Marte 96

Los estudios de la superficie marciana debían incluir un estudio topográfico global, cartografía mineralógica, composición del suelo y estudios de la criolitozona y su estructura profunda.

Los estudios de la atmósfera debían incluir el clima, la abundancia de ciertos elementos, iones y sustancias químicas como el agua, el dióxido de carbono, el ozono y otros, la monitorización global general, las variaciones de presión a lo largo del tiempo y la caracterización de los aerosoles.

Los estudios sobre la estructura del planeta tenían como objetivo determinar el espesor de la corteza, estudiar el campo magnético marciano, estudiar el flujo térmico , buscar la posibilidad de volcanes activos y estudiar la actividad sísmica.

Los estudios de plasma tenían como objetivo estudiar la intensidad y la orientación del campo magnético, la composición iónica y energética del plasma durante los viajes interplanetarios y cerca de Marte, así como la magnetosfera y sus límites.

Durante el viaje interplanetario se llevarían a cabo estudios astrofísicos. Estos incluían estudios de explosiones gamma cósmicas y el estudio de las oscilaciones del Sol y otras estrellas.

El orbitador Mars 96 era una nave espacial estabilizada por el Sol y las estrellas en tres ejes, basada en el diseño de los orbitadores Phobos . Contaba con antenas desplegables de alta y media ganancia. Dos grandes paneles solares estaban instalados a cada lado de la nave. También disponía de una unidad de propulsión desechable que se separaría tras la inserción en la órbita de Marte. Dos estaciones de superficie estaban instaladas en la parte superior de la nave. Dos penetradores estaban conectados a la unidad de propulsión. Además, contaba con un sistema MORION, que era la interfaz central, el microprocesador y el sistema de memoria. El orbitador tenía una masa total, con combustible, de 6180 kg. Su masa en vacío era de 3159 kg.

Cada estación de superficie estaba contenida en una cápsula de aproximadamente 1 metro de altura y 1 metro de diámetro. Cada estación contaba con una Unidad de Procesamiento de Datos de Estación (SDPI) para controlar sus operaciones, una unidad de telecomunicaciones con transmisor y receptor para la transferencia de datos, y una fuente de alimentación compuesta por dos generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG), una batería y componentes electrónicos para controlar su carga. Además, cada estación de superficie llevaba un disco compacto con relatos de ciencia ficción, sonidos y arte que han inspirado la exploración de Marte. Estaba pensado como un obsequio para futuros exploradores humanos. La vida útil prevista de cada estación de superficie era de un año.

Cada penetrador constaba de dos estructuras principales: la parte delantera y la trasera. Al impactar contra la superficie, la parte delantera se separaba y se adentraba entre 5 y 6 metros, mientras que la trasera permanecía en la superficie conectada a la delantera mediante cables. La parte delantera contenía el equipo de mantenimiento y parte del sistema de análisis, mientras que la trasera contenía el resto del sistema de análisis y el equipo de radio. Cada penetrador se alimentaba mediante un generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG) y una batería. La vida útil prevista de cada penetrador era de un año.

ARGOS

La plataforma ARGUS constaba de dos cámaras de televisión y un espectrómetro de mapeo. ARGUS disponía de su propio sistema de control multiprocesador, una cámara de navegación (independiente de las otras dos), un sistema de adquisición de datos con una memoria de 1,5 Gigabit , un sistema de control térmico y un sistema de calibración en vuelo. Fue diseñada para orientar los instrumentos acoplados con alta precisión en los tres ejes.

PAÍS

La plataforma PAIS fue diseñada para montar y orientar los instrumentos SPICAM, EVRIS y PHOTON.

HRSC

La cámara de televisión estereoscópica de alta resolución (HRSC) fue diseñada para realizar estudios topográficos detallados y estudios atmosféricos de estructuras nubosas, brillo del limbo solar y características del terminador. Fue una de las cámaras instaladas en la plataforma ARGUS. Su diseño se reutilizó en la cámara HRSC de la misión Mars Express .

