Старт экспедиции JAXA по доставке грунта с Фобоса…и немного с Марса

20 октября 2026 года, пользуясь очередным окном сближения с Марсом, тихо и незаметно японское космическое агентство запустило зонд, который должен будет взять пробы грунта с Фобоса (и, возможно, немного с Марса) и в 2031 году доставить их на Землю. 

Зонд носит название MMX (что немного сводит олдскулы тем, кто застал Pentium 166) и расшифровывается как Martian Moons eXploration. Старт состоялся с космодрома Танэгасима на ракете H3 №10.

У Марса два естественных спутника: Фобос и Деймос.

Фобос имеет размеры 27 х 22 х 18 км и обращается вокруг Марса на среднем расстоянии около 9378 км от центра планеты, совершая один оборот вокруг Марса за 7 часов 39 минут.

Деймос меньше: около 15 х 12 х 10 км. Его среднее расстояние от центра Марса составляет примерно 23 460 км, а период обращения - около 30 часов.

Оба спутника находятся в приливном захвате Марсом и всегда обращены к нему одной стороной.

Средняя плотность Фобоса составляет примерно 1,87 г/см³, для Деймоса - около 1,47 г/см³. Для сравнения: cредняя плотность Земли составляет около 5,51 г/см³, тогда как у большинства углеродистых астероидов она находится в районе 1,2–1,5 г/см³. Низкая плотность связана не только с составом, но и с высокой пористостью, значительной долей пустот внутри тела. 

Японцы имеют большой опыт с удачными операциями по забору грунта с астероидов. В 2010 году воистину героическая экспедиция (с именем близким всем любителям истории войны на Тихом океане) Hayabusa вернула на Землю частицы астероида Итокава, а в 2020 году Hayabusa-2 доставила образцы астероида Рюгу. Однако, Фобос - спутник крупной планеты. Аппарату предстоит работать в сложной гравитационной обстановке системы Марса, где необходимо учитывать притяжение сразу нескольких тел.  

Ускорение свободного падения для Фобоса составляет приблизительно 0,0057 м/с², или около 0,058% земного. Скорость убегания, необходимая для того, чтобы оторваться от поверхности и покинуть гравитационное поле Фобоса, если не учитывать влияние Марса и другие возмущения, находится в диапазоне от 4 до 10 м/c. Фобос имеет неправильную форму, поэтому и скорость убегания зависит от места старта и направления. Малая гравитация формирует особые требования к точности маневров при посадке, которая по своим динамическим параметрам несколько напоминает стыковку. При этом, зонд должен быть достаточно энергоемким, чтобы обеспечивать уход из зоны тяготения Марса. Опыта посадки на тела именно такого размера еще не было. Гравитация Рюгу заметно слабее, Луны - заметно сильнее.

Из двух спутников для сбора образцов был выбран именно Фобос, так как: во-первых, он лучше изучен в плане топографии и на нем проще выбрать область посадки; во-вторых, спектроскопия Фобоса показывает более интересную картину и он может представить сравнительно большее разнообразие научных данных; в-третьих, Фобос может содержать больше материала с Марса, чем более удаленный Деймос.

Зонд в сборе с перелетным модулем имеет массу 4,48 тонны.

Мощность энергетической системы зонда - 2 кВт. 

Зонд включает в себя небольшой колесный планетоход, посадочный модуль, возвращаемый модуль и перелетный модуль.

Перелётный модуль обеспечивает доставку комплекса с орбиты Земли в систему Марса.

Исследовательский модуль отвечает за наблюдения, работу в окрестностях Фобоса и операции по сбору образцов.

Возвращаемый модуль обеспечивает связь с Землей и доставит капсулу с образцами обратно на Землю.

Перед основной операцией по сбору образцов на поверхность Фобоса планируется отправить небольшой колёсный планетоход IDEFIX. 

Размеры планетохода — приблизительно 23 х 38 х 42 см, масса — около 25 кг. 

