После нескольких коррекций траектории обе АМС по совершенно разным траекториям летели к Марсу, по дороге проводя измерения радиационного фона. Как и ожидал Королёв, в отсутствие солнечных вспышек уровень радиации на пути к Марсу оставался приемлемым, даже ниже прогнозируемого. Во всяком случае, радиация от установленного на борту станции РИТЭГа была даже больше, чем внешняя. Зато тяжёлый корпус РИТЭГа и дополнительный защитный экран между РИТЭГом и отсеком аппаратуры надёжно прикрывали фотоустановку от излучения Солнца.
Проблема заключалась в другом — обе АМС подлетели к Марсу в самый напряжённый момент — в конце апреля 1961 года, когда коллектив ОКБ-1, завода ?88 и космодрома Байконур был полностью загружен начавшимися полётами по программе 'Интеркосмос'. Однако, Королёв с Келдышем рассчитали этот вариант заранее. Главкосмосом был организован отдельный штаб управления перелётом, базировавшийся в уже построенной первой очереди нового подмосковного Центра управления полётами, тогда как ЦУП, управлявший пилотируемыми полётами, оставался в Евпатории.
Общее руководство подмосковным ЦУП взял на себя академик Келдыш, технической частью руководили ведущий разработчик АМС Глеб Юрьевич Максимов, главный конструктор спускаемого аппарата Георгий Николаевич Бабакин, и руководитель разработок по системам управления Борис Викторович Раушенбах (АИ частично). Остальные руководители космической промышленности и их коллективы были заняты обеспечением пилотируемых полётов.
АМС 'Зонд-3' подлетела к Марсу на несколько дней раньше. Точность выхода в точку встречи с планетой была предсказуемо плохая, но ионный двигатель помог плавно скорректировать траекторию, а фототелевизионная установка давала возможность 'прицелиться'. После ряда тщательно рассчитанных маневров АМС вышла на вытянутую эллиптическую орбиту вокруг Марса, подобную орбите телевизионного ретранслятора 'Молния'. При маневрировании использовался также и обычный химический двигатель.
Эти маневры были проведены своевременно — к Марсу уже подлетал 'Зонд-4'. Передатчик первой АМС послужил радиомаяком наведения для второй. Ориентируясь по звёздам, Марсу и радиосигналам 'Зонда-3', вторая АМС вышла в точку встречи намного точнее. Перед началом торможения спускаемый аппарат отделился от станции и устремился к планете. Полегчавшая АМС перевернулась соплом двигателя вперёд и начала торможение.
Но... лимит везения на этом, видимо, был исчерпан. После нескольких импульсных коррекций станция то ли израсходовала больше топлива, чем рассчитывали, то ли в программу орбитальных манёвров закралась ошибка. Так или иначе, 'Зонд-4', не успев достаточно затормозить, промахнулся мимо Марса и ушёл в пояс астероидов.
Однако, спускаемый аппарат уже отделился и шёл к планете по своей траектории. Здесь был очень важен точный расчёт времени отделения и угла входа в атмосферу, чтобы не промахнуться мимо выбранного места посадки, не сгореть в атмосфере и не отскочить от неё 'блинчиком', с непредсказуемыми последствиями. Свою 'долю везения' спускаемый аппарат, судя по всему, успешно отделил при расстыковке и 'вёз с собой'. Да и Георгий Николаевич Бабакин по жизни был человеком везучим. Иначе объяснить, как и почему всё удалось с первого раза, было сложно и Королёву, и самому Бабакину. Конечно, сказались и множественные испытания в период отработки, и полученная информация, и возросшая надёжность комплектующих, и улучшившаяся культура производства. Изначально авиационный завод ?301 МАП по трудовым традициям заметно отличался от артиллерийских заводов, переданных 'ракетчикам'.
Место посадки было выбрано недалеко от края северной полярной шапки. Королёв никому не говорил, почему он выбрал этот район. Разгадку знал только академик Келдыш. Здесь, под пыльной поверхностью Марса, мог скрываться замёрзший океан. Если бы удалось найти воду, это открытие могло стать решающим доводом в пользу решения о будущей колонизации Марса.
