Как СССР отправил спускаемый аппарат на Венеру
Венера
Время от времени кто-нибудь выкладывает на Reddit фотографии с «Венеры», и все пишут: «Круто». И да, это здорово, что такие снимки существуют. Но задумывались ли вы когда-нибудь, чего стоило создать аппарат, способный делать такие снимки? Как они это сделали?В этом видео я хочу рассказать о серии космических аппаратов «Венера» и о том, как создавалось это потрясающее достижение.
Условия на Венере
Давайте сначала поговорим о Венере. Я не могу представить себе более сложного для посадки места во всей Солнечной системе. Ну, разве что Солнце. Но Венера на втором месте.Венеру называют злым двойником Земли. Планета, которая изначально была похожа на Землю, но в итоге все пошло наперекосяк.
Эти две планеты расположены близко друг к другу и примерно одинаковы по размеру, но атмосфера Венеры сильно отличается от земной. Это связано с сильным парниковым эффектом, который продолжается неизвестно сколько времени.
Температура на поверхности Венеры выше, чем на Меркурии: 462 градуса по Цельсию. Давление на поверхности эквивалентно давлению на глубине более километра под водой.
Эта плотная атмосфера создает особые трудности. Ее облака состоят из серной кислоты. Кроме того, вам придется пережить вход в атмосферу, где из-за трения температура может достигать 11 000 градусов по Цельсию.
Американцы высадили человека на Луну, но так и не попытались отправить на Венеру настоящий спускаемый аппарат. Советские ученые в итоге сделали это пять раз.
«Венера-4»: корабль побольше
Одиннадцать запусков к Венере. Одиннадцать неудачных попыток. Такова была статистика до запуска «Венеры-4».Целью проекта «Венера» была высадка зонда на поверхность Венеры. В разгар космической гонки Советский Союз хотел превзойти американцев, прорвав завесу над Венерой. Американские капиталисты отправляли к Венере зонд для облета, который должен был прибыть на место в конце 1967 года. Давайте опередим их.
Для Советского Союза это был вопрос жизни и смерти. После того как «Венера-3» не смогла выйти на траекторию спуска, вся программа «Венера» была передана ОКБ 301. Запуск «Венеры-4» был назначен на осень 1967 года.
«Венера-4» была внушительным сооружением. Ее высота составляла 3,5 метра. Посадочный модуль представлял собой набор приборов и аккумулятор, заключенные в герметичный корпус с парашютом.
«Венера-4» достигла Венеры в октябре 1967 года и успешно запустила спускаемый аппарат. Материнский корабль отделил зонд от себя, и тот вошел в атмосферу планеты. Температура достигла 11 000 градусов, а перегрузка при входе в атмосферу составила 450 g. Бортовые приборы начали анализировать атмосферу и передавать данные на Землю.
Первая зафиксированная температура составила 39 градусов по Цельсию. Атмосферное давление было примерно таким же, как на Земле.
Но обе эти величины начали расти. И продолжали расти. Быстро. 10 атмосфер. Затем 20. Давление продолжало расти. Гораздо быстрее, чем предполагали инженеры.
На 93-й минуте полета, когда зонд находился на высоте более 27 километров над поверхностью Венеры, «Венера-4» треснула — вероятно, в верхней части — и разрушилась. Измерения в месте разрушения показали давление в 22 атмосферы и температуру, 277 градусов по Цельсию.
К тому времени до Венеры добрался и американский зонд «Маринер-5». Он пролетел мимо планеты и передал данные об атмосфере и составе Венеры.
Советские и американские ученые сравнили данные, полученные с помощью зондов, и пришли к выводу, что Венера — более жаркая, сухая и враждебная планета, чем предполагалось.
Как однажды сказал один американец: «Вам понадобится лодка побольше».
