Fobosz-Grunt: Egy marsszonda története

Ha minden a tervek szerint halad, november elején útjára indulhat Bajkonurból a Fobosz-Grunt űrszonda. Annak ellenére, hogy jóval szerényebb költségvetéssel rendelkezik, mint a NASA marsszondái, ez a küldetés kulcsfontosságú lesz az orosz űrprogram számára. Egyrészt azért, mert a Marsz-8 1996-os sikertelen indítása óta ez lesz az első orosz bolygóközi szonda, másrészt mivel a jelenleg javaslati fázisban lévő orosz kutatóprogramok nagy része az erre a küldetésre kifejlesztett technológiákat használja. Nem túlzás azt állítani, hogy az orosz bolygókutató program jövője ennek a programnak a sikerén múlik. A Fobosz-Grunt izgalmas küldetésnek ígérkezik, mivel ha sikerül teljesíteni a kitűzött célokat, 2014. augusztusában 200 gramm anyagmintát hoz vissza a Mars legnagyobb holdjáról a Földre.

A Fobosz-Grunt űrszonda (NPO Lavocskin)

A Mars legnagyobb holdja, a Phobosz (NASA)

A Fobosz-Grunt sok más orosz projektnek az alapja lesz (NPO Lavocskin).

A Fobosz-Grunt projekt az 1990-es évek közepére nyúlik vissza. Kevéssel a Marsz-8 elvesztése után, az NPO Lavocskin vállalatnál (a korábbi szovjet és orosz űrszondák építője) és az Orosz Űrkutatási Intézetnél (IKI) felmerült egy új technológiákat alkalmazó űrszonda család kifejlesztése. A Fobosz-Grunt lett volna az első orosz küldetés, melynek felépítése nem alapult volna közvetlenül a szovjet elődeiéhez, bár sok elemet átvett volna a Fobosz és a Marsz-8 űrszondáktól. Az új küldetés célja a Phobosz hold volt, de a korábbi küldetésekkel ellentétben nem csak vizsgálta volna azt, hanem 400-500 gramm anyagmintát gyűjtött volna a felszínén. Ezután az anyagmintát visszajutatta volna a Földre, hogy részletesen megvizsgálják. Ezáltal ez lett volna az ötödik olyan küldetés, mely egy idegen égitestről hozott mintát, a Luna-16,-20,-24 és a Hayabusa után.

 

A Fobosz-Grunt az eredeti tervek szerint (NPO Lavocskin/Novosti Kosmonavtiki).

Az indítást korábban egy Szojuz-2 rakétával tervezték, amelyhez egy ionmeghajtású egység is tartozott volna. Mivel lehetetlennek tűnt az űreszköz tömegét csökkenteni, 2007-től egy erre a célra alkalmasabb Zenit rakétával számoltak. A Zenit esetében már nem volt szűkség az ionmeghajtású fokozatra, de a visszajuttatható anyagminta mennyiségét 200 grammra csökkentette. Később a Kínával történő egyeztetések eredményeként bekerült a projektbe a kínai építésű Yinghua-1 (YH-1) keringő egység. A YH-1 a Fregat felső fokozat és az orosz szonda közé beépített szerkezetben jut el a Marsra. Ebben a formában a Fobosz-Grunt 2009-ben kellett volna elinduljon, de az indítást két évvel elhalasztották, hogy több idő legyen az ellenőrző rendszer szoftverének fejlesztésére és a szonda különböző alkatrészeinek tesztelésére.

A Fobosz-Grunt terveinek változása. A 2008-as változatnál látható a beépített Yinghua-1 (NPO Lavocskin). 

A Fobosz-Grunt építés közben (NPO Lavocskin). 

A Fobosz-Grunt űrszonda a Fregat-SB fokozattal (lent) és a Yinghuo-1 szondával (középen) (NPO Lavocskin).

A Fobosz-Grunt és a Fregat fokozat közötti szerkezet, a Yinghuo-1 szondával (NPO Lavocskin).

A Fobosz-Grunt indítási tömege 13.5 tonna, hajtóanyaggal és 50 kg tudományos műszerrel. Négy fő részből áll:

• A meghajtó egység (MDU, Маршевая Двигательная Установка) felel a Föld körüli pálya elhagyásáért és a Mars pályájának eléréséért. Felépítése a Fregat-SB felső fokozaton alapul, tömege hajtóanyag nélkül 735 kg. 7150 kg hipergol hajtóanyagot vihet magával, a hajtóműve 19.78 kN tolóerővel rendelkezik.

A Fregat-SB felső fokozaton alapuló meghajtó egység (NPO Lavocskin).

• A műszeres egység (PM, Перелетный Модуль) a szonda központi része a napelemtáblákkal és a tudományos műszerek nagy részével. Tömege hajtóanyag nélkül 180 kg, a hajtóanyag 1050 kg-t tesz ki. A fő hajtóműve 1.53 kN tolóerejű. Ez az egység gyűjti össze az anyagmintát a Phobosz felszínén. Ehhez egy robotkarral (GZU) látták el és egy szállító rendszerrel, amely eljuttatja az anyagmintát a visszatérő egységhez (GPU).

A műszeres egység (NPO Lavocskin/Roskosmos).

A műszeres egység meghajtó rendszere és hajtóanyagtartályai (NPO Lavochkin).

