Проект NASA Viking был первой миссией, достигшей поверхности Марса, и первой, которая искала доказательства жизни на нём. Программа Викинг стала кульминацией серии миссий по исследованию загадочной планеты, которые начались в 1964 г. с проектом Mariner.
Начало проекта
Космическая программа NASA «Викинг», была утверждена в 1968 г. Она включала запуск двух одинаковых космических агрегатов. Первоначальная дата запуска проекта была назначена на 1973 год, но потом старт перенесли на 1975 г.
Старт состоялся с мыса Канаверал, что в штате Флорида, Первый Viking был запущен – 20 августа, второй – 9 сентября. Корабли добирались до цели в течение года, первый корабль вышел на орбиту 19 июня 1976 г., второй начал своё вращение на орбите 7 августа. После более чем одного месяца полёта вокруг Марса и возвращения изображений, использованных для выбора места посадки, орбитальные зонды и спускаемые модули отсоединились. Эти два приземления были первыми успешными.
Благодаря программе Марс Викинг были получены снимки всей марсианской поверхности с самым высоким на тот момент разрешением. Длительность миссии превысила изначально запланированный срок в 90 дней. Каждая пара работала намного дольше своего проектного срока службы.
Цели и задачи проекта
- Поиск жизни на Марсе;
- Успешная посадка;
- Сбор данных о планете;
- Получение снимков в высоком разрешении;
- Анализ структуры и состава атмосферы и поверхности.
Даты программы в цифрах
Проект Viking начал своё существование в далёком 1968 г., спустя 7 лет ему суждено было сбыться. Прежде чем проект был закрыт прошло ещё 8 лет.
| Аппарат | Прибытие | Закрытие | Срок | Причина неудачи |
|---|---|---|---|---|
| «Viking-1» орбитальный | 19 июня 1976 г. | 17 августа 1980 г. | 4 года, 1 месяц, 19 дней | Выключен после истощения топлива контроля положения. |
| «Viking-1» посадочный | 20 июля 1976 г. | 13 ноября 1982 г. | 6 лет, 3 месяца, 22 дня | Выключен после ошибки человека во время обновления программного обеспечения, это вызвало отключение антенны, что привело к отключению питания и связи. |
| «Viking-2» орбитальный | 7 августа 1976 г. | 25 июля 1978 г. | 1 год, 11 месяцев, 18 дней | Выключен после утечки топлива в двигательной установке. |
| «Viking-2» посадочный | 3 сентября 1976 г. | 11 апреля 1980 г. | 3 года, 7 месяцев, 8 дней | Выключен после отказа батареи. |
Дата завершения проекта – 21 мая 1983 г.
Конструкции аппаратов
Корабль программы «Викинг» состоял из орбитального зонда весом 883 кг и спускаемого модуля весом 576 кг, полностью заправленная пара имела массу 3527 кг. Оба Викинга были идентичны. С помощью газовых струй азота, расположенных на концах панели солнечных элементов, подсистема сохраняла свою ориентацию. Основной системой связи с орбитами была двухсторонняя высокоскоростная радиосвязь в S-диапазоне, обеспечивающая командование Земли, радиоконтроль и передачу научных и инженерных данных. В этой линии связи использовалась управляемая 1,5-метровая тарелка с высоким и низким коэффициентом усиления. Обе антенны находились на орбите. Низкий коэффициент усиления используется для отправки и приёма вблизи Земли, а высокий коэффициент – вдали от Земли.
Орбитальная станция
Прототипом станции был «Mariner-9», имел восьмиугольный диаметр примерно 2,5 м. Восемь граней кольцеобразной структуры имели высоту 0,4572 м и массу в 883 кг. Питание обеспечивалось восемью солнечными элементами на каждом крыле по две панели. Энергия сохранялась в 2 никель — кадмиевых батареях. Передатчик S-диапазона мощностью 20 Вт осуществлял связь. Для радиологии и для проведения экспериментов в области связи была установлена нисходящая линия связи в X-диапазоне.
Посадочный модуль
Основание посадочного модуля состояло из алюминиевого шестигранника с чередующимися сторонами разной длины – 1,09 м и 0,56 м поддерживаемыми на трёх удлинённых ножках, прикреплённых к более коротким сторонам. Высота составляла 2,1 метра по ширине 3,6 метра. Питание обеспечивалось двумя блоками радиоизотопного теплового генератора, содержащими плутоний-238. На борту также находились четыре 28-вольтные никель — кадмиевые аккумуляторные батареи с влажным электролитом для пиковых нагрузок. Спускаемый аппарат перевозил 85 кг топлива, содержавшегося в двух сферических титановых баках. Для управления использовались инерциальные эталонные блоки, четыре гироскопа, аэродинамический замедлитель, радиолокационный высотомер, радиолокационный терминал спуска и посадки и управляющие двигатели.
Ход миссии
После выполнения своей первоначальной задачи по поиску безопасных посадочных площадок для приземления камеры орбитальных аппаратов обнаружили детали как ранее известных, так и ранее не обнаруженных объектов:
- глобальные пыльные бури;
- вулканы Олимп — Монс и хребет Тарсис, крупнейшие известные вулканические горы в Солнечной системе;
- Valles Marineris, каньон, который простирается на 1/5 окружности планеты;
- ряд сухих русел рек, и другие признаки, указывающие на наличие в прошлом большого количества жидкой воды.
