АМС "Марс-1"

[Дед Леня]

АМС "Марс-1"


В данной теме речь пойдет о работе над масштабной моделью (М1/35) советской автоматической межпланетной станции "Марс-1".

 

[Дед Леня]

Для начала небольшая историческая справка о работах о первых советских АМС, создаваемых для изучения Марса.
Космическая станция Марс 1М
В 1958 году в полном разгаре были работы по лунным зондам, начала летать трёхступенчатая ракета-носитель "Луна", а С.П.Королёв уже думал над следующим шагом. Началась разработка четырёхступенчатой ракеты, которая позже получила индекс 8К78 и название "Молния". Эта ракета могла вывести полторы тонны к Луне, либо одну тонну к Марсу или Венере.
Оставался межпланетный аппарат. Тогда же в ОКБ Королева начали разработку аппарата серии 1М. Хорошо было то, что многие элементы (фотокамеру, системы ориентации и навигации) взяли со станции Луна-3, которые были испытаны при успешном полёте станции к Луне.
"Марсник" (по созвучию со "спутником") - такое название дала американская пресса двум аппаратам серии 1М (первый на марс) разработки ОКБ-1 Королёва. (они же Марс1960 А и Марс1960 В.)
Академик Мстислав Келдыш записал три цели первых миссий на Марс:
1. Фотографирование планеты с охватом одной из полярных областей.
2. Исследовать Марс в инфракрасном диапазоне с целью найти признаки жизни, растений, либо просто органических соединений.
3. Исследовать Марс в ультрафиолетовом диапазоне - тогда можно будет узнать состав марсианской атмосферы.
Стартовое окно к Марсу открывалось в 1960 и 1962 годах. Королёв хотел пропустить окно 1960 года, ракета и аппарат были к нему не готовы, да и американцы назначили свои пуски на 1962. Но Хрущёв был более озабочен планами американцев, к тому же он собирался посетить США, и неплохо было бы подкрепить его визит успехом советской науки. В общем под давлением политиков торопились успеть подготовить аппарат к запуску в 1960 году, хотя большинство инженеров считали такие сроки нереальными. Оптимальная дата запуска выпадала на 27 сентября, в марте было выдано задание на проведение подготовительных работ.
Станция имела цилиндрический корпус диаметром 1,05 метра, корпус был заполнен азотом под давлением 1,2 атмосферы. Внутри корпуса располагалась фотокамера, снимающая через иллюминатор, все остальные приборы - снаружи корпуса. В полукруглом куполе находился корректирующий двигатель КДУ-414 разработки Исаева, тягой 1,96 кН и работающий на гептиле и азотной кислоте.
Солнечные батареи имели площадь два квадратных метра. Двигатели ориентации на сжатом азоте по сигналу солнечного датчика разворачивали станцию батареями к солнышку. Связь станции с Землей осуществлялась посредством параболической антенны диаметром 2,33 метра, покрытой медной сеткой. Связь могла быть обеспечена только при ориентации антенны на Землю (в случае с аналогичной "Венерой-1" ориентация подвела и связь была потеряна). Для большей надёжности на солнечных батареях находились две крестообразные полунаправленные антенны, а на штанге магнитометра - всенаправленная антенна. Но связь через них могла быть установлена лишь недалеко от Земли.
Из научных приборов были: магнитометр для определения магнитного поля Марса, детекторы космической радиации, детектор микрометеоритов, инфракрасный радиометр для измерения температуры Марса, фотокамера и два спектрометра - инфракрасный и ультрафиолетовый.
Оптимальная дата запуска была 27 сентября. 20 сентября некоторые приборы были ещё на своих заводах, 27-го станцию собрали вместе, но испытания даже не начались. В ходе испытаний находились всё новые неполадки, их исправляли, разбирали, собирали, находились новые. Оптимальный срок прошёл, чтобы улететь в неоптимальный срок, надо было уменьшить массу. Сняли самые тяжёлые приборы - фотокамеру и оба спектрографа (инфракрасный спектрограф при испытаниях не смог обнаружить жизнь в Казахстанской степи).
На космодром аппарат 1М №1 прибыл 8 октября, запуск - 10 октября. Вместо Марса долетел до Сибири - авария третьей ступени. Её также готовили в спешке. С ещё не готовой и собираемой в такой же спешке ракетой проблем было не меньше, чем с межпланетными станциями. 12 октября аварию потерпела вторая станция, тоже по вине третьей ступени - на этот раз двигатель этой ступени просто не запустился.
Что интересно, в день второго запуска, 12 октября, Хрущёв выступал на собрании ООН в Нью-Йорке (знаменитая "речь с ботинком") и в его портфеле была модель станции 1М, которой он собирался размахивать, рекламируя достижения Советского Союза. Но добрая весть о запуске не пришла, и модель осталась в портфеле скрытой от публики. В советских источниках никакой информации об этих аппаратах нет, в современных тоже немного..
Программа «1М» должна была стать первой в мире экспедицией к другой планете, но потерпела неудачу вследствие отказа ракет-носителей. На межпланетную трассу вышла АМС "Венера-1" , которая по конструкции была аналогична аппаратам серии 1М, но у этой АМС связь с Землей была потеряна из-за нарушения работы блока ориентации остронаправленной параболической антенны.
В 1961 году на базе серии 1М было разработано второе поколение межпланетных станций, «2МВ»(Венера-Марс), масштабную модель которой я и имею желание изготовить.

