Как СССР обогнала Америку в космической гонке: «Венера-7» — первый шаг на ближайшую планету

Когда речь заходит о космической гонке СССР и США, многим на ум приходят первый человек в космосе, высадка на поверхность Луны, «Союзы» и «Салюты». Но на самом деле сверхдержавы состязались ещё в одном направлении — американские и советские исследователи очень хотели «покорить» Венеру, прикладывая для этого колоссальные усилия.

И самое интересное, что хотя об этой планете слагали легенды буквально тысячи лет, лишь в 60-70-х годах прошлого столетия благодаря «Венерам» и «Маринерам» научному сообществу удалось получить действительно достоверную информацию о Венере.

Разочарование планетарного масштаба

Стоит сказать, что если не считать Луну, Венера является ближайшим крупным космическим объектом к Земле — в наилучшем сценарии расстояние между планетами составляет всего 38 миллионов километров (до Марса, к примеру, минимум 56 миллионов километров). Благодаря этой близости человек в определённых сценариях имеет возможность наблюдать Венеру в небе даже без специального научного оборудования вроде телескопов.

💡 Интересный факт: шумеры, проживающие примерно за 3000 лет до нашей эры, считаются первыми «открывателями» Венеры — именно они заметили некую яркую звезду, которая появляется в небе или перед рассветом, или после заката солнца, связав её возникновение с богиней Инанной (богиня любви или плодородия).

Это, к примеру, позволило Пифагору ещё до нашей эры заниматься ограниченными исследованиями неизвестного космического объекта.

Проблема лишь в том, что отсутствие необходимых технологий привело к возникновению множества ошибочных теорий относительно ближайшего «соседа». Например, начиная с XVII века, когда у астрономов появились первые телескопы, способные «добить» до Венеры, исследователи вдруг обнаружили, что увидеть поверхность планеты, как это было с Луной, невозможно — обзор перекрывает «густой туман» (на самом деле это был никакой не туман, а чрезмерно плотная атмосфера, «посмотреть» через которую с тем уровнем технологий было банально невозможно). А если есть туман, то, по мнению учёных того времени, есть и повышенная влажность — эти умозаключения породили массу заблуждений о том, что на поверхности Венеры, скорее всего, существуют моря, океаны и реки, облака и, скорее всего, даже жизнь.

Эту идею с радостью подхватили писатели-фантасты, которые описывали Венеру в своих романах вторым домом для землян — например, Ахилл Эро (Achille Eyraud) в 1865 году выпустил роман «Путешествие на Венеру» (Voyage à Venus), в котором поведал читателям про обитаемую планету, по которой сквозь рощи деревьев в огромных лесах гуляют динозавры.

Правда, в 1950-х годах, когда у учёных появились первые радиотелескопы нового поколения, вся эта сказка о «Земле 2.0» разбилась о невероятно суровую реальность. Например, исследователи определили, что температура на поверхности Венеры в среднем составляет 500 °C. Естественно, в этих условиях никакой влаги быть не может — любая вода там испарилась миллиарды лет назад.

Впрочем, хотя сразу стало ясно, что никакого второго дома из Венеры не выйдет, исследование планеты не только не прекратилось, но и наоборот вошло в ещё более активную фазу. Дело в том, что как раз в тот период СССР и США активно состязались в космических технологиях — каждая из сверхдержав хотела доказать оппоненту и всему миру своё превосходство в космической гонке, а Венера стала ещё одним способом это продемонстрировать. И Советский Союз благодаря богатому опыту в запуске искусственных спутников оказался в этой гонке впереди, запустив 12 февраля 1961 года автоматическую межпланетную станцию «Венера-1».

Да, из-за сбоя в средствах связи данная станция выполнить поставленные научные задачи не смогла, но «Венера-1» стала первым космическим аппаратом, нацеленным на изучение планеты в рамках Солнечной системы, а также первым аппаратом, которому удалось пролететь мимо Венеры. Примечательно, что США смогла выполнить ту же задачу лишь спустя полтора года — с миссией «Маринер-2» («Маринер-1» провалился ещё на старте из-за аварии) в августе 1962 года. Правда, так как американский корабль смог собрать и передать данные, именно его считают первым аппаратом, которому удалось провести изучение поверхности Венеры из космоса.

Впрочем, удерживать условное лидерство в данном вопросе Америка долго не смогла — в следующие четыре года обе сверхдержавы запустили в сторону Венеры немало автоматических межпланетных станций, которые пролетали мимо планеты, собирая различные научные данные. А в 1966 году советские учёные совершили настоящий прорыв — они запустили в космос станцию «Венера-3», состоящую из орбитального спутника и спускаемого космического аппарата (всю конструкцию перед запуском тщательно продезинфицировали, чтобы земные бактерии не попали на поверхность Венеры).

