Как японская миссия MMX собирается разгадать тайну Фобоса и доставить его грунт на Землю

В августе 2025 года, наблюдая с края древней речной дельты на Марсе, ровер Perseverance зафиксировал необычное небесное явление. На фоне светящегося солнечного диска появилась продолговатая тень — это Фобос, один из двух спутников Красной планеты, проходил перед Солнцем. Его диск слишком мал, чтобы полностью затмить светило, однако близость к Марсу позволяет ему заметно закрывать солнечный диск. Всё происходило настолько быстро, что затмение продолжалось менее минуты.

Фобос, названный в честь древнегреческого бога страха, остаётся одной из загадок Солнечной системы. Его происхождение до сих пор не установлено, а изучение состава и структуры спутника может дать важные сведения не только об истории Марса, но и о процессах формирования планет.

Именно эту задачу призвана решить международная миссия MMX под руководством Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA). В проекте участвуют NASA, французский Национальный центр космических исследований (CNES), Германский аэрокосмический центр (DLR) и Европейское космическое агентство (ESA).

Особенность миссии — сочетание дистанционного исследования, непосредственного изучения поверхности с помощью небольшого ровера и доставки образцов на Землю. Причём посадка и работа на Фобосе станут серьёзным испытанием для инженерных систем: его гравитация настолько мала, что даже обычное приземление космического аппарата превращается в непростую задачу.

«Я часто говорю, что посадка на Фобос похожа на попытку посадить шар. Очень сложно опустить шар на поверхность и не допустить, чтобы он наклонился или отскочил», — объясняет Ясухиро Кавакацу, руководитель проекта MMX в JAXA.

Почему Фобос — необычный спутник

У Марса два естественных спутника — Фобос и Деймос. Второй назван в честь греческого божества ужаса. Происхождение обоих объектов остаётся предметом научной дискуссии.

Существуют две основные гипотезы. Согласно первой, спутники когда-то были астероидами, сформировавшимися в поясе между Марсом и Юпитером, а затем захваченными гравитацией Красной планеты. Вторая предполагает, что Фобос и Деймос образовались из обломков, выброшенных на орбиту после столкновения Марса с крупным небесным телом. Некоторые модели допускают, что нынешние спутники могут быть последними сохранившимися представителями более многочисленной системы.

Фобос имеет неправильную, напоминающую картофелину форму. Его длина составляет около 27 км. Учёные рассматривают его как рыхлое скопление камней и пыли — так называемую rubble pile, структуру, в которой отдельные фрагменты удерживаются преимущественно гравитацией и механическим взаимодействием.

Гравитация на поверхности Фобоса примерно в 1800 раз слабее земной. Человек массой 80 кг испытывал бы здесь силу тяжести, сопоставимую с той, которую на Земле испытывает предмет массой около 44 г. Для космической техники это создаёт необычные условия: даже небольшое воздействие способно изменить положение аппарата, а неосторожное движение колёс может привести к отрыву ровера от поверхности.

Миссия MMX разрабатывалась более десяти лет. 20 октября 2026 года по японскому времени она стартовала с космодрома Танегасима на ракете H3. Примерно через год аппарат должен достичь марсианской системы.

В состав MMX входят три основных модуля:

• двигательный модуль, обеспечивающий перелёт к Марсу и необходимые орбитальные манёвры;
• исследовательский модуль с научными приборами, посадочным оборудованием, системой отбора проб и ровером Idefix;
• возвратный модуль с капсулой, предназначенной для доставки собранного материала на Землю.

После выполнения исследовательской программы аппарат должен покинуть систему Марса. Возвратный модуль с образцами продолжит путешествие к Земле, тогда как исследовательский модуль будет отделён. Капсула войдёт в атмосферу Земли и должна приземлиться в Австралии.

Масса доставляемого материала составит не менее 10 г. Возвращение запланировано на 2031 год.

«Это самая сложная миссия, которую я когда-либо видел», — говорит Патрик Мишель, директор по исследованиям Национального центра научных исследований Франции (CNRS) и один из руководителей научной программы ровера Idefix.

Как MMX будет двигаться вокруг Фобоса

Прибытие к Марсу — лишь начало сложной навигационной задачи. Космическому аппарату предстоит выйти на траекторию, позволяющую подробно исследовать Фобос, который сам по себе слишком мал для формирования устойчивой орбиты вокруг него в привычном понимании.

Сначала MMX должен выполнить длительное торможение двигателями, чтобы быть захваченным гравитацией Марса. В противном случае аппарат просто пролетит мимо планеты и продолжит движение по гелиоцентрической траектории.

«Если что-то пойдёт не по плану, MMX пролетит мимо Марса и будет заброшена в Солнечную систему», — отмечает Никола Барези, специалист по астронавтике и соавтор исследования специально разработанных орбит для миссии.

