АМС "Марс-3" серии М-71

[Дед Леня]

АМС "Марс-3" серии М-71

В данной теме речь пойдет о создании с "0" масштабной модели (М1/35) перелетного модуля и спускаемого аппарата автоматической межпланетной станции "Марс-3" серии М-71.

 

[Дед Леня]

АМС Марс-3

Производитель НПО им. Лавочкина

Задачи исследование Марса с орбиты и поверхности
Спутник Марса

Стартовая площадка Байконур

Ракета-носитель Протон-К/Блок Д

Запуск 28 мая 1971 18:26:30 МСК

Выход на орбиту ноябрь 1971 года
Сход с орбиты 23 августа 1972

NSSDC ID
1971-049A

SCN
05252

Технические характеристики
Масса 4625 кг (орбитальная станция: 3625 кг, автоматическая марсианская станция: 355 кг)
Элементы орбиты

Эксцентриситет
0,95548
Наклонение
60°
Период обращения
12,79 дней
Апоцентр
211 400 км
Перицентр
1500 км
Посадка на небесное тело 2 декабря 1971 13:52 UTC
MSD 34809 3:06 AMT
11 Libra 192 Дариский

Координаты посадки 45° ю. ш. 158° з. д.


Марс-3 — советская автоматическая межпланетная станция (АМС) четвёртого поколения космической программы «Марс». Одна из трёх АМС серии М-71. Марс-3 предназначена для исследования Марса как с орбиты, так и непосредственно на поверхности планеты. АМС состояла из орбитальной станции — искусственного спутника Марса и спускаемого аппарата с автоматической марсианской станцией.
Первая в мире мягкая посадка спускаемого аппарата на Марс и единственная в советской космонавтике. Передача данных с автоматической марсианской станции началась через 1,5 минуты после её посадки на поверхность Марса, но прекратилась через 14,5 секунд.

Технические характеристики
Масса АMC при запуске: 4625 кг
• Масса орбитальной станции при запуске: 3625 кг
• Масса спускаемого аппарата при запуске: 1000 кг
• Масса спускаемого аппарата при входе в атмосферу Марса: нет сведений из авторитетных источников
• Масса автоматической марсианской станции: 355 кг (после мягкой посадки на Марс)

 

[Дед Леня]

Конструкция
АМС «Марс-3» разработана в НПО имени С. А. Лавочкина, она состояла из орбитальной станции — искусственного спутника и спускаемого аппарата с автоматической марсианской станцией. Компоновку АМС предложил молодой конструктор В. А. Асюшкин. Система управления, массой 167 кг и потребляемой мощностью 800 ватт, разработана и изготовлена НИИ автоматики и приборостроения.
Основу орбитальной станции составлял блок баков главной двигательной установки цилиндрической формы. К этому блоку крепились панели солнечных батарей, параболическая остронаправленная антенна, радиаторы системы терморегулирования, спускаемый аппарат и приборный отсек. Приборный отсек представлял собой тороидальный герметичный контейнер, в котором размещались бортовой вычислительный комплекс, системы навигации и ориентации и прочее. Снаружи на приборном отсеке крепились приборы астронавигации.
Межпланетная станция оборудована системой космической автономной навигации, не имевшей аналогов в мире. В системе использовался оптический угломер. За 7 часов до прилета к Марсу прибор должен был провести первое измерение углового положения Марса относительно базовой системы координат. Данные измерений передавались в бортовой компьютер системы управления, который рассчитывал вектор третьей коррекции, необходимый для перевода станции на номинальную траекторию. По результатам расчетов система управления КА без вмешательства с Земли выдавала команды на выполнение коррекции.
Спускаемый аппарат представлял собой конический аэродинамический тормозной экран диаметром 3,2 метра и углом у вершины 120 градусов, закрывающий автоматическую марсианскую станцию (по форме близкую с сферической). Сверху на автоматической марсианской станции был прикреплён стяжными лентами тороидальный приборно-парашютный контейнер, содержавший в себе вытяжной и основной парашюты, и приборы, необходимые для обеспечения увода, стабилизации, осуществления схода с околомарсианской орбиты, торможения и мягкой посадки, и соединительная рама. На раме размещены твердотопливный двигатель перевода спускаемого аппарата с пролётной на попадающую траекторию и агрегаты системы автономного управления для стабилизации спускаемого аппарата после его расстыковки с орбитальной станцией. На борту спускаемого аппарата также был закреплён вымпел с изображением Государственного герба СССР. Перед полётом спускаемый аппарат был подвергнут стерилизации.
В состав автоматической марсианской станции входил марсоход ПрОП-М.
Полёт
Станция была запущена с космодрома Байконур при помощи ракеты-носителя «Протон-К» с дополнительной 4-й ступенью — разгонным блоком Д 28 мая 1971 года в 18:26:30 по московскому времени. В отличие от АМС предыдущего поколения, «Марс-3» был сначала выведен на промежуточную орбиту искусственного спутника Земли, а затем разгонным блоком Д переведён на межпланетную траекторию.

