Исследование Венеры автоматическими межпланетными станциями

Исследование Венеры автоматическими межпланетными станциями

Для невооруженного глаза земного наблюдателя Венера представляется в лучах утренней или вечерней зари яркой звездой. Древние астрономы долгое время даже считали, что это две разные звезды.

В 1961 г. начались космические исследования планеты Венера.

Для осуществления исследований Венеры с помощью космических полетов необходимо было решить комплекс сложнейших проблем. Остановимся на некоторых из них:

во-первых, космический аппарат необходимо вывести на такую траекторию полета, чтобы он смог в заданной точке космического пространства встретиться с Венерой;

во-вторых, время полета аппарата должно быть минимальным, так как при увеличении продолжительности полета требуется увеличение ресурсов работы его бортовых систем, а также увеличивается вероятность столкновения с микрометеорами;

и, наконец, выбранная траектория должна обеспечить возможно меньшую скорость входа аппарата в атмосферу Венеры, что значительно уменьшает перегрузки и величину аэродинамического нагрева конструкции спускаемой части аппарата.

Первым исследовательским аппаратом, направленным людьми к другой планете Солнечной системы, была советская автоматическая межпланетная станция «Венера-1», запущенная 12 февраля 1961 г. Основные задачи запуска этой станции: проверка методов вывода космического аппарата на межпланетную трассу, проверка сверхдальней радиосвязи и управления космической станцией, проведение ряда физических исследований в межпланетном космическом пространстве.

Связь со станцией «Венера-1» поддерживалась до расстояния 23 млн. км от Земли, что в то время было рекордом дальней космической связи.

В мае 1961 г. межпланетная станция достигла района Венеры, прошла на расстоянии около 100 тыс. км от ее поверхности и вышла на орбиту спутника Солнца.

27 августа 1962 г. в США в сторону Венеры был запущен космический летательный аппарат «Маринер-2», который в декабре того же года прошел на расстоянии 40 тыс. км от поверхности планеты и передал некоторые новые сведения о ней, правда, не так много, как предполагалось. В результате запусков было подтверждено, что температура поверхности планеты очень высокая, атмосферное давление по крайней мере в 20 раз больше, чем земное, плотность атмосферы в несколько раз больше, чем на Земле. Было установлено, что у Венеры, судя по показаниям приборов (в пределах их точности), отсутствует магнитное поле.

В ноябре 1965 г. в нашей стране впервые в мире был дан старт групповому полету двух АМС — «Венера-2» и «Венера-3». Цели полета у станций были различными: «Венера-2» должна была пролететь около Венеры со стороны, освещенной Солнцем, на расстоянии не более 40 тыс. км от ее поверхности, а «Венера-3» должна была достичь поверхности планеты.

Выполнение поставленных перед станциями задач требовало очень высокой точности выведения межпланетных аппаратов на траектории движения к Венере. Для ее обеспечения предусматривалась возможность проведения в полете коррекции движения. Однако точность выведения станции «Венера-2» оказалась хорошей, поэтому отпала необходимость в коррекции ее пути. 27 февраля 1966 г. «Венера-2» пролетела над освещенной частью поверхности планеты. Расстояние до нее составляло 24 тыс. км.


В конце декабря 1965 г., когда «Венера-3» находилась на расстоянии 12,9 млн. км от Земли, была проведена коррекция ее траектории, что позволило станции 1 марта 1966 г. достичь поверхности планеты Венера и доставить на нее вымпел с гербом Советского Союза. Таким образом, впервые в истории человечества аппарат, созданный руками людей, совершил межпланетный перелет и достиг поверхности другой планеты.


Крупнейшим успехом в изучении Венеры и новым значительным вкладом в развитие космонавтики стал полет автоматической станции «Венера-4». Станция стартовала 12 июня 1967 г., а через два дня США запустили в сторону Венеры космический аппарат «Мари-нер-5». 18 октября 1967 г. АМС «Венера-4», пройдя расстояние около 350 млн. км, достигла Венеры. От станции отделился спускаемый аппарат, который осуществил плавный спуск в ее атмосфере, получил ценнейшие данные о химическом составе атмосферы, ее температуре и давлении, а также доставил на ее поверхность второй вымпел с гербом Советского Союза. Через сутки после этого аппарат «Маринер-5» пролетел на расстоянии 4 тыс. км от Венеры и также провел научные исследования.