После выхода на орбиту Марса аппарат перейдёт на так называемую квази-спутниковую орбиту (quasi-satellite orbit, QSO). Это особая траектория, позволяющая космическому аппарату оставаться рядом с Фобосом и одновременно двигаться вокруг Марса.

Поскольку гравитационное воздействие Фобоса очень мало, MMX не сможет просто обращаться вокруг него по обычной орбите. Вместо этого аппарат будет двигаться по сложной траектории относительно спутника, периодически оказываясь впереди него или позади него.

«Когда ты находишься ближе к Марсу, то движешься относительно Фобоса быстрее, а когда дальше от Марса — медленнее. Поэтому фактически ты перемещаешься туда и обратно», — объясняет Барези.

Такая схема позволит исследовать поверхность с разных направлений и расстояний. Существующие изображения Фобоса, полученные, в частности, аппаратами NASA Mars Reconnaissance Orbiter и европейским Mars Express, имеют разрешение порядка нескольких метров на пиксель. Этого недостаточно для детального изучения участков, на которые предстоит посадить ровер размером примерно с бытовую микроволновую печь.

MMX будет совершать сближения с Фобосом, проходя перед ним и позади него. Минимальное расстояние до поверхности в отдельных режимах наблюдения составит менее 20 км, а максимальное — около 200 км.

В течение продолжительной программы дистанционного исследования научный модуль будет использовать несколько камер и лазерный высотомер. Полученные данные позволят построить подробную карту поверхности, изучить рельеф и выбрать подходящие участки для посадки.

Дополнительную сложность создаёт положение Марса относительно Земли и Солнца. Когда Марс оказывается между Землёй и Солнцем, радиосвязь может быть существенно нарушена. В такие периоды, продолжительность которых может достигать примерно двух недель, MMX должен перейти на более удалённую и устойчивую орбиту, а после восстановления связи продолжить подготовку к посадке.

Idefix: первый ровер на спутнике Марса

Прежде чем основной исследовательский аппарат попытается сесть на Фобос, JAXA отправит на поверхность небольшого разведчика. Японские инженеры называют такую стратегию «первым пингвином»: прежде чем вся группа прыгнет в неизвестную воду, сначала отправляется один участник, проверяющий условия.

Эту роль выполнит ровер Idefix, названный в честь собаки-компаньона Обеликса из французских комиксов об Астериксе. Его разработали CNES и DLR совместно с JAXA.

Сброс ровера запланирован на конец 2028-го — начало 2029 года. Во время низковысотного пролёта на высоте примерно 40–100 м над поверхностью Фобоса исследовательский модуль освободит Idefix, после чего тот будет свободно падать к поверхности.

У этой процедуры есть исторический прецедент. В 2005 году японская миссия Hayabusa исследовала астероид Итокава. Её небольшой ровер MINERVA также должен был быть сброшен на поверхность астероида. Однако аппарат выпустили примерно с высоты 200 м вместо предусмотренных 70 м. Из-за недостаточно точного расчёта траектории он не достиг поверхности и ушёл в открытый космос.

Инженеры MMX учли этот опыт. Idefix получит небольшой начальный импульс от материнского аппарата и будет двигаться к поверхности практически в свободном падении. Ожидаемая скорость касания составит менее 1 м/с.

В отличие от марсоходов, использовавших парашюты, тормозные двигатели или посадочные платформы, Idefix не оснащён сложной системой мягкой посадки. Его конструкция рассчитана на непосредственный контакт с поверхностью и возможные повторные отскоки.

Масса ровера составляет около 25 кг. После приземления он может несколько раз подпрыгнуть, прежде чем остановится. Четыре специальные опоры позволят ему самостоятельно принять рабочее положение независимо от того, на какую сторону он опустится. Затем аппарат развернёт солнечные панели и начнёт подготовку к исследованиям.

Передвижение по Фобосу также потребовало разработки специальной конструкции ходовой части.

Idefix будет двигаться со скоростью примерно 1 мм/с. Его металлические колёса оснащены выступающими элементами, напоминающими лопасти гребного колеса. Они должны обеспечивать сцепление с рыхлой поверхностью при крайне низкой силе тяжести.

«Если бы мы двигались быстрее, это было бы больше похоже на плавание по поверхности, чем на езду по ней», — объясняет Сесили Сандей, аспирантка французского института ISAE-Supaéro, участвующая в испытаниях камер WheelCam.

Эти две камеры установлены в нижней части ровера и направлены на колёса и поверхность непосредственно под ними. Они будут фиксировать взаимодействие ходовой части с грунтом, образование следов и перемещение частиц реголита.

Основная программа работы Idefix рассчитана примерно на 100 земных суток.

