny i zrealizować kilkadziesiąt obserwacji Słońca w paśmie UV i X. Co więcej, uniemożliwiło to lądowanie na powierzchni księżyca i tym samym dokładne pomiary sejsmologiczne, które miały zostać skompletowane dzięki lądowaniu jego kopii podczas misji Fobos 2 – drgania przy uderzeniu o powierzchnię nie mogły być zaobserwowane przez nic innego.
Fobos 2
Następca Fobosa 1 zadziałał znacznie lepiej, choć ponownie nie obyło się bez problemów. Sterowanie i zarządzanie polegało na głosowaniu komputerów pokładowych – jeśli dwa się z czymś zgadzały, komenda była wdrażana w życie, w przeciwnym wypadku była ignorowana. W trakcie lotu jeden z nich się zepsuł, a drugi zaczynał szwankować.
Fobos 2 zdążył jednak wejść na orbitę Marsa czy dokonać serii bardzo ciekawych eksperymentów i obserwacji. Wysłał na Ziemię mnóstwo danych spektrometrycznych (dotyczących natężenia promieniowania) i dziesiątki zdjęć Fobosa. Manewry mające pozwolić na zbliżenie się do jego powierzchni zaczęły się 12 lutego 1989, a najbliższy przelot miał mieć miejsce 7 kwietnia w odległości zaledwie 50 metrów. 27 marca wysłano do niego komendę dokonania zdjęć kamerą telewizyjną, co wymagało obrócenia się „twarzą” do celu.
Po tej sesji nie odzyskano kontaktu. Kilka dni później odebrano bardzo słaby, nieczytelny sygnał, sugerujący utratę kontroli nad pojazdem, przewidując tym samym, że kilkanaście dni później temperatura na pokładzie spadnie do 0 stopni Celsjusza i wszelki kontakt będzie niemożliwy. 14 kwietnia ogłoszono więc koniec misji.
Fobos-Grunt
Misja Fobos-Grunt, choć zaproponowana w podobnym okresie jak poprzednie dwie, ze względu na swój znacznie większy stopień zaawansowania przez długi czas pozostała w sferze jedynie koncepcyjnej. Mimo to, we wrześniu 1992 inżynierowie z nowopowstałej agencji Roskosmos zaprosili do współpracy nad Fobos-Gruntem m. in. USA. Plan misji zakładał trajektorię podobną do tych z Fobosa 1 i 2 z nowym, skomplikowanym elementem – mechanizmem powrotu próbek na Ziemię.
Niestety, ze względu na poważne braki funduszy i generalną sytuację ekonomiczną Federacji Rosyjskiej w tych latach, misja musiała być wystrzelona na czymś znacznie tańszym. Zamiast sprawdzonego, potężnego Protona zdecydowano się na zwykłego Soyuza, a niezbędne manewry dokonać miał sam próbnik, nie rakieta nośna, co umożliwiły silniki jonowe wykorzystujące ksenon. Co więcej, opracowana przy tym technologia mogła umożliwić przyszłe misje skierowane do innych asteroid i ciał niebieskich, o ile znajdowały się w przedziale od 0,3 AU do 3 AU od Słońca.
Dosyć ambitne założenia samej misji zakładały wejście na orbitę Ziemi, wystrzelenie sondy w kierunku Czerwonej Planety przez rakietę, a potem pozostawienie silnika jonowego, który pozwoliłby na dotarcie do celu. Byłby on więc włączony przez aż 362 dni, z niezbędnych na całą podróż 550. Po dotarciu w okolice Marsa silnik jonowy zostałby odrzucony, sonda wyhamowałaby i tym samym weszłaby na jego orbitę, gdzie po 120-150 dniach synchronizowania jej z orbitą Fobosa, by w końcu wylądować na jego powierzchni. Wykonałaby serię badań i odwiertów, po czym załadowałaby je do próbnika powrotnego, który w końcu dostarczyłby próbki na Ziemię na prawie trzy lata po rozpoczęciu misji.
Tak się jednak nie stało. Niewielki i ograniczony budżet powodował kolejne opóźnienia, ale na szczęście okno startowe z 2009 roku pozwalało na pozbycie się silnika jonowego i wykorzystanie czysto chemicznego napędu. Tym samym zbędne były też ogromne panele słoneczne mające zapewniać mu niezbędną energię. Kolejne problemy narosły, gdy zmieniono ekipę odpowiedzialną za elektronikę i komputery pokładowe, a także nawiązano formalną współpracę z Chinami. Z tego powodu Fobos-Grunt musiał także zawrzeć w sobie niewielki chiński orbiter YH-1, a także system separacji tego urządzenia na orbicie planety, co wymagało przeprojektowania sondy. Cały ten proces znacznie zwiększył zużycie środków i masę, do tego stopnia, że Soyuz już nie wystarczyłby na jej wystrzelenie, a sam wyższy stopień, MDU (zmodyfikowany Fregat), musiał być użyty także podczas hamowania i wejścia na orbitę Czerwonej Planety. Postanowiono więc zmienić rakietę nośną na Zenita, a okno startowe z 2009 na to z 2011 roku, które wymagało większej zmiany prędkości.