Аппараты также содержали инфракрасные спектрометры и радиометры для отображения содержания водяного пара в атмосфере и тепловых свойств красной планеты. «Viking Orbiter -1» сфотографировал Фобос, самую большую из двух лун Марса, с ближайшего приближения в 90 километров, а «Viking Orbiter – 2» сфотографировал Деймоса, меньшую из двух лун, с ближайшего приближения в 22 километра.
Во время спуска кораблей приборы проводили анализ атмосферных свойств на разных уровнях, чтобы определить её структуру. Эти свойства включали состав, давление и температуру. Учёные узнали, что в атмосфере содержится углекислый газ (95%). При примерно 0,5% от атмосферного давления на поверхности Земли, давление на планете слишком низкое, чтобы вода находилась в жидком состоянии. В сочетании с данными о большом количестве жидкой воды в прошлом эта информация свидетельствовала о серьёзных глобальных изменениях климата на Марсе. После приземления приборы продолжали предоставлять данные о погоде и климате.
Каждый посадочный аппарат содержал две камеры, чтобы обеспечить прямые снимки поверхности крупным планом. во время программы Викинг с планеты было отправлено в общей сложности более 1400 изображений.
Чтобы проанализировать состав красного грунта, спускаемый модуль был снабжён совком, который мог вскопать несколько сантиметров и поместить образец в рентгеновский флуоресцентный спектрометр. Анализ этих образцов показал, что марсианский грунт содержит довольно большой процент как железа, так и кислорода.
Спускаемый модуль также содержал сейсмометр для измерения активности марсотрясений. Сейсмометр Viking Lander – 1 вышел из строя, единственный инструмент, который потерпел неудачу во всей программе. Другой сейсмометр показал, что несколько произошедших марсотрясений были очень слабыми.
Финансовые затраты
Стоимость двух кораблей программы Викинг составляет 217 миллионов $ (в то время). На устройство обнаружения жизни было затрачено 60 миллионов $. Разработка конструкции посадочного модуля обошлась в 357 миллионов $. Стоимость камер составила 27 миллионов 300 тысяч $. В сумме на эту программу было потрачено 1 миллиард $ в 1970-х гг., что при корректировке инфляции на 2019 г. составляет около 5 миллиардов $.
Биологические эксперименты
Помимо фотографирования и сбора научных данных о марсианской поверхности, два «землекопа» провели три биологических эксперимента, предназначенных для поиска возможных признаков жизни. Эти эксперименты обнаружили неожиданную и загадочную химическую активность в марсианской почве, но не предоставили чётких доказательств присутствия живых микроорганизмов вблизи посадочных площадок. Чтобы испытать приборы для, астробиологии экзобиологи из NASA посетили некоторые из самых отдалённых районов Земли, в том числе Сухие долины Антарктиды и пустыню Атакама в Чили. Считается, что эти места являются одними из лучших аналогов Марса, которые мы имеем на Земле, и изучение жизни в таких местах стало важным элементом астробиологических исследований в NASA.
Научные результаты
Важные открытия включали:
- Азот, никогда ранее не обнаруживаемый, является значительным компонентом атмосферы Марса, и обогащение более тяжёлых изотопов азота и аргона по сравнению с более лёгкими изотопами подразумевает, что плотность атмосферы намного выше, чем в далёком прошлом.
- Изменения на поверхности Марса происходят крайне медленно.
- Наибольшая концентрация водяного пара в атмосфере находится в середине лета у края северной полярной шапки. С лета до осени пиковая концентрация перемещается к экватору с 30% снижением пиковой численности. В южном полушарии сухо, вероятно из-за пыльных бурь.
- Плотность обоих спутников низкая – около двух грамм на кубический сантиметр — это означает, что они возникли как астероиды, захваченные гравитацией Марса.
- Измерения времени прохождения радиосигналов между Землёй и космическим кораблём, проведённые в то время, когда планета находился за Солнцем, определили задержку сигналов, вызванную гравитационным полем Солнца.
- Атмосферное давление изменяется на 30% в течение марсианского года, потому что углекислый газ конденсируется и возвышается в полярных шапках.
- Северная шапка не изменяется и состоит в основном из воды с небольшими примесями углекислого газа; южная шапка изменяется в зависимости от времени года и состоит из углекислого газа.
Факты о легендарной миссии
- Орбитальные станции «Викингов» основывались на конструкции космического корабля «Маринер».
- Viking Orbiter 1 проработал на четыре года дольше, чем планировалось.
- Питались от больших солнечных батарей. Это обеспечивало 620 Вт энергии для связи их камеры и радиооборудования с Землёй.
- Изображения, полученные с орбиты, произвели революцию во взглядах учёных на то, как вода сформировала особенности поверхности планеты.
- Станция «Викинг – 1» сделал первые снимки крупным планом Фобоса. «Викинг – 2» – Деймоса.
- В настоящее время неизвестно, находятся ли станции Viking 1 и 2 на орбите или сгорели и разбились на поверхности.
В завершение можно сказать, что программа Викинг сделала большой прорыв в исследовании Красного соседа. Программа стала первой успешной завершившейся миссией NASA. При этом «Викинг-1» – первый космический корабль, который коснулся поверхности. Викинги открыли дорогу следующим космическим аппаратам, своим «наследникам».