В 1970–1980-х годах Советский Союз отправил на поверхность Венеры пять спускаемых аппаратов, каждый из которых проработал более получаса. С тех пор никто не повторял этот впечатляющий успех.
Время от времени кто-то выкладывает на Reddit фотографии с «Венеры», и все в комментариях восторгаются: «Вау, круто!» Да, это действительно впечатляет. Но задумывались ли вы, какой труд стоял за созданием аппарата, способного сделать такие снимки? Как инженеры это провернули?
Условия на Венере
Венеру называют «злым двойником» Земли — планетой, которая когда-то была похожа на нашу, но в итоге всё пошло наперекосяк.
Эти две планеты близки друг к другу по размеру, но атмосфера Венеры радикально отличается от земной. Всё из-за сильного парникового эффекта, который продолжается уже неизвестно сколько времени.
Температура на поверхности Венеры превышает 460 выше, чем на Меркурии. Давление там такое, будто вы находитесь на глубине более километра под водой.
Эта плотная атмосфера создаёт невероятные трудности для исследователей: облака Венеры состоят из серной кислоты, а при входе в атмосферу из-за трения температура может достигать 11 000 ℃.
Американцы смогли высадить человека на Луну, но на Венеру спускаемый аппарат отправить не рискнули. Советские учёные же сделали это пять раз, покорив одну из самых враждебных планет Солнечной системы.
Венера-4: корабль побольше
Одиннадцать запусков к Венере — одиннадцать неудачных попыток. Такова была статистика до «Венеры-4».
Цель проекта «Венера» была амбициозной: доставить спускаемый зонд на поверхность планеты. В разгар космической гонки Советский Союз стремился опередить американцев, прорвав завесу таинственной Венеры. Американцы готовили зонд для облёта планеты, который должен был прибыть к ней в конце 1967 года. Советский Союз хотел быть первым.
Для страны это был вопрос престижа и стратегии. После того как «Венера-3» не смогла выйти на траекторию спуска, программа была передана в ОКБ-301. Запуск «Венеры-4» был назначен на осень 1967 года.
«Венера-4» впечатляла размерами: высота аппарата составляла 3,5 метра. Посадочный модуль включал приборы и аккумуляторы в герметичном корпусе с парашютной системой.
В октябре 1967 года «Венера-4» достигла планеты и отделила спускаемый аппарат. Зонд вошёл в атмосферу, где температура достигла 11 000 °C, а перегрузка составила 450 g. Бортовые приборы начали измерять атмосферу и передавать данные на Землю.
Первая зафиксированная температура составила 39 °C, а давление — примерно земное. Но значения быстро росли. 10 атмосфер, 20 атмосфер… давление увеличивалось намного быстрее, чем ожидали инженеры.
На 93-й минуте полёта, когда зонд находился на высоте около 27 километров, корпус треснул — вероятно, в верхней части — и зонд разрушился. В месте разрушения давление достигло 22 атмосфер, а температура — 277 °C.
К этому моменту к Венере успел подлететь американский «Маринер-5», который облетел планету и передал свои данные о составе атмосферы.
Советские и американские учёные сравнили результаты. Вывод был ясен: Венера гораздо жарче, суше и опаснее, чем предполагали раньше.
Как однажды пошутил один американец: «Вам понадобится лодка побольше».
Венера-5 и Венера-6: шаг вперед
Для реализации этой идеи потребовалась серьёзная инженерная работа. Но строительство «Венеры-5» и «Венеры-6» уже было завершено, а до запуска в 1969 году оставалось совсем мало времени. Внести кардинальные изменения не успевали, поэтому инженеры сделали всё возможное, чтобы укрепить спускаемый аппарат, оставив радикальные доработки для следующей миссии.
«Венера-5» и «Венера-6» отправились в полёт, к которому были не полностью готовы, и результаты оказались схожими. «Венера-5» передавала данные в течение 53 минут, после чего не выдержала давления в 27 атмосфер и температуры 320 °C.
«Венера-6» продержалась 51 минуту, но пролетела чуть дальше. Она достигла высоты 37,8 километра над поверхностью, прежде чем её корпус не выдержал условий атмосферы.
Венера-7: успех
В 1970 году, когда открылось окно для запуска, руководители программы были полны решимости достичь поверхности Венеры — чего бы это ни стоило.
Теперь они знали цену успеха: 450 °C, 100 атмосфер давления, жгучая серная кислота. Поехали.
Инженеры «Венеры» консультировались с конструкторами подводных лодок, изучали, как выдержать высокое давление. Для корпуса использовали новые материалы, а для испытаний — усиленные и разогретые испытательные камеры.