 

[Дед Леня]

"Марс-1"

Марс-1 — советская автоматическая межпланетная станция второго поколения программы Марс. Одна из трёх АМС серии М-62.
Космический аппарат предназначался для проведения научных исследований Марса с пролётной траектории, передачи информации о межпланетном пространстве и о пространстве около Марса.
Станция разработана в ОКБ-1.
«Марс-1» — первый в истории космический аппарат, выведенный на траекторию полёта к Марсу.
Специально к запускам КА к Марсу был построен радиотехнический комплекс дальней космической связи. За траекторией полёта станции следил также телескоп Крымской астрофизической обсерватории диаметром 2,6 м.


Технические характеристики
Параметры «Марса-1»:
• масса 893,5 кг;
• длина 3,3 м;
• ширина с учетом солнечных батарей и радиаторов 4 м;
• диаметр орбитального отсека 1,1 м.

«Марс-1» содержал два герметических отсека:
• орбитальный с бортовой аппаратурой, обеспечивающей работу станции во время полёта к Марсу,
• планетный с научными приборами, предназначенными для исследования планеты Марс с близкого расстояния.
К орбитальному отсеку прикреплены: корректирующая двигательная установка с жидкостным ракетным двигателем, две панели солнечных батарей, два полусферических радиатора системы терморегулирования и антенны.
Система ориентации содержала датчики Солнца, звезды и планет (Земли и Марса), микродвигатели, работающие на сжатом азоте, а также гироскопические приборы и логические блоки. Большую часть времени в полёте поддерживалась ориентация на Солнце для освещения солнечных батарей.
Система связи содержала бортовую аппаратуру (частоты 186, 936, 3750 и 6000 МГц) и антенны (две всенаправленные, малонаправленную и параболическую остронаправленную). Система обеспечивала измерение параметров полёта, приём команд с Земли, передачу телеметрической информации.
Система терморегулирования обеспечивала тепловой режим станции. Каждый полусферический радиатор разделён на две части, в которых имеются различные наружные покрытия, нагреваемые Солнцем до различных температур. Внутри герметических отсеков станции находятся теплообменники, в которые, в зависимости от температуры, нагнетается жидкость из холодных и тёплых частей полусферических радиаторов. Система терморегулирования поддерживала стабильную температуру 15-30 °С[1].
Для коррекции траектории полёта космический аппарат был снабжен системой управления и корректирующей двигательной установкой.
Научные приборы
На «Марсе-1» установлены следующие научные приборы:
• фототелевизионная камера для получения снимков поверхности Марса,
• спектрорефлексометр для обнаружения органических покровов на поверхности Марса,
• спектрограф для изучения полос поглощения озона в атмосфере Марса,
• магнитометр для обнаружения магнитного поля Марса и измерения магнитных полей в межпланетном пространстве,
• газоразрядный и сцинтиляционный датчики для выявления радиационных поясов Марса и изучения спектра космического излучения,
• счетчики для изучения ядерной компоненты первичного космического излучения,
• радиотелескоп для изучения космического радиоизлучения в диапазоне волн 150 и 1500 метров,
• специальные датчики (ловушки) для регистрации потоков малоэнергетических протонов и электронов, а также концентрации положительных ионов вблизи Марса и в межпланетном пространстве,
• датчики для регистрации микрометеоритов.

Основные задачи АМС «Марс-1»:
• проведение длительных исследований космического пространства при полёте к Марсу,
• установление радиосвязи на межпланетном расстоянии,
• исследование Марса и околомарсианского космического пространства с пролётной траектории.