WAOSS

La cámara de televisión estereoscópica de gran angular (WAOSS) fue diseñada para monitorear Marte globalmente a lo largo del tiempo, con el fin de estudiar el movimiento de las nubes, los cambios en la superficie debidos a tormentas de polvo y realizar otras observaciones a largo plazo de la superficie y la atmósfera. Fue instalada en la plataforma ARGUS.

OMEGA

El espectrómetro de mapeo visible e infrarrojo (OMEGA) fue diseñado para cartografiar la composición de la superficie marciana, incluyendo rocas ígneas, sedimentarias, suelos, escarcha y hielo. También debía cartografiar los principales componentes atmosféricos, tanto gaseosos como sólidos. Fue instalado en la plataforma ARGUS.

PFS

El espectrómetro planetario de Fourier fue diseñado para realizar estudios especializados de la superficie y la atmósfera. Los estudios atmosféricos incluyeron el monitoreo de campos de temperatura y presión tridimensionales, el mapeo global de vientos, las variaciones de agua y monóxido de carbono en el espacio y el tiempo, y la profundidad óptica, la función de fase, la distribución de tamaño y la composición química de los aerosoles. Los estudios de superficie incluyeron la temperatura y las propiedades termofísicas de los suelos, la composición mineralógica de la superficie, los condensados ​​superficiales y la altimetría.

TERMOSCAN

El radiómetro de mapeo fue diseñado para determinar la inercia térmica del suelo, monitorear la dinámica diurna y estacional del régimen de temperatura, buscar fuentes de calor anómalas y realizar estudios térmicos de la atmósfera.

SVE

El espectrómetro de mapeo de alta resolución fue diseñado para la espectrofotometría de Marte en las bandas de absorción de algunas rocas que pudieran existir, con el fin de determinar su composición, estudiar la naturaleza de los aerosoles y convertir los datos de TERMOSCAN a un formato digital compatible con el sistema MORION.

SPICAM

Los principales objetivos del espectrómetro óptico multicanal eran determinar los perfiles verticales de ozono, vapor de agua, monóxido de carbono, aerosoles y temperatura en la atmósfera media e inferior, diagnosticar la ionosfera, conocer la distribución global del vapor de agua y construir el modelo de densidad atmosférica. Estaba instalado en la plataforma PAIS.

UVS-M

El espectrofotómetro ultravioleta tenía como objetivo determinar la distribución de hidrógeno , helio y oxígeno en la atmósfera superior, hallar la abundancia de deuterio en la atmósfera, elaborar un perfil de gran altitud de la atmósfera y determinar el componente neutro del medio interplanetario.

LWR

El radar de onda larga fue utilizado por los experimentos GRUNT y PLASMA. Los objetivos de GRUNT fueron estudiar la superficie subyacente de las criolitosferas marcianas, determinar la profundidad de aparición de rocas con hielo y su distribución geográfica, y estimar los parámetros dieléctricos del suelo. Los objetivos de PLASMA fueron estudiar la distribución global de los perfiles de altura de la densidad numérica de electrones en la ionosfera superior para estudiar la dinámica de la interacción del viento solar con la atmósfera de Marte .

FOTÓN (o FOTON)

El espectrómetro gamma tenía como objetivo cartografiar la composición elemental de las rocas con alta resolución espacial y gran precisión, así como determinar la abundancia de elementos radiactivos naturales y elementos básicos formadores de rocas. Estaba montado sobre la plataforma PAIS.

NEUTRÓN-S

El espectrómetro de neutrones fue diseñado para investigar el contenido de agua en las capas superficiales del suelo marciano .

MAK

El espectrómetro de masas cuadrupolar fue diseñado para determinar la composición de la atmósfera superior y la ionosfera , medir los perfiles de altura de la composición iónica y neutra de la atmósfera, medir y actualizar las proporciones isotópicas y medir las variaciones estacionales y diurnas de la atmósfera y la ionosfera.

ASPERA

El espectrógrafo de iones de masa energética y el generador de imágenes de partículas neutras fueron diseñados para medir la interacción entre el plasma y las partículas neutras cerca de Marte.

