Как мы искали Марс-3

:

Честное слово, это почти случайно получилось, что такая новость пришла к началу апреля и Дню космонавтики. Сегодня я расскажу о том, как история, которая началась и оборвалась более 40 лет назад, внезапно получила продолжение в наши дни. О том, как простой юзернейм вконтакта, в своем интересе к Марсу дошел до NASA. О том, что международная солидарность ученых — не пустой звук. И о том, что космос ближе, чем кажется.

Мы искали Марс-3.

И мы нашли его! Прямо на Марсе, на дне гигантского кратера Птолемея, среди безжизненных пустошей и валунов.

О том, как мы это сделали, сегодняшний рассказ.


Началось все на Хабре…

Нет, началось, конечно же, 28 мая далекого 1971 года, когда к Марсу стартовала советская исследовательская станция Марс-3. Но лично для меня все началось на Хабре в конце ноября 2012 г., с одного полушутливого комментария о NASA: «Они там старый советский марсоход нашли...» На тот момент я был уверен, что все «старые марсоходы» давно найдены, ведь известны же места их посадок. Но для проверки своих знаний я отправился на сайт HiRise и с удивлением узнал, что ничего не найдено! То есть местоположение всех успешных аппаратов известно, и все они сфотографированы камерой HiRise на спутнике NASA Mars Reconnaissance Orbiter с детализацией 30 см на пиксель. Но вот с фейлами ситуация не такая однозначная. Американцы на Марс роняли Mars Polar Lander, европейцы — Beagle 2, СССР — Марс-6 и Марс-2 и ничего из этого не найдено, хотя искали. А что же Марс-3? Оказалось, что его тоже никто не видел.

Наш аппарат, который совершил феноменальную, первую в истории успешную посадку на Марс 40 с лишним лет назад! Он доказал, что это реально, причем проделал это практически в той же последовательности, в которой в 2012 году американцы посадили Curiosity. В общем, посмотрите сами:


( Обожаю это видео. Могли ведь и корабль запустить, и кино снять)

Итак, Марс-3 сел успешно — это известно точно, т.к. он начал радиопередачу, а она невозможна без раскрывшихся антенн. Но через 14 секунд радиопередача оборвалась, оставив для конструкторов головоломку о причинах отключения, а энтузиастам космонавтики и фотошопа — первую в истории фотографию Марса.

Что только с ней не делали, какие фильтры не накладывали, лишь бы подыграть своему воображению и рассмотреть на ней линию горизонта, горные склоны и марсианские облака или клубы пыли от бушевавшей тогда бури.

Но вся хитрость в том, что это часть фотопанорамы, и для просмотра в том ракурсе, в котором снимала камера, этот кадр надо повернуть на 90 градусов. По замыслам конструкторов, фотография должна была получиться вот такого плана:


( Это кадр с Луны-9, у которой с Марсом-3 очень много общего)

Т.е. если наложить одно на другое, то это будет выглядеть так:

В общем, ценной информации с поверхности передано не было, первый марсоход так и не ступил на поверхность Марса, т.к. крепился к верхней части модуля, но психологическая победа была достигнута — посадили первыми свой аппарат на другую планету! Причину отключения так и не определили. Кто-то предполагает коронный разряд в антеннах и грешит на бурю, кто-то подозревает аккумулятор. В общем, будущим поселенцам будет чем заняться.

Потом были другие экспедиции, другие успехи и неудачи, а металлический «цветок» постепенно уходил в забвение. Сменились поколения и государства, появился интернет, Хабр и вконтакт. И появился мой интерес к Марсу-3.

Обратившись к сайту HiRise, я обнаружил только снимок 2007 под названием Center of Soviet Mars 3 Landing Ellipse. Это было для меня открытием, поскольку я так был уверен во всемогуществе NASA и HIRise, что ожидал увидеть точное указание, где стоит наша станция. Беглый поиск в сети тоже не дал результата. Т.е. было очевидно, что Марс-3 так и не найден. Я скачал полноформатный снимок (1,3 гб), открыл его и понял, почему за 5 лет так никто и не отыскал станцию.