Планетоход должен определить насколько рыхлый и неоднородный реголит покрывает Фобос, какие особенности поверхности следует учитывать при посадке основного модуля и проверить технологии движения по крайне слабогравитационной поверхности.

Научная сторона задач планетохода - изучение свойств реголита. IDEFIX оснащён солнечными панелями, камерами для навигации, камерами для наблюдения за взаимодействием колёс с грунтом, радиометром и рамановским спектрометром, который позволит изучать состав поверхностного материала.  Планетоход разработан совместно французским космическим агентством CNES и немецким аэрокосмическим центром DLR.

Планетоход разработан совместно французским космическим агентством CNES и немецким аэрокосмическим центром DLR. 

Исследование Фобоса и Деймоса должно помочь подтвердить одну из гипотез образования спутников Марса. 

Сформировались ли эти тела во время столкновения Марса с другим крупным телом, или спутники были захвачены гравитацией Марса. Возможна и комбинация причин, например, Деймос - был захвачен, а Фобос - сформирован из материала Марса.

Есть и еще одна цель. Так или иначе Марс переживал в прошлом крупные столкновения. Поэтому Фобос и Деймос за время своего существования на орбите Марса безусловно собрали на себя часть материала Марса. Возможно даже из того периода, когда на Марсе существовал океан.

Таким образом, возможно, что доставка на Землю грунта с Фобоса станет и первой управляемой доставкой некоторой доли материалов с Марса. Потенциальный поиск биосигнатур в таких частицах заявлен как одна из целей экспедиции.

Чтобы повысить надежность научных выводов и уменьшить риск того, что результат будет отражать свойства только одной локальной области, было решено собирать грунт их разных точек поверхности, как по глубине, так и по месту сбора.

Посадочный зонд имеет два принципиально разных пробоотборника. Пневматический пробоотборник P-SMP использует газовый импульс азотом, чтобы поднять поверхностный материал и направить его в контейнер. Эта система рассчитана на сбор рыхлой смеси пыли, зёрен и мелких фрагментов пород. Второй пробоотборник C-SMP представляет собой бур-кернер и предназначен для отбора материала с небольшой глубины. Расчётная глубина отбора составляет около 2 см. Если все пойдет хорошо, предполагается, после взятия пробы грунта с одной позиции, поднять посадочный зонд, перелететь на новую позицию и взять грунт в другом месте. Минимальная масса добытого грунта оценивается в 10 грамм. 

Задержка сигнала в период проведения операций посадки будет составлять примерно 44 минуты (в обе стороны). Поэтому посадку аппарат будет производить автономно, используя лидар и анализ изображения с камер. Планируется в реальном времени определить пригодную область посадки площадью 20 кв. м (область посадки представляет собой вытянутый прямоугольник). Планируемая точность посадки относительно выбранной точки - 10 м. Это очень высокий показатель, точность приведения к месту посадки для более ранних проектов составляла километры. Поверхность Фобоса усеяна валунами и кратерами, и найти ровную площадку, вероятно, будет не легко. Схема посадки следующая: на высотах от 2 км до 300 метров работает навигация по кратерам, на высоте 300 м включается поиск подходящей площадки в соответствии с заданными паттернами и поиск неровностей, если встречены уступы более 30 см, аппарат может изменить цель или отменить посадку. На высоте 10 метров двигатели отключаются, чтобы не загрязнить выхлопом грунт в районе посадки и аппарат падает на поверхность.

Интересно, что с точки зрения энергетики зонд и планетоход используют солнечные панели. Хотя в области орбиты Марса в указанный период (2028-2031 годы) их эффективность составит только 43% от доступного на орбите Земли. Бортовые системы автоматически поддерживают оптимальную ориентацию солнечных панелей на Солнце. 

Связь и передача данных осуществляется по радиоканалу. В период разработки платформы лазерная связь, являлась экспериментальной технологией. И, собственно, если речь идет о дальней космической связи, является такой до сих пор.

