Основные научные задачи проекта нацелены на решение широкого спектра проблем, в первую очередь связанных с генезисом Солнечной системы, путем исследования физикохимических свойств реликтового вещества с Фобоса.
    Другие научные задачи включают:

    >- исследование физико-химических характеристик Фобоса как небесного тела, что позволит приблизиться к пониманию происхождения марсианских спутников и, возможно, спутниковых систем у других планет;
    >- уточнение параметров орбитального и собственного вращения Фобоса, что важно для изучения его внутреннего строения и эволюции орбиты;
    >- изучение физических условий среды вблизи Марса - электрических и магнитных полей, характеристик взаимодействия солнечного ветра с плазменным окружением Марса, в том числе регистрация 'убегающих' из атмосферы Марса ионов кислорода, что позволит расширить представления об истории воды на Марсе;
    >- исследования вариаций атмосферы Марса.

Научная аппаратура АМС 'Фобос-Грунт'

ФОБОС-ГРУНТ

    1) Приборы для исследования реголита Фобоса и атмосферы Марса

    1.1. Газоаналитический комплекс
    Одной из главных задач, связанных с изучением Фобоса, является выяснение его происхождения. Существуют две основные версии: формирование вместе с Марсом или образование в поясе астероидов и последующий захват.
    Эффективным методом изучения принадлежности вещества Фобоса к тем или иным классам метеоритов, а также степени его дифференциро-ванности является детальное исследование летучих компонентов.
    Газоаналитический комплекс выполняет задачу по исследованию летучих компонентов в грунте Фобоса в месте посадки КА. Он начинает работу после загрузки возвращаемого аппарата грунтом и его отлета.
    Непосредственно задачами, решаемыми комплексом, являются:

    >- исследование химического состава и абсолютных количеств летучих соединений (вода, С0₂, органические соединения, благородные газы и др.) в доступных поверхностных породах Фобоса;
    >- получение информации о формах вхождения летучих соединений в вещество поверхности;
    >- исследование органического вещества;
    >- измерение изотопного состава основных летучих компонентов;
    >- построение модели минерального состава вещества поверхности Фобоса на основании данных термического, газового и элементного анализа.

    Газоаналитический комплекс состоит из трех приборов:

    >- термического дифференциального анализатора (ТДА),
    >- газового хроматографа (ХМС-1Ф),
    >- масс-спектрометра (МАЛ-1Ф).

    Все приборы комплекса компактно установлены на панели ?6 КА, так что загрузочные отверстия прибора ТДА доступны для ГЗУ манипуляторного комплекса.
    Между прибором ХМС-1Ф и приборами ТДА и МАЛ-1Ф имеется газовая и электрическая связь. Прибор ХМС-1Ф задает циклограмму работы комплекса в целом и управляет потоком газа-носителя, переносящим анализируемые газы между приборами.
    Рассмотрим каждый компонент газоаналитического комплекса в отдельности.

    Термический дифференциальный анализатор (ТДА)
    Задачами прибора являются:

    >- проведение прямых измерений экзотермических и эндотермических реакций в пробе грунта для выявления минеральных фаз с температурой фазовых переходов 1000њС;
    >- термическая мобилизация летучих компонентов из навески грунта в газовую фазу для анализа на газовом хроматографе и масс-спектрометре;
    >- пиролиз высокополимеризо-ванных органических соединений.

    Основу прибора ТДА составляют блок из шести одноразовых пиролитических ячеек (ПЯ), проводящих термоанализ пробы грунта Фобоса, и блок подготовки к анализу, выполняющий все механические перемещения грунта от его получения из ГЗУ манипулятора до загрузки в ПЯ.
    Разработчик - ИКИ РАН.

    Газовый хроматограф ХМС-1Ф
    Его задачи:

    >- сбор газов, выделяемых из образца грунта в пиролитической ячейке при нагреве;
    >- распределение газов разных типов (постоянные газы, органика и др.) для анализа на соответствующих хроматографических колонках;
    >- разделение газовой смеси на отдельные компоненты;
    >- измерение количеств каждого из газовых компонентов;
    >- измерение изотопии элементов Н, С, О в молекулах Н₂0 и С0₂.

Общий вид прибора ХМС-1Ф со снятой верхней крышкой

ФОБОС-ГРУНТ

    Прибор состоит из четырех основных частей:

    1) баллоны с системой газоподачи;
    2) модули хроматографических капиллярных колонок;
    3) адсорбционные накопители;
    4) детектор лазерной спектроскопии.