К сожалению, мягкой посадки не произошло — спускаемый аппарат врезался в Венеру на огромной скорости, так что передать какие-то данные с поверхности не удалось. Но даже с учётом этой неудачи станция «Венера-3» всё равно совершила нечто невероятное — это первый в истории человечества космический аппарат, которому удалось добраться до поверхности другой планеты.

А спустя два года, в 1967-м, исследователи из СССР с «Венерой-4» совершили уникальное открытие, которое полностью изменило подход к будущим исследовательским миссиям на Венеру. Дело в том, что на тот момент учёные предполагали, что на поверхности планеты давление находится на уровне 10 атмосфер, так что корпус спускаемого аппарата сферической формы изготовили с двойным запасом прочности — он должен был выдерживать до 20 атмосфер. Но они ошиблись — аппарат в рамках плана спускался на парашютной системе к Венере, но на высоте примерно 28 км от поверхности его корпус был буквально раздавлен атмосферой.

Проанализировав полученные данные (аппарат передавал информацию со скоростью 1 бит в секунду в течение 93 минут), советские специалисты пришли к выводу, что реальное давление на поверхности Венеры составляет не 10 атмосфер, а примерно 100 (забегая наперёд — они были очень близки к истинному значению, так как по текущим данным давление на Венере составляет около 90 атмосфер). Соответственно, хотя спускаемый аппарат «Венеры-4» спуск не пережил, он дал ценнейшую информацию, которую затем применили при разработке легендарной «Венеры-7».

Правда, перед «семёркой» было ещё два космических аппарата, с которым произошла довольно неприятная история. Суть в том, что когда «Венера-4» уже находилась на подлёте к Венере, «Венеру-5» и «Венеру-6» уже активно разрабатывали и готовили к производству, считая, что на поверхности планеты присутствует давление на уровне 10 атмосфер. И когда благодаря «Венере-4» стало известно, что давление на самом деле в десять раз выше, переделывать конструкцию просто не было времени — космическая гонка не позволяла подобных промедлений. Так что корабли отправили на Венеру, изначально понимая, что у них нет ни единого шанса добраться до поверхности.

С другой стороны, это не помешало им внести свой вклад в науку — аппарату «Венера-5» удалось спуститься на высоту в 18 км над поверхностью Венеры, собрав данные о составе атмосферы планеты. Оказалось, она на 97% состоит из углекислого газа, ещё на почти 3% из азота и лишь на 0,1% — из кислорода. Также аппарат передал данные о давлении в 27 атмосфер на высоте в 18 км и температуре в 320 °C. Более того, так как полученные с «Венеры-6» данные отличались от «Венеры-5», учёные смогли определить, что на поверхность Венеры имеет неоднородный рельеф. Всё это легло в основу нового аппарата, которому было суждено доказать превосходство СССР в космосе.

Последние приготовления перед посадкой

При разработке корпуса «Венеры-7» советские учёные исходили из того, что на поверхности Венеры стоит ожидать температуру на уровне 500 °C при атмосферном давлении около 100 атмосфер, а также скорость ветра 1,5 м/с и чрезвычайно кислотную среду. Дабы аппарат продержался в столь суровых условиях хотя бы какое-то время, было принято отказаться от традиционного на то время алюминиевого сплава с высоким содержанием магния АМГ 6 в пользу куда более прочного титана. Эта модернизация в ходе цикла испытаний показала себя очень хорошо — спускаемый аппарат должен был выдержать давление до 180 атмосфер, то есть в два раза больше, чем нужно.

Кроме того, если первые спускаемые аппараты на «Венерах» были относительно компактными, то для новой миссии инженеры создали сферический аппарат диаметром около 1,2 метра и массой 495 кг. Такой прирост габаритов и веса («Венера-1» весила 640 кг при высоте 2 м и диаметре 1 м, тогда как «Венера-7» имела общую массу 1180 кг при высоте 3,5 м) был обусловлен усиленным каркасом и продвинутой теплозащитой с панелями из стекловаты, оборудованной активной системой терморегуляции с хладагентом внутри. Предполагалось, что в чрезвычайно суровых условиях Венеры система охлаждения сможет поддерживать внутри сферы пригодную для эксплуатации научного оборудования температуру, чтобы аппарат собрал необходимые данные и успел передать их на Землю.

Ещё на борту спускаемого модуля «Венера-7» разместили передовой гамма-спектрометр «ГС-4» (отвечал за анализ типа поверхности планеты), улучшенный радиовысотометр (позволял точнее определять текущую высоту аппарата), аппаратуру для измерения атмосферного давления (барометр) и температуры (термометр), радиопередатчик, передовую систему телеметрии и улучшенную парашютную систему. А для того, чтобы всё вышеперечисленное проработало достаточно долго, инженеры решили поставить на корабль новую свинцово-цинковую батарею (её за 15 дней до высадки на Венеру подзарядили солнечными батареями, установленным на борту орбитального модуля).