Предыдущий аппарат Hayabusa-2 использовал комбинированную установку. Тогда это были 4 маршевых ионных двигателя на ксеноне, суммарной тягой 28 мН (допускалась одновременная работа трех) и 12 маневровых двигателей на гидразине по 20 Н. На MMX двигательная установка работает полностью на гидразине. Вероятно это связано с возросшими требованиями по тяге при стремлении соблюдения высокой культуры массы. Используется четыре маршевых двигателя тягой по 450 Н для вылетного участка и два маршевых двигателя для возвращения. Кроме того на аппарате размещено 20 маневровых двигателей по 22 Н. Масса топлива: 1774 кг на полет к Марсу и 1138 кг на возвращение.

Научная нагрузка модулей включает в себя 13 приборов, среди них:

• TENGOO - телескопическая камера высокого разрешения для изучения рельефа.

• OROCHI - широкоугольная многоспектральная камера для наблюдения поверхности.

• LIDAR - лазерный дальномер для измерения расстояния и изучения формы поверхности.

• MEGANE - гамма- и нейтронный спектрометр NASA для определения элементного состава.

• MIRS - ближний инфракрасный спектрометр для изучения минералов, воды и органических веществ.

• MSA - масс-спектрометр ионов.

• CMDM - прибор для измерения пыли в окрестностях Марса.

• IREM - монитор радиационной обстановки.

• SHV - камеры сверхвысокого разрешения для съёмки и документирования операций.

• RAX и miniRAD - рамановский спектрометр и радиометр планетохода IDEFIX.

Как правило, аппараты собирают гораздо больше научных данных, чем пересылается на Землю. Приборы работают постоянно. При этом ширина канала связи и периоды приема сигнала ограничены. Что-то сжимается с неизбежными потерями, что-то определяется как менее приоритетное и так и не попадает в пакет передачи на Землю. В MMX собранные зондом данные будут продублированы на дополнительный блок памяти, который будет возвращен на Землю вместе с капсулой с образцами.

После старта MMX отправился в межпланетный перелёт к Марсу. Прибытие в систему Марса запланировано на 2027 год — приблизительно через год после запуска.

После прибытия аппарат должен перейти к исследованию спутников. Вместо того чтобы просто выйти на привычную круговую орбиту вокруг Фобоса, MMX будет использовать так называемую квазиспутниковую орбиту, или QSO (Quasi-Satellite Orbit). Аппарат остаётся вблизи Фобоса и выписывает восьмерки относительно него так, чтобы длительное время проводить наблюдения, хотя физически не является обычным спутником, обращающимся вокруг Фобоса по простой кеплеровской орбите. Это сравнительно экономичная орбита.

С такой траектории зонд сможет изучать форму, рельеф, состав и внутренние свойства Фобоса, выбирать подходящие места для посадки и наблюдать Деймос. После этапа орбитальных исследований планируется отправить на поверхность IDEFIX, а затем выполнить операции по сбору образцов.

Основная операция по сбору грунта намечена на 2029–2030 годы в зависимости от конкретного этапа миссии и актуального расписания. После завершения исследований аппарат должен во время пролета более близко исследовать Деймос и затем покинуть систему Марса, направившись к Земле.

Возвращение капсулы с образцами запланировано на 2031 год. Её предполагается посадить в Австралии, после чего доставить в специализированную лабораторию JAXA в Японии.

Зонд, инфраструктура обеспечения и научные приборы разработан совместно с NASA и европейскими агентствами ESA, CNES и DLR. NASA отвечает за MEGANE и участвует в системе пневматического отбора образцов, CNES и DLR совместно разработали IDEFIX, а ESA в целом предоставляет оборудование связи и поддержку наземных станций

С точки зрения архитектуры экспедиции, MMX судя по всему, является примером наиболее передового доступного землянам подхода к исследовательским зондам. Разные типы пробоотборников с разных глубин, разные точки сбора образцов, разведывательный планетоход, автономная высокоточная посадка, полный возврат собранных научных данных.