 

[Дед Леня]

Полёт
Изначально запуск был запланирован на срок до 29 октября 1962 года, но в т. н. «Чёрную субботу» 27 октября на пике Карибского кризиса на подготовленный для 9К78 с 2МВ-4 № 4 «Гагаринский старт» (равно как и на площадку № 31) была установлена дежурная боевая МБР Р-7А с 3-мегатонной термоядерной боевой частью[2]. В итоге запуск состоялся 1 ноября с космодрома Байконур при помощи 4-ступенчатой ракеты-носителя среднего класса «Молния».
Последняя четвертая ступень ракеты-носителя с космическим аппаратом была выведена на промежуточную орбиту искусственного спутника Земли и затем при повторном включении ракетного двигателя обеспечила старт и необходимое приращение скорости для полёта к Марсу. После отделения «Марса-1» от четвёртой ступени ракеты-носителя развернулись антенны, раскрылись панели солнечных батарей. Путём соответствующей ориентации всего космического аппарата, солнечные батареи были направлены на Солнце.
«Марс-1» успешно вышел на межпланетную траекторию, однако в одном из клапанов микродвигателей системы ориентации обнаружилась течь, как сообщалось в телеметрической информации, поступавшей с борта. Утечка газа приводила к отказу системы ориентации и потере аппарата. В связи с этим руководители полёта решили перевести АМС в режим стабилизации вращением, который обеспечил постоянное освещение солнечных панелей.
Но при таком режиме стабилизации параболическая антенна, используемая для связи на больших расстояниях, не направлена на Землю и невозможно провести коррекцию траектории полёта. Для этого необходим режим трёхосной ориентации.
К 5 ноября весь запас газообразного азота, являвшегося рабочим телом системы ориентации, был утерян.
Связь по дециметровой радиолинии проводилась через малонаправленную антенну. Сеансы связи со станцией осуществлялись как автоматически, так и по командам с Земли. Программа работы бортовых систем предусматривала автоматическое проведение сеансов связи с интервалом между ними в двое, пять и пятнадцать суток. Выбор интервала проводился по команде с Земли. Интервалы между сеансами были необходимы для зарядки буферного аккумулятора и для того, чтобы сеанс проходил в момент наилучшей радиовидимости станции, который повторялся каждые сутки. До 13 декабря станция работала в режиме регулярных двухсуточных сеансов, а затем в режиме пятисуточных сеансов. Каждый сеанс начинался с приёма телеметрической информации, содержащей результаты научных измерений и данные о состоянии станции. Затем по командам с Земли проводилось включение запоминающего устройства для воспроизведения полученной ранее информации. Получением телеметрической информации о состоянии станции в текущий момент заканчивался сеанс связи.
За первый месяц полёта было проведено 37 сеансов связи, передано более 600 команд, получена телеметрическая информация.
За время полёта космического аппарата «Марс-1» по межпланетной траектории с ним был проведён 61 сеанс радиосвязи. При этом был получен большой объём телеметрической информации, а на его борт передано более 3000 команд.
На дистанции 106 млн км от Земли 21 марта 1963 года состоялся последний сеанс связи с аппаратом. Затем связь была потеряна, но по тем временам это был рекорд дальности космической связи.
Исходя из расчёта движения станции по данным траекторных измерений, можно предполагать, что 19 июня 1963 года «Марс-1» осуществил неуправляемый пролёт на расстоянии около 193 тыс. км от Марса и продолжил полёт вокруг Солнца.

Результаты
Полёт «Марс-1» дал первые данные о физических свойствах космического пространства между орбитами Земли и Марса (на расстоянии от Солнца 1—1,24 а. е.), об интенсивности космического излучения, напряжённости магнитных полей Земли и межпланетной среды, о потоках ионизованного газа, идущего от Солнца, и о распределении метеорного вещества (космический аппарат пересёк 2 метеорных потока).

 

[Дед Леня]

В интернете найдены чертежи станции 2МВ, а также чертежи герметичных отсеков станции. Опираясь на данные чертежи, после их перевода в М1/35, я и начну изготовление данной модели.

 

[Дед Леня]

Работать с корпусом данной станции будет проще по причине того, что этот корпус идентичен с корпусом АМС "Венера2/4", модели которых уже стоят на стапеле. Подобраны материалы для работы.Поскольку все детали модели делаются из подручных материалов, то в качестве заготовки для корпуса взят контейнер от медпрепаратов, по внешнему диаметру одинаковый с масштабным размером корпуса модели. Штангелем размечены линии отреза заготовок от контейнера и при помощи микропилки произведена их обрезка.