 

[Дед Леня]

Полёт к Марсу продолжался более 6 месяцев. 8 июня и в ноябре 1971 г. успешно проведены коррекции траектории движения. До момента сближения с Марсом полёт проходил по программе. Прилёт станции к планете совпал с большой пылевой бурей. 2 декабря 1971 г. проведена третья коррекцию траектории. Коррекция была выполнена с помощью бортовой автоматики без использования наземных средств. Система автономной астрориентации станции обеспечила ее ориентацию и определила положение станции относительно Марса. Полученные данные были автоматически введены в бортовую электронно-вычислительную машину, которая рассчитала величину и направление корректирующего импульса и выдала необходимые команды для проведения коррекции. После проведения третьей коррекции станция вышла на тректорию, проходящую на расстоянии 1500 км от поверхности Марса.
Спускаемый аппарат станции «Марс-3» совершил первую в мире мягкую посадку на поверхность Марса 2 декабря 1971 года. Посадка начинается после третьей коррекции межпланетной траектории полета и отделения спускаемого аппарата от орбитальной станции. Перед отделением станция «Марс-3» была сориентирована так, чтобы спускаемый аппарат после отделения мог двигаться в требуемом направлении. Отделение произошло в 12 часов 14 минут московского времени 2 декабря, когда АМС подлетала к планете, до торможения орбитальной станции и перехода её на орбиту спутника Марса. Через 15 минут сработал твердотопливный двигатель перевода спускаемого аппарата с пролётной траектории на траекторию встречи с Марсом. Получив дополнительную скорость, равную 120 м/с (432 км/ч), спускаемый аппарат направился в расчётную точку входа в атмосферу. Затем система управления, размещённая на ферме, развернула спускаемый аппарат коническим тормозным экраном вперёд по направлению движения, чтобы обеспечить правильно ориентированный вход в атмосферу планеты. Для поддержания спускаемого аппарата в такой ориентации во время полёта к планете была осуществлена гироскопическая стабилизация. Раскрутка аппарата по продольной оси проводилась с помощью двух малых твердотопливных двигателей, установленных на периферии тормозного экрана. Ферма с системой управления и двигателем перевода, ставшая теперь ненужной, была отделена от спускаемого аппарата.
Полёт от разделения до входа в атмосферу продолжался около 4,5 часов. По команде от программно-временного устройства были включены два других твердотопливных двигателя, также расположенных на периферии тормозного экрана, после чего вращение спускаемого аппарата прекратилось. В 16 часов 44 минуты спускаемый аппарат вошёл в атмосферу под углом, близким к расчётному, со скоростью около 5,8 км/с, и началось аэродинамическое торможение. В конце участка аэродинамического торможения ещё на сверхзвуковой скорости полёта по команде датчика перегрузки с помощью порохового двигателя, расположенного на крышке отсека вытяжного парашюта, был введен вытяжной парашют. Спустя 1,5 с с помощью удлинённого заряда разрезался торовый парашютный отсек, и верхняя часть отсека (крышка) была уведена от спускаемого аппарата вытяжным парашютом. Крышка, в свою очередь, ввела основной парашют с зарифленным куполом. Стропы основного парашюта крепились за связку твердотопливных двигателей, которые уже крепились непосредственно к спускаемому аппарату.
Когда аппарат затормозился до околозвуковой скорости, то по сигналу от программно-временного устройства была проведена разрифовка — полное раскрытие купола основного парашюта. Спустя 1—2 с был сброшен аэродинамический конус и открылись антенны радиовысотомера системы мягкой посадки. За время спуска на парашюте в течение нескольких минут скорость движения снизилась примерно до 60 м/с (216 км/ч). На высоте 20—30 метров по команде радиовысотомера был включён тормозной двигатель мягкой посадки. Парашют в это время был уведён в сторону другим ракетным двигателем, чтобы его купол не накрыл автоматическую марсианскую станцию. Спустя некоторое время двигатель мягкой посадки выключился, и спускаемый аппарат, отделившись от парашютного контейнера, опустился на поверхность. При этом парашютный контейнер с двигателем мягкой посадки с помощью двигателей малой тяги был уведён в сторону. В момент посадки толстое пенопластовое покрытие защитило станцию от ударной нагрузки. Посадка была осуществлена между областями Электрида и Фаэтонтия. Координаты точки посадки 45° ю. ш. 158° з. д. на плоском дне крупного кратера Птолемей, западнее кратера Реутов, и между малыми кратерами Белёв и Тюратам[3].
