15.05.2021

«Чжужун» на Марсе!

15 мая 2021 г. в 07:18 по пекинскому времени (14 мая в 23:18 UTC) китайский посадочный аппарат с марсоходом «Чжужун» выполнил успешную посадку на Марс в южной части равнины Утопия.

Напомним, что 23 июля 2020 г. в 12:41 пекинского времени носителем CZ-5 был запущен с космодрома Вэньчан и отправлен на траекторию полета к Марсу первый китайский космический комплекс для исследования Красной планеты ( https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/75042.html ). Объект по имени «Тяньвэнь-1» включал спутник Марса, ответственный также за управление комплексом на этапе перелета, и десантный комплекс с посадочным аппаратом и установленным на нем марсоходом. Никогда в истории космонавтики на Марс еще не отправлялась столь сложная многоцелевая машина.

Китайский наземный комплекс, обеспечивающий полет к Красной планете и работу «Тяньвэня» у Марса, включал 66-метровую антенну в Цзямусы, четыре сопряженные 35-метровые антенны в районе Яркенда и 35-метровую антенну Сапала в местечке Неукен в Аргентине. Кроме того, специально для приема научной информации от марсохода была построена еще одна 70-метровая антенна в районе Уцин в Тяньцзине.

Успешно закончив перелет по трассе Земля – Марс с одним большим маневром и четырьмя коррекциями траектории, 10 февраля 2021 г. c 19:52 до 20:07 пекинского времени «Тяньвэнь-1» выполнил торможение и вышел на начальную орбиту искусственного спутника планеты (https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/78782.html ). Она представляла собой сильно вытянутый эллипс с наклонением 10°, перицентром 400 км, апоцентром порядка 180000 км и периодом обращения около 11 суток.

15 февраля в 17:00 в первом апоцентре «Тяньвэнь-1» использовал маршевый двигатель тягой 3000 Н для маневра изменения наклонения орбиты на приполярную, с наклонением около 87°, с одновременным снижением перицентра до 265 км.

20 февраля около 19:45, в перицентре, был выдан тормозной импульс с целью уменьшения высоты апоцентра до 84600 км и периода обращения до 3.45 суток. Сделав еще один виток, 24 февраля в 06:29 китайский комплекс выполнил новое торможение и вышел на орбиту ожидания наклонением около 89° и высотой 280x59000 км с периодом обращения в двое марсианских суток – 49 часов 15 минут.

Снимок Марса, сделанный 16 марта 2021 г. с расстояния около 11000 км

На орбите ожидания были последовательно включены все семь научных приборов орбитального аппарата, началось зондирование Марса и околопланетной среды. 4 и 26 марта CNSA публиковала снимки, сделанные бортовыми камерами, в том числе и детальные изображения района предстоящей посадки, сделанные с высоты 330-350 км с разрешением до 0.7 м. На одном из них был виден кратер диаметром 620 м, очень перспективный с точки зрения научной программы. В целом же поверхность оказалась довольно сложной, с большим количеством небольших кратеров и камней.

Снимок запланированного района посадки, опубликовнный 4 марта 2021 г.

Параллельно на Земле завершался конкурс названий первого китайского марсохода, объявленный 24 июля 2020 г. 18 января СМИ опубликовали список из 10 вариантов, и с 20 января по 28 февраля китайские и зарубежные пользователи интернета могли поучаствовать в голосовании. 2 марта объявили три имени-финалиста: «Чжужун» (бог огня), «Нэчжа» (мифологический персонаж) и «Хунъи» (великие устремления и твердость духа). В результате дальнейшего обсуждения и голосования среди экспертов было выбрано имя «Чжужун» (祝融), которое и объявили 24 апреля, в День космонавтики КНР. Помимо общего смысла, удачными оказались и значения отдельных иероглифов: «чжу» означает «желать» или «поздравлять», а «жун» – «согласие» и «гармония».

Добавим, что имя всего комплекса «Тяньвэнь» (天问) является отсылкой к одноименному стихотворению Цюй Юаня (屈原). Написанное около 2300 лет назад, оно «выражает упорство и настойчивость китайской нации в поисках истины, воплощает культурное наследие природы и освоения космоса, и подразумевает научный поиск» и подчеркивает, что путь к истине долог, а поиск технологических инноваций бесконечен.

Как заявил еще в день прилета глава Китайской национальной космической администрации CNSA Чжан Кэцзянь, специалистам потребуется примерно 100 суток для того, чтобы обеспечить успешную посадку. Это означало, что десант на Марс планируется на середину мая; так оно в итоге и оказалось.

Китайцы практически ничего не писали ни об орбите «Тяньвэня», ни о рутинных орбитальных операциях с целью сохранения ее в заданных пределах. Однако группа германских радиолюбителей регулярно сопровождала аппарат на 20-метровом радиотелескопе в Бохуме с шириной диаграммы направленности 0.1° и извлекала из сигнала некоторые данные, в том числе векторы состояния объекта.