Warto dodać, że w ciągu tych kilku lat projekt znów znacznie zwiększył swoją złożoność, masę i wymagania, pośrednio z powodu współpracy międzynarodowej. Finowie planowali wystrzelić z MDU niewielki lądownik marsjański, badający meteorologię planety (z czego ostatecznie zrezygnowano), a Polacy niewielkie wiertło CHOMIK, podobne do tego z lądownika Philae.
Ostatecznie, 9 listopada 2011 roku, prawie dwie dekady po zaproponowaniu misji i 6 latach opóźnienia Fobos-Grunt został wystrzelony na pokładzie Zenita-2FG z Bajkonuru. Sam start i wejście na orbitę Ziemi odbył się bez zarzutu.
Po kilkunastu godzinach Fobos-Grunt zamilkł. Bardzo słaby sygnał, choć emitowany we wszystkich pasmach naraz (jawny znak, że coś jest nie tak), został odebrany przez amerykańskie stacje naziemne. Z zebranych danych wynikało, że MDU wszedł w tzw. bezpieczny tryb, co pozostawiało nadzieję na to, że silniki jednak się włączą a misja będzie kontynuowana. Mimo to, jak wynikało z bezpośrednich obserwacji teleskopowych i wyznaczenia parametrów orbitalnych, ani jeden z dwóch planowanych manewrów nie miał miejsca.
Mimo to, po kilku dniach odkryto, że wysokość sondy nieznacznie się zwiększyła, a obserwacje naziemne potwierdziły, że ilość odbitego od niej światła ciągle się zmienia. Wywnioskowano więc, że komputer pokładowy utrzymuje właściwą orientację, a wysokość mogła być zmieniona przez nieszczelność zbiorników lub nieplanowany, fałszywy manewr i włączenia silników. Wszystko to tylko utwierdziło inżynierów w przekonaniu, że misja jest nieodwracalnie stracona, a sama sonda spłonie w atmosferze ok. 12 stycznia 2011 roku.
Tymczasem 21 listopada, tuż po zamknięciu się okna startowego na Marsa stacja naziemna w Perth odebrała sygnały radiowe z Fobosa-Grunt, a kilka dni później nawet dane telemetryczne! Naturalnie sama misja była już spisana na straty, ale liczono na znalezienie przyczyny awarii, by uniknąć podobnych wydarzeń podczas późniejszych spokrewnionych z nią i dopiero planowanych misji, takich jak Luna-Resurs czy Venera-D. Sama sonda jednak nie reagowała, a próby komunikacji z nią ustały na początku grudnia. 15 stycznia 2012 roku Fobos-Grunt wreszcie spłonął w atmosferze, a cała misja, mająca tak wiele potencjału naukowego, zakończyła się wielką porażką.
Wizje na przyszłość
Naturalnie, inżynierowie rosyjscy proponowali kolejne podejście misji powrotu próbek z Fobosa w ramach msiji Fobos-Grunt 2. Przede wszystkim misja byłaby nieco uproszczona dzięki pozbyciu się orbitera chińskiego i kilku innych podsystemów i eksperymentów naukowych na rzecz europejsko-rosyjskiej misji ExoMars. Niestety, projekt ten został anulowany w związku z inwazją Rosji na Ukrainę i ogromnych opóźnień całego programu. Zanim się to jednak stało, to fundusze zostały już oddane ExoMarsowi, a Fobos-Grunt 2 odłożony do roku 2024…
Jak było do przewidzenia, ta data także okazała się zdecydowanie zbyt optymistyczna. W latach 2013-2016 program dalej opóźniał się ze względu na problemy z rakietą nośną Angara A5 i opisywana misja (przemianowana już na Bumerang) została ponownie odłożona, już do lat 30 obecnego wieku, a pewnie i dalej, biorąc pod uwagę brak rzetelnych informacji na temat rozwoju tych misji i ilość funduszy otrzymywanych przez Roskosmos ogółem. Obraz eksploracji księżyców Marsa jest wobec tego coraz odleglejszy i nie ma powodów by sądzić, że sytuacja ta ulegnie w najbliższej przyszłości zmianie – przynajmniej nie ze strony rosyjskiej.
Korekta – Zofia Lamęcka
Źródła:
• The Fobos mission
2 września 2024
• Fobos 1F
2 września 2024
• Fobos-Grunt
2 września 2024
• Phobos 1
2 września 2024
• Fobos-Grunt 2
2 września 2024
• Operation "Boomerang": Russia plans to fly to Mars' satellite Phobos and return with soil samples
2 września 2024
• The Difficult Road to Mars
2 września 2024
Rakieta Proton-K z Fobosem-1 na pokładzie. Źródło: Gunter Krebs
Sonda zbliża się do powierzchni Fobosa (wizja artystyczna). Źródło: Michael Carroll
PrOP-F (Phobos Hopper) podczas testów. Źródło: CyberneticZoo.com
Jedno z wielu zdjęć Fobosa zrobione przez Fobosa 2. Źródło: Ted Stryk
Części sondy Fobos-Grunt.
https://astronet.pl/loty-kosmiczne/misj ... ram-fobos/