    Разработчик - ИКИ РАН.

    Масс-спектрометр МАЛ-1Ф
    Задачами прибора являются:

    >- получение масс-спектров газов, поступающих из прибора ХМС-1Ф;
    >- измерение изотопных соотношений летучих элементов в исследуемых газах.

    МАЛ-1Ф состоит из масс-анализатора и блока электроники.
    Разработчик - ГЕОХИ РАН.

    1.2. Мессбауэровский спектрометр MIMOS II
    Мессбауэровская спектроскопия позволяет определять минералогический состав соединений железа в грунте. Миниатюризи-рованный мессбауэровский спектрометр MIMOS II был установлен на американских марсоходах Spirit и Opportunity. Модернизированная версия этого прибора является частью комплекса научной аппаратуры 'Фобос-Грунта'. Прибор позволяет выполнять идентификацию железосодержащих фаз, определять количественное распределение железа по этим фазам, а также по степеням окисления.
    Основные научные задачи прибора:

    >- идентификация железосодержащих фаз (силикаты, оксиды, карбонаты, гидроксиды, фосфаты, сульфиды-сульфиты и т.д.);
    >- определение количественного распределения железа среди этих фаз и по степеням окисления (Fe²⁺, Fe³⁺, Fe⁶⁺).

    MIMOS II состоит из двух частей, соединенных кабелем: блока датчиков МС-БД (разработан в Университете Майнца, Германия), установленного на манипуляторе, и блока электроники МС (разработан совместно Университетом Майнца и ИКИ РАН).
    Внутри блока датчиков размещаются два источника гамма-излучения ₅₇Со (период полураспада - 271 день), основной и калибровочный.
    Разработчик - ИКИ РАН.

    1.3. Гамма-спектрометр ФОГС
    Прибор предназначен для изучения элементного состава пород поверхностного слоя Фобоса. Гамма-спектрометр ФОГС позволяет определить содержание естественных радиоактивных и основных породообразующих элементов: водорода, углерода, кислорода, магния, алюминия, кремния, калия, кальция, титана, марганца, железа, тория и урана в слое породы толщиной 1...2 м в месте посадки КА.
    ФОГС состоит из двух блоков: БД-ГС (блок детектирования гамма-спектрометра) и АМА (амплитудный многоканальный анализатор импульсов).
    Разработчик - ГЕОХИ РАН.

    1.4. Нейтронный и гамма-спектрометр HEND
    Основной целью исследований с нейтронным спектрометром (НС) HEND (от английского High Energy Neutron Detector) является измерение среднего элементного состава реголита Фобоса непосредственно в точке посадки КА в слое толщиной несколько десятков сантиметров. Предполагается, что на такой глубине преобладает исходное вещество Фобоса, а не пылевые частицы с Марса, которые были выбиты в космос с поверхности Красной планеты ударами метеоритов.
    Информация от НС позволяет учесть возможное различие реголита на поверхности и на глубине при интерпретации лабораторных измерений состава доставленных образцов грунта. Данные гамма-спектроскопии с поверхности Фобоса имеют большую самостоятельную ценность - они могут выяснить его происхождение.
    Эксперимент с прибором НС HEND позволяет выполнить следующие научные измерения:

    >- массовые доли основных породообразующих элементов реголита Фобоса в приповерхностном слое района посадки с толщиной около нескольких десятков сантиметров (точность измерения около 1% по массе);
    >- содержание водорода (вероятно, в форме воды) в верхнем слое реголита Фобоса толщиной около 1 м (точность измерения около 0.1% для эквивалентной доли воды);
    >- отношение содержания радионуклидов K/Th в веществе Фобоса (в пределах от нескольких сотен до нескольких тысяч).

    Результаты этих измерений позволят сравнить состав вещества Фобоса с различными минералами на поверхности Земли, а также с веществом Луны и Марса и на этой основе сделать вывод о наиболее вероятном происхождении естественного спутника Марса.
    Разработчик - ИКИ РАН.