Мягкая посадка на Марс является сложной научно-технической задачей. Во время разработки станции «Марс-3» рельеф поверхности Марса был изучен слабо, сведений о грунте было крайне мало. Кроме того, атмосфера очень разрежена, возможны сильные ветры. Конструкция аэродинамического конуса, парашютов, двигателя мягкой посадки выбраны с учётом работы в широком диапазоне возможных условий спуска и характеристик марсианской атмосферы, причём их вес минимальный.
В течение 1,5 минут после посадки автоматическая марсианская станция готовилась к работе, а затем начала передачу панорамы окружающей поверхности, но через 14,5 секунд трансляция прекратилась. АМС передала только первые 79 строк фототелевизионного сигнала (правый край панорамы). Полученное изображение представляло собой серый фон без единой детали.
Впоследствии предполагали различные причины внезапного прекращения сигнала с поверхности: опасная горизонтальная скорость при посадке («Марс-3» вошел в атмосферу во время всепланетной пыльной бури, когда скорость ветра вблизи поверхности, по данным «Маринера-9», составляла более 140 метров в секунду), коронный разряд в антеннах передатчика, повреждение аккумуляторной батареи.
Орбитальная станция после отделения спускаемого аппарата выполнила 2 декабря 1971 года торможение и вышла на нерасчётную орбиту искусственного спутника Марса с периодом обращения 12 суток 16 часов 3 минуты (планировалась орбита с периодом обращения 25 часов. Расхождение фактического и запланированного периода обращения можно объяснить недостатком времени, который не позволил надлежащим образом оттестировать программное обеспечение системы автоматической навигации).
23 августа 1972 года ТАСС сообщил о завершении программы полёта. Станция свыше 8 месяцев осуществляла комплексную программу исследования Марса. За это время станция совершила 20 оборотов вокруг планеты. АМС продолжала исследования до исчерпания азота в системе ориентации и стабилизации.
В 2002 году в журнале «Космические исследования» опубликована статья, в которой о работе «Марс-3» на околомарсианской орбите указано следующее: «В течение четырёх месяцев проводились ИК-радиометрия, фотометрия, измерения состава атмосферы, магнитного поля и плазмы».
Разработчики фототелевизионной установки (ФТУ) использовали неправильную модель Марса, из-за чего были выбраны неверные выдержки. Снимки получались пересветлёнными, практически полностью непригодными. После нескольких серий снимков (в каждой по 12 кадров) фототелевизионная установка не использовалась.
Поиск места посадки
В рамках выполнения программы полета Mars Reconnaissance Orbiter проводились попытки найти место посадки аппарата «Марс-3», наряду с поисками других марсианских автоматических станций, запущенных человечеством в XX веке. Долгое время станцию не удавалось обнаружить в предполагаемых координатах посадки. В 2012—2013 годах любители космонавтики во главе с известным блогером и популяризатором космических исследований Виталием Егоровым (Zelenyikot) произвели визуальный просмотр и анализ снимков высокого разрешения предполагаемой зоны посадки станции, которые были сделаны в 2007 году спутником Mars Reconnaissance Orbiter. В результате были выявлены объекты, являющиеся элементами спускаемого аппарата «Марс-3». На снимках были идентифицированы автоматическая марсианская станция, парашют, двигатель мягкой посадки и аэродинамический тормозной экран. В поисках им помогали специалисты НАСА, ГЕОХИ, РКС, НПО им. Лавочкина.
Интересные факты
• Большая пылевая буря началась 22 сентября 1971 года в светлой области Noachis в южном полушарии. К 29 сентября охватила двести градусов по долготе от Ausonia до Thaumasia. 30 сентября закрыла южную полярную шапку. Мощная пылевая буря затрудняла научные исследования поверхности Марса с искусственных спутников «Марс-2», «Марс-3», «Маринер-9». Только около 10 января 1972 года пылевая буря прекратилась и Марс принял обычный вид.
• Прототипом системы управления являлась вычислительная система лунного орбитального корабля, ядром которой была БЦВМ С-530 на элементах типа «Тропа».

