חקר המאדים ברוסיה 1974-1962: הצלחות ותקלות

הרוסים שיגרו 14 חלליות בלתי מאוישות למאדים בין השנים 1960 ל־1973. ב־1973 הם הרימו ידיים ולקחו פסק זמן ארוך מאוד. הערה: המאמר נכתב בשנות ה־70 כאשר המידע שהרוסים מסרו לתקשורת היה מועט מאוד והמינוח המקצועי היה שונה במקצת מזה המשמש כיום.

מבוא
לצד תכנית החלל של רוסיה בחקר הירח היא ניסתה את כוחה בחקר המאדים. בירח לרוסים היו הצלחות מרשימות כמו החזרת דוגמאות קרקע ממנו והפעלת רכבי שטח. באשר למאדים, ההצלחה היתה מזערית עבור הרוסים. הרוסים שיגרו 14 חלליות בלתי מאוישות למאדים בין השנים 1960 ל־1973. ב־1973 הם הרימו ידיים ולקחו פסק זמן ארוך מאוד. במאמר זה יתוארו כלל השיגורים למאדים בתקופה זו. בחלוקה גסה יש להבחין בין שתי קבוצות של שיגורים, אלה שדווח עליהם ואלה שאין עליהם מידע רשמי. חלק מהחלליות הן מסדרת מארס וחלק אחר מסדרת זונד.

מארס 1
הראשונה בסדרת חלליות מארס שוגרה ב־1.11.1962. היתה זו החללית מאר-1. החללית החטיאה את המאדים ב־200,000 ק”מ. המשימה נכשלה בגלל אובדן קשר ב־21.3.1963. תקלה במערכת הניווט היא שגרמה לאובדן הקשר. אנטנת החללית לא יכלה להתכוונן כלפי כדור הארץ. תקלה זו התרחשה כאשר החללית היתה במרחק 106 מיליון ק”מ מהארץ. מטרות הטיסה היו השגת א. תצלומי וידאו וחקר המאדים;  הקמת תקשורת בין־כוכבית בחלל; מחקר ממושך של החלל.

יומיים לאחר השיגור, החללית צולמה על־ידי המצפה האסטרופיזיקלי אשר בחצי האי קרים. משקל החללית 893.5 ק”ג, גובהה 3.25 מטר וקוטרה 1.13 מטר. עם פרישתם של קולטי השמש קוטרה מגיע ל־3.9 מטר. לחללית 2 חלקים החלק הראשון – היחידה המסלולית ובה המנוע הראשי, מנועי ניווט לתיקוני מסלול, מצנן ומערכת בקרת הטמפרטורה (הטמפרטורה בתוך גוף החללית נעה בין C0 30 – C0 20) ומכשירים מדעיים. בחלק השני – היחידה הטלמטרית – נמצאים מכשירי מדידה לחקר המאדים. מכשירים אלה נכנסים לפעולה בקרבת המאדים.
מכשירי החללית:

1.   מצלמת וידאו.
2.   ספקטרומטר לגילוי סימני חיים על המאדים.
3.   ספקטרומטר לגילוי אוזון באטמוספירה.
4.   מגנטומטר למדידת קיומו של שדה מגנטי סביב המאדים ועוצמתו.
5.   מכשיר למדידת קרינות חום למיניהן הנפלטות מהמאדים וכאלה המגיעות מהחלל.
6.   מכשיר למדידת הרכבם של מטאורידים
7.   רדיו טלסקופ

מארס 2

לאחר 11 שנה חודשה פעילותן של חלליות המאר. ב־19.5.1971 שוגרה החללית מארס 2. משקל החללית 4650 ק”ג. עם שיגורה, הוכנסה למסלול נייח ארצי ומשם יצאה למסעה בו עברה למעלה מ־470 מיליון ק”מ. היה עליה להנחית תא מכשירים אל פני המאדים ולבצע מספר נוסף של תפקידים.