Даниэль Эстевес (Daniel Estevez) проанализировал их и показал, что «Тяньвэнь» регулярно проводил маневры с целью поддерживать период обращения близким к двум марсианским суткам. Естественная эволюция орбиты под действием возмущений вела к уменьшению периода примерно на минуту за виток и смещению перицентра на восток. Три маневра, проведенные 10 и 31 марта и 21 апреля, увеличивали высоту в апоцентре и меняли направление смещения на противоположное. В результате средний радиус-вектор в апоцентре был близок к 61200 км, а перицентр орбиты все время оставался над равниной Утопия, примерно над 10-12°с.ш. и 109-113°в.д.

Непосредственная подготовка к посадке на Марс началась 7 мая – в перицентре, около 02:17 по пекинскому времени, «Тяньвэнь-1» провел коррекцию и поднял апоцентр на 130 км. Из-за этого период обращения стал чуть больше двух марсианских суток, и точка перицентра стала медленно смещаться к западу между 109° и 108°з.д.

13 мая бывший главный конструктор лунной программы, а ныне главный советник по межпланетным исследования в Китайской исследовательской академии космической техники CAST академик Е Пэйцзянь объявил, что посадка на Марс запланирована на 15 мая в 07:11 пекинского времени. Радиолюбитель Эдгар Кайзер (Edgar Kayser), который, как и бохумская группа, ежедневно фиксировавший радиосигнал «Тяньвэня», подтвердил, что расчетное время перицентра в этот день – 07:03, и оно отлично согласуется со словами Е.

На расчетный момент посадки Марс заходил в Аргентине и восходил на востоке Китая

Эдгар Кайзер также сообщил, что в ожидаемое время точка посадки будет находиться вблизи восточной границы марсианского диска, так что уже через два часа с вращением планеты уйдет из зоны видимости. Дополнительно осложняло организацию посадки то обстоятельство, что все критически важные маневры перед входом в атмосферу могли контролироваться только аргентинской станцией Сапала, и лишь за час до посадки
Марс должен был взойти над станцией Цзямусы.

Расчетная последовательность посадочных операций

Примерный график посадочных операций приведен в таблице. Нацеливание десантного комплекса обеспечивалось торможением всего «Тяньвэня». Расчетный угол входа десантного комплекса в атмосферу составлял 11.2° и должен был выдерживаться с точностью 0.01°. После отделения орбитальный аппарат выполнял маневр возвращения на орбиту.

Полет в атмосфере планеты был построен по классической для Марса схеме: гашение большей части орбитальной скорости за счет аэродинамического торможения, дальнейшее снижение скорости с помощью парашюта площадью 200 м2, и наконец – финальный этап спуска на посадочном ЖРД YF-36A. На высоте около 100 м было предусмотрено зависание с анализом «картинки» посадочной камеры и рельефа поверхности, автоматический выбор конкретной точки касания, смещение с использованием двигателей малой тяги и спуск до поверхности. По циклограмме на все эти операции отводилось 450 секунд, а фактически потребовалось около 9 минут. 

Время
от входа

Высота

Скорость

Событие

-5 час

27700 км

 

Торможение. Переход на траекторию попадания

 

 

 

Отделение десантного комплекса

-2 час

 

 

Маневр орбитального аппарата для возвращения на орбиту

0 сек

125 км

4800 м/с

Вход в атмосферу

 

 

 

Ввод балансировочных щитков

284 сек

4 км

460 м/с

Ввод парашютной системы

325 сек

3 км

250 м/с

Сброс донного экрана

 

 

 

Включение радиолокатора, развертывание опор

370 сек

1500 м

95 м/с

Сброс хвостового обтекателя. Спуск на ЖРД.
Зависание на высоте 100 м

450 сек

3.6 м

0.9 м/с

Выключение посадочного ЖРД. Касание

 

Увы, китайские СМИ хранили стойкое молчание о том, как готовится и выполняется спуск на Марс. В официальном заявлении, опубликованном 14 мая CNSA, говорилось лишь, что посадка возможна в утренние часы в период с 15 по 19 мая и будет выполнена «в надлежащее время».

Зато в ночь на 15 мая сигнал с китайского комплекса на частоте 8431 МГц аккуратно отслеживали и Кайзер, и бохумская группа, которая транслировала в Сеть вид экрана своего спектроанализатора. Из мощного сигнала КА они извлекали некоторые данные, в том числе векторы состояния объекта. Благодаря этому многие детали спуска становились доступными в реальном времени, а затем Даниэль Эстевес (Daniel Estevez) провел анализ данных и уточнил моменты маневров.