Представьте себе поиск на прямоугольнике 6 на 20 километров округлого объекта шириной 1,5 метра. Знаю, многие сейчас подумали, что надо было написать программу, которая сама бы искала станцию. Но думаю, такой поиск невозможен, пока не создан искусственный интеллект. Да, программа могла бы выделить интересные валуны соответствующего размера.

Но там таких объектов — тысячи, поскольку рядом кратер, из которого веером разлеталась порода.

2 млрд. пикселей, среди которых надо найти объект 8 на 8 пикселей.
Вот фрагмент в оригинальную величину:

Посмотрел я на объемы работы и понял, что без коллективного разума тут не обойтись. К тому времени в группе ВК " Curiosity — марсоход" было уже около 4 тыс. человек, и я предложил подписчикам космическо-патриотический квест: найти Марс-3. Для этого я разрезал большую фотографию на 20 полосок, загрузил их в сеть и предложил всем желающим принять участие в поисках. Отозвалось более десятка энтузиастов, они принялись просматривать фрагменты и загружать в отдельный альбом наиболее интересные находки. Было найдено немало любопытного, но точного совпадения не показал никто:

По своему расположению и форме объект в правом нижнем углу с некоторой долей уверенности можно назвать тормозным конусом или, по терминологии NASA, — тепловым щитом. С этим согласились и американцы с оговоркой «кандидата лучше нам все равно не найти». Его обнаружили два участника поисков: Zaero Йа и Aku Neko.

Едва мы начали поиски, как нашлись люди более изощренные в гуглинге и они быстро отыскали ссылку на форуме «Новостей космонавтики» тему, в которой пользователь Имхотеп выложил фрагмент снимка, на котором, скорее всего, изображен парашют Марса-3.

.

Но мы закончили просмотр всего поля снимка, а самого Марса-3 так и не нашли. Для проверки я расположил все интересные находки на карте малого масштаба, чтобы понять, есть ли какая-либо связь между ними. И почти все мимо. Относительно совпал только парашют и тормозной конус, но я тогда не придал этому значения.

Тогда я решил «плясать от печки» и сконцентрировать внимание на парашюте. То есть я взял за основу гипотезу, что это именно он и есть. Проблема поисков была в том, что я не знал, на какой радиус могли разлететься элементы конструкции. Поэтому я взял материалы по американским миссиям: Viking-1-2, Phoenix Lander, Mars Pathfinder, наложил на место посадки Марса-3 и прочертил максимальный радиус, на который разлетались аппараты NASA от своего парашюта. Наиболее интересные объекты я выносил на отдельную схему, где размещал их в примерном соответствии с их положением на местности. Получалась вот такая картина:


( Масштаб уменьшен.).

Но времени и сил на поиск не хватало. Схему я так и не закончил, да и, как потом выяснилось, намеченный мною радиус не включал посадочные элементы — наш аппарат «разлетелся» сильнее американских.

В своих поисках и марсианских интересах я вышел на канадского ученого Филлиппа Стука ( Philip J Stooke). В свое время он искал (но ошибочно определил) Луноход-2 на снимках LRO. Он подсказал самый важный момент, который оказался решающим — направление полета спускаемого модуля. Он сказал: «Полет проходил на восток». Это позволило сразу отсечь 50% ненужного поля и сконцентрировать поиски в оптимальном направлении.

Я выделил сектор, который охватывал в четыре раза больший радиус, чем показывал американский опыт, и продолжил методично просматривать кадр. На это ушло несколько вечеров и, если честно, я уже отчаялся что-либо найти, а продолжал просто из стремления довести дело до конца. Когда я объявил массовый поиск, то фактически, взял на себя обязательства, что усилия людей не будут потрачены даром (хотя и предупреждал, что вероятность обнаружения крайне мала). В любом случае я должен был проверить, чтобы с уверенностью сказать «Найти невозможно» или «Нашли!»

Получилось в результате — «Нашли!».