1.   גילוי חיים על המאדים.
2.   חקירת פני המאדים ב־3 תחומים : 1. סקר גיאולוגי 2. מיפוי תוואי הקרקע ומדידת ה-2 CO.
3.   חקירת הרכב האטמוספירה, מזג האוויר והרוחות הנושבות על־פני המאדים. החקירה נעשית ב -3 תחומים:
4. מדידת צפיפותה של האטמוספירה העילית ובכלל זה מציאותם של חמצן, מימן וארגון במצב אטומי,  חיפוש אחר אדי מים ומדידת כמותם,  בדיקת כושר ההחזרה של קרינת האור מהאטמוספירה ומהקרקע בתחום הנראה של הספקטרוםד. קביעת כושר ההחזרה של גלי רדיו מפני המאדים בטווח של 3.4 מיקרון.
5.  חקירת החלל הסובב את המאדים.
6.   חקירת החלל הבין־כוכבי בזמן הטיסה :
7.    מדידת רוח השמש.
8.   דידת שדות מגנטיים במרחב הבין־ כוכבי.
9.   דידת התפשטותם של גלי רדיו במרחב הבין־כוכבי.

מכשירי החללית:

•   2 מצלמות וידאו – אחת בעלת זווית צילום רחבה ואחת טלסקופית בעלת זווית צרה של 40 .התמונות מפותחות מיד ומשודרות ישירות ארצה.
•    2 רדיומטרים.
•   4 פוטומטרים.
•   מגנטומטר
•   מכשיר למדידת קרינה קוסמית.
•   ספקטרומטרים באינפרה אדום ובאולטרה סגול. המכשיר הראשון נועד למדוד את עובי ריכוז ה־2 CO באטמוספירה. השני נועד לבצע מפת תבליט של פני השטח ניתן לעשות על־ידי מדידת הפרשי הגבהים של הקרקע.
•   מדי חום בטווח של גלים קצרים למדידת מקורות חום כולל פעילות געשית.

ב־.17.6.1971 בוצע תיקון קל במסלול הטיסה. עד ל־27.7. קויימו 81 התקשרויות עם החללית. כל זמן הטיסה, החללית שידרה נתונים על קרינות תוך קשר הדוק עם מדידות שנערכו בו זמנית על ידי רכב שטח הירחי לונחוד 1.

לאחר 193 ימי טיסה ב־27.11 החללית הגיעה למאדים וניסתה להנחית עליו את תא המכשירים, אך הניסיון נכשל. המצנח לא נפרש (נחתת המאדים נשאה בקרבה נרתיק ובו דגלון רוסי). לאחר שחרור הנחתת, החללית נכנסה למסלול אליפטי מוארך סביב המאדים. מרחקיו של המסלול מהקרקע היו בין 24,960 – 1376 ק”מ , משך הקפה 18 שעות וזווית נטייה 0 48.9 . בדצמבר הוקטנה הפריגיאה ב־ 150 ק”מ.

מבנה החללית:
גובה החללית 3.6 מטר. יותר ממחצית משקל החללית הוא הדלק. מיכלי הדלק הראשיים מגינים על הגוף הצילינדרי המרכזי- גוף החללית. אליו מחוברים אנטנת הצלחת הכיווני ו־2 קולטי שמש. מבנה דמוי בצק מחובר לתחתית המבנה. מערכות אלקטרוניות ומכשירים סוגרים באופן מושלם על המנוע.