Огненный шар прочертил марсианское небо, прорываясь сквозь жиденькую углекислотную атмосферу, пока не затормозился достаточно, чтобы не сгореть от трения, и не разорвать вытяжной парашют. Крышка парашютного контейнера отстрелилась, маленький купол вытащил зарифленный основной парашют. Скорость снизилась ещё больше, пиропатрон разорвал обвязку купола, и он полностью раскрылся. Акселерометр записал силу рывка на магнитную ленту и позже передал информацию на Землю вместе с остальной телеметрией.
В этот момент отделился тепловой экран, похожий на коническую вьетнамскую шляпу. Внешняя теплозащитная оболочка распалась под внутренним натиском наполняемых сжатым воздухом резиновых шаров. Аппарат ненадолго превратился в некое подобие надувной виноградной грозди в форме тетраэдра (пирамиды с основанием в виде треугольника). Она покачивалась, снижаясь на парашюте. В нескольких метрах над поверхностью купол был отстрелен. Надувная пирамида запрыгала по песку марсианской пустыни. После нескольких затухающих скачков она остановилась.
(Подобным образом садились на Марс современные марсоходы)
Когда этот способ посадки отрабатывали на Земле, Сергей Павлович пошутил:
— Хорошо, что на Марсе нет разумной жизни, а то бы марсиане от хохота умерли.
Прыгающая пирамида из надувных шаров остановилась. Её центр тяжести был смещён к одной из сторон, и эта сторона стала 'дном'. Открылись клапаны, стравливая воздух из оболочек. Внутренняя конструкция в форме тетраэдра раскрылась, освободив основную оболочку, закрывающую приборный комплекс. Выдвинулась и раскрылась солнечная батарея, расправилась, как цветок, параболическая антенна, похожая на перевёрнутый зонтик, открылись крышки объективов стереофотоаппарата и телекамеры. Оптический комплекс был установлен на вращающейся платформе наверху аппарата. Он медленно повернулся, обозревая панораму чужой планеты и записывая изображение на магнитную ленту. Вместе с изображением записывалось значение азимута, чтобы после анализа изображения на Земле можно было повторно направить камеру на тот же участок и снять стереофотографию.
Высоко в небе плыла по вытянутой орбите невидимая с поверхности станция 'Зонд-3'. После неудачи с выходом на орбиту 'Зонда-4' вся надежда была на её ретранслятор. По команде БЦВМ станция послала вниз сигнал готовности к приёму. Через несколько секунд с поверхности пошла передача данных. Более мощный орбитальный передатчик переизлучал их на Землю. В промежутках станция передавала собственные снимки, сделанные с орбиты.
Помимо снимков, передавались показания температуры, влажности воздуха, показатели радиации, был определён состав атмосферы, количество солнечного света, падающее на поверхность, подтверждено наличие очень слабого магнитного поля.
Дистанционными замерами спускаемый аппарат не ограничился. На спускаемом аппарате была укреплена длинная складная стрела, с ковшом как у игрушечного экскаватора. Этот прибор был предназначен для взятия проб грунта.
'Экскаватор' начал рыть грунт. Он зачерпнул песок с поверхности, передав на магнитную запись глубину взятия пробы, и высыпал в грунтоприёмник анализатора. Грунт ссыпался в маленькую металлическую гильзу, которая тут же опустилась в печь. Остатки грунта были удалены, приёмник продут углекислым газом из атмосферы.
Гильза с грунтом разогрелась в печи до 982 градусов Цельсия. Её содержимое испарялось, и пары пропускались через спектрометр.
(Подобный анализ грунта на Марсе проводил спускаемый аппарат зонда 'Phoenix' в 2007 г http://www.cosmoport.com/spacecraft/spacecraft-195.html )
Цикл анализа повторялся несколько раз, со сменными гильзами. Картинку из спектрометра снимала внутренняя телекамера, после чего информация передавалась на Землю. Пробы для каждого анализа брались всё с большей и большей глубины.