 

[Дед Леня]

Набор дисков для донышек корпуса орбитального отсека и силового шпангоута с соединительным фланцем вырезаны циркульным резаком из листового пластика от доски для лепки пластилина и предварительно склеены в блоки. После чего произведена окончательная сборка заготовки корпуса орбитального отсека.

 

[Дед Леня]

Для облегчения работы с корпусом и правильной установки деталей при дальнейшей сборке станции в корпус орбитального отсека вклеена ось, выполненная из 5мм пластиковой вязальной спицы. Зажав ось в патрон шуруповерта, при помощи напильника и шкурки производим скругление кромок корпуса, после чего наклеиваем полоску из крышки от доширака в районе силового шпангоута. на ней в дальнейшем разместятся многочисленные соединительные разъемы электропроводки станции.

 

[Дед Леня]

Далее начинается процесс подбора схем и фото по оформлению торцевых крышек корпуса орбитального отсека и установке на корпус датчиков звездной и солнечной ориентации станции.

 

[Дед Леня]

С опорой на найденную в интернете информацию из листового пластика вырезаны заготовки для оформления верхней и нижней крышек корпуса орбитального отсека. Далее произведено оформление верхней и нижней крышек.

 

[Дед Леня]

Датчик точной звездной и солнечной ориентации выполнен из светодиода. Корпус данного датчика выполнен из пластиковой трубки фломастера и крышки, вырезанной из листового пластика. Для изготовления датчика постоянной солнечной ориентации понадобилась пластиковая вязальная спица Ф 5мм, листовой пластик и инъекционные иглы разного диаметра. Посадочные места датчиков притерты на шлифшкурке по корпусу орбитального отсека, после чего датчики вклеены на свои штатные места на корпусе.

 

[Дед Леня]

Соединительная вставка между орбитальным и специальным отсеками склеена в два слоя из развертки, вырезанной из 0,3мм листового пластика. После сушки во вставке просверлены отверстия под установку в них шаробаллонов высокого давления.

 

[Дед Леня]

Корпус спецотсека, имеющего несколько замысловатую форму, выполнен из листового пластика и эпоксилина в соответствии с найденным чертежом данного узла. После полимеризации эпоксилина произведена механическая обработка корпуса, размеры доведены до чертежных и на корпус вклеена соединительная вставка.

 

[Дед Леня]

А далее, с центровкой по оси, соединяем "на сухую" корпус орбитального отсека и корпус спецотсека.

 

[Дед Леня]

Заготовка для остронаправленной параболической антенны вырезана при помощи циркульного ножа из пластикового поделочного шара Ф120мм, приобретенного в "Леонардо".

 

[Дед Леня]

Далее заготовка обработана по торцу напильником и заматирована при помощи шкурки. Рисунок спиц раскрываемого зонтика антенны нанесен карандашом на поверхность сегмента, по рисунку резаком прорезаны канавки для укладки спиц зонтика. Спицы, выполненные из стальной проволоки Ф 0,7мм вклеены в прорезанные канавки. Провисы сетки антенны между спицами выполнены при помощи бор-машинки и шлифовальной головки. Центральная часть антенны закрыта диском, вырезанным из 0,5мм листового пластика, вся конструкция антенны закреплена на оси, изготовленной из вытяжной заклепки.

 

[Дед Леня]

Теперь антенну можно установить на корпус станции.

 

[Дед Леня]

Радиаторы системы терморегулирования станции представляют собой две полусферы, закрепленные на торцах панелей солнечных батарей. Поверхность полусфер окрашены в два цвета, что позволяет при облучении солнцем в одном сегменте радиатора иметь холодную жидкость, а в другом сегменте-горячую. По необходимости нагрева или охлаждения приборных отсеков станции берется жидкость из горячего или холодного сектора радиатора и прогоняется через теплообменник, расположенный в корпусе станции. Теплообменник обдувается потоком воздуха от вентилятора и снимает с него температурный градиент, передавая его приборам внутри отсека.

 

[Дед Леня]

Изготовление полусфер радиаторов системы терморегулирования станции производится методом термоформования листового пластика между матрицей и пуансоном. В качестве листового пластика взята пластина для лепки пластилина. Матрицей послужила крышка от флакона с шампунем, пуансоном-шарик Ф 25мм от дезодоранта. Зазор между матрицей и пуансоном позволяет формовать полусферу в чертежный размер модели.

 

[Дед Леня]

Технология термоформования довольно проста. Разогреваем над конфоркой электроплиты пластинку листового пластика, доведя ее до мягкого состояния. Затем быстрым движением укладываем пластинку на крышку и продавливаем ее шариком. В результате получаем пару заготовок.