苏联历史测试

苏联解体后的俄罗斯深空计划。

前苏联原计划在两次火卫一探测计划后开展火星表面研究项目，计划于1992年发射。后来因为资金问题延期到1994。该计划要求在1994年发射两个轨道飞行器，每个携带一个火星气球，并向火星表面发送一个小型着陆器。然后在1996的第二个窗口期，计划向火星发射另外两个轨道器，部署一个火星表面巡视器。最后在1998发射火星采样返回任务。

后来计划修改后，计划调整为1994发射一个带有小型着陆器和穿甲弹的轨道器，1996发射第二个带有火星气球和巡视器的轨道器。根据计划，它们分别被称为火星-94 (марс-94)和火星-96 (марс-96)。

火星-96探测器执行MTI插入点火的效果图

1991.12.25，苏联解体。随着经济危机和资金缺乏，1994的计划被推迟到1996，而1996的计划被推迟到1998(于是原来的марс-94变成了мм)。

这是俄罗斯第一个深空探测项目:火星-96(编号M1 520)。

1.2从火卫一探测项目到火星96。

然后，IKI内部就是否复制1992年的两个火卫一任务或设计一个新的任务展开了辩论。

在进行两次火卫一探测计划的同时，制定了后续计划，并命名为“哥伦布”。火星探测器计划分别在1992和1994发射。但到了1989，苏联政府没有足够的资金支持这个项目，所以这个计划被推迟了。改为在1994发射——如1.1所述。用于1994任务的第一个R&D基金于1990年4月到位，法德两国同意提供相当于65438+2亿美元的R&D支持。

在1984发射的两次织女星多目标探测器任务中，携带了前苏联和法国联合研制的两个金星气球探测器。这两个气球探测器非常成功，前苏联计划将它们部署在火星探测器上。

同样，一种新型的巡逻队也将用于这项任务。巡视器设计质量达到200kg，配备RTG电源，最高时速可达500m/h，设计寿命1-1.5火星年，设计漫游距离500km。

根据计划，巡逻队配备了以下科研设备:

？四个全景相机可以拍摄火星的全景图像。

？用于大气分析的四级质谱仪

？激光悬浮粒子光谱仪

？用于表面分析的可见-红外光谱仪

？用于揭示土壤磁性的几种磁铁

？用于探测地层结构的无线电探测仪，最大探测深度为150米。

？天气探测器

？用机械臂采集样品，用土壤观测相机，两台光谱仪(其中一台用于分析土壤中含铁矿物)和气体分析仪测定微量气体。

最初计划的火星-94包括一个气球和一个巡逻队。

但由于经费问题，这两次激动人心的探测推迟到原计划的1996，降低了1994的任务复杂度。当时计划只携带一个类似于Mapc-3的按比例缩小的着陆器和一个由Vornadsky研究所提供的新型穿甲弹。

但苏联解体后的经济衰退导致俄罗斯航天局(RSA)没有获得足够的R&D资金，所以RSA担心计划发射1994不够顺利，将发射推迟到1996，而计划发射1996推迟到1998。RSA给予了最高优先级，并给予了全力支持——如果不是因为其国际义务和西方资金的干预，该计划可能已经被取消。

然而，由于经济不景气，俄罗斯政府仍然无法提供所有承诺的资金。RSA从低优先级任务中分配了一些资金，西方合作伙伴另外提供了6543.8美元+0.8亿美元。到1996年初，RSA已经欠了8000万卢布，为了完成火星-96的最后集成和测试。

最后，在经历了所有的困难后，装载着火星-96探测器和弗拉加特pad的质子K-Blok D-2火箭被推上了发射台。10月6日拜科努尔当地时间20: 48: 53发射。

2.1火星-96的任务目标。

火星-96探测器由六部分组成:火星-96轨道器的主体、两个微型火星着陆器、两个穿透器和弗雷加特·ADU。计划对火星的现状和过去的演变进行全面研究，包括研究大气、表面和内部的物理和化学过程。