Примечательно, что было принято решение использовать парашютную систему, состоящую из однокаскадного тормозного парашюта (во всех предыдущих версиях парашютная система была двухкаскадная) с нитями из синтетического волокна нитрона, да ещё и с уменьшенной площадью купола до 2,8 м². Предполагалось, что аппарат при входе в плотные слои атмосферы Венеры сбросит скорость (эти расчёты оказались верны — корабль действительно замедлился с 11,5 км/сек до 200 м/сек), после чего раскроется парашютная система.

И стоит сказать, что инженеры из СССР в этом вопросе проделали просто ювелирную работу (правда, некоторые просчёты чуть не привели к провалу миссии, но об этом немного позже), которая кажется чем-то невероятным даже в наши дни. Ведь аппарат нужно было спускать максимально быстро, чтобы он не перегрелся раньше времени по пути к поверхности планеты, но при этом провернуть всё так, чтобы доставить «Венеру-7» в целостности и сохранности.

Полёт прошёл почти успешно, но не для всех

И им это удалось — 15 декабря 1970 года впервые в истории спускаемый аппарат совершил мягкую посадку на поверхность Венеры. Более того, корабль зондировал окружающую среду с высоты 55 км до самого приземления, а затем примерно 23 минуты аппарат находился на поверхности «соседа» Земли и передавал информацию с функционирующего научного оборудования на наземную станцию. За это время ему удалось измерить температуру и давление на поверхности Венеры, передав эту информацию учёным, а основная научная цель (мягкая посадка) была выполнена полностью. Стоит сказать, что Америке удалось посадить свой корабль в рамках миссии «Пионер-Венера-2» на поверхность Венеры только в 1978 году — спустя целых восемь лет после СССР.

Правда, в случае с «Венерой-7» полётная и научная программы всё же прошли не совсем по плану — проблемы начались ещё на взлёте. Здесь стоит сказать, что на самом деле седьмых «Венер» было две — основная и дублирующая (это распространённая практика, которая в космосе применяется повсеместно — даже экипажи для научных экспедиций готовятся с «дублёрами» на случай форс-мажора). И основная «Венера-7» отработала как по маслу — 17 августа 1970 года корабль запустили со стартовой площадки Байконур на модернизированной ракете-носителе «Молния-М» с увеличенными топливными баками разгонного блока (это было необходимо, так как масса аппарата «Венера-7» составляла 1180 кг, превышая грузоподъёмность ракеты-носителя).

А вот со вторым кораблём, который позже переименовали в «Космос-359», всё прошло совершенно не по плану. Этот корабль запускали через 5 дней после основного (22 августа) — в рамках выхода на околоземную орбиту три ступени ракеты-носителя отработали без проблем, «вытолкнув» автоматическую межпланетную станцию на нужную высоту. Дальше разгонный блок должен был вывести аппарат на маршрут полёта к поверхности Венеры, но из-за непредвиденного сбоя он включился позже, чем должен был, и проработал всего 25 секунд, после чего отключился. Соответственно, корабль просто застрял на околоземной орбите, а через три месяца станция вошла в плотные слои атмосферы Земли, благополучно сгорев.

У «Венеры-7» проблем в ходе полёта не наблюдалось, но они возникли уже при высадке на Венеру. Например, во время входа в плотные слои атмосферы у аппарата отказал телеметрический коммутатор, который должен был поочерёдно собирать данные со всех измерительных приборов. По какой-то причине он «застрял» на термометре и передавал на наземную станцию исключительно данные о температуре (барометр при этом работал исправно и передал значения о давлении) — от 25 °C до 475 °C. Другие приборы работать отказались, так что полностью провести запланированные научные исследования оказалось невозможно.

Кроме того, у аппарата были все шансы просто разбиться о поверхность планеты. Советские специалисты, изучив данные доплеровского изменения сигнала, пришли к выводу, что примерно на середине спуска корабль ускорился — с 14 м/сек до 26 м/сек. Более того, на момент касания аппарата с поверхностью планеты его скорость составила 16 м/сек — это больше, чем предполагалось изначально. Лишь позже исследователям удалось определить причину такого «ускорения», которое вполне могло привести к гибели «Венеры-7».

«„Венера-7” стала первым аппаратом, совершившим мягкую посадку на поверхность планеты. Но не всё прошло удачно — порвался парашют. Мы тогда ещё не знали о сернокислотных облаках, которые могли оказать неблагоприятное воздействие», — рассказал академик Михаил Маров.

Соответственно, парашютная система из синтетического волокна просто расплавилась под действием серной кислоты, присутствующей в атмосфере Венеры, и с определённой высоты аппарат из титана просто падал на планету. К счастью, прочный каркас выдержал столь неожиданное испытание. Но, вероятно, если бы не это падение, он смог бы проработать гораздо дольше, чем 23 минуты. Впрочем, как и в случае со всеми предыдущими «Венерами», все проколы в конструкции были учтены и применены в будущих проектах — в конечном итоге «Венера-8» не только успешно приземлилась, но и передала на Землю первые фотографии с поверхности Венеры. Но это уже совсем другая история.