 

[Дед Леня]

В качестве базы использована типовая межпланетная автоматическая станция серии М-71, используемая для изучения Венеры и Марса, с внесенными в нее, необходимыми для монтажа нового оборудования, изменениями. Поэтому придумывать что-то новое при изготовлении корпуса спутника не пришлось, а были использованы наработки, полученные при изготовлении корпуса станции "Венера-15". Из листового пластика вырезаны заготовки и склеен конус приборного отсека, из эпоксидки по мастер-модели отлиты заготовки торового приборного контейнера, для корпуса подобраны баночки от мед-препаратов.

 

[Дед Леня]

Далее с помощью перфорированной сверлом полоски пластика продолжено оформление экстерьера корпуса приборного отсека.

 

[Дед Леня]

Аэродинамический тормозной конус вырезан из листового 0,5мм пластика по расчетным размерам развертки конуса и склеен в три слоя. По кромке конуса и на внутреннюю его поверхность наклеены кольцеобразные элементы усиления конструкции.

 

[Дед Леня]

Вершина конуса залита эпоксидкой, после полимеризации которой произведена механическая обработка вершины конуса с целью придания ей плавнообтекаемого вида.

 

[Анатолий Егоров]

На всякий случай. В книге Маров М.Я., Хантресс У.Т. - Советские роботы в Солнечной системе. Технологии и открытия - 2013 вот так написано про "Венера-9":

Орбитальный модуль. В основе орбитального аппарата (рис. 14.2)
лежала космическая станция М-71. Его цилиндрический корпус был'
образован из баков, заполненных несимметричным диметилгидразином
(НДМГ) и азотным тетроксидом в качестве топлива. Диаметр
аппарата (110 см) был меньше диаметра его марсианской версии (180 см),
а длина его была на 1 м меньше.

 

[Анатолий Егоров]

В английской версии Wesley T. Huntress - Soviet Robots in the Solar System Mission Technologies and Discoveries - 2011 также

 

[Дед Леня]

Спасибо за данные по размерам. В дальнейшей работе пригодится, проверю в масштабе все найденные рисунки станции в привязке к этим размерам.