FONEMA

El analizador rápido omnidireccional de energía y masa de iones sin escaneo fue diseñado para investigar la estructura fina, la dinámica y el origen del plasma cercano a Marte mediante mediciones de funciones de distribución 3D de especies de iones calientes con alta resolución temporal.

DYMIO

El espectrómetro de masas ionosférico omnidireccional fue diseñado para investigar la dinámica de la ionosfera y su interacción con el viento solar.

MARIPROB

Los espectrómetros de plasma ionosférico fueron diseñados para medir la ionosfera marciana y la convección de plasma frío en la magnetosfera.

MAREMF

El analizador electrostático y magnetómetro tenía como objetivo realizar mediciones del vector del campo magnético y la distribución tridimensional de electrones e iones en el entorno plasmático de Marte y en el viento solar.

ELISMA

El Wave Complex fue diseñado para medir la interacción del viento solar con el entorno de plasma marciano, identificar inestabilidades en la ionosfera y la magnetosfera, estudiar ondas de origen atmosférico generadas por tormentas de arena y rayos, realizar un mapeo global de las convecciones de plasma, determinar la distribución de la temperatura y la densidad del plasma térmico hasta una altitud de 300 km y monitorear la relación dinámica entre la atmósfera superior y la ionosfera inferior.

TRINEO

El espectrómetro de partículas cargadas de baja energía fue diseñado para realizar estudios detallados de la radiación de partículas energéticas en el entorno marciano y para monitorizar los rayos cósmicos de baja energía durante los viajes interplanetarios.

PGS

El espectrómetro gamma de precisión fue diseñado para medir la radiación gamma procedente de la superficie de Marte, las potentes erupciones solares y las explosiones gamma.

LILAS-2

La investigación de las explosiones de rayos gamma cósmicas y solares tenía como objetivo localizar con alta precisión la fuente de la explosión de rayos gamma, analizar las características de absorción de baja energía en los espectros y estudiar la radiación térmica en la etapa de amortiguación de la explosión de rayos gamma.

EVRIS

El instrumento EVRIS (Investigaciones de Oscilaciones en las Estrellas) fue diseñado para investigar la pulsación, la rotación y la estructura interna de las estrellas, así como para medir las microvariabilidades fotométricas inducidas por dichas oscilaciones. Fue instalado en la plataforma PAIS.

SOJA

El fotómetro de oscilación solar fue diseñado para estudiar la estructura interna del Sol.

RADIO-M

El Complejo de Control de Radiación/Dosimetría fue diseñado para estudiar la radiación durante los viajes interplanetarios y cerca de Marte, pronosticar la dosis de radiación de la nave espacial, controlar la dosimetría a bordo de la nave espacial, estudiar la propagación de partículas cargadas en el espacio interplanetario y estimar el riesgo de meteoritos para una nave espacial.

Dos estaciones de superficie, cada una con:

MAL

El sistema de instrumentación meteorológica disponía de un sensor de temperatura, un sensor de presión, un sensor de humedad relativa, un sensor óptico de profundidad (ODS) para comparar la intensidad de la luz solar directa y dispersa, y un anemómetro de iones utilizado para detectar la corriente iónica y la ionización atmosférica.

DPI

El instrumento de fase de descenso disponía de un acelerómetro y un sensor de temperatura.

ALFA

El espectrómetro de rayos X de partículas alfa fue diseñado para medir la composición elemental de los suelos marcianos.

OPTIMISMO

El OPTIMISM contenía un magnetómetro, un sismómetro, un inclinómetro y una unidad electrónica.

DesCam

La cámara de fase de descenso fue diseñada para tomar imágenes durante el descenso en paracaídas.

PanCam

La cámara panorámica fue diseñada para tomar una panorámica televisiva del paisaje que rodea la estación de superficie.

MOx

El experimento Mars Oxidant fue diseñado para estudiar la presencia de un agente oxidante en el suelo y la atmósfera marciana.

MAPEx

Radiación registrada en plástico y silicio para el Experimento de Microelectrónica y Fotónica. Colocada en la etiqueta del disco compacto.