На траектории полета «Венеры-4» проводились исключительно важные космофизические исследования весьма удаленного от Земли космического пространства. Измерения установленных на «Венере-4» магнитометров показали, что Венера лишена заметного магнитного поля, а если оно и существует, то слабее земного по крайней мере в тысячу раз. Счетчики заряженных частиц не зарегистрировали у нее и радиационных поясов, подобных тем, что были открыты у Земли.

Первые непосредственные измерения параметров атмосферы Венеры на участке протяженностью около 28 км позволили установить, что химический состав ее атмосферы резко отличается от земной. Концентрация углекислого газа там весьма высока — 90%, а азот составляет менее 7%. Кроме того, содержание кислорода и паров воды оказалось много меньше, чем в земной атмосфере (менее 1,5% и не более 1,6% соответственно).

Измерения температуры и давления в нижних слоях атмосферы на уровне, которого достигла «Венера-4», подтвердили выводы радиоастрономов о высоких температурах и большом давлении. Было также установлено, что у Венеры существует «водородная корона», Аналогичная земной, но только менее протяженная.

Все полученные данные предстояло уточнить дальнейшими исследованиями. С этой целью 5 и 10 января 1969 г. к Венере стартовали советские межпланетные станции «Вёнера-5» и «Венера-6», которые в середине мая того же года достигли планеты, доставив на нее вымпелы с барельефом В. И. Ленина и изображением герба СССР. Во время полета обе станции проводили измерения солнечных и галактических космических лучей, исследования межпланетной плазмы и рассеянного ультрафиолетового солнечного излучения. Спускаемые аппараты станций «Венера-5» и «Венера-6» совершили спуск в атмосфере планеты на ее ночной стороне.

В процессе спуска были проведены измерения химического состава, давления, плотности, температуры и освещенности атмосферы.

Новые данные подтвердили предыдущие измерения, сделанные станцией «Венера-4», и повысили точность знания химического состава атмосферы Венеры. Было установлено, что концентрация углекислого газа несколько выше ранее полученных данных: она достигает 93-97%, содержание азота вместе с другими инертными газами составляет 2-5%, а кислорода - менее 1 %.

Станции «Венера-5 и «Венера-6 передали данные о температуре и давлении из более глубоких слоев атмосферы, чем «Венера-4», и определили характер изменения температурь, по высоте. Они достигли уровня атмосферы, где температура составляла 325° С а давление 27 ат; измерения закончились, когда до поверхности планеты оставалось еще приблизительно 20 км.

Анализ всех переданных данных показал, что у поверхности планеты, можно было ожидать давления порядка 100 атмосфер и температуры около 500° С.

Изменение температуры практически во всей области измерении с помощью станций «Венера~4», «Венера-5» и «Венера-6» соответствовало адиабатическому закону, для которого характерно перемещение газа по вертикали (конвекция). Однако нельзя было с уверенностью сказать, сохраняется ли такой закон вплоть до поверхности или становится иным. А от этого зависели оценки температуры и давления у поверхности, которые получились из расчетов соответствующих моделей атмосферы Венеры.

В соответствии с программой исследований космического пространства и планет Солнечной системы августа 1970 г. в Советском Союзе был осуществлен запуск автоматической межпланетной станции «Венера-7». Основной целью запуска было осуществление посадки спускаемого аппарата станции на планету изучение атмосферы в процессе спуска (вплоть до самого «дна») и на планете, проведение измерений непосредственно на поверхности, кроме того, на участке межпланетного перелета предусматривалось изучение интенсивности космических лучей.

Для измерения температуры и давления атмосферы Венеры на спускаемом аппарате станции была установлена специальная аппаратура, которая позволила измерять температуру в диапазоне 25—540° С, а давление — в диапазоне 0,5—150 ат.