Чтобы увеличить время работы на поверхности, модифицировали парашют, чтобы спускаемый аппарат падал быстрее. При 200 °C ограничивающий шнур плавился, и парашют раскрывался, обеспечивая мягкую посадку — хитрый и продуманный механизм.
Посадочный модуль имел форму яйца, был изготовлен из титана с гладкой поверхностью и минимальным количеством швов и отверстий. Внутри его покрывали амортизатором и специальным изоляционным слоем. Перед входом в атмосферу аппарат охлаждали до отрицательных температур, как и его предшественников.
После четырёх месяцев путешествия «Венера-7» достигла планеты в декабре 1970 года. Она отделилась от корабля-носителя и вошла в атмосферу, передавая данные в течение 35 минут. Парашют сработал как планировалось — всё шло идеально.
Но через шесть минут второго этапа парашют расплавился или порвался, и зонд стремительно упал на поверхность со скоростью 60 км/ч, в 4:42 утра по венерианскому солнечному времени.
Поверхность оказалась твёрже песка, но мягче пемзы, и «Венера-7» отскочила. Сигнал внезапно прервался. Советские инженеры думали, что аппарат разрушился.
Несколько месяцев спустя радиоастрономы снова уловили сигнал — слабый, затерявшийся среди помех. Как выяснилось, отскок сместил антенну, и сигнал ослаб до 1–3 %. Зонд передавал данные в течение 23 минут при температуре, достаточной для плавления цинка или свинца, пока корпус не начал расплавляться.
Данные с «Венеры-7» и её «сестры» «Венеры-8», запущенной в 1972 году, проложили путь для нового поколения венерианских зондов и стали одним из крупнейших достижений советской космонавтики.
Венера-9 и Венера-10: новое поколение
Следующая серия советских зондов «Венера» была запущена только в 1975 году — через пять лет после «Венеры-7». К тому времени инженеры уже знали, чего ожидать, и спроектировали два новых аппарата, способных на большее, чем когда-либо прежде. Главной целью было отправить первую в истории фотопанораму поверхности Венеры.
Новые ракеты, разработанные для полётов на Луну и Марс, позволили создавать крупные зонды. «Венера-9» и «Венера-10» были в пять раз тяжелее своих предшественников: при запуске каждый весил 5 тонн.
Оба зонда состояли из орбитального и посадочного модулей. Посадочный модуль представлял собой сферическую капсулу, покрытую асбестовым композитом. При входе в атмосферу она раскалялась и раскалывалась пополам, словно пасхальное яйцо, выбрасывая спускаемый аппарат в направлении цели.
Сам модуль был тщательно продуман. Высота капсулы — 2 метра, диаметр герметичной титановый сферы — 80 сантиметров. Внутри размещались приборы, закреплённые с золотыми проволочными уплотнителями. Полки из бериллия и электрические вентиляторы равномерно распределяли тепло, предотвращая перегрев и выход оборудования из строя.
Внутренняя поверхность сферы покрывали пенополиуретаном, о котором сегодня почти забыли. Затем всю конструкцию обернули 12-сантиметровым сотовым композитом и дополнительным титановым слоем. К днищу прикрепили амортизирующее кольцо.
Сверху находился титановый диск, напоминающий шляпу. Он выполнял роль аэродинамического тормоза вместо двухступенчатого парашюта, который подвёл «Венеру-7». Принцип работы был прост: парашют полностью отделялся на высоте 50 километров, а аэротормоз замедлял падение. Чтобы проверить конструкцию, инженеры сбрасывали её с самолёта с высоты 14 километров.
В центре модуля установили две камеры с объективами «рыбий глаз», которые могли видеть и поверхность, и горизонт. Линзы защищала герметичная кварцевая оболочка. Данные передавались с разрешением 512×128 пикселей, строка каждые 3,5 секунды.
По расчётам учёных, аппарат мог продержаться на поверхности около часа. Всего час — но за это время советские инженеры рассчитывали получить уникальные сведения о Венере.
Посадка на Венеру
В конце октября 1975 года «Венера-9» и «Венера-10» достигли планеты и совершили запланированную посадку. Парашюты сработали как задумано на высоте 50 километров, и оба спускаемых аппарата приземлились со скоростью около 25 километров в час.
Первой коснулась поверхности «Венера-9». Она опустилась на пологий склон — возможно, холм или край вулканического кратера — подняв при посадке немного венерианской пыли.
