Космос

Саган Карл

Чтобы ответить на этот вопрос, мы с коллегами много лет тому назад изготовили камеры, в которых на основе имевшихся тогда знаний смоделировали марсианские условия. Мы поселили в них земные микроорганизмы и стали наблюдать, удастся ли выжить хотя бы некоторым из них. Эти камеры мы называли марсианскими консервами (Mars Jars). Температура в них циклически менялась в типичном для Марса диапазоне – от значения чуть выше точки замерзания воды в полдень до примерно -80 °С перед восходом, бескислородная атмосфера состояла в основном из СO₂ и N₂. Ультрафиолетовые лампы имитировали жесткое солнечное излучение. Жидкой воды не было, за исключением очень тонкой пленки, увлажняющей отдельные крупинки песка. Некоторые микробы замерзали и умирали в первую же ночь, никак больше не проявляясь. Другие задыхались и гибли от недостатка кислорода. Иные умирали от жажды или ультрафиолетового излучения. Но всегда оставалось достаточное количество видов земных микробов, которые не испытывали нужды в кислороде; которые приостанавливали свою жизнедеятельность, когда температура опускалась слишком низко; которые спасались от ультрафиолета под камнями или под тонким слоем песка. В других экспериментах, где присутствовало небольшое количество воды, микробы даже начинали расти. Если в марсианской среде способны выжить земные микроорганизмы, то насколько же лучше должны быть к ней приспособлены марсианские, если, конечно, они существуют. Но сначала нам необходимо добраться до Марса. Советский Союз реализует программу исследования планет беспилотными космическими аппаратами. Раз в один-два года планеты располагаются так, что, согласно законам Кеплера и Ньютона, можно отправить космический аппарат к Марсу или Венере с минимальными затратами энергии. С начала 1960-х годов СССР редко упускал такие благоприятные возможности. Настойчивость и инженерное искусство советских специалистов были вознаграждены. Пять межпланетных станций – «Венера-8-12» – успешно достигли поверхности Венеры и передали оттуда данные – задача не из легких в условиях столь горячей, плотной и едкой атмосферы. Однако, несмотря на многочисленные попытки, Советскому Союзу так и не удалось осуществить успешную посадку на Марс, который, по крайней мере на первый взгляд, выглядит куда более гостеприимно – и температура пониже, и атмосфера гораздо более разреженная, из менее агрессивных газов. Ледяные полярные шапки, прозрачное розовое небо, огромные песчаные дюны, древние речные русла, громадные рифтовые долины, крупнейший из известных в Солнечной системе вулканический конус и, наконец, тихие послеполуденные часы летом на экваторе – все это делает Марс гораздо более похожим на Землю, чем Венера.

В 1971 году в атмосферу красной планеты вошел советский космический аппарат «Марс-3». Согласно переданной им телеметрической информации, все системы обеспечения посадки работали нормально: была соблюдена ориентация теплозащитного экрана, успешно развернулся огромный парашют, а в самом конце спуска сработали двигатели мягкой посадки. Все данные говорят за то, что «Марс-3» должен был успешно достичь поверхности. Однако после посадки космический аппарат лишь двадцать секунд передавал на Землю телевизионное изображение, на котором нельзя было разобрать никаких деталей, после чего связь с ним прервалась. В 1973 году похожая история произошла с аппаратом «Марс-6», который вышел из строя через секунду после посадки. Что же пошло не так?

Впервые я увидел «Марс-3» на советской почтовой марке (номиналом 16 копеек), где космический аппарат был изображен спускающимся сквозь какую-то розовую муть. Видимо, художник пытался изобразить пыль и сильный ветер: «Марс-3» вошел в атмосферу в разгар грандиозной всепланетной пыльной бури. Благодаря американскому космическому аппарату «Маринер-9» мы знаем, что в этот период скорость ветра вблизи поверхности составляла более 140 метров в секунду – это больше половины скорости звука на Марсе. И мы, и наши советские коллеги думаем, что, вероятно, именно эти сильные ветры подхватили «Марс-3» с раскрытым парашютом и в результате он совершил посадку с небольшой вертикальной, но опасной горизонтальной скоростью. Космический аппарат, опускающийся на огромном парашюте, практически беззащитен перед горизонтальными ветрами. После посадки «Марс-3», возможно, несколько раз подскочил, ударился о каменную глыбу или какой-нибудь другой элемент марсианского рельефа, утратил связь с доставившим его космическим аппаратом и погиб.