מארס 3
מארס 3 שוגרה ב־28.5.1971 לביצוע משימות זהות לאלה של מארס 2. משקל החללית 4650 ק”ג. ב־8.6 בוצע תיקון קל בנתיב הטיסה. החללית נטלה חלק בתצפיות שנעשו גם על ידי מארס 2 ולונחוד 1 למדידת קרינה.
בנוסף למכשירי החללית הזהים לאלה של מארס 2 הוצב בה מכשיר מחקר צרפתי ששמו Stereo 1. מכשיר זה יועד למדידת גלי רדיו מהשמש. בעזרת מדידות מהחלל ומדידות ארציות מתואמות ניתן לקבל תמונה תלת ממדית אם כי חלקית של גלי רדיו מהשמש בחלל. במבצע השתתפו רדיו הולוגרף גדול בננקאי שבצרפת, ספקטרוגרף לזיהוי סוגי קרינה שונים, רדיו טלסקופ קטן (600 גרם), המותקן על גבי קולט שמש של החללית ושני מקלטים קטנים המגבירים את אותות הרדיו מהטלסקופ: אחד נמצא בחללית והשני בננקאי. הנתונים המגיעים מהחללית משודרים בצופן הנקלט ומפוענח במוסקבה ומשם משודרים לצרפת לשם השוואה עם הנתונים המתקבלים בננקאי.
לאחר 198 ימי טיסה, ב־2.12 הגיעה מארס 3 למאדים, הנחיתה עליו את תא המכשירים ונכנסה למסלול סביבו. מרחקה מהקרקע היה 192,000 – 1488 ק”מ. משך הקפה 11 יום וזווית הנטייה 0 49.9 . רקטות הבלימה היו חסרות תועלת בנחיתה זו. ציוד התא הגדיל בהרבה את משקל התא. בחללית שנשאה אותו לא היה מקום לתוספת משקל זו.

הנחיתה בוצעה תוך חדירה לאטמוספירה שצפיפותה היא 1% מזו של כדור הארץ במהירות של 24,000 קמ”ש. האטמוספירה הקלושה של המאדים גרמה להאטה מסוימת במהירות הנחיתה. לאחר זמן מה החלו להיפתח מצנחי הנחיתה. השימוש המתוחכם באבק שריפה אפשר פתיחה מהירה ויעילה של המצנחים גם במהירות גבוהה כזו של הנחתת. המצנח העיקרי נפתח בשני שלבים ובכך נמנעה בלימה פתאומית. השלב השני החל כאשר מהירות התא היתה קטנה ממהירות הקול. בגובה 20 מטר מד הגובה (הפועל באמצעות גלי רדיו) הפעיל מנוע מיוחד כדי לסייע לנחיתה. מנוע אחר הרחיק באותו זמן את המצנח. בכך רצו החוקרים להבטיח את יציבות התא כאשר מתפרצות באופן פתאומי רוחות.
מיד לאחר הנחיתה התא החל לשדר אותות טלוויזיה, אך כעבור 20 שניות הם נדמו באופן פתאומי. תקלה באנטנת הממסר של חללית האם ומזג האוויר הכשילו את משימתו של תא הנחיתה. באותו זמן מהירות הרוח על המאדים היתה 480 קמ”ש, מהירות שתא הנחיתה לא היה עומד בה. השידור לא כלל פרטים על נופו של המאדים. מקום הנחיתה היה אזור הלאס W 0 158 – S 0 45.5 . טכניקת הצילום דומה לאלה של חלליות מרינר האמריקאיות ששוגרו לעבר המאדים. התמונה המצולמת מפורקת לשורות כשכל שורה מפורקת לנקודות. נתונים אלה נקלטים על־ידי מחשבים במרכז הבקרה ומתורגמות מחדש לתמונות.

מבנה תא הנחיתה
צורתו של תא הנחיתה היא כשל כדור, הנמצא בתוך גוף טבעתי כשנחיר המנוע בולט ממנו. מבנה זה כולל את מערכת המצנחים. מגן החום מאפשר מקסימום בלימה אווירודינמית כאשר החללית נכנסת לאטמוספירה של המאדים.

מכשירי תא הנחיתה
התא כולל מכשירים למדידת הלחץ האטמוספרי והטמפרטורה, ספקטרומטרי מסות לאנליזה של ההרכב הכימי של האטמוספירה, מתקנים מיוחדים למדידת הרוח, לקביעת ההרכב הכימי והתכונות הפיזיות של פני המאדים. על תא הנחיתה מצויות גם 2 מצלמות וידאו והן יכולות לצלם תמונות נוף בזווית של 0 360 .