Одна из двух камер сделала снимок и передала его на Землю. Учёные наблюдали с замиранием сердца. Постепенно данные доходили… и вот — первое в истории изображение поверхности Венеры. На нём видны острые камни, почва и далекий горизонт, раскрывающие перед нами облик загадочной планеты.
Возможно, эта местность напоминала что-то знакомое с Земли, но на самом деле это был совершенно другой мир.
В тот день на Венере ярко светило солнце, хотя его слегка скрывали облака, и дул лёгкий ветерок. Приятное утро… если не учитывать сокрушительное давление, почти безводную атмосферу, едкую кислоту и температуру около 400 °C.
«Венера-10» совершила аналогичную посадку несколько дней спустя, но на гораздо более скучной местности. Это была холмистая равнина с застывшими кусками магмы — породы гораздо старше тех, что видела «Венера-9». Кислотная атмосфера уже успела разъесть их химически.
Оба зонда передавали данные в течение 50–60 минут, пока их орбитальные аппараты не вышли из зоны действия. Внутри зондов температура достигала около 60 °C. Они могли бы работать дольше, но точное время их окончательного выхода из строя неизвестно. Орбитальные аппараты после завершения миссии сгорели в атмосфере.
«Венера-9» и «Венера-10» стали оглушительным успехом и триумфом советской космической программы. Советские учёные хотели продолжения.
«Венера-11» и «Венера-12» провели ряд интересных исследований, но из-за загадочной электрической аномалии, повредившей их камеры, эти миссии почти забыли. Продолжение «Венеры-9» и «Венеры-10» оказалось немного разочаровывающим, но советские инженеры уже готовились к грандиозному финалу.
Венера 13 и 14
Инженеры усовершенствовали камеры и научные приборы, а также внедрили новые термостойкие технологии. По их расчётам, аппарат должен был проработать на поверхности не менее 30 минут.
Удивительным было то, что многие датчики теперь можно было устанавливать вне сферической камеры высокого давления. Изготовленные из платины и покрытые кислотостойкой эмалью, они демонстрировали глубокое понимание инженерами суровых условий венерианской атмосферы и их богатый опыт работы с ними.
«Венера-13» прибыла первой и успешно совершила посадку. Как и планировалось, крышка объектива открылась, и аппарат сделал два снимка: первый — черно-белый, на случай непредвиденных обстоятельств, второй — цветной.
На снимках видна поверхность с каменистой, рыхлой почвой, среди обнажений коренных пород, напоминающая дно океана.
Вдалеке виднеются холмистые плато, а небо окрашено в оранжевый цвет. Атмосфера Венеры поглощает синий свет, поэтому большинство объектов на фотографиях выглядят оранжевыми или желтоватыми.
С «Венеры-14» видна более выветренная равнина с мелкозернистыми породами и гораздо меньшим количеством рыхлой почвы. Она напоминает испечённый пирог. Порода кажется более молодой, но точного подтверждения нет — бур «Венеры-14» пробил ровно то место, куда упала крышка объектива.
Оба зонда были оснащены микрофонами, передававшими звук. Возможно, вы найдёте записи в сети: после того как крышка объектива слетала и начинала работать дрель, Венера звучала как лёгкий ветерок с едва различимыми отголосками далёкого гула — предположительно, это были венерианские «землетрясения».
Это было впечатляющее достижение советской науки. Но «Венера-13» и «Венера-14» стали последними спускаемыми аппаратами, ступившими на поверхность Венеры. «Венера-15» и «Венера-16» отказались от посадочного модуля и получили радар, который с орбиты составил детальные карты рельефа планеты.
Заключение
Миссия «Венера-Д» — это перспективный проект Роскосмоса по исследованию Венеры, разрабатываемый при участии ведущих российских научных институтов. Главная цель миссии — комплексное изучение атмосферы, поверхности и геологии планеты, а также поиск возможных признаков жизни в её облаках.
В состав миссии войдут орбитальный аппарат, посадочный модуль и аэростатные зонды для длительных наблюдений на разных высотах. Планируемый запуск намечен на 2036 год.
Проект предусматривает международное сотрудничество, в том числе с NASA, для обмена научными приборами и данными.
Кратко о миссии:
- Название: «Венера-Д»
- Цель: Комплексное исследование атмосферы, поверхности и облаков Венеры; поиск признаков жизни
- Состав: Орбитальный аппарат, посадочный модуль, аэростатные зонды
- Планируемый запуск: 2036 год
- Особенности: Возможность международного сотрудничества, поиск биомаркеров в атмосфере
Эта миссия станет первой российской экспедицией к Венере за последние десятилетия и продолжит традиции советских исследований этой планеты.