Но почему «Марс-3» стал садиться в самый разгар большой пыльной бури? Дело в том, что его полет было очень жестко спланирован перед запуском. Еще до того как он покинул Землю, в память бортового компьютера занесли все операции, которые предстояло выполнить. Когда стал ясен масштаб пыльной бури 1971 года, изменить компьютерную программу уже не представлялось возможным. Выражаясь языком исследователей космоса, миссия «Марса-3» была неадаптивной, детерминированной. Гибель «Марса-6» более загадочна. В момент его входа в марсианскую атмосферу не бушевала всепланетная буря, не наблюдалось и признаков сильного ветра вблизи места посадки. Возможно, как раз в момент соприкосновения с поверхностью произошел какой-то технический сбой. Или, быть может, он столкнулся на поверхности Марса с чем-то особенно опасным.

Вполне естественно, что успехи Советского Союза на Венере и неудачи с высадкой на Марс заставили нас сконцентрировать усилия на подготовке американской миссии «Викинг», которая была неформально приурочена к двухсотлетию Соединенных Штатов, 4 июля 1976 года. В этот день предполагалось осуществить посадку первого спускаемого аппарата на поверхность Марса. Как и у советских предшественников, план посадки «Викингов» включал торможение теплозащитным экраном, парашютом и двигателями мягкой посадки. Поскольку плотность марсианской атмосферы составляет всего 1 процент от земной, для торможения космического аппарата использовался огромный парашют диаметром 18 метров. Атмосфера Марса настолько разреженна, что «Викингу», если бы он садился на возвышенности, просто не хватило бы воздуха для сброса скорости, и произошла бы катастрофа. Поэтому одним из важнейших условий был выбор места для посадки – в низменном регионе. Работа станции «Маринер-9» и радарные исследования с Земли позволили выявить множество таких районов. Памятуя о печальной судьбе «Марса-3», мы стремились так выбрать место и время посадки «Викинга», чтобы ветер был слабым. Ветер, способный поднять с поверхности пыль, уже представляет собой опасность для спускаемого аппарата. Если мы убеждались, что предполагаемое место посадки не скрыто облаками взметенной пыли, то был неплохой шанс, что ветры в этом районе не слишком сильны. Это послужило одной из причин того, что «Викинги» сначала вместе с посадочными модулями выходили на орбиту вокруг Марса, а спуск на поверхность откладывался до тех пор, пока место предполагаемой посадки не было обследовано с орбиты. Благодаря «Маринеру-9» мы знали, как в периоды сильных ветров меняется рисунок светлых и темных пятен на марсианской поверхности. И конечно, мы не признали бы безопасным для посадки место, где, как показывают орбитальные снимки, наблюдается подобный движущийся рисунок. Но наши выводы не имели стопроцентной надежности. Можно, например, представить себе место, где ветры столь сильны, что вся подвижная пыль уже сдута. Подвернись нам оно – не было бы никаких признаков, позволяющих определить силу ветра. Детальный прогноз погоды для Марса, конечно, гораздо менее точен, чем для Земли. (На самом деле, одна из главных задач миссии «Викинг» как раз и состояла в том, чтобы продвинуться дальше в понимании погодных явлений на обеих планетах.)

Условия связи и температурные ограничения не позволяли «Викингу» садиться в высоких широтах. Выбор в любом из полушарий точки, лежащей выше 45-50 градусов широты, сокращал до предела или период связи космического аппарата с Землей, или время безопасной по температурным условиям работы.