Спектр принимаемого сигнала в Бохуме

Итак, 15 мая в 00:11 пекинского времени в зоне видимости станции Каши «Тяньвэнь» переключился на антенну LGA, а в 00:45 начал разворот и ушел со связи. Тормозной импульс был выдан в 01:17 по бортовому времени, то есть в 01:35 по времени прихода сигнала. Приращение скорости составило 21.2 м/с и привело к снижению перицентра до -36 км, а также апоцентра с 61159 до 60438 км. 

В 02:07 аппарат вернулся в эфир, на этот раз уже для станции Сапала, а в 02:22 ненадолго переключился на HGA и с 02:28 до 02:41 передавал телеметрию на скорости около 60 кбит/с. После этого остался лишь сигнал несущей частоты, по которому можно было судить о текущей скорости объекта.

Отделение десантного комплекса массой 1745 кг было выполнено около 04:00 пекинского времени и не сопровождалось какими-либо заметными эффектами.

В 04:22 прошло переключение на LGA, а в 04:57 начался второй разворот, теперь уже для выдачи разгонного импульса. Китайская «Чжунго хантянь бао» сообщила потом, что второй маневр планировался примерно через 30 минут после разделения, но Даниель Эстевес показал, что это произошло значительно позже – в 04:55 по бортовому времени, то есть в 05:12 по земному. Поскольку второй маневр проводился намного ближе к поверхности Марса, потребовался существенно больший импульс – около 61 м/с.

В 05:53 орбитальный аппарат вновь вернулся в эфир и немедленно перешел на антенну HGA для доклада. Новая орбита имела высоту 437x60978 км с периодом 49 час 12 мин и с  прохождением перицентра в 07:17 бортового времени.

Сигналы от десантного комплекса радиолюбителями не принимались.

Траектория спуска на Марс, рассчитанная Даниэлем Эстевесом

Марс зашел для европейских наблюдателей за считанные минуты до момента посадки, но уже в 06:10 в Бохуме перестала выделяться телеметрия. Скотт Тилли (Scott Tilley) в США продолжал прием сигнала с орбитального аппарата и отследил прохождение им перицентра орбиты.

Прошло более часа после ожидаемого времени, и лишь в 08:39 агентство Синьхуа сообщило, что китайский посадочный аппарат осуществил посадку на Марс. Затем последовало уточнение, что это произошло в 07:18 по пекинскому времени, и объяснение задержки: во-первых, нужно было дождаться, пока ровер развернет солнечные батареи и антенны для выхода на связь, а кроме того, радиосигнал шел от Марса до Земли 17 мин 44 сек. Из этого можно заключить, что время посадки было дано по бортовым часам.

Анимация посадочного аппарата на поверхности Марса

По первым данным, посадка произошла в районе с координатами 25.1°с.ш., 109.9°в.д., примерно в 40 км от расчетной точки 24.748°с.ш., 110.318°в.д.

Дополнение. Первую информацию с поверхности «Чжужун» передал непосредственно на Землю по радиоканалу X-диапазона с пропускной способностью всего 16 бит/с. 17 мая около 08:15, по окончании первого витка вокруг планеты, орбитальный аппарат провел маневр снижения апоцентра примерно до 16000 км, а затем еще две малых коррекции. Новая орбита с периодом обращения 8.2 часа, то есть 1/3 марсианских суток, обеспечивала пролет над районом посадки раз в три витка с возможностью передачи данных с ровера на «Тяньвэнь» по специальному каналу УКВ-диапазона и дальнейшей ретрансляции их на Землю. При скорости передачи 32 кбит/с и продолжительности сеанса 8-10 минут объем передаваемой за сеанс информации составлял около 20 Мбит. Утром 18 мая первый такой сеанс был проведен, и 19 мая были опубликованы два первых снимка, сделанных камерами «Чжужуна».

Снимок навигационной камеры в направлении назад, опубликованный 19 мая 2021 г.

Снимок служебной камеры контроля препятствий в направлении вперед, опубликованный 19 мая 2021 г.

Марсоход массой 240 кг должен сойти на поверхность 22 мая, а на 27 мая намечено традиционное для Китая взаимное фотографирование посадочного аппарата и ровера. И только после этого «Чжужун» приступит к реализации научной программы. Работа ровера официально рассчитана на 90 суток, но, конечно, разработчики рассчитывают на более продолжительную «жизнь» первого китайского марсохода.

Руководители: главный конструктор проекта Чжан Жунцяо (в центре), админстративный руководитель комплекса "Тяньвэнь-1" Хэ Жунвэй (слева) и его главный конструктор Сунь Цзэчжоу (справа)

Итак, Китай сдал экзамен на звание великой космической державы. Впрочем, он остался бы таковой и в том случае, если бы посадка на Марс не удалась.



Поделиться в соц. сетях
1050