Есть ли жизнь на Марсе?

США выбрали «окно» для запусков в 1975 г. с целью начать исследования возможности жизни на Марсе. После выхода на сильновытянутую эллиптическую орбиту вокруг Марса АМС «Викинг-1» начала телевизионный поиск возможных мест посадки. Детальное изучение первоначально предполагаемого района посадки показало его неприемлемость, и потребовалось 16-суточное маневрирование на орбите, прежде чем удалось найти подходящее место.

После того как было принято решение о посадке на Равнину Хриса, от спутника отделился спускаемый аппарат, на котором был включен тормозной двигатель для перехода на траекторию входа в атмосферу. Тепловой экран, парашют и посадочные ракетные двигатели уменьшили скорость снижения аппарата, который совершил мягкую посадку 20 июля 1976 г. Посадочный аппарат АМС «Викинг-2» совершил посадку через несколько недель на Равнину Утопии с целью начать координированные исследования поверхности планеты.

Панорамный обзор мест посадки показал, что они представляют собой усыпанные камнями пустыни цвета ржавчины. Небо было почти розового цвета из-за высокой концентрации пыли в воздухе. В составе воздуха было обнаружено 95% углекислого газа, 2,7% азота и признаки наличия аргона, кислорода и водяного пара.

На изображениях мест посадки не было обнаружено никаких признаков растительности, а газовый хроматограф, предназначенный для определения состава грунта, не выявил никаких сложных органических молекул. Правда, этот прибор не был рассчитан не решение такой задачи и его уровень чувствительности позволял определять только более миллиона бактерий в одном кубическом сантиметре. В составе грунта было обнаружено: 15-20% кремния, 14% железа, кальций, алюминий, сера, титан, магний, цезий и калий.

Для исследования возможности жизни на Марсе были запланированы три эксперимента на каждом посадочном аппарате, которые заключались в попытке инкубации живых организмов грунта при искусственном воздействии солнечного света, воды и питательных веществ.

Каждый эксперимент проводился несколько раз при существенно различных условиях, например: при искусственном солнечном свете и без него, с поверхностным грунтом и с грунтом из-под камня, экранирующего ультрафиолетовое излучение Солнца; с необработанным грунтом и предварительно стерилизованным при температуре 175°С в течение нескольких часов.

Результаты экспериментов приводили в замешательство. Из необработанного грунта при воздействии искусственного солнечного света и воды выделилось некоторое количество углекислого газа, но еще больше кислорода. Без солнечного света или с предварительной стерилизацией грунта результат практически не изменился. Высвобождение газов могло быть прекращено, если температура превышала 120°С. Поскольку в почве не было обнаружено никаких органических соединений (в диапазоне чувствительности приборов), в лучшем случае можно было сделать вывод, что наблюдаемые реакции, вероятно, были химическими и обусловлены наличием в грунте сильного окислителя, такого, как перекись водорода. Однако, поскольку ни один набор результатов не может быть в точности воспроизведен в лабораторных условиях, еще остается некоторая вероятность наличия примитивной, но экзотической формы жизни на Марсе.

Исследования возможности жизни на Марсе продолжаются в направлении поиска наилучшего способа проведения операции возвращения образцов марсианского грунта. По-видимому, такая операция позволит ответить на вопрос о наличии жизни на Марсе.

Меркурий

США распространили свои исследования Солнечной системы за пределы орбиты Марса и ближе к Солнцу от орбиты Венеры. К Меркурию впервые отправилась АМС «Маринер-10», первоначально посланная к Венере в 1973 г. Когда она миновала Венеру, ее траектория была сильно изменена в направлении к Солнцу. 29 марта 1974 г. космический аппарат достиг своей основной цели, планеты Меркурий, пройдя на расстоянии 690 км от ее теневой поверхности. Это расстояние было выбрано с таким расчетом, чтобы «Маринер-10» встретился с Меркурием по крайней мере еще один раз. Запас топлива был достаточным для проведения коррекций траектории и управления ориентацией из расчета на три встречи с Меркурием с промежутками в шесть месяцев. Во время каждого пролета проводились исследования поверхности планеты. В атмосфере Меркурия были найдены следы аргона, неона и гелия в триллион раз меньшем количестве, чем на Земле. Диапазон температур поверхности от 510 до -210°С, напряженность магнитного поля 1% земного, а масса планеты 6% массы Земли. Это позволяет предполагать, что Меркурий, подобно Земле, имеет огромное железное ядро диаметром 1600 км, находящееся близко к поверхности. Изображения самой поверхности показали, что она, подобно Луне, покрыта кратерами, но в отличие от Луны имеет отвесные скалы, простирающиеся на сотни километров, иногда пересекая более старые образования рельефа. Эти скалы, возможно, являются складками, образовавшимися при сжатии поверхности во время остывания ядра миллиарды лет назад.