Dos penetradores, cada uno con:

Cámara de televisión TVS

Diseñado para tomar una imagen panorámica del paisaje circundante y vigilar posibles actividades (como la actividad volcánica).

CONJUNTO METEOROLÓGICO MECOM

Diseñado para realizar mediciones in situ de los parámetros meteorológicos de la superficie.

Espectrómetro GAMMA PEGAS

Diseñado para estimar la composición elemental de las rocas de la superficie marciana.

Espectrómetro de rayos X ANGSTREM

Diseñado para estimar la composición elemental de las rocas del subsuelo.

Espectrómetro ALPHA ALPHA-P

Diseñado para estimar la composición química de las rocas.

Espectrómetro de neutrones y fósforo

Diseñado para medir la humedad y la densidad de las rocas.

Acelerómetro GRUNT

Diseñado para investigar las características mecánicas mediante la obtención de la fuerza de resistencia/tiempo, el perfil de velocidad/tiempo y el perfil y la profundidad de penetración.

TERMOZOND

Diseñado para realizar un estudio térmico y físico de la capa superficial de las rocas.

Sismómetro KAMERTON

Diseñado para estudiar la estructura de la corteza del planeta.

magnetómetro IMAP-6

Diseñado para estudiar el campo magnético intrínseco de Marte y las propiedades magnéticas de las rocas.

El lanzamiento estaba previsto para el 16 de noviembre de 1996 a bordo de un cohete Proton 8K82K/11S824F . Se trataba de un cohete de cuatro etapas con una configuración que solo había volado dos veces anteriormente, ambas para lanzar la nave espacial Phobos hacia Marte en 1988. Las tres primeras etapas se encenderían hasta agotar el combustible. La cuarta etapa, denominada Blok D-2, se encendería entonces para colocarla, junto con la nave espacial, en una órbita de estacionamiento alrededor de la Tierra . Posteriormente, se volvería a encender para iniciar la maniobra de inyección transmarciana. Tras el apagado de la cuarta etapa, la nave espacial se separaría, desplegaría sus antenas y utilizaría su unidad de propulsión para completar el encendido. Una vez finalizado este proceso, la nave espacial desplegaría sus paneles solares y la plataforma científica PAIS.

El viaje estaba previsto que durara unos 10 meses. Se planificaron dos correcciones de rumbo durante el trayecto. También se realizarían estudios astrofísicos durante el viaje interplanetario. La llegada a Marte estaba programada para el 12 de septiembre de 1997.

Entre cuatro y cinco días antes de la llegada (preferiblemente cinco), la nave espacial debía liberar ambas estaciones de superficie para que aterrizaran en dos sitios distintos del hemisferio norte. Tras la liberación, la nave realizaría una maniobra de desviación para modificar su trayectoria y realizar un sobrevuelo previo a la inserción orbital. En el momento oportuno, con el motor principal de la unidad de propulsión orientado hacia la dirección de vuelo, la nave realizaría una maniobra de encendido para reducir la velocidad y entrar en órbita marciana. La órbita inicial de Marte tendría un periapsis de 500 km, un apoapsis de aproximadamente 52 000 km y un período orbital de 43,09 horas.

Mientras el orbitador realizaba la maniobra de inserción orbital, ambas estaciones de superficie debían realizar un aterrizaje suave en Marte. Ambas secuencias de aterrizaje eran idénticas. Comenzaban con la desaceleración de la nave mediante presión aerodinámica. A una altitud de 19,1 km, se desplegaba un paracaídas, seguido de la separación del escudo térmico a 18,3 km y el inflado de las bolsas de aire a 17,9 km. Cuando el módulo de aterrizaje, amortiguado por las bolsas de aire, tocaba tierra, el paracaídas se separaba. La bolsa de aire finalmente se detenía, tras lo cual ambas bolsas de aire se separaban, dejando al descubierto el módulo de aterrizaje. Los cuatro pétalos se abrían y el módulo de aterrizaje enviaba una señal al orbitador al pasar sobre el lugar de aterrizaje.