2.2火星-96的任务顺序和机动/着陆计划。

火星-96采用了类似于两颗火卫一的发射任务序列:质子K-Blok D-2火箭将火星-96探测器送入一个大椭圆轨道，Blok D分离后，弗雷加特·ADU点燃探测器，将其送入一个地面火力转移轨道。最佳发射时间为1996.11.16。

经过10个月的巡航，1997年9月，弗雷加特·ADU执行了MOI(火星轨道注入)，然后放弃了ADU。

在MOI前4-5天，两个微型着陆器将与主体分离，并在12rpm处转向自旋稳定。随后，ADU执行偏置机动以拉直着火点。俄罗斯人给两个着陆器选择了三个着陆区:阿卡迪亚41.31 N，阿卡迪亚153.77 W，亚马逊32.48 N，163.32。备用着陆点位于北纬3.65度，西经193度。

MOI之后，火星-96轨道器将以106.4°的倾角进入环绕火星的轨道，并逐渐降低到7: 4的火星周期轨道，周期为43.09小时。近地点300公里。

这两种穿甲弹将在到达预定轨道后的7-28天内部署，设计着陆点为阿卡迪亚和乌托邦平原。他们将进入75转/分的自旋稳定性，然后使用减速火箭在分离后重新进入。两个穿甲弹分离后，ADU被放弃，轨道飞行器使用一个小型发动机来维持轨道。一个穿透器将部署在着陆器附近，另一个将部署在至少90度远的地方，为地震计提供良好的基线。

轨道器的设计寿命是1火星年。每月进行一次1-2m/s的轨道改正。

2.3火星-96探测器的布局。

火星-96探测器的布局类似于两个火卫一探测器，轨道器在顶部，弗雷加特·ADU在底部。两个着陆器位于轨道器上方，两个穿透器布置在弗雷加特ADU号上。

火星-96探测器的三视图

探测器高3.5m，宽2.7m，太阳帆板展开后宽度为11.5m。

排放质量:6824千克

轨道装置干质量:2614kg。

穿甲弹:88公斤2

着陆器:120.5kg 2

连接机构:283kg

ADU干重:490kg

燃料:2832千克

姿态控制联氨:188公斤

3.1火星-96轨道器的科学仪器和任务。

火星-96轨道飞行器以火卫一的轨道飞行器为基础，仍然使用加压平台。计算机和大部分航天电子设备、热调节设备、通讯设备、电池和科研用电子设备都固定在环形增压平台上。加压平台上方是安装有太阳能电池板的平坦甲板，两个着陆器进入系统和仪器。太阳能电池还配备了低增益天线和姿态控制系统。

一对扫描平台(一个三轴TPS和一个两轴PAIS)安装在环形加压平台上，可以精确调整相机和光谱仪的方向。该结构的一侧装有高增益天线，另一侧装有中等增益天线。高增益天线无法控制指向，设计对地通信码率为130kbps。环形增压平台上还安装了热控、导航和星敏感器。

因为有了火卫一的教训，西方对其计算机表示不信任，欧洲方面提供了新的更强大的导航计算机。

火星-96轨道器有12个研究火星大气和表面的仪器，7个研究等离子体、场、粒子和电离层组成的仪器，5个研究太阳和天体物理的仪器。它们位于两个扫描平台(TPS和PAIS)和太阳能电池板上。ARGOS包和导航相机位于TPS上，而SPICAM、EVRIS和PHOTON。

位于派斯。

研究火星大气和表面的仪器；

？阿尔戈斯HRSC多功能立体高分辨率电视摄像机(德国[西德]-俄国)

？ARGOS WAOSS广角立体电视摄像机(德国[东德]-俄罗斯)

？ARGOS OMEGA可见光和红外绘图分光计(德国-俄罗斯)

？FPS行星红外傅里叶光谱仪(意大利-俄罗斯-波兰-法国-德国-西班牙)

？TERMOSKAN制图辐射计(俄罗斯)