Другие планеты

Исследования планет внешней Солнечной системы были начаты в 1972 г. с запуска аппарата «Пионер-10». Такие операции требуют длительного времени полета в пространстве, где солнечный свет слишком слаб, чтобы его можно было использовать для выработки электроэнергии, необходимой для функционирования бортовых систем космического корабля. Было принято техническое решение скомпоновать космический аппарат вокруг большой параболической антенны с питанием от радиоизотопных термоэлектрических генераторов. Расход топлива на управление ориентацией поддерживался на минимальном уровне за счет стабилизации вращением со скоростью 5 об/мин, причем ось вращения и ось антенны направлены на Землю.

«Пионер-10» был направлен к Юпитеру в путешествие протяженностью 1 млрд. км, которое должно было продлиться 21 мес. Примерно через 180 сут полета аппарат вошел в пояс астероидов между Марсом и Юпитером, но прошел через него невредимым. Этап встречи с Юпитером продолжался 2 мес, причем максимальное приближение к планете составляло 130 300 км и состоялось 3 декабря 1973 г. (по времени США). Пролетая мимо самой большой из планет, «Пионер-10» передал свыше 300 изображений с умеренным разрешением Юпитера и его спутников. Под действием гравитационного поля Юпитера аппарат вышел на траекторию, которая пересечет орбиту Плутона в 1987 г., и «Пионер-10» станет первым созданным руками человека объектом, покинувшим Солнечную систему. Через 8 млн. лет он достигнет точки Вселенной, где сейчас находится звезда Альдебаран.

«Пионер-11», запущенный годом позже, пролетел на расстоянии 42 940 км от Юпитера в декабре 1974 г. и испытал аналогичное воздействие его гравитационного поля. Однако на этот раз аппарат вышел на гигантскую дугу, отходящую на 160 млн. км выше плоскости Солнечной системы, двигаясь по которой аппарат должен был встретиться с Сатурном.

«Пионер-10» и «Пионер-11» впервые передали изображения Юпитера крупным планом и в полной мере испытали силу его радиационных полей. Было установлено, что интенсивность радиационных поясов Юпитера в 10 000 раз выше интенсивности околоземных радиационных поясов, а его пульсирующее магнитное поле, которое может простираться до орбиты Сатурна, генерируется сильным круговым током и множеством небольших вихрей в глубине планеты.

«Пионер-11» пролетел на расстоянии около 34 000 км от основной системы внешних колец Сатурна 1 сентября 1979 г. и передал ценную информацию о строении этой системы, которая простирается почти на 100 000 км от планеты.

Название «Пионер» как нельзя лучше подходит к обоим космическим аппаратам, поскольку на них возлагалась задача проложить путь для будущих более крупных аппаратов, конструкция которых будет зависеть от микрометеоритной обстановки и напряженности околопланетных радиационных полей.