Az anyagminta gyűjtő robotkar (NPO Lavocskin).

• A visszatérő egység (VA, Возвращаемый Аппарат) 139 kg üres tömeggel és 135 kg hajtóanyaggal. Ez hagyja el a Phobosz felszínét az anyagmintát tartalmazó kapszulával. Egy 124.6 N tolóerejű hajtóművel és 1.4 négyzetméternyi napelemtáblával rendelkezik.

A visszatérő egység (NPO Lavocskin/Roskosmos).

• A visszatérő kapszula (SA, Спускаемый Аппарат) tömege 7 kg, térfogata 100 cm³. A kapszula tartalmazza többek közt a LIFE kísérlet berendezéseit is, melyekkel a sugárzás földi mikroorganizmusokra gyakorolt hatását vizsgálják a bolygóközi térben.

A Fobosz-Grunt visszatérő kapszulája (NPO Lavocskin).

A Planetary Society LIFE kísérlete a visszatérő kapszulában kapott helyet (NPO Lavochkin).

 

A Fobosz-Grunt űrszonda részei (NPO Lavocskin/Roskosmos).

A kínai Yinghuo-1 keringő egység (IKI/Roskosmos).

A Fobosz-Grunt a bajkonuri űrközpont 45-ös körzetéből, a PU-1 indítóállásból indul Zenit-2FG rakétával. 51.4° hajlású alacsony pályára áll a Föld körül. 2.5 órával később a felső fokozat 4520 km-re megemeli a pályá apogeumát. A perigeum 237 km-en marad. A kiegészítő hajtóanyagtartályok leválása után a szonda egy teljes pályát ír le, mielőtt elindulna a Mars felé. Az indítás pontos dátumától függően, a bolygóközi repülés 302-310 napig tart. Ebben a fázisban több pályamódosításra is sor kerül. A Mars elérésekor a tervezett repülési pályától való eltérés nem lehet több 400 km-nél.

A Fobosz-Grunt a hordozórakéta orrkúpjában és a Föld körüli pálya (NPO Lavocskin).

A bolygóközi pálya (NPO Lavocskin).

2012 nyarán (augusztus 25. és szeptember 26. között) az űrszonda 400-1200 km-re repül el a Mars mellett 20°-36° inklinációval és 2.8 km/s sebességgel. A meghajtó fokozat 2.2 percre működésbe lép, amellyel a Fobosz-Grunt egy erősen elnyúlt, 400-79000 km magas, 3 órás keringési idejű pályára áll a Mars körül. További kisebb pályamódosítások után a meghajtó egység leválik a szondáról. Nemsokkal ezután pályára áll a Yinghua-1, melynek marsközel pontja 1000 km-nél nagyobb.

Mars körüli pályára állás után leválik a meghajtó egység és a Yinghuo-1 a szonda többi részéről (NPO Lavocskin).

2012 decemberében a műszeres egység hajtóművével a szonda 9910 km-re emeli pályájának marsközel pontját, az inklináció pedig úgy módosul, hogy a Phobos keringési síkjával megegyező legyen. Ezután éri el a 9910 km-es körpályát 8.3 órás periódussal a Phobos pályája felett ~535 km-re. Erről a pályáról kezdi meg a Phobosz megfigyelését. 2013 január-február folyamán megközelíti a holdat.

A Phobosz megközelítése (NPO Lavocskin).

A leszállást a Phoboszon 2013. februárjára tervezik. A felszín elérése nagyon komplikált manőver lesz. A Phobosz gravitációs mezőjének szabálytalansága és a Földtől való nagy távolság miatt ezt a szakaszt az űrszonda teljesen autonóm módon kell végrehajtsa egy Dopler radar és egy lézer altiméter adatait használva. Az ereszkedés során a szonda, a Phobosz és a Nap által bezárt szög 20°-70° közötti kell legyen, a landolási sebesség 1.5-2 m/s. A felszín vizsgálata után elkezdődik a 200 gramm anyagminta összegyűjtése.

A Fobosz-Grunt javasolt landolási helye (Roskosmos).

A Földre való visszainduláskor az indítási ablak 2013. szeptember 3-tól szeptember 13-ig tart. A visszatérő egység 2013. április és augusztus közöt hagyja el a Phobos felszínét. A visszaút 11-11.5 hónapig tart.

A Phobosz elhagyása (NPO Lavocskin).

A Föld elérése 2014. augusztus 15 és augusztus 18 közöt történik meg. Ha minden a tervek szerint megy, a visszatérő kapszula 12.1 km/s sebességgel, 33°-45° szögben lép be a Föld légkörébe. A kapszula tömegének csökkentései miatt nem látták el ejtőernyővel, így az 70 m/s sebességgel becsapódik a felszínbe a kazahsztáni Sary-Shagan (46º 15' É, 72º 10' K) közelében.

Összetettsége miatt a visszatérési fázis a küldetés legnehezebb része. Elég nagy az esélye annak, hogy valami rosszul sül el. Éppen ezért az oroszok már azt is sikerként könyvelnék el, ha elérnék a Phobosz felszínét. Kétségkívül nagyon kockázatos küldetés lesz a Fobosz-Grunt és nagy az esély a kudarcra, de a Phobosz titkainak feltárásáért érdemes lesz vállalni.

• Forrás, további információk, képek: Eureka
• Fobosz-Grunt és a szép új orosz jövő