La primera tarea que realizaría el orbitador tras alcanzar la órbita de Marte sería recibir una señal de ambas estaciones de superficie para confirmar el aterrizaje. El plazo para el aterrizaje de los Penetradores sería de siete a veintiocho días después de la inserción en la órbita marciana. La fase científica principal del orbitador no podría comenzar hasta que ambos Penetradores fueran liberados y la unidad de propulsión desechada.

El aterrizaje de cada penetrador sería idéntico. Comenzaría con el arranque del penetrador para estabilizarlo, seguido de su separación del orbitador. El penetrador encendería un motor de cohete de combustible sólido que iniciaría su descenso desde la órbita. Tras 20-22 horas, el penetrador entraría en la atmósfera marciana. Acto seguido, desplegaría un dispositivo de frenado. Al impactar, la parte delantera se separaría y penetraría más profundamente que el cuerpo principal. Posteriormente, se comunicaría con el orbitador para confirmar el aterrizaje.

Aproximadamente un mes después de la inserción en órbita, tras la liberación de los penetradores, el orbitador desecharía su unidad de propulsión. Esta unidad interferiría con el despliegue del instrumento LWR y la plataforma ARGUS, por lo que debía ser desechada antes de que comenzara la fase científica principal. La misión nominal del orbitador habría durado un año terrestre. Tras el desprendimiento de la unidad de propulsión, el orbitador disponía de un sistema de empuje de baja potencia para el mantenimiento de la órbita. Durante la fase nominal, era posible un sobrevuelo de Deimos , pero no de Fobos hasta después de la misión nominal. Si se hubiera aprobado una misión extendida, el frenado aerodinámico durante un período de dos a tres meses habría reducido el período orbital a unas nueve horas.

Una comisión de revisión no pudo determinar si el accidente de Mars 96 se debió a una falla en la etapa superior Blok D-2 del vehículo de lanzamiento Proton-K o a una falla de la propia nave espacial Mars 96. La comisión de investigación de fallas concluyó que la falta de datos de telemetría durante partes críticas de la misión impidió la identificación de la causa de la falla. La falla ocurrió en el segundo encendido de la etapa superior Proton Blok D-2, mientras la nave espacial estaba fuera del alcance de las estaciones terrestres rusas. La nave espacial Mars 96 transportaba 200 gramos de plutonio-238 en forma de pequeñas pastillas. Estas fueron diseñadas para resistir el calor y el impacto, y se cree que sobrevivieron a la reentrada. La etapa Blok D-2 no transportaba plutonio. Se cree que la nave espacial se estrelló en algún lugar dentro de un óvalo de 320 km de largo por 80 km de ancho que se extiende de suroeste a noreste y cuyo centro se encuentra a 32 km al este de Iquique, Chile . No se han recuperado partes de la nave espacial ni de la etapa superior. ^{[ 4 ]}

Originalmente se creyó que el conjunto Mars 96 se quemó en la atmósfera y los restos cayeron en el Océano Pacífico . ^{[ 3 ]} Sin embargo, en marzo de 1997, el Comando Espacial de los Estados Unidos admitió que había calculado mal la trayectoria de reentrada del satélite. "Tuvimos conocimiento de varios relatos de testigos presenciales del evento de reentrada a través de los medios varias semanas después de que ocurriera la reentrada", escribió el Mayor Stephen Boylan, Jefe de la División de Medios del Comando Espacial de los Estados Unidos en Colorado Springs, Colorado . "Tras un análisis más detallado, creemos que es razonable que el impacto haya sido en realidad en tierra". ^{[ 1 ]} Mars 96 transportaba cuatro conjuntos diseñados para entrar en la atmósfera marciana, dos penetradores de superficie y dos estaciones de superficie. Estos casi con certeza habrían sobrevivido a la entrada en la atmósfera terrestre. Los dos penetradores de superficie fueron diseñados para sobrevivir a un impacto con el suelo. A pesar de esto y del hecho de que los cuatro conjuntos transportaban un total combinado de 200 gramos de plutonio-238 como combustible, los rusos no han emprendido ningún esfuerzo de recuperación hasta la fecha. ^{[ 1 ]}