？SYET高分辨率绘图分光光度计(俄罗斯-美国)

？SPICAM多通道光学光谱仪(比利时-法国-俄罗斯)

？UVS-M紫外分光光度计(俄-德-法)

？LWR长波雷达(俄德美奥)

？光子伽马射线光谱仪(俄罗斯)

？中子-S中子光谱仪(俄罗斯)

？MAK四级质谱仪(俄罗斯-芬兰)

HRSC由西德提供，沃斯则由东德提供。后来，它们被整合到统一项目中。ARGOS包中的每个仪器都是推扫式扫描仪，使用5184像素的CCD平行线性阵列。窄角相机有9个阵列，用于多光谱、光度测量和立体成像，分辨率为12m。广角相机有三个阵列用于立体成像，分辨率为100m m

TPS平台有一个名为MORION-S的机载处理单元，重25.3kg，包括一个重21kg的固态存储系统，与欧空局合作制造。容量为1.5GB，用于降低传输需求。同时TPS上还有一个重23.7kg的欧米伽，用来测量大气成分，绘制地表成分。

TERMOSKAN重28公斤，用于测量风化层的热性质。

12kg的SVET用于分析地表和悬浮粒子的光谱。

20kg光子用于绘制表面的元素组成。

8公斤的中子-S用于确定冰和水的丰度。

35公斤LWR用于探测近地层和测量垂直结构和冰沉积。它还可以测量电离层中电子的分布以及电离层和太阳风之间的相互作用。

25.6千克的FPS用于绘制二氧化碳分布图和测量大气温度、风和悬浮颗粒。

46公斤的SPICAM利用太阳和恒星的掩星数据获得水汽、臭氧、氧气和一氧化碳的垂直分布图。

9.5千克UYS-M用于绘制火星上层大气及其星际介质中原子氢、氘、氧和氦的结构。

10kg MAK用于测量高层大气中离子和中子的组成和分布。

研究等离子体、场、粒子和电离层成分的仪器；

？ASPERA-C能量质量离子光谱仪和中子粒子成像仪(瑞典-俄罗斯-芬兰-波兰-美国-挪威-德国)

？FONEMA快速全方位非扫描能量质量离子分析仪(英国-俄罗斯-捷克共和国-法国-爱尔兰)

？DYMIO全向电离层能量质量离子分析仪(法国-俄罗斯-德国-美国)

？MARIPROB电离层等离子光谱仪(奥地利-比利时-保加利亚-捷克共和国-德国-匈牙利-爱尔兰-俄罗斯-美国)

？MARENF电子分析仪和磁力计(奥地利-比利时-法国-德国-英国-匈牙利-爱尔兰-俄罗斯-美国)

？埃利斯马等离子波仪器(法国-保加利亚-英国-欧洲航天局-波兰-俄罗斯-乌克兰)

？SLED-2低能带电粒子谱仪(爱尔兰-捷克共和国-德国-匈牙利-俄罗斯-斯洛伐克)

12.2kg ASPERA用于测量离子和快中性粒子的能量分布。

10.7kg FONEMA用于测量高层大气中等离子体的动力学和结构。

使用7.9kg的MARIPROB和7.2kg的DYMIO为上述仪器提供数据补充。

12.2kg的MARENF可以分析等离子体电子，它的两个磁通量磁力仪可以用来测量恒星之间和火星轨道上的磁场。

12kg ELISMA用于测量火星环境下的等离子体波。它配备了三个朗缪尔探测器和三个搜索线圈磁力计。

3.3kg SLED-2用于测量行星际航行和火星环境下的低能宇宙线。

太阳和天体物理学研究仪器；

？PGS精密伽马射线光谱仪(俄美)

？LILAS-2宇宙和太阳伽马射线爆发光谱仪(俄罗斯-法国)

？EYRIS恒星振荡光度计(法国-俄罗斯-奥地利)

？SOYA太阳振荡光度计(乌克兰-俄罗斯-法国-瑞士)