    1.5. Лазерный времяпролетный масс-спектрометр 'Лазма'
    'Лазма' предназначен для элементного и изотопного анализа поверхностного слоя реголита безатмосферных космических тел.
    После установки пробы реголита на вращающемся диске на заданном расстоянии, отвечающем фокусному расстоянию лазерного излучателя, на пробу производится импульсное воздействие длительностью 7 нс и плотностью мощности ~10⁹ Вт/см². Такое воздействие вызывает полную атомизацию и ионизацию вещества пробы, а сильный перегрев - выброс образованных ионов, находящихся в составе мишени в виде плазменного факела.
    Высокоскоростные ионы попадают во времяпролетный масс-анализатор, где разделяются по времени пролета. Разделенные во времени ионы после их отражения в тормозящем поле электростатического рефлектора регистрируются вторично-электронным умножителем. С его выхода сигнал поступает на быстродействующий аналого-цифровой преобразователь и сохраняется в памяти прибора в виде одиночного спектра.
    'Лазма' состоит из следующих функциональных узлов: оптического модуля, анализатора, узла приема грунта и блока электроники.
    Разработчик - ИКИ РАН.

    1.6. Масс-спектрометр вторичных ионов 'Манага-Ф'
    Прибор 'Манага-Ф' - времяпролетный масс-анализатор ионов - позволяет определить элементный и изотопный состав вторичных ионов, генерируемых с поверхности Фобоса под воздействием первичных ионов солнечного ветра.
    'Манага-Ф' состоит из следующих узлов:

    >- анализатора, включающего формирователь ионного потока, систему ионных зеркал, рефлектор и детектор типа вторичноэлектронного умножителя, состоящего из последовательно расположенных двух микроканальных пластин;
    >- модуля управления и питания;
    >- защитной крышки.

    Для увеличения чувствительности и уменьшения общих габаритов в анализаторе используется система отражающих ионных зеркал, которая обеспечивает надежную защиту детектора от УФ-излучения.
    В формирователе ионного потока происходит накопление влетающих во входное окно ионов, после чего электрооптически й затвор с частотой 10 кГц выталкивает накопленные ионы в область, где осуществляется доускорение ионов до энергии ~1 кэВ.
    После ускорения ионный пакет попадает в область дрейфового пространства, где происходит разделение ионов по времени пролета. Разделенные ионы регистрируются вторичноэлектронным умножителем. С выхода умножителя сигнал поступает на быстродействующий усилитель-формирователь импульсов, после чего импульсы фиксируются в гистограммирующем устройстве. В результате накопления импульсов строится спектральная гистограмма, анализируя которую можно определить массовый состав исследуемых ионов.
    Разработчик - ИКИ РАН.

    1.7. Термодетектор 'Термофоб'
    Задача эксперимента 'Термофоб' - теплофизические измерения в поверхностном слое Фобоса в месте посадки космического аппарата. Эти данные могут служить калибровочными для дистанционных измерений. Определение температурной зависимости коэффициента теплопроводности реголита дает также оценку степени его дисперсности.
    В эксперименте 'Термофоб' теплофизические свойства грунта определяются по данным термометрических измерений в процессе его активного нагрева.
    Разработчик - ГЕОХИ РАН.

    1.8. Фурье-спектрометр АОСТ
    Фурье-спектрометр АОСТ предназначен для исследования Марса и Фобоса путем измерения инфракрасных спектров излучения атмосферы и поверхности Марса, поверхности Фобоса, а также спектра солнечного излучения, прошедшего через атмосферу Марса на его лимбе. Основные задачи прибора -измерение содержания метана, поиск малых составляющих, исследование суточного цикла температуры и аэрозоля в атмосфере. Прибор может исследовать поверхность Марса дистанционно, а Фобоса - после посадки.
    Конструктивно Фурье-спектрометр АОСТ состоит из двух основных частей - 'Базы' и 'Башни'. В 'Башне' размещены узел спектрометра, приводы систем двухкоординатного наведения и арретирования, а также электронные платы. Электроника обеспечивает работу всех этих систем, а также термостабилизацию прибора. 'Башня' как целое может поворачиваться относительно 'Базы'.
    'База' служит механическим, электрическим и информационным интерфейсом с КА. На ней также установлен калибровочный ИК-излучатель (модель абсолютно черного тела), который используется для периодической калибровки прибора.
    Разработчик - ИКИ РАН.

    1.9. Эшелле-спектрометр ТИММ
    Эшелле-спектрометр ТИММ служит для исследования атмосферы Марса путем измерения спектра солнечного излучения, прошедшего через атмосферу Красной планеты на ее лимбе. Основные научные задачи прибора частично совпадают с задачами Фурье-спектрометра АОСТ: измерение метана, измерение отношения D/H, поиск малых составляющих, исследование вертикальной структуры аэрозоля в атмосфере.
    Приборы ТИММ и АОСТ дополняют и расширяют возможности друг друга. Дублирование основной научной задачи - детектирование метана - повышает вероятность ее выполнения. Широкий спектральный диапазон АОСТ и высокое спектральное и пространственное разрешение ТИММ взаимно дополняют друг друга, позволяя получить максимум информации. Два прибора совместно предоставляют широкие возможности для исследования аэрозоля.