סיום משימה
מארס 3 שידרה נתונים במשך 3 חודשים. בתחילת ספטמבר 1972 נמסר כי מארס 2 ומארס 3 סיימו את תפקידן.
תיאום אינפורמטיבי בין ארה”ב לרוסיה (אז ברה”מ)

אחרי שיגורן של מארס 2 ומארס 3 שוגרה החללית האמריקאית מרינר 9 לעבר המאדים . מכיוון שנתיב טיסתה של מרינר 9 היה שונה מזה של החלליות הרוסיות היא הגיעה לפניהן למאדים. על־פי הסכם בין שתי המדינות הוחלט על החלפת מידע ביניהן ביחס למה שיתגלה על־ידי חלליותיהן. מדעני החלל הרוסיים קיבלו מידע שוטף על מזג האוויר השורר על־פני המאדים לקראת נחיתת החלליות שלהן.

מארס 4 – מארס 7
ב־21.7.1973 החלה רוסיה במבצע מורכב ביותר לחקר המאדים במהלכו של מבצע זה שוגרו 4 חלליות לעבר כוכב הלכת. על שתיים מהחלליות מארס 4 ומארס 5 להיכנס למסלול סביב המאדים. מארס 6 ומארס 7 אמורות לנחות עליו. מארס 4 ומארס 5 צריכות לשמש בתפקידי קישור בין הנחתות לבין כדור הארץ. המרחק שהחלליות צריכות לעבור במהלך מסען הוא 460 מיליון ק”מ. מטרות המבצע הן:

1. חקירת המאדים ממסלול ההקפה ומיפוי הקרקע.
2. הגדרת התכונות הפיזיקליות של הקרקע, הרכב הסלעים והגדרת צורתם.
3. לבדוק את אפשרויות צילום תמונות וידאו באתרי הנחיתה וסביבתם.
4. גילוי סימני חיים.
5.  מדידת הקרינה והמגנטיות בחלל במהלך הטיסה למאדים, קרינת השמש וקרינה קוסמית.

מבנה החלליות – מארס 6 ומארס 7 שונות במבנה שלהם ממארס 4 ומארס 5.
שיטת הנחיתה- החללית מגיעה למאדים במהירות 5.7 ק”מ/שניה לחצה הנמוך של אטמוספירת המאדים מביא להאטת מהירות החללית במרחק גדול יותר מאשר באטמוספירה דחוסה יותר. לכן החללית נכנסת לאטמוספירה בזווית צרה, כך שהמרחק אותו היא עוברת קטן יותר. הנחתת ניתקת מהחללית במרחק של 65,000 ק”מ מהמאדים. בראשית דרכה, מואטת הנחתת על־ידי מנוע בלימה המעביר אותה למסלול נחיתה. מנוע קטן פורש מצנח קטן ולאחר מכן מצנח גדול. פרישת המצנחים אינה סוף פסוק. מגן החום בעל המבנה הקוני נכנס לפעולה בתפקידו השני כבולם מהירות אווירודינמי.