 

[Дед Леня]

Работа над моделью продолжается.
То, что я ранее принимал за торовый топливный бак, оказалось торовым приборным отсеком станции, а топливные баллоны оказались спрятанными в цилиндрической части корпуса станции. (Век живи, век учись...)
Из листового пластика после разметки и сверления вырезана имитация фланцевого соединения половинок тора приборного отсека и произведена склейка корпуса. Имитация болтов выполнена из медного эмальпровода.

 

[Дед Леня]

Из литых заготовок из эпоксидки выточены две половинки торового парашютного контейнера основного парашюта спускаемого аппарата АМС "Марс-3". Для их изготовления потребовалась электрическая дрель (в качестве привода), болтовая оправка для закрепления детали в патроне дрели , нож в качестве резца и шкурка для окончательной обработки детали. После обработки детали по внешнему контуру ножом на дрели были прорезаны внутренние перемычки, а затем место разреза доработано вручную шкуркой.

 

[Дед Леня]

Соединительные фланцы парашютного контейнера выполнены из листового пластика. После разметки, сверления и обрезки фланца все детали соединены с помощью клея в единое целое.

 

[Дед Леня]

На торе парашютного отсека хорошо видны контуры выступающего обтекателя, прикрывающего двигатель мягкой посадки спускаемого аппарата. Для изготовления данного обтекателя потребовалась вязальная спица Ф6мм, из которой после нагрева и формования на круглой оправке подходящего диаметра были вырезаны две заготовки. Заготовки подверглись дальнейшей обработке напильником и шкуркой, после чего наклеены на корпус.

 

[Дед Леня]

Шар спускаемого аппарата станции выполнен из деревянной бусины Ф40мм с последующей обточкой в патроне дрели в соответствии с масштабным эскизом.

 

[Дед Леня]

После чего произведена предварительная сборка и продолжено оформление обтекателей двигателя мягкой посадки-наклеены ребра жесткости, нарезанные из пластиковой "лапши".

 

[Дед Леня]

На корпусе парашютного отсека также заметными , выделяющимися деталями является двигатель ввода вытяжного парашюта станции и контейнер с научными приборами. Контейнер изготовлен из корпуса от фломастера, листового пластика, литника и медной проволоки, имитирующей болтовое крепление крышки. Двигатель ввода выполнен из вязальной спицы, листового пластика и литника. Данные узлы установлены на клею на свои штатные места.

 

[Дед Леня]

Орбитальный модуль. В основе орбитального аппарата (рис. 14.2)
лежала космическая станция М-71. Его цилиндрический корпус был'
образован из баков, заполненных несимметричным диметилгидразином
(НДМГ) и азотным тетроксидом в качестве топлива. Диаметр
аппарата (110 см) был меньше диаметра его марсианской версии (180 см),
а длина его была на 1 м меньше.

Попытался проверить истинность размеров, опубликованных выше, дополнительно сопоставив их к известным из публикаций размерам аэродинамического тормозного конуса (3,2м), размерам торового парашютного контейнера спускаемого аппарата (1,8м) размерам зеркала остронаправленной параболической антенны. Для проверки были взяты фото родоначальника станций серии М-71 -АМС М-71С, фото марсианской станции.

В итоге вышел на размер цилиндра в 1,1м, обнаружил еще одну цилиндрическую ступеньку размером в 1,26м, но размера цилиндра в1,8м на марсианских станциях не проглядывается никак.
Диаметр венерианских станций лежит в размерах цилиндра в 1,1м (встречал в википедии запись о диаметре в 600мм -бред), длина цилиндра короче, но менее , чем на 1м.

В дальнейшей работе буду все-таки руководствоваться фото станций, переводя снятые с них размеры в масштаб.

 

[Дед Леня]

В связи с найденными новыми данными по конструкции перелетного аппарата станции добавлена еще одна ступень повышенного диаметра на цилиндр станции. Наращивание диаметра произведено последовательной наклейкой полосок полистирола от крышек от "Доширака"до получения необходимого диаметра с последующим зашкуриванием поверхности.