Поскольку измерения предыдущих станций показали что атмосфера планеты весьма разогрета, было целесообразно дойти до не исследованных еще областей как можно быстрее. Поэтому конструкция парашютной системы спускаемого аппарата была подвергнута значительным изменениям, благодаря чему верхние участки атмосферы «Венера-7» прошла значительно быстрее, чем ее предшественницы.

15 декабря 1970 г. спускаемый аппарат советской межпланетной станции «Венера-7» совершил посадку на поверхность Венеры. По характеру изменения измеренных температур и скорости была определена зависимость температуры атмосферы от высоты, вплоть до поверхности планеты. Оказалось, что закон изменения температуры близок к адиабатическому до самой поверхности. Этот факт имеет принципиально важное научное значение.

Успешное завершение еще одного космического эксперимента позволило впервые получить научную информацию непосредственно с поверхности другой планеты Солнечной системы.

Атмосферные параметры на поверхности планеты в месте посадки спускаемого аппарата станции «Венера-7» составили: температура 475±20° С; давление 90±15 ат.

Таким образом, окончательно установлено, что Венера обладает очень разогретой атмосферой, плотность которой у поверхности примерно в 60 раз больше плотности атмосферы у земной поверхности.

Химический состав атмосферы Венеры и физические параметры на ее поверхности резко отличаются от земных.

Высота атмосферы Венеры — несколько сот километров, тогда как верхний слой атмосферы Земли простирается на тысячу километров от ее поверхности.

У Венеры существует и «водородная корона» аналогичная земной, но у нее нет заметного магнитного поля.

27 марта 1972 г. на трассу полета к Венере была выведена автоматическая станция «Венера-8». Преодолев более 300 млн. км, станция через 117 суток, 22 июля того же года, вошла в атмосферу планеты, и от нее отделился спускаемый аппарат с научной аппаратурой на борту. После аэродинамического торможения спускаемый аппарат снизился на парашюте и плавно опустился на поверхность Венеры. Впервые посадка была осуществлена на освещенную сторону планеты.

На Венеру были доставлены вымпелы с барельефом великого основателя Коммунистической партии и Советского государства Владимира Ильича Ленина и изображением Государственного герба нашей Родины.

За время снижения спускаемого аппарата и в течение 50 минут после посадки производились исследования атмосферы Венеры и поверхностного слоя планеты в месте посадки.

Впервые были проведены эксперименты по определению освещенности, давления и температуры в атмосфере и на поверхности планеты на ее дневной стороне. Получены данные о характере пород поверхностного слоя Венеры. В районе посадки этот слой достаточно рыхлый, а плотность грунта — чуть меньше полутора граммов в кубическом сантиметре.

Важное значение имели результаты измерения содержания естественных радиоактивных элементов на поверхности. Оказалось, что грунт содержит 4% калия и десятитысячные доли процента урана и тория, что по химическим признакам напоминает земные гранитные породы.

В соответствии с программой исследования Венеры автоматическими аппаратами в СССР 8 и 14 июня 1975 г. были осуществлены запуски новых межпланетных станций «Венера-9» и «Венера-10». По конструкции и назначению станции аналогичны друг другу, управление их полетом осуществлялось из Центра дальней космической связи. Станции успешно достигли окрестностей Венеры и затем были выведены на орбиты спутников Венеры. Отделившиеся от них спускаемые аппараты 22 и 25 октября 1975 г. совершили мягкую посадку на поверхность планеты. Успешным выполнением намеченной программы полета станций «Венера-9» и «Венера-10» советская наука и техника внесли выдающийся вклад в исследование космического пространства и планет Солнечной системы. Впервые в истории космонавтики были созданы два искусственных спутника этой планеты, осуществлена мягкая посадка спускаемых аппаратов станции в разных районах (отстоящих друг от друга на 2200 км), получены изображения поверхности Венеры в местах посадок спускаемых аппаратов. Четкость и ясность изображений была отличной.

В соответствии с программой полета станций «Венера-9» и «Венера-10» были проведены комплексные исследования атмосферы и поверхности Венеры. Научная информация, полученная со спускаемых аппаратов и с борта самих станций, существенно расширила наши знания об этой планете.