Не хотели мы сажать аппарат и в слишком неровной местности. Он мог опрокинуться и разбиться. Нельзя было исключить также, что заклинит его механический манипулятор для взятия образцов марсианской почвы или он будет беспомощно болтаться на высоте около метра над поверхностью. По сходным причинам мы избегали посадки в местах со слишком рыхлым грунтом. Если бы три посадочные опоры зонда глубоко увязли в слабоспрессованной почве, это привело бы к ряду нежелательных последствий, включая блокировку манипулятора. Впрочем, слишком твердый грунт нас также не устраивал: посадка, например, на поверхность остекленевшего лавового потока, не присыпанного сыпучим материалом, лишила бы манипулятор возможности взять образцы, необходимые для химических и биологических экспериментов.

На лучших из имевшихся тогда фотографий Марса – тех, что сделал с орбиты «Маринер-9», – были видны детали поперечником не меньше 90 метров. Снимки с орбитального модуля «Викинга» оказались лишь незначительно лучше. На них совершенно не видны камни метрового размера, способные вызвать крушение посадочного аппарата. Не позволяли они обнаружить и области, покрытые толстым слоем сыпучего материала. К счастью, существовала техника, которая помогла нам определить степень неровности и рыхлость предполагаемых мест посадки, – радар. Очень неровные места рассеивают посланный с Земли радарный импульс в разные стороны и потому выглядят слабо отражающими, то есть темными для радара. Крайне рыхлый грунт тоже будет плохо отражать радиоволны из-за многочисленных просветов между отдельными песчинками. Мы не могли различить между собой области неровной и рыхлой поверхности, но для выбора места посадки этого и не требовалось. Мы знали, что и те и другие опасны. Предварительные радарные обзоры показали, что от четверти до трети поверхности Марса выглядит темной для радара, а значит, опасной для «Викинга». Но находящийся на Земле радар мог обследовать не весь Марс, а только пояс между примерно 25 градусами северной и 25 градусами южной широты. На борту орбитального модуля «Викинга» не было собственной радарной системы, которая служила бы для картирования поверхности.

Таким образом, нас связывало множество ограничений, – быть может, опасались мы, даже слишком много. Для посадки не годилось ни слишком высокое, ни слишком ветреное место, ни чересчур твердое, ни чересчур рыхлое, ни очень неровное, ни очень близкое к полюсу. Просто удивительно, что на Марсе нашлись уголки, удовлетворявшие сразу всем нашим критериям безопасности. В то же время было очевидно, что поиски тихой гавани приведут нас к довольно скучным посадочным площадкам.