С аппаратов «Пионер» были получены изображения облачного покрова Юпитера и Сатурна. Ожидалось, что стабилизирующее вращение аппаратов обеспечит получение характерных изображений. Это эффективный, но медленный процесс. Значительно более качественные изображения поступили во время пролета Юпитера аппаратами «Вояджер-1» и «Вояджер-2» в 1979 г. Передача изображений началась за 80 сут до встречи с планетой и за 10 суток до максимального приближения их качество было лучше, чем у всех изображений, полученных с аппаратов «Пионер». «Вояджер-1» пролетел на расстоянии около 286 000 км от Юпитера, «Вояджер-2» - около 643 000 км, двигаясь по более безопасной траектории, позволяющей избежать наиболее интенсивного радиационного воздействия. С помощью этих аппаратов были переданы поистине потрясающие виды облачного покрова планеты. Атмосфера Юпитера оказалась турбулентной с постоянно меняющимися массами красного, оранжевого, желтого, коричневого и синего цветов. Полосы, взаимодействуя и смешиваясь, сужались и расширялись, сливались и расходились. Вихри захватывали друг друга, иногда меняя направление вращения и перемещения. Большое красное пятно, единственная стабильная особенность внешнего вида планеты, казалось неподвижным и было похоже на сердцевину зернистой структуры, окруженную массой облаков, вращающихся против часовой стрелки.

Съемочные камеры также были направлены на четыре подобные планетам спутника Юпитера из водяного льда и камня, каждый из которых оказался совершенно непохожим на остальные: Каллисто, на поверхности которого наблюдается образование от удара, окруженное восемью-десятью концентрическими кольцами, напоминающими замерзшие волны, размером около 1000 км в поперечнике; Европа - спутник оранжевого оттенка без каких-либо особенностей, за исключением огромных трещин, распространяющихся подобно лучам на многие сотни километров в самых различных направлениях; Ганимед - голубой и коричневый ледяной мир со странными яркими белыми пятнами и наконец Ио - это спутник совсем другого типа. Он движется по орбите внутри тора из сильноионизированной серной плазмы, который присоединен к Юпитеру трубкой электромагнитного потока напряжением 400 000 В и силой тока 1 000 000 А, которая непрерывно бомбардирует плазменный тор частицами высокой энергии. На основе информации от «Вояджеров» было установлено, что спутник Ио сравнительно молодой, на нем нет воды, отсутствуют кратеры, но имеется по крайней мере восемь активно действующих вулканов. Его гладкая поверхность покрыта желтыми и красноватыми пятнами с белыми вкраплениями и черной рябью. По масштабу вулканической деятельности можно судить, что поверхность спутника обновляется каждый миллион лет.

При отлете «Вояджера-1» от Юпитера съемка с длительной экспозицией впервые показала наличие системы бледных колец, внешняя граница которой располагается на расстоянии 57 000 км выше облаков.

После пролета Юпитера оба аппарата «Вояджер» вышли на траектории полета к Сатурну для исследования с близкого расстояния системы его колец и пролета «Вояджера-1» 11 ноября 1980 г. на расстоянии 4030 км от его наиболее крупного спутника Титан. Было установлено, что основной составляющей атмосферы Титана является азот, а не метан, как предполагалось ранее. Среди других поразительных открытий, такие, как витое кольцо F вокруг Сатурна, темные образования, подобные спицам, в кольце В, сложная система вихрей в делении Кассини, узкое кольцо в делении Энке, а также шесть новых спутников Сатурна, благодаря чему общее число известных спутников планеты увеличилось до 23. После встречи с Сатурном траектория полета «Вояджера-2» может измениться таким образом, что аппарат пройдет вблизи Урана в январе 1986 г., а затем встретится с Нептуном в сентябре 1989 г. Последние сигналы с обоих аппаратов могут быть приняты из межзвездного пространства далеко за пределами Солнечной системы на расстоянии 15 млрд. км спустя 30 лет после их запуска. В 1985 г. при условии достаточных бюджетных ассигнований НАСА надеется осуществить запуск для выполнения комбинированной задачи выхода на орбиту и зондирования атмосферы Юпитера по проекту, получившему название «Галилео». Космический аппарат предполагается запустить из грузового отсека космического корабля «Шаттл», используя буксир IUS в двухступенчатом варианте вместо предполагаемой вначале верхней ступени «Центавр». Планируется глубокое проникновение спускаемого аппарата массой 250 кг в атмосферу Юпитера. Второй аппарат должен выйти на орбиту вокруг Юпитера и в течение последущих 20 мес совершать маневрирующий полет с использованием гравитационных сил для проведения исследований основных спутников планеты.