Схема прибора ТИММ. На переднем плане детектор и плата питания и управления охладителем Ricor. За ней решетка эшелле. Блок фотометров расположен перед телескопом и жестко связан с ним.

ФОБОС-ГРУНТ

    ТИММ представляет собой моноблок, состоящий из трех основных частей: несущего корпуса (в нем размещен эшелле-спектрометр, детектор SOFRADIR, электронные платы и разъемы), блока акустооптического перестраиваемого фильтра и телескопа с блоком фотометров.
    Разработчик - ИКИ РАН.

    1.10. Микроскоп-спектрометр MicrOmega
    Оптический и ИК-микроскопы MicrOmega предназначены для получения изображений микроструктуры грунта Фобоса. Научные задачи комплекса включают определение общего минералогического состава, особенно силикатных пород (пироксен, оливин), определение степени гидратации и поиск богатых углеродом соединений.

Оптический микроскоп MicrOmega, подготовленный к термовакуумным испытаниям.

ФОБОС-ГРУНТ

    Разработчик - ИКИ РАН.

    2)Приборы для исследования внутренней структуры Фобоса

    2.1. Длинноволновый планетный радар (ДПР)
    Научная цель радиофизического эксперимента 'Радиолокационное зондирование грунта Фобоса' заключается в получении данных о поверхности и подповерхностной структуре Фобоса на глубинах 1...100 м и глубже, а также исследовании электрофизических характеристик грунта Фобоса, выявлении глубинной структуры и оценке плотности пород приповерхностного слоя.

Антена планетарного радара.

ФОБОС-ГРУНТ

    Предусматривались следующие эксперименты:

    >- обзорное зондирование всей дневной поверхности Фобоса с квазисинхронной орбиты;
    >- детальное зондирование выбранных участков;
    >- зондирование при снижении КА для посадки;
    >- зондирование на поверхности Фобоса.

    Длинноволновый планетный радар ДПР, работающий методом импульсного радиозондирования, состоит из блока электроники, биконического плоского вибратора (антенны) с согласующим устройством и высокочастотного кабеля, соединяющего антенну и блок электроники. Антенна служит как для передачи, так и для приема сигнала с разделением по времени.
    Разработчик - Институт радиотехники и электроники РАН.

    2.2. Сейсмогравиметр ГРАС-Ф
    Основная задача ГРАС-Ф - измерение вариаций гравитационного и инерционного полей на Фобосе, обусловленных вибрационными колебаниями, приливными эффектами и сейсмическими воздействиями.
    Чувствительность прибора, полученная по результатам калибровки, составляет ~2*10^-8 м/с², что позволяет измерить ожидаемые вариации гравитационного поля и получить информацию об уровне сейсмических шумов с разрешением по амплитуде колебаний поверхности в диапазоне от 2.5-10^-7 м на частотах 0.1 Гц до 10^-10 м на частотах более 5 Гц.
    Один чувствительный элемент прибора (цилиндрическая пробная масса, связанная с помощью упругого круглого стержня, с цилиндрической деталью, жестко закрепленной на основании) обеспечивает измерение ускорения по двум координатам X и Z, а второй подобный элемент, ориентированный под углом 90њ, - измерение по осям Y и Z. Еще одна пара подобных чувствительных элементов с упругим стержнем большого диаметра обеспечивает измерение в диапазоне больших ускорений.
    Масса прибора не превышает 300 г. Головная организация - ИКИ РАН.

    2.3. Сейсмометр 'Сейсмо'
    Многоканальная сейсмическая система для исследования внутреннего строения Фобоса и регистрации сейсмических полей и сигналов, а также обусловленных внешним воздействием различной природы и происхождения. Для записи сигналов используется аппаратура повышенной чувствительности, перекрывающая необходимый частотный диапазон, - с пьезо- и электродинамическим принципом преобразования сигнала.

Блок сейсмографа "Сейсмо".

ФОБОС-ГРУНТ

    Сейсмометр 'Сейсмо' состоит из сейс-моакустического блока (САБ), широкополосного сейсмического блока (ШСБ) и блока электроники.
    Основными функциональными частями САБ являются осциллятор и пьезопреобразователь. Осциллятор - конструкция, состоящая из колебательной массы, пружины и основания. Пьезопреобразователь - пьезокерамический элемент, который представл