מארס 4
החללית שוגרה ב־21.7.1973. השיגור נעשה ממסלול חנייה שמרחקיו מקרקע כדור הארץ . 193.6 – 155.2 ק”מ. זמן הקפה 87.94 דקות וזווית נטייה 0 51.52 סמוך למועד בו היתה צריכה להיכנס למסלול סביב המאדים ב־ 10.2.1974 חלה תקלה במנוע הבלימה של החללית, הוא לא ניצת והחללית החטיאה את המאדים. היא חלפה במרחק 22,000 ק”מ ממנו, מרחק שאפשר צילום ושידור מספר תמונות בלתי מפורטות של המאדים. החללית נכנסה למסלול שמשי והמשיכה לחקור את החלל הבין־כוכבי.
מארס 5
החללית שוגרה ב־25.7.1973. השיגור נעשה ממסלול חנייה שמרחקיו מקרקע כדור הארץ 187.2 – 152 ק”מ. זמן הקפה 87.86 דקות וזווית נטייה 0 51.53 . ב־12.2.1974 החללית נכנסה למסלול סביב המאדים שמרחקיו מהקרקע 31,500 – 176 ק”מ ומשך הקפה הוא 25 שעות. השלב השלישי של הטיסה בוצע על־ידי מערכת הניווט האסטרונומית. בתחילת ספטמבר 1973 נמסר כי נלמדת תקלת הטלמטריה של החללית.
מארס 6
החללית שוגרה ב־5.8.1973. השיגור נעשה ממסלול חנייה שמרחקיו מקרקע כדור הארץ 192 – 153.6 ק”מ, זווית נטייה 0 51.54 וזמן הקפה 87.92 דקות. ב־12.3.1974. תא הנחיתה נותק מהחללית באותו היום. תועלת רבה לא הופקה מהנחתת מאחר שהקשר עמה נותק זמן קצר לאחר הנחיתה הנחתת הספיקה לשדר ארצה נתונים על הטמפרטורה ועל האטמוספירה. היא החלה לשדר ב־10.3 והפסיקה 148 שניות לאחר פרישת המצנחים סמוך לקרקע.
מכשירי החללית-
1. מצלמת וידאו.
2. מכשירים לבדיקת הקרקע.
3. מכשור צרפתי
א. Stereo V לחקר השמש, מדידת קרני רדיו הנפלטות מהשמש, הפלסמה שלה, רוח השמש וקרניים קוסמיות, ושני מכשירים המיועדים לחקירת המאדים, סביבתו והמרחב של מערכת השמש: . T Gemeaux ו-S Gemeaux .

מארס 7
החללית שוגרה ב־9.8.1973. השיגור נעשה ממסלול חנייה שמרחקיו מקרקע כדור הארץ 152-192 ק”מ. זווית נטייה 0 51.51 וזמן הקפה 87.91 דקות. כמו מארס 6 גם היא צוידה במכשור צרפתי לחקר השמש. בהתקרבה למאדים ב־9.3.1974 שחררה החללית תא לנחיתה באותו יום. תקלות במכשירי הנחתת הביאו להחטאת המאדים ב־13,000 ק”מ.
זונד 2
החללית השניה בסדרת זונד – זונד 2 שוגרה למאדים. השיגור היה ב־30.11.1964 . ביום השיגור התעורר חשש שהמבצע יכשל. אספקת האנרגיה להפעלתם התקינה של מכשירי החללית הגיעה רק ל־50% מהאספקה המתוכננת . לאחר זמן מה התקלה תוקנה.
משקל החללית 950 ק”ג והיא צוידה במנוע יונים בקוטר של מספר סנטימטרים. היה עליה להגיע למאדים ב־2.8.1965. ב־2.5.1965, אבד הקשר עם החללית, והיא חלפה במרחק 1600 ק”מ ממנו. לאחר מכן נכנסה למסלול שמשי.

שיגורים שלא פורסמו רשמית

1. 10.10.1960
2. 14.10.1960 שתי החלליות לא הצליחו להיכנס למסלול חנייה ארצי.
3. ספוטניק 22 – שוגרה ב־24.10.1962. משקל 893.5 ק”ג, מסלול חנייה ארצי שמרחקיו מהקרקע 252- 115 ק”מ,. זווית נטייה 0 64 השלב האחרון והטיל התפוצצו כאשר הואצו לקראת יציאה מהמסלול.
4. ספוטניק 24 – שוגרה ב־4.12.1962, מסלול חנייה 590 – 196 ק”מ , זווית נטייה 0 64 החללית התפוצצה כאשר ניסתה להשתחרר מכוח המשיכה.
5. זונד 3 – שוגרה – ב־18.7.1965. חלפה ליד הירח והמשיכה לעבר המאדים. משקל 950 ק”ג. ואשר במסגרתו נערך ניסוי מנועים לקראת כניסה למסלול סביב המאדים.
6. קוסמוס 419 – שוגר ב־11.5.1971 למסלול חנייה ארצי שמרחקיו מהקרקע 167- 153 ק”מ, זווית נטייה 0 51.53. הקיפה את כדור הארץ פעם ב־84.47 דקות. החללית לא הצליחה להשתחרר מהשלב הרביעי של טיל השיגור פרוטון.

על תוכנית מארס הסובייטית בויקיפידה