Исследователям необходимо понять, насколько плотно упакованы частицы грунта, каковы их размеры и форма, насколько хорошо они сцепляются между собой и какую нагрузку способна выдерживать поверхность. От этих характеристик напрямую зависит устойчивость и проходимость ровера.

Сесили Сандей сравнивает различия в свойствах грунта с разницей между сухим и влажным песком. Из сухого песка трудно построить устойчивый замок, тогда как добавление воды меняет сцепление частиц и позволяет им удерживать форму.

Для испытаний колёс использовались различные материалы: имитаторы реголита Фобоса, разработанные JAXA и DLR, лунные симуляторы грунта, стеклянные шарики, кварцевый песок и глиняные гранулы.

Исследователи меняли размер и форму частиц, их угловатость и другие характеристики, чтобы установить зависимость между поведением колёс и свойствами поверхности.

Особенно важно, что камеры WheelCam позволят сопоставить изображения движения частиц с результатами лабораторных испытаний. Это даст возможность оценить механические свойства реголита непосредственно на Фобосе.

«Мы точно характеризуем механические свойства каждого имитатора, а затем тестируем колёса на материалах с разными размерами зёрен, угловатостью и даже цветом. Так мы сможем сопоставить изображения WheelCam с реальными свойствами поверхности», — говорит Сандей.

По мнению исследователей, земные испытания достаточно хорошо воспроизводят некоторые особенности движения ровера на Фобосе, если сохранять соответствующие механические условия. Снижение силы тяжести уменьшает не только нагрузку на поверхность, но и силу сопротивления грунта движению колёс. Поэтому поведение системы определяется совместным влиянием гравитации и механических характеристик реголита.

«Мы получим данные с разрешением до субмиллиметрового уровня, а также информацию о пористости, размере частиц, прочности поверхности и твёрдости материала», — отмечает Стефан Уламек, один из руководителей проекта Idefix в DLR.

Эти измерения заполнят пробел между дистанционными наблюдениями с орбиты и последующим лабораторным исследованием доставленных на Землю образцов.

Результаты работы ровера также помогут выбрать место для посадки основного исследовательского модуля.

Посадка на Фобос и два способа отбора грунта

После завершения разведки Idefix основному аппарату MMX предстоит выполнить наиболее ответственную часть миссии — самостоятельно приземлиться на Фобос и собрать образцы.

По предварительному плану аппарат будет снижаться до высоты примерно 10 м, после чего преодолеет оставшееся расстояние в режиме свободного падения.

При столь слабой гравитации даже небольшая горизонтальная скорость может привести к опрокидыванию или отскоку аппарата. Поэтому инженерам необходимо обеспечить максимально точное управление ориентацией и скоростью снижения.

После успешной посадки начнётся короткая операция по сбору образцов. Основной аппарат должен провести на поверхности до двух часов, используя два независимых устройства отбора грунта.

Первое — коронковый пробоотборник C-Sampler, разработанный JAXA. Он установлен на роботизированной руке и предназначен для извлечения образцов из-под поверхностного слоя. Глубина отбора составит не менее 2 см.

Возможность исследовать материал под верхним слоем особенно важна. Поверхность Фобоса постоянно подвергается воздействию солнечной радиации, галактических космических лучей и микрометеоритов. Эти факторы изменяют структуру и свойства верхнего слоя реголита. Более глубокий материал может сохранить информацию о первоначальном составе спутника.

Однако работа с грунтом, состоящим из рыхлых обломков и камней, сопряжена с рисками. Роботизированная рука может столкнуться с крупным валуном или слишком плотным участком, который не позволит выполнить забор материала.

«Это само по себе серьёзная задача, потому что мы никогда раньше не делали ничего подобного именно на Фобосе. Нельзя заранее знать, что окажется в точке отбора проб. Там может находиться валун, который не позволит руке выполнить необходимое движение», — говорит Патрик Мишель.

Второй инструмент — пневматический пробоотборник P-Sampler, разработанный при участии NASA. Он использует импульсы азота под высоким давлением, чтобы поднять частицы поверхности и направить их в контейнер для образцов.

Устройство размещено на одной из посадочных опор. В отличие от механического пробоотборника, оно не требует проникновения инструмента в грунт.

Два способа сбора материала дополняют друг друга и повышают надёжность всей операции.

Если поверхность окажется слишком твёрдой для коронкового пробоотборника, пневматическая система сможет собрать частицы с поверхности. Если же грунт окажется рыхлым и подходящим для механического отбора, исследователи получат материал из более глубокого слоя.

«Если поверхность Фобоса окажется очень твёрдой, коронковый пробоотборник может столкнуться с трудностями при проникновении в грунт. Пневматическая система не имеет такого ограничения и всё равно сможет собрать материал», — объясняет Кавакацу.