？RADIUS-M辐射剂量监测仪(俄罗斯-保加利亚-希腊-美国-法国-捷克-斯洛伐克)

25.6kg PGS用于测量星际旅行期间的太阳耀斑，然后测量火星轨道上的伽马射线辐射。

5公斤重的LILAS-2与地球轨道上的几个航天器和Ulysses探测器一起用于定位空间伽马射线爆发。此外，还计划通过对火星的掩星观测来研究天体的起源。

1千克SOYA和7.4千克EVRIS光度计分别用于测量太阳地震和天体振动。

RADIUS-M用于获取未来载人登陆火星的相关数据。

3.2火星-96着陆器的科学仪器和任务。

在火星-96的顶部安装了两个着陆器或“微型站”，类似于M-71和M-73(Mapc-2和Mapc-3)的着陆器。只是小了很多。

火星-96着陆器的地面试验

着陆器尺寸:

直径:60cm

质量:30.6千克

有效载荷:8公斤

进气口总质量:120.5kg

前面有一个“小站”，左边是火卫二的DAS小型着陆器，右边是火星车。

着陆器在MOI前4-5天分离，开始进入火星大气，高度100km，速度5.75kmps，进入角度11 -21。EDL后约180s，在19-44km高度展开降落伞，速度200-320 m/s，10s后弃伞，通过130m线束展开着陆器。在大约4-18公里的高度和20-40米/秒的速度下，着陆器气囊充气以承受20米/秒的着陆速度..着陆器撞击地面时降落伞被切断，它开始滚动并停止。然后安全气囊从接缝处裂开并分离。随后，着陆器的四个三叶结构展开，其中三个可以通过弹簧将仪器展开到很远的地方。

每个着陆器都装有两个咖啡杯大小的RTG，每个RTG可以提供220兆瓦的电力。环行器，上行码率2kbps，下行码率8kbps，轨道器提供超高频中继。在火星上过夜，着陆器装有8.5W加热器，设计寿命为1火星年。

着陆器装有科学仪器；

EDL阶段:

？DESCAM下降成像仪(法国-芬兰-俄罗斯)

？用于温度和压力测量的DPI三轴加速度计和传感器(俄罗斯)

着陆后:

？PANCAM中央桅杆全景摄像机(俄罗斯-法国-芬兰)

？中央主气象仪器系统(芬兰-法国-俄罗斯)

？最佳地震仪、磁力仪和倾角仪(法国-德国-俄罗斯)

？APXα粒子、质子和X射线光谱仪(德国-俄罗斯-美国)

？MOX氧化剂传感器(美国-俄罗斯)

“小站”中科学仪器的布局

DESCAM用于拍摄着陆器底部的图像，为着陆后的全景拍摄提供背景。它有一个400 500像素的CCD，安全气囊分离时丢弃了。

DPI通过使用其加速计、温度和压力传感器来测量EDL期间的温度、压力和密度分布以及着陆动态。

PAMCAM可以提供6000 1024像素360 60全景。

MIS天气包安装在可展开桅杆上方，用于测量火星表面的温度、压力、湿度、风力和光学深度。ODS光学传感器可以在270、350和550纳米三个窄波段和250-750纳米的宽波段内测量天顶的直射阳光和散射光。DPI用于测量温度和表面风速。APX仅重0.85千克，用于研究氧化剂，以验证维京着陆器做出的推断:火星土壤富含氧化剂，不利于生命生存。

3.3火星-96穿透器的科学仪器和任务。

该穿甲弹是由沃尔纳德斯基研究所开发的。安装在ADU一侧。用于穿透火星土壤，进行科学研究。

想象一下火星-96携带的穿甲弹。

穿透器尺寸:

前驱体的直径为12cm。

后体的直径为65438±07厘米。

漏斗尾最多78cm。

2.0米长

总重量是88公斤

穿甲弹的重量是45公斤。

有效载荷4.5千克

火星-96穿甲弹

穿甲弹与ADU分离后，固体火箭将以30米/秒的速度减速，然后被抛弃。穿甲弹以每分钟75转的速度旋转稳定，然后其柔性热减速系统的第一级充气。分离后21.5h进行EDL，速度4.6-4.9kmps，进入角12。然后，柔性热保护减速系统的第二级被充气以完全展开它。EDL启动6分钟后，穿甲弹将以约75m/s的速度撞击火星表面，约500G的冲击力将被一个储液罐吸收。穿甲弹前体与后体分离，钻入地下约6m，后体刚好卡在火星表面，两者由一根线圈电缆连接。随后，后体桅杆展开，实验仪器展开。

火星-96部署穿透器

穿甲弹到环行器的码率是8kbps，经过一个0.5W的RTG，150W？h的锂电池供电，设计寿命1火星年。

穿透器携带的科学仪器:

水面上的后体；

？TVS电视摄像机(俄罗斯)

？MEKOM气象传感器(俄罗斯-芬兰-美国)

？IMAP-6磁力仪(俄罗斯-保加利亚)

地下后体；

？用于土壤分析的PEGAS伽马射线光谱仪(俄罗斯)

？用于测量热流的TERMO温度传感器(俄罗斯)

前驱体:

？卡默顿内部结构地震仪(俄罗斯-英国)

？用于土壤力学测量的GRUNT加速计(英国-俄罗斯)

？用于测量热流的TERMO温度传感器(俄罗斯)

？用于水探测的中子-P中子探测器(俄罗斯)

？用于土壤分析的阿尔法质子分光计(俄罗斯-德国)

？ANGSTREM土壤分析X射线荧光光谱仪(俄罗斯)

穿甲弹的科学仪器布局

GRUNT用于测量撞击和穿透过程中的表面特性。

卡默顿用于搜寻火星活动。

TERMOZOND用于测量热流，并提供热扩散率和热容量的数据。

TVS线性摄像头拥有2048像素，可以拍摄场景的全景图像。

MEKOM用于监测温度和风速。

IMAP-6用于测量火星的局部磁场。

4.1发射。

1996 165438+10月16，质子K-Blok D-2在LC-200/39发射，当时是拜科努尔当地时间20: 48: 53。前三级工作正常。按照计划，Blok D-2的第一次点火将把探测器送入一个较低的停泊轨道，然后第二次点火将进入一个大椭圆轨道。

但是Blok D-2的第一次点火没有进行或者只进行了20秒，所以Blok D-2提前关机，被抛入80公里和320公里的轨道。然后Blok D-2自动分离，Fregat ADU点火将探测器送入87km 1500km的轨道。165438+10月17，Blok D-2在复活节岛和智利海岸之间再入。165438+10月18日，火星-96号探测器化作流星再入智利上空，被认为坠落在与玻利维亚接壤的安第斯山脉。

通过搜索，没有发现飞船的碎片，也没有发现其携带的RTG，它被安装在能够承受高热和冲击的托盘上。

由于苏联解体，俄罗斯陷入经济危机，大部分远洋航天测量船被召回后出售，导致关键着火点无船测控，甚至无法得知是Blok D-2出现故障还是飞船发出了错误的关机指令，极难判断。

5.1对火星-96发射失败的反思。

火星-96是一项高度复杂和雄心勃勃的任务，它的失败是行星探索史上的一大损失。工程系统、观测平台、科学仪器和附属飞机比以往任何一次行星探测任务都多，计划进行大量测量。如果成功，它带来的数据和发现将是惊人的。此外，这种高度国际合作，相当复杂和昂贵的探索任务，一旦失败，在未来许多年内都不会执行这样的行星探索任务。火星-96的失败使俄罗斯的深空项目遭到重创。直到2011，另一个火星探测计划才启动，那就是福布斯-土壤探测器。

从火星-96到福布斯-土壤用了15年，但15年后，福布斯-土壤也变成了另一颗流星，在太平洋上空燃烧。