В 1983 г. предполагался запуск еще одной пары космических аппаратов по международной программе. После пролета Юпитера в мае 1984 г. аппараты изменят курс в направлении Солнца и полетят по противоположным траекториям (гигантским эллипсам, являющимся зеркальным отражением друг друга): один аппарат со стороны северного, другой - со стороны южного полюсов Солнца. На этих траекториях, лежащих вне плоскости эклиптики (плоскость, в которой располагаются орбиты всех планет), аппараты разойдутся на максимальное расстояние 4,5 а.е. перед пролетом над солнечными полюсами. Затем аппараты пересекут плоскость эклиптики, пролетят над противоположными полюсами и снова встретятся у орбиты Юпитера. Однако НАСА отказалось от этого проекта из-за финансовых затруднений, «предоставив возможность» Европейскому космическому агентству (ЕСА) продолжать работы в одиночестве, с одним космическим аппаратом.

В перспективе рассматриваются и другие операции. Впечатляющее возвращение кометы Галлея в 1986 г., даст возможность послать к ней АМС, а с нее зонды, которые пройдут сквозь ядро кометы. В конце концов более крупные и сложные аппараты исследуют все планеты Солнечной системы и их спутники, а также астероиды всех размеров и форм. Эти исследования дадут более глубокие знания о крошечном уголке Вселенной, населенном людьми, и откроют путь к звездам.

11. Человек на Луне Р.Льюис (США)

В соответствии с программой «Аполлон» в период 1969 - 1972 гг. к Луне было направлено девять экспедиций. Шесть из них закончились высадкой двенадцати астронавтов на поверхность Луны на территории от Океана Бурь на западе до хребта Тавр на востоке. Задачи двух первых экспедиций ограничивались полетами по селеноцентрическим орбитам, а высадка астронавтов на поверхность Луны в одной из экспедиций была отменена из-за взрыва кислородного бачка для топливных элементов и системы жизнеобеспечения, происшедшего через двое суток после старта с Земли. Поврежденный космический корабль «Аполлон-13» совершил облет Луны и благополучно вернулся на Землю.

Подобно плаваниям в прошлом, предпринимаемым с единственной целью - сделать какое-либо открытие, лунные экспедиции также не являлись частью плана систематических исследований. Изучение Луны с помощью пилотируемых космических аппаратов было закончено после шестой успешной высадки астронавтов на ее поверхность с корабля «Аполлон-17» в декабре 1972 г. В послании конгрессу 25 мая 1961 г. президент Дж. Кеннеди заявил: «Я верю, что наша нация может взять на себя обязательство достичь поставленной цели - высадить человека на поверхность Луны и благополучно вернуть его на Землю в этом десятилетии». Эта декларация привела к оживлению медленно развертывающихся исследований космоса в США и активизации поддержки этих работ со стороны общественности и конгресса.

Спустя три недели после своего послания конгрессу президент Кеннеди призвал к ускорению работ для осуществления Соединенными Штатами задачи - первыми высадить человека на Луну.

В 1958 г., когда только приступили к работам по программе «Меркурий», это была отдельная самостоятельная программа. Но в связи с появлением проекта высадки человека на Луну программа «Меркурий» стала рассматриваться как первый шаг на пути создания космического корабля для этой цели. Наиболее отработанной была вторая модель такого корабля «Джемини». Состоявший из двух отсеков, «Джемини», масса которого (3790 кг) вдвое превышала массу «Меркурия», мог вывести на орбиту экипаж из двух человек. В головном отсеке размещались астронавты, а также парашюты системы приземления, в хвостовом - двигательная установка, которая позволяла экипажу осуществлять маневры корабля в космическом пространстве. Непосредственно перед приземлением отсек экипажа отделялся от двигательного отсека. Возникающая при сверхзвуковых скоростях полета в атмосфере небольшая аэродинамическая подъемная сила, а также смещение центра масс аппарата позволяли удлинить траекторию спуска до 322 км.

