2 декабря 1971 года была осуществлена первая в мире мягкая посадка спускаемого аппарата на Марс и единственная в истории советской космонавтики. Специалистам США такое удалось повторить лишь 20 июля 1974 года.
«Марс-3» — одна из трех советских автоматических межпланетных станций (АМС) серии М-71, созданных Научно-производственным объединением им. С.А. Лавочкина.
АМС «Марс-3» была предназначена для исследования планеты Марс и околопланетного пространства с помощью доставляемого на поверхность планеты посадочного аппарата, а также орбитального аппарата, выполняющего функции искусственного спутника планеты.
В состав межпланетной станции входили орбитальный отсек и спускаемый аппарат. Основу орбитальной станции составлял блок баков главной двигательной установки, солнечные батареи, параболическая антенна, радиаторы системы терморегуляции, приборный отсек с вычислительным комплексом и корректирующий реактивный двигатель с агрегатами автоматики. Система управления была разработана и изготовлена Научно-исследовательским институтом автоматики и приборостроения (ныне Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина).
На борту орбитальной станции также была установлена научная аппаратура «Стерео» для проведения совместного советско-французского эксперимента по изучению радиоизлучения Солнца.
Спускаемый аппарат — автоматическая марсианская станция (АМС), оборудованная системами и устройствами, обеспечивающими отделение аппарата от орбитального отсека, переход его на траекторию сближения с планетой, торможение, спуск в атмосфере и мягкую посадку на поверхность Марса. Он представлял собой сферу, закрытую коническим аэродинамическим щитком. Сверху был закреплен приборно-парашютный отсек, включавший в себя сам парашют, систему торможения и научную аппаратуру, позволяющую осуществлять автономную навигацию.
В спускаемом аппарате была установлена аппаратура для измерения температуры и давления атмосферы, масс-спектрометрического определения химического состава атмосферы, измерения скорости ветра, определения химического состава и физико-механических свойств поверхностного слоя, а также для получения панорамы с помощью телевизионных камер.
Для определения физико-механических свойств грунта на борту спускаемого аппарата был установлен прибор ПрОП-М (прибор оценки проходимости — Марс), представляющий собой маленький, шагающий марсоход, управляемый по проводам.
Марсоход, весивший 4,5 килограмма, должен был высадиться на Марс и пройти лишь небольшое расстояние, оставаясь соединенным с посадочным аппаратом кабелем длиной 15 метров. Свойства марсианского грунта были неизвестны, поэтому, чтобы не провалиться в пыль или песок, у робота были сделаны стальные опоры в виде лыж. На нем был установлен конический штамп, вдавливание которого в грунт дало бы сведения о прочности марсианской поверхности. По следам от лыж, зафиксированным на телевизионной панораме, также можно было бы судить о механических свойствах грунта. На грунт, в область видимости телекамер, его помещал манипулятор.
28 мая 1971 года АМС «Марс-3» была запущена с космодрома Байконур при помощи ракеты-носителя Протон-К с дополнительной четвертой ступенью — разгонным блоком Д. Станция была сначала выведена на промежуточную орбиту искусственного спутника Земли, а затем разгонным блоком Д переведена на межпланетную траекторию. Полет к Марсу продолжался более шести месяцев. До момента сближения с Марсом он проходил по программе.
Прилет станции к планете совпал с большой пылевой бурей.
После трех коррекций траектории движения произошло отделение спускаемого аппарата от орбитальной станции. Спускаемый аппарат вошел в атмосферу Марса под углом близким к расчетному со скоростью около шести километров в секунду. Затем за счет аэродинамического торможения он уменьшил скорость, открыл парашют. Одновременно был сброшен аэродинамический конус и открылись антенны радиовысотомера системы мягкой посадки.
На высоте 20-30 метров по команде радиовысотомера был включен тормозной двигатель мягкой посадки. Парашют в это время был уведен в сторону другим ракетным двигателем, чтобы его купол не накрыл автоматическую марсианскую станцию.
Спуск в атмосфере продолжался немногим более трех минут.
2 декабря 1971 года была осуществлена первая в мире мягкая посадка спускаемого аппарата на Марс и единственная в истории советской космонавтики. Специалистам США такое удалось повторить лишь 20 июля 1974 года.
Посадка спускаемого аппарата «Марс-3» была осуществлена между областями Электрида и Фаэтонтия на плоском дне крупного кратера Птолемей, западнее кратера Реутов, и между малыми кратерами Белев и Тюратам. В момент посадки толстое пенопластовое покрытие защитило станцию от ударной нагрузки. В течение 1,5 минут после посадки автоматическая марсианская станция готовилась к работе, а затем начала передачу панорамы окружающей поверхности, но через 14,5 секунд трансляция прекратилась. АМС передала только первые 79 строк фототелевизионного сигнала (правый край панорамы). Впоследствии были выдвинуты несколько гипотез о том, что стало причиной внезапного прекращения сигнала с поверхности: предполагали коронный разряд в антеннах передатчика, повреждение аккумуляторной батареи, уход орбитальной станции из зоны видимости антенны спускаемого аппарата и др.
После отделения спускаемого аппарата орбитальная станция выполнила торможение и вышла на нерасчетную орбиту искусственного спутника Марса. Полет станции на околомарсианской орбите продолжался в течение 188 дней.
За этот период она выполнила комплексную программу исследования Марса, совершив 20 витков вокруг планеты. Орбитальная станция продолжала исследования до исчерпания азота в системе ориентации и стабилизации.
За время работы станции были проведены инфракрасная радиометрия, фотометрия, измерения состава атмосферы, магнитного поля и плазмы планеты, а также окружающей ее космической среды. Тепловое излучение грунта планеты, по которому определялась его структура, исследовалось как в инфракрасном диапазоне, так и в радиодиапазоне. Впервые были получены фотометрические профили Марса глобального характера во многих спектральных диапазонах. Измерения водяного пара доказали, что содержание влаги в атмосфере Марса в сотни тысяч раз меньше, чем в атмосфере Земли. В результате научных исследований были выявлены цветовые различия отдельных районов и участков поверхности планеты. С применением французского прибора «Стерео» было проведено исследование радиоизлучения Солнца, при этом изучалась пространственная структура, направленность и механизм процесса излучения.
В рамках выполнения миссии Mars Reconnaissance Orbiter (американская автоматическая межпланетная станция, запущенная к Марсу в 2005 году) проводились попытки найти место посадки аппарата «Марс-3», наряду с другими автоматическими станциями, посланными человечеством в XX веке. В 2012-2013 годах волонтеры из группы «Curiosity — марсоход» произвели анализ снимка высокого разрешения предполагаемой зоны посадки станции, который был сделан в 2007 году спутником Mars Reconnaissance Orbiter. В результате были выявлены объекты, предположительно являющиеся элементами спускаемого аппарата «Марс-3». На снимках были идентифицированы автоматическая марсианская станция, парашют, двигатель мягкой посадки и аэродинамический тормозной экран.
