Ruský projekt FOBOS-GRUNT

Po dlouhé době Rusko připravuje vyslání své vlastní kosmické sondy pod označením FOBOS-GRUNT a jejím hlavním úkolem bude dopravit na Zemi vzorky horniny, odebrané z povrchu Marsova měsíce Phobos. Vědecké informace o měsíci budou získány jednak z větší vzdálenosti během režimu přibližování sondy, a také v průběhu detailního průzkumu po přistání sondy na jeho povrchu. Mezi nejdůležitější úkoly sondy patří:

studium fyzikálně-chemických parametrů hornin na povrchu měsíce Phobos

studium vnitřní stavby měsíce

určení přesných orbitálních parametrů měsíce

určení rotačních parametrů měsíce (perioda rotace, sklon rotační osy apod.)

odběr vzorků horniny a jejich doprava na Zemi

studium prostředí v okolí dráhy planety Mars (magnetické pole, detekce prachových částic a iontů)

dlouhodobé sledování změn atmosféry Marsu a jeho povrchu.

Vývoj kosmické sondy zajišťuje především NPO im. S. A. Lavočkina ve spolupráci s dalšími dodavateli. Start sondy se uskuteční v říjnu 2009 pomocí nosné rakety Sojuz-2. Jak uvedl Igor N. Goroškov z NPO Lavočkina, dodržení termínu startu může ohrozit pouze nedostatek finančních prostředků. Výpočty naznačují, že při modulárním uspořádání sondy, maximálním využití již vyvinutých a odzkoušených systémů a za použití nosné rakety střední třídy, dosáhnou finanční náklady na realizaci projektu částky 1,5 miliardy rublů.

V projektu budou použity například raketové motorky, vyzkoušené na sondách FOBOS 1 a 2 a použité na sondě Mars-96. V současné době jsou s úspěchem používány na urychlovacích stupních Fregat. Některé elementy konstrukce budou prověřeny v podmínkách skutečného kosmického letu ještě před startem sondy. Například na astronomické družici Radioastron bude vyzkoušen palubní radiový komplex přístrojů a rovněž základní stavební konstrukce sondy.

Hlavní změnou proti původnímu návrhu sondy je rozhodnutí nepoužít iontový motor pro zajištění přeletu k Marsu. Místo toho bude použit klasický chemický raketový motor. Díky tomu se zkrátí doba vývoje sondy. Doba letu k Marsu se rovněž zkrátí z 550 dnů na 11 měsíců.

Po dobu letu na meziplanetární dráze a po přistání na povrchu měsíce Phobos bude využíváno k vědeckým výzkumům 50 kg přístrojů, pomocí nichž bude realizováno asi 20 experimentů. Kromě toho se počítá s umístěním dalších přístrojů o hmotnosti do 120 kg, které mohou dodat zahraniční firmy či organizace. Může se například jednat o čtyři malé marťanské meteorologické stanice o hmotnosti 15 až 20 kg. Na každé stanici by se mohly nacházet 4 kg vědeckých přístrojů.

Startovní hmotnost sondy bude 8120 kg, hmotnost po navedení na meziplanetární dráhu klesne na 590 kg. Návratová část sondy bude mít hmotnost 110 kg.

Centrálním blokem sondy bude osmihranná konstrukce, na níž bude rozmístěno služební a vědecké zařízení, které nebude hermetizováno. Zdrojem elektrické energie budou 2 panely slunečních baterií. Orientaci a stabilizaci sondy budou zajišťovat jednosložkové hydrazinové raketové motory s malým tahem. Navedení na meziplanetární dráhu z oběžné dráhy kolem Země zajistí urychlovací stupeň Fregat. Navedení na oběžnou dráhu kolem Marsu bude realizováno tříimpulsním manévrem:

1. navedení na eliptickou dráhu s apocentrem 80 000 km (pericentrum 700 až 1000 km)
2. změna sklonu dráhy do roviny oběžné dráhy měsíce Phobos
3. navedení na „parkovací“ dráhu, ze které bude probíhat základní výzkum měsíce Phobos za účelem zjištění nezbytných údajů pro úspěšné přistání sondy na povrchu měsíce.