(У зонда 'Phoenix' было 8 отдельных отсеков-печей с гильзами для анализа, т. е. анализ мог быть проведён только 8 раз. Если засунуть в зонд магазин или 'пулемётную ленту' с гильзами, анализ можно повторять многократно)
Спускаемый аппарат также доставил на Марс мини-марсоход, похожий на шасси от игрушечного шагающего экскаватора. Он выполз из маленького 'ангара' на нижней платформе. Со спускаемым аппаратом его соединял 15-метровый кабель питания и управления.
(Примерно такое шасси, https://ru.wikipedia.org/wiki/Прибор_оценки_проходимости_-_Марс только сверху установлен объектив телекамеры, со считывающей ЭЛТ. Основная электронная часть телекамеры находится в корпусе СА)
Задачей этого 'игрушечного' марсохода было исследование плотности грунта. Стрела 'экскаватора' доставала недалеко. Учёные понимали, что грунт может быть неоднороден, аппарат мог сесть на более твёрдую поверхность посреди рыхлого песка. Интересно было снять замеры плотности с относительно большого участка. Приборчик двигался очень медленно, со скоростью 1 метр в час. Продвинувшись на метр, он останавливался, передавал изображение перед собой, снимал показания плотности почвы при помощи динамического пенетрометра (штырь, втыкаемый в грунт с заданным усилием) и гамма-лучевого плотномера.
Эти данные передавались на Землю, с Земли аппарат получал подтверждения на дальнейшее движение или команду на поворот влево/вправо. Сигнал от Земли до Марса идёт не мгновенно, а от 4 до 20 минут, в зависимости от взаимного расположения планет, и остановки при движении были необходимы, чтобы 'марсоходик' не упал в яму, из которой он не сможет выбраться.
Команда операторов в подмосковном ЦУП испытывала смешанные чувства. Бурная радость, охватившая всех, когда над спускаемым аппаратом раскрылся парашют, восторг после первого полученного сигнала с поверхности Марса, очень быстро сменились унынием, как только была расшифрована и выведена с магнитной плёнки на телеэкран первая же записанная панорама. До самого горизонта простиралась безжизненная песчаная пустыня, беспорядочно усеянная обломками камней и выступами скальных пород. На севере виднелась белая полоска — краешек полярной шапки, состоящей из замерзшей углекислоты.
Физические параметры тоже не радовали.
— Какая температура на поверхности? — спросил Раушенбах.
— Минус восемьдесят.
— М-да... Это вам не Сочи и не Гагры...
— Ну, так чего же вы ждали? — усмехнулся Мстислав Всеволодович Келдыш. — Планета практически на границе пригодной для обитания зоны Солнечной системы. Плюс к тому сели мы в полярной области. На экваторе днём будет немного потеплее, может быть, даже выше ноля. (Наибольшая температура на экваторе Марса около +20 С, максимальная в среднем по планете — минус 5 С)
— А что с атмосферой? Какой состав? — спросил Максимов.
— Углекислый газ. В основном. Остальные газы — в количестве единиц и сотых долей процента, — Бабакин читал вылезающую из АЦПУ распечатку. — Давление очень низкое, порядка 0,5 килопаскаля. Магнитное поле очень слабое, примерно в 500 раз слабее земного, но оно есть.
— В общем, не курорт, но и не пекло, как на Венере или Меркурии, — заключил Келдыш. — Примерно чего-то такого мы и ожидали.
Об успешной посадке и первых полученных результатах доложили Хрущёву.
— Поздравляю вас с большой научной победой, товарищи! — Никита Сергеевич был очень доволен. — Результаты, как я понял, не слишком отличаются от ожидаемых?
— В общем, да, — признал академик Келдыш. — Тут уж объективные условия, против физики не попрёшь...