Выход каждой из двух связок орбитального и посадочного модулей на околомарсианскую орбиту необратимо фиксировал широту возможного места посадки. Если нижняя точка орбиты приходилась на 21 градус северной широты, то посадочный аппарат должен был сесть на широте 21 градус, но, выждав, пока планета под ним повернется, он мог опуститься на любой долготе. Таким образом, научная группа проекта «Викинг» должна была заранее выбрать такие широты, на которых имелось бы несколько перспективных для посадки районов. «Викинг-1» нацелили на 21 градус северной широты. В качестве наиболее вероятного места посадки называли равнину Хриса (что в переводе с греческого означает «земля золота»), вблизи места слияния четырех извилистых русел, которые, как полагают, были прорыты водой в далеком прошлом марсианской истории. Казалось, равнина Хриса удовлетворяет всем критериям безопасности. Правда, радарные наблюдения были проведены только по соседству, но не в самом месте посадки на равнине Хриса. Взаиморасположение Земли и Марса позволило осуществить радиолокацию самой равнины лишь за несколько недель до ориентировочной даты посадки. «Викинг-2» предполагалось посадить на 44 градусе северной широты; основным местом посадки был намечен район Сидония, выбранный из-за того, что определенные теоретические аргументы заставляли предположить присутствие там небольшого количества воды, по крайней мере в некоторые периоды марсианского года. Так как биологические эксперименты проекта «Викинг» были ориентированы преимущественно на организмы, комфортно чувствующие себя в жидкой воде, некоторые ученые настаивали на том, что шансы «Викинга» найти жизнь в Сидонии значительно возрастают. С другой стороны, приводилось возражение, что на такой ветреной планете, как Марс, микроорганизмы, если они вообще имеются, должны встречаться повсеместно. Обе позиции выглядели довольно убедительно, затрудняя выбор между ними. Тем не менее было абсолютно ясно, что 44 градус северной широты совершенно недоступен для проверки радаром; выбирая столь высокую северную широту, мы соглашались с тем, что вероятность неудачи миссии «Викинг-2» значительно возрастает. Порой заходили разговоры о том, что если «Викинг-1» успешно сядет и будет нормально работать, то можно пойти на больший риск с «Викингом-2». Неожиданно для себя я обнаружил, что даю очень консервативные рекомендации относительно судьбы проекта стоимостью миллиард долларов. Я представлял себе, например, что один из основных приборов на равнине Хриса выходит из строя как раз после аварийной посадки в Сидонии. Чтобы увеличить диапазон возможностей, были выбраны дополнительные места посадки в проверенном радаром районе около 4 градуса южной широты, причем в геологическом отношении они очень сильно отличались от равнины Хриса и Сидонии. Решение о том, где сажать «Викинг-2» – на высоких или на низких широтах, не принималось буквально до последней минуты, когда, наконец, было выбрано место с обнадеживающим названием Утопия на той же широте, что и Сидония [90] .

90

Посадка «Викинга-2» осуществлена 3 сентября 1976 г. в районе с координатами 47,97° с. ш., 225,74° з. д. – Пер.

Изучив фотографии с орбиты и запоздалые данные наземной радиолокации, мы признали первоначально выбранное место посадки «Викинга-1» неприемлемо опасным. Какое-то время я даже беспокоился, что «Викинг-1» обречен, как Летучий Голландец, вечно скитаться в марсианском небе, не находя безопасной гавани. Наконец мы нашли подходящую точку, по-прежнему на равнине Хриса, но довольно далеко от места слияния четырех древних русел [91] . Задержка не позволила нам посадить аппарат 4 июля 1976 года, но все соглашались, что аварийная посадка в этот день стала бы плохим подарком к двухсотлетию Соединенных Штатов. Включение тормозных двигателей и вход в марсианскую атмосферу состоялись шестнадцатью днями позже.

91

Посадка «Викинга-1» осуществлена 20 июля 1976 г. в районе с координатами 22,48° с. ш., 49,97° з. д. – Пер.

После полуторагодового межпланетного путешествия, преодолев сто миллионов километров пути вокруг Солнца [92] , оба космических аппарата вышли на расчетные орбиты вокруг Марса. Орбитальные модули провели инспекцию предполагаемых мест посадки, и по радиокоманде с Земли спускаемые аппараты вошли в марсианскую атмосферу, сориентировали теплозащитные экраны, раскрыли парашюты, сбросили защитную оболочку и включили двигатели мягкой посадки. Впервые в истории на равнине Хриса и в районе Утопия космические аппараты успешно совершили мягкую посадку на поверхность красной планеты. Этой победы удалось достичь в значительной мере благодаря огромному мастерству, с которым они были сконструированы, изготовлены и проверены, а также благодаря квалификации операторов. Но когда имеешь дело с такой опасной и загадочной планетой, как Марс, требуется еще чуточку удачи.

92

Здесь явно допущена ошибка. Полет «Викингов» от Земли до Марса занял менее года. «Викинг-1» стартовал 20 августа 1975 г., а вышел на орбиту вокруг Марса 19 июня 1976 г.; межпланетный перелет «Викинга-2» продолжался с 9 сентября 1975 г. по 7 августа 1976 г. За такое время полета космический аппарат, движущийся между орбитами Земли и Марса, проходит относительно Солнца путь около 700-800 млн. км. – Пер.