Изначально я свои поиски концентрировал на модуле, который должен был определиться по своим крестообразным «лепесткам». По ним я как раз и опознал этот объект. А двигатель мягкой посадки, в сцепке с парашютным контейнером, который обнаружился рядом, оказался ценным бонусом. Я основывался на фильме, а там эта деталь «исчезает» перед посадкой, поэтому я ее и не искал. По факту завершающий этап проходил в такой последовательности:

Итак, нашел! Но что дальше?
Я мог бы написать об этом на Хабре или написать на том же форуме «Новости космонавтики», но там уже таких искателей хватает, которые в каждой кочке видят Марс-3, а в каждой песчаной дюне — парашют. Необходимы были доказательства.

Тут снова помог Фил Стук. Он посмотрел мою находку, согласился, что она очень интересна, и посоветовал выделить в окрестностях еще несколько объектов, которые по размеру и форме похожи на спускаемый модуль. Это нужно было сделать для того, чтобы показать, что моя находка — самая убедительная.

Я это сделал, и получилась вот такая простыня:



( Кликабельно. 1 мб)

Точнее, их было две, но я думаю, что для примера и одной достаточно. Под первым номером идет сам Марс-3 (самый убедительный кандидат). Конечно, данная выборка не совсем репрезентативная, поскольку она составлялась, уже когда я знал правильный ответ, но я старался отбирать самые похожие. К счастью больших куч камней, как на фото выше, в секторе поиска не было.

Но это лишь один аргумент в пользу моей находки. Необходимо было найти более убедительные доказательства, но сделать их своими силами я уже не мог. Необходимо было сделать повторный снимок местности в другое время суток, чтобы по характеру изменения тени определить форму объектов. Необходимо было получить информацию о длине троса, который соединял парашютный контейнер и двигатель мягкой посадки. Последний момент мог не только подтвердить, но и опровергнуть мою догадку, что хорошо согласуется с критерием Поппера, которому должны соответствовать все научные теории. Длина, которая наблюдается на снимке соответствует 4,8 метра. Если бы обнаружилось расхождение хотя бы в метр, то о чести первооткрывателя можно было забыть.

Тут возникает вопрос: как тонкий трос мог быть заметен на снимках с детализацией 25 см на пиксель?
Если взглянуть на фотографию Opportunity, то можно увидеть тень от его мачты.

Хотя в реальности ее толщина не превышает 15 см:

Т.е. HiRise видит даже то, что видеть не должен.

Впрочем даже 15 см трос себе трудно представить в этой роли, но я полагал, что вдоль него могло намести песка, и мы видим не трос, а небольшую гряду, которая вдоль него возникла под действием ветра. Дальнейшее исследование показало, что даже в таких предположениях нет необходимости.

HiRise снимал этот участок лишь однажды, а информации по длине троса в немногочисленных открытых источниках нет. Самый информативный источник — книга " Трудная дорога к Марсу" В.Г. Перминова (к слову издана на средства NASA и на английском языке). Но и там нужной информации не нашлось.

Поэтому я обратился к профессору заведующему лабораторией сравнительной планетологии Института геохимии и аналитической химии имени В.И.Вернадского (ГЕОХИ) Александру Базилевскому. Он упоминался на Википедии в статье о Луноходе-2, поэтому я подумал, что ему будет интересна и марсианская тема. Сначала он был скептичен: " нужна аргументация — почему Вы думаете, что этот объект есть то, что Вы думаете. Аргументация, которую использовала одна моя знакомая: Слепец, кто этого не видит, — здесь не проходит".

Я подготовил схему, на которой отобразил все, что я «вижу» и как вижу:

И убедил-таки! Разумеется, как всякий ученый, Александр Тихонович подчеркивал свое сомнение и в переписке всегда указывал «элементы Марса-3, как это увидел Виталий». Но при этом написал руководителю научной группы камеры HiRise Альфреду МакЮэну.

Ответ американца был скорым и неожиданным для меня: «We will re-image this location to see if we can learn more».
Вот так! Не знаю, то ли мои иллюстрации были столь убедительны, то ли международный авторитет Базилевского столь высок, чтобы вот так, по первому обращению NASA согласилось скорректировать работу аппарата на марсианской орбите, чтобы посветить в то место, где что-то показалось простому мальчишке from the Soviet Russia.