Dalším krokem bude navedení prostřednictvím několika korekcí na kvazisynchronní dráhu se stejnou dobou oběhu kolem Marsu, za kterou vykoná jeden oběh i měsíc Phobos. Rozdíl bude pouze v tom, že na jedné straně se bude sonda nacházet ve vzdálenosti o 50 km menší než Phobos, na opačné straně dráhy bude její vzdálenost od Marsu o 50 km větší než u Phobosu. Díky tomu se bude vzdálenost sondy od měsíce měnit v rozmezí od 50 do 130 km. Během jednoho oběhu kolem Marsu za 7,66 hodiny uskuteční sonda FOBOS-GRUNT také jeden úplný oběh kolem měsíce. Tento postup byl zčásti vyzkoušen již v projektu FOBOS v roce 1988.

V této fázi výzkumu bude probíhat detailní sledování oběžné dráhy měsíce a jeho povrchu, aby bylo možno s co nejmenším rizikem uskutečnit přistání sondy na větším z měsíců planety Mars. Přistání proběhne automaticky, přičemž vertikální složka rychlosti v okamžiku dopadu bude činit 1 m/s a horizontální složka rychlosti 0,7 m/s. Na povrch měsíce sonda dosedne na třech nohách. V okamžiku kontaktu první nohy s povrchem měsíce se „zapálí“ malé motorky s opačným tahem, aby se zabránilo odskoku sondy vzhledem k nízké gravitaci. Uvažuje se také o vybavení harpunou, pomocí níž by byl přistávací modul pevně přichycen k povrchu měsíce.

Krátce po přistání bude uvedena do chodu vrtná souprava, která provede odběr vzorků z podpovrchových vrstev měsíce. Uvažuje se také o vybavení modulu malým manipulátorem, který by odebral zajímavé vzorky z okolí sondy v místě přistání. Předpokládá se odběr 200 až 400 gramů horniny a její okamžité vložení do návratového modulu, který bude hermeticky uzavřen. Celé zařízení připomíná konstrukci sond Luna, které v dávné minulosti prováděly automatický odběr vzorků z povrchu našeho Měsíce.

Několik dnů po přistání odstartuje návratová část sondy směrem k Zemi. Naopak přistávací část zůstane na povrchu měsíce a přibližně po dobu jednoho roku bude provádět detailní průzkum jak samotného měsíce, tak i (na dálku) planety Mars. Měsíc Phobos přivrací k Marsu stále jednu polokouli (tzv. vázaná rotace), což umožní vědcům dlouhodobé nepřerušované sledování atmosféry i povrchu planety Mars.

Návratová část sondy nejprve zůstane „zaparkována“ na oběžné dráze kolem Marsu (může zde strávit i několik měsíců), kde vyčká vhodného okamžiku pro zahájení přeletu směrem k Zemi. V průběhu této meziplanetární fáze letu bude návratová sonda orientována svým panelem slunečních baterií směrem na Slunce. K zajištění potřebné orientace a stabilizace bude sonda rozrotována kolem osy, směřující na Slunce.

Posléze dojde k oddělení návratového pouzdra s cenným „úlovkem“ od přístrojového úseku a k zahájení samostatného letu k Zemi. Po korekci dráhy, zajišťující bezpečný vstup do zemské atmosféry, vnikne hermetický kontejner o hmotnosti 8 až 9 kg do zemského ovzduší druhou kosmickou rychlostí. Na zemském povrchu přistane bez použití padáku. Na základě zachycených signálů z radiomajáku bude pouzdro vyhledáno a dopraveno do pozemních laboratoří.

Pro úspěšné zakončení letu (přistání) se uvažovaly různé varianty: padák, nafukovací vaky apod. Řešila se rovněž záchrana pouzdra pro případ selhání padáku. Vzhledem ke striktním hmotnostním omezením bylo nakonec rozhodnuto přistání uskutečnit bez použití padáku či jiného zařízení.

Souvisejísí články: Rusko a výzkum sluneční soustavy

Zdroj: Novosti kosmonavtiki 5/2004