— Фотографии когда покажете? — Хрущёву не терпелось увидеть поверхность чужого мира, впервые зафиксированную камерами советского космического аппарата.
— Если можно — чуть позже, когда получим результаты спектрометрии проб грунта.
— Хорошо, не спешите. С публикацией тоже пока торопиться не будем. Вопрос, как обычно, политический, публиковать надо в самый выгодный для нас момент, — решил Первый секретарь.
Мстислав Всеволодович повесил трубку 'кремлёвки'.
— Получаем снимки поверхности с орбиты, снятые 'Зондом-3', — объявил Раушенбах. — Фотографии чёткие. Много деталей видно.
Учёные бросились изучать полученные фотографии. Рассматривали на телевизоре, не дожидаясь, пока фотолаборатория распечатает снимки. На размытом телевизионном изображении видно было плохо, в основном, читались множественные метеоритные кратеры.
— Как Луна... — разочарованно протянул Максимов.
— Погодите, дождёмся печати фотографий, — успокоил Келдыш.
Наконец, принесли распечатанные, ещё влажные фотоснимки. Все нетерпеливо бросились смотреть, Бабакин и Раушенбах столкнулись головами, засмеялись...
— Ого! Вот это каньон! Это что же там такое случилось, что такая яма образовалась?
— Возможно, разлом коры... А это что за пуч? Гора?
— Вулкан! Огромный, судя по размерам, но плоский. Интересно, какой он высоты?
— Надо будет прикинуть по длине теней...
Максимов принёс атлас Марса, составленный по результатам астрономических наблюдений. Все начали искать на фотографиях знакомые объекты и сравнивать.
— Вулкан — это то, что астрономы обозначали Nix Olympica! — Раушенбах ткнул пальцем в светлое пятно в атласе.
— Так давайте назовём его 'гора Олимп', и дело с концом.
(До полётов космических аппаратов, которые показали, что Олимп — гора, это место было известно астрономам как Nix Olympica ('Снега Олимпа') — ввиду более высокого альбедо (отражающей способности) https://ru.wikipedia.org/wiki/Олимп_(Марс)).
— А этот разлом или овраг, что вблизи экватора? Таких огромных на Земле нет, даже американский Большой каньон поменьше будет. Надо бы ему тоже название дать?
— Можно назвать его 'каньон Зонда', в честь нашего 'Зонда-3', раз уж он его обнаружил, — предложил Максимов.
(Если Билл Пикеринг назвал этот разлом 'Долина Маринер', в честь своего 'Маринера-9', то почему в АИ Глеб Юрьевич не может увековечить свой 'Зонд-3'?)
— Годится, так и запишем, — Мстислав Всеволодович подписывал названия химическим карандашом прямо на фотографиях.
— Э-э-э! Товарищи, а ведь равнина Эллада в южном полушарии Марса — выходит, не равнина, а низменность! Причём глубокая! — заметил Бабакин. — А в телескоп смотрелась как яркое плато.
— Похоже, что это — метеоритный кратер огромных размеров, с ровным дном, — Келдыш вгляделся в фотоснимки.
(То, что марсианская равнина Эллада — низменность, удалось установить только с помощью космических аппаратов. https://ru.wikipedia.org/wiki/Эллада_(Марс))
— Это ж какой должен был быть метеорит?
— Полагаю — целый астероид. Вероятно, в результате удара астероид достал до мантии, или просто камень расплавился. Дно кратера было залито лавой, потому и дно такое ровное.
Уже через час сравнения атласа с фотографиями Марса стало ясно, что снимки с орбиты за один день дали для науки больше данных, чем 70 лет наблюдений в телескопы.
— А посмотрите-ка на это, товарищи! — Борис Викторович Раушенбах, нагнувшись над снимками, разглядывал их в лупу. — Вот эти полоски на рельефе... очень похожи на высохшие речные русла!
— Ну-ка, ну-ка... Лупу позвольте... — академик Келдыш тоже склонился над снимками. — Да... похоже. Пожалуй, нам в команду нужен грамотный геолог...