Пока NASA прицеливалось, Базилевский «заразил» моей находкой Арнольда Селиванова, начальника научно-технического центра РКС и одного из создателей Марса-3. Он тоже быстро переборол начальный скептицизм и приложил усилия для перепроверки сведений со своей стороны. Необходимо было установить длину пресловутого троса на двигателе мягкой посадки. Сделать это можно было только пробравшись в недра НПО им. Лавочкина. С подачи Селиванова на этот подвиг отправился один из инженеров НПО — Владимир Молодцов.

Для меня в этом деле наступило затишье: HiRise бороздит околомарсианские просторы, Владимир — просторы НПО Лавочкина.

Пытаясь вытянуть хоть какую-то информацию из доступной фотографии, я высчитал высоту предполагаемого модуля, исходя из длины тени и угла освещения. Получилось 78 см. Реальная высота Марса-3 — 75 см (соотношение высоты к ширине в разложенном состоянии 1/2). Маленький аргумент в плюс, но главные доказательства приходилось ждать.

Шли недели, близился апрель.

Первые вести пришли с нашей стороны, от Владимира: " Цепи, соединяющие РДТТ мягкой посадки с парашютным контейнером, имеют длину 4,52 метра."

Bingo! 4,8 на Марсе, 4,5 в чертежах. Погрешность в пределах 1,5 пикселя. Тем более видимые 0,3 м как раз подходят для двигателя. Это был просто великолепный подарок. Мы поспешили поделиться им с американцами, а в ответ получили не менее положительную весть: We have a new image and are working on special noise removal and sharpening of both images.

Через несколько дней прислали и готовый результат:


( Кликабельно. 3 мб)

К слову, снимок, который они получили, по качеству ниже чем кадр 2007 года, из-за более высокого количества пыли в атмосфере, зато цветное поле камеры захватило сам модуль. Впрочем, никакой цветовой информации это нам не дало, т.к. если он и был выкрашен в какой-либо цвет, то краска обесцветилась бы под ультрафиолетовыми лучами, а поверхность покрылась слоем пыли.

Зато теперь мы можем сравнить «было-стало» и взглянуть на поле под разными углами освещения.

Новые снимки выглядят бледнее еще и потому, что солнце более высоко в зените, тени короче и все кажется более плоским.

Потом мы еще неделю согласовывали пресс-релиз. Это, кстати, еще подчеркивает этичность NASA — они могли спокойно от себя написать, хотя бы и с упоминанием нас. Впрочем, возможно, это просто международные принципы сотрудничества. К сожалению, они не смогли разместить имена всех, кто помогал мне в поисках на сайте NASA, но сделали это на сайте NASA JPL.

Результат нашей деятельности, поисков, доказательств и архивных раскопок — на сайте NASA.

А теперь о деле: Марс-6 еще не найден!

Я хотел бы предложить читателям сделать свой вклад в историю отечественной космонавтики. Можно было бы ринуться толпой на сайт Hirise, пересмотреть снимки и найти что-нибудь подходящее. Но более эффективно, с точки зрения популяризации, было бы сделать приложение на Android и iOs, которое позволяло бы просматривать отдельные фрагменты снимков и выделять наиболее интересные участки. Что-то вроде проекта " Четвертая Планета". И куда как не на Хабр обращаться с такой идей? Я прикинул, что один снимок 25Кпикс на 80Кпикс даст 8333 фрагментов 600х400пикс. А для Марса-6 таких кадров сделано несколько, так что хватит надолго. Думаю, если сделать такое приложение, то оно пригодится и для поисков американского Mars Polar Lander и европейского Beagle 2.

В конце-концов, чем птиц в свиней кидать, лучше искать потерянные космические станции! Я постараюсь привлечь какую-либо поддержку от «Роскосмоса», если там вообще кто-нибудь думает о популяризации, или даже NASA. Давайте по этой теме отдельную ветку в комментариях откроем и обсудим детали.

И, да, ничего этого не было бы, если б не мои работодатели, которые позвали на Марс и закрывали глаза на рабочее время которое я проводил уткнувшись в серое поле снимка HiRise.

И всех с Днем космонавтики!

UPD: тут видеолекция на ту же тему.