«Венера-5» и «Венера-6»: шаг вперед
Для реализации этой идеи потребовались серьезные инженерные разработки. Но поскольку строительство «Венеры-5» и «Венеры-6» уже было завершено, а до запуска в 1969 году оставалось совсем немного времени, внести серьезные изменения не успевали. Инженеры сделали все возможное, чтобы укрепить спускаемый аппарат, и отложили радикальную переделку до следующего запуска.«Венера-5» и «Венера-6» были отправлены на миссию, к которой они не были 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 градусов по Цельсию.
«Венера-6» продержалась 51 минуту, но пролетела чуть дальше. Она опустилась на 37,8 километра в атмосферу, прежде чем ее смяло.
Спускаемый аппарат Венера-7, макет.
Венера-7: успех
В 1970 году, когда открылось окно для запуска, руководители программы были полны решимости добраться до поверхности Венеры. Чего бы это ни стоило.И теперь они знали, чего это будет стоить 450 градусов по Цельсию. 100 атмосфер. Жгучая едкая кислота. Поехали!
Инженеры «Венеры» консультировались с конструкторами подводных лодок, чтобы узнать, как пережить высокое давление. Для строительства они использовали новые материалы. А для испытаний — более горячую и прочную испытательную камеру.
Инженеры хотели максимально увеличить время пребывания на поверхности, поэтому модифицировали парашют, чтобы спускаемый аппарат падал быстрее. При температуре 200 градусов по Цельсию ограничивающий шнур плавился, и парашют полностью раскрывался, обеспечивая мягкую посадку. Хитрый механизм.
Посадочный модуль имел форму яйца. Он был изготовлен из титана, его поверхность была гладкой, с минимальным количеством отверстий, сварных швов и внутренних конструкций. Внутренняя часть была покрыта амортизатором и неизвестным изоляционным слоем. Как и в случае с предшественниками, перед входом в атмосферу камера охлаждалась до отрицательных температур.
После четырехмесячного путешествия «Венера-7» достигла поверхности планеты в декабре 1970 года. Она отделилась от корабля-носителя и вошла в атмосферу, передавая данные в течение 35 минут. Сначала парашют сработал как положено. Все шло по плану.
Но через шесть минут после начала второго этапа парашют расплавился или порвался, и зонд рухнул вниз. «Венера-7» неожиданно упала на поверхность со скоростью 60 километров в час, в 4:42 утра по венерианскому солнечному времени.
После свободного падения он ударился о поверхность Венеры (которая оказалась тверже песка, но мягче пемзы) и отскочил. Через секунду после приземления сигнал внезапно прервался.
Советские инженеры с грустью думали, что зонд разлетелся на куски. Но несколько месяцев спустя радиоастрономы, анализировавшие радиоданные, снова обнаружили сигнал, очень слабый и затерявшийся среди помех. Невероятная удача.
Как выяснилось, из-за отскока «Венеры-7» антенна сместилась и легла на бок, из-за чего сигнал ослабел до 1–3 %. Зонд передавал данные в течение 23 минут при температуре, достаточной для плавления цинка или свинца, пока его корпус не расплавился.
Данные, полученные с «Венеры-7» (и «Венеры-8» — аппарата аналогичной конструкции, запущенного двумя годами позже, в 1972 году), проложили путь для нового поколения венерианских зондов.
Венера-9 и Венера-10: новое поколение
Следующая серия советских зондов «Венера» была запущена только в 1975 году — через 5 лет после «Венеры-7». К тому времени советские инженеры уже знали, чего ожидать, и спроектировали два новых зонда так, чтобы они могли делать больше, чем когда-либо прежде. В том числе отправлять черно-белые фотографии. Собственно, это и было главной целью зондов: отправить первую в истории фотопанораму поверхности Венеры.Новые ракеты, разработанные для полетов на Луну и Марс, позволили создавать более крупные зонды, чем когда-либо прежде. «Венера-9» и «Венера-10» были в 5 раз тяжелее своих предшественников и при запуске весили в общей сложности 5 тонн, или 5000 килограммов.