В период с 23 марта 1965 г. по 11 ноября 1966 г. было осуществлено десять запусков космических кораблей «Джемини». Во время этих полетов астронавты учились работать в открытом космосе, выполнять маневры по сближению кораблей, осуществлять на орбите стыковку с ракетой «Аджена», проводить научные эксперименты. Астронавты майор Ф. Борман и капитан-лейтенант ВМФ Дж. Ловелл находились в полете на борту «Джемини-7» две недели (4 - 18 декабря 1965 г.). Полет продемонстрировал, что тренированный экипаж способен безболезненно перенести состояние невесомости в течение времени, требуемого для путешествия на Луну.

Работы по программе «Джемини», оказавшейся промежуточным этапом между программами «Меркурий» и «Аполлон», позволяли провести тренировочные полеты в космос с целью отработки маневров, которые потребуются при встрече космических аппаратов на селеноцентрической орбите, являющейся необходимой операцией при осуществлении предложенного Дж. Хуболтом (специалистом из НАСА) способа доставки человека на Луну. Именно этот способ был принят специалистами НАСА в качестве основного в июне 1962 г. после того, как два других - прямой перелет с поверхности Земли на поверхность Луны, а также полет с промежуточной стыковкой на околоземной орбите - были отклонены.

Способ доставки человека на Луну с расстыковкой и стыковкой космических аппаратов на селеноцентрической орбите оказался наиболее экономичным. При этом предполагалось, что на околоземной орбите никаких операций проводиться не будет и космический аппарат сразу будет выведен на селеноцентрическую орбиту. В то время как один из астронавтов будет оставаться в основном блоке, совершая полет вокруг Луны, два других астронавта в лунной кабине достигнут лунной поверхности. Закончив здесь все работы, астронавты во взлетной ступени лунной кабины вернутся на селеноцентрическую орбиту. Для возвращения на Землю они проведут сближение и стыковку с основным блоком корабля «Аполлон».

Расчет массы, которая должна доставляться к Луне (50 т), показал, что мощности ракеты-носителя «Сатурн-5» будет достаточно для практического осуществления доставки человека на Луну с использованием операций на селеноцентрической орбите. В 1962 г. в Центре космических полетов им. Маршалла (Хантсвилл, шт. Алабама) успешно проводились работы по созданию семейства ракет-носителей «Сатурн».

Разработка ракет-носителей «Сатурн» под руководством известного немецкого специалиста В. фон Брауна проводилась тем же коллективом конструкторов, который во время второй мировой войны работал над созданием боевых ракет в Пенемюнде. Работая после эмиграции из Германии в Америку по заданию Управления баллистических ракет армии США в арсенале «Редстоун» и в Центре им. Маршалла, Браун с сотрудниками разработали ракеты-носители «Юпитер-С» и «Редстоун».

Ракета-носитель «Юпитер-С» («Юнона -1») вывела на орбиту первый американский искусственный спутник Земли «Эксплорер-1», а ракета-носитель «Редстоун» - два первых космических корабля «Меркурий».

27 октября 1961 г. ракета «Сатурн- 1», первая из семейства ракет-носителей «Сатурн», успешно прошла летные испытания. Не было ни одного неудачного запуска ракет этого семейства. Тяга двигателя первой ступени постепенно наращивалась от 580 тс («Сатурн-1») до 680 тс («Сатурн -1В»), а затем и до 3400 тс у предназначенной для полета на Луну ракеты-носителя «Сатурн-5».

Разработка в 60-е годы кислородно-водородных двигателей обеспечила создание высокоэнергетических верхних ступеней ракеты-носителя «Сатурн». Ракета S -4В с кислородно-водородным двигателем J-2 (тяга 102 тс) стала второй ступенью «Сатурна- 1В» и третьей ступенью «Сатурна-5». Второй ступенью «Сатурна-5» стала ракета J-2 с пятью двигателями J -2.

Во время проведения испытаний 5 июля 1966 г. с помощью ракеты «Сатурн- 1В» на околоземную орбиту высотой 188 км был выведен полезный груз массой 26,5 т - первый блок космического корабля «Аполлон». Для доставки на поверхность Луны более тяжелого полезного груза, включающего лунную кабину, потребовалась более мощная ракета-носитель «Сатурн-5»