Целевая масса образца составляет не менее 10 г. После сбора материал будет помещён в специальное хранилище, а затем перенесён в герметичную капсулу возвращаемого модуля.

Может ли MMX доставить на Землю фрагменты Марса?

Одна из наиболее интересных особенностей миссии связана с возможностью обнаружить в грунте Фобоса материал, имеющий марсианское происхождение.

За миллиарды лет поверхность Марса неоднократно подвергалась ударам астероидов и комет. Некоторые столкновения сопровождались выбросом значительных объёмов пород в космос. Часть этих обломков могла попасть на орбиту планеты и впоследствии осесть на Фобосе.

Поэтому образцы, собранные MMX, потенциально могут содержать не только собственный материал спутника, но и частицы марсианских пород.

Патрик Мишель предполагает, что среди доставленных образцов могут оказаться несколько сотен таких зёрен. Определить их происхождение можно будет, в частности, по изотопному составу кислорода.

Таким образом, MMX способна дать учёным дополнительную возможность исследовать марсианские породы без непосредственной посадки на поверхность Марса и организации отдельной миссии по их возврату.

Эта особенность связана и с вопросами планетарной защиты. Если на Марсе когда-либо существовали микроорганизмы, часть биологического материала теоретически могла попасть на Фобос вместе с выброшенными породами.

Однако проведённые исследования показывают, что воздействие ударных нагрузок, радиации и длительное пребывание на поверхности спутника существенно снижают вероятность сохранения жизнеспособных микроорганизмов. На основании этих оценок экспертные комиссии рекомендовали классифицировать возвращаемые образцы марсианских спутников как материал, не требующий режима ограничённого возврата на Землю, применяемого к непосредственным образцам с Марса.

Это не означает, что вопрос биологического загрязнения полностью исключён из научного и инженерного рассмотрения. Напротив, оценка рисков планетарной защиты была отдельной частью подготовки миссии.

Возвращение на Землю и продолжение исследований

После завершения сбора грунта исследовательский модуль должен покинуть поверхность Фобоса и вернуться на орбиту Марса.

Там миссия продолжит дистанционные исследования. В частности, аппарат выполнит пролёты рядом с Деймосом, чтобы получить дополнительные сведения о его поверхности, структуре и составе.

После завершения программы наблюдений MMX начнёт подготовку к возвращению на Землю. По графику миссии, отправление из системы Марса запланировано на 2030 год.

Возвратный модуль с капсулой для образцов продолжит перелёт к Земле. Остальная часть исследовательского аппарата будет отделена, а капсула диаметром около 60 см войдёт в атмосферу нашей планеты со скоростью примерно 12 км/с.

Место посадки запланировано в Австралии. После доставки капсулы в Японию специалисты Института космических и астронавтических исследований JAXA проведут её вскрытие, извлечение и каталогизацию образцов. Материал будет распределён между научными партнёрами миссии для дальнейших исследований.

«У нас будут макроскопические измерения с космического аппарата, микроскопические наблюдения с помощью ровера, а затем лабораторный анализ образцов. Мы сможем связать результаты всех трёх уровней исследований», — отмечает Мишель.

Такое сочетание методов особенно важно для изучения небольшого небесного тела. Орбитальные наблюдения дают представление о его общей структуре, ровер позволяет исследовать отдельные участки непосредственно на поверхности, а лабораторный анализ доставленного материала обеспечивает точность измерений, недостижимую для большинства космических приборов.

В конечном итоге MMX должна помочь ответить на более широкий вопрос: как формировались планеты земной группы и каким образом на них возникали условия, потенциально пригодные для жизни.

По мнению Кавакацу, Марс занимает особое положение в Солнечной системе — на границе между внутренними областями, где преобладают каменистые планеты, и внешними областями, богатыми льдом и летучими веществами. Изучение его спутников может помочь понять, каким образом вода и органические соединения распространялись в ранней Солнечной системе.

Миссия MMX — не просто попытка доставить на Землю несколько граммов грунта с небольшого спутника. Это комплексный эксперимент по исследованию небесного тела, на котором ещё никто не высаживал ни один космический аппарат и не работал ни один колёсный робот.

Именно поэтому результаты миссии будут важны не только для планетологии, но и для развития технологий автономной навигации, робототехники, посадочных систем и отбора образцов в условиях экстремально низкой гравитации.

Сможет ли несколько граммов грунта с Фобоса разрешить многолетний спор о происхождении марсианских спутников? Или главная ценность MMX окажется не столько в научных открытиях, сколько в технологиях, которые позволят в будущем организовать полноценные экспедиции к малым телам Солнечной системы? Предлагаем читателям обсудить, какое из этих направлений может оказаться важнее для дальнейшего развития космонавтики.