«Венера-9» и «Венера-10» состояли из орбитального и посадочного модулей. Посадочный модуль представлял собой сферическую капсулу, покрытую асбестовым композитом. При входе в атмосферу он раскалялся и разделялся пополам, как пластиковое пасхальное яйцо, выбрасывая посадочный модуль в направлении цели.
Посадочный модуль был великолепно спроектирован. Посадочный модуль высотой 2 метра представлял собой, по сути, герметичную титановую сферу шириной 80 сантиметров с прикрепленными к ней некоторыми периферийными устройствами. В этой сфере должны были храниться инструменты, и она была скреплена болтами с золотыми проволочными уплотнителями. Внутри полки из бериллия и электрические вентиляторы равномерно распределяли тепло, предотвращая выход инструмента из строя.
Внутренняя поверхность сферы была покрыта разновидностью пенополиуретана, о которой сейчас уже забыли. Затем всю конструкцию обернули 12-сантиметровым сотовым композитным изоляционным материалом и еще одним слоем титана.
К днищу спускаемого аппарата прикрепили амортизирующее кольцо.
Сверху — титановый диск, похожий на шляпу. Эта необычная шляпа должна была служить аэродинамическим тормозом вместо двухступенчатого парашюта, который так подвел «Венеру-7».
Принцип работы таков: парашют полностью отделяется на высоте 50 километров над поверхностью, а аэротормоз делает все остальное. Чтобы проверить его работоспособность, советские инженеры сбросили его с самолета на высоте 14 километров над землей.
В центре посадочного модуля были установлены две камеры, которые могли видеть как поверхность, так и горизонт на максимально возможном расстоянии. Они были оснащены объективами типа «рыбий глаз» и защищены специальным герметичным окном из чистого кварца. Посадочный модуль передавал данные с разрешением 512x128 пикселей со скоростью одна строка каждые 3,5 секунды.
По расчетам ученых, с учетом всех этих факторов спускаемый аппарат продержится на поверхности около часа. Всего час.
Посадка на Венеру
В конце октября 1975 года «Венера-9» и «Венера-10» прибыли на планету и совершили запланированную посадку. Их парашюты, как и планировалось, раскрылись на высоте 50 километров, и оба спускаемых аппарата приземлились со скоростью около 25 километров в час.Первой приземлилась «Венера-9». Она опустилась на пологий склон, возможно, холм или край вулканического кратера, подняв при посадке немного пыли.
Одной из двух камер удалось сделать снимок и передать данные. Ученые ждали. Постепенно данные поступали… и вот мы получили первое в истории изображение поверхности Венеры. На нем были видны острые камни, почва и далекий горизонт.
от так Венеру увидели последние аппараты, которые на нее приземлялись
Возможно, это место и было похоже на то, что осталось у нас дома, но это было не так. Эти образы пришли к нам из совершенно другого мира.
В тот день на Венере ярко светило солнце, хотя его и закрывали облака, и дул легкий ветерок. Приятное утро. Ну, если не считать сокрушительного давления, почти безводной атмосферы, едкой кислоты и температуры в 400 градусов.
«Венера-10» совершила аналогичную посадку несколько дней спустя, но на гораздо более скучной местности. Это холмистая равнина с застывшими кусками магмы. Эти породы намного старше тех, что видела «Венера-9». Кислотная атмосфера успела их химически разъесть.
Оба зонда передавали данные в течение 50–60 минут, пока их орбитальные аппараты не вышли из зоны действия. К тому моменту температура внутри зондов составляла около 60 °C Они могли бы работать и дальше. Мы не знаем, когда они окончательно вышли из строя. Сами орбитальные аппараты сгорели в атмосфере после завершения миссии.
«Венера-9» и «Венера-10» стали оглушительным успехом и триумфом советской космической программы. Советские ученые хотели продолжения.
«Венера-11» и «Венера-12» провели ряд интересных научных исследований, но из-за загадочной электрической аномалии, повредившей их камеры, об этих миссиях почти забыли. Продолжение «Венеры-9» и «Венеры-10» было немного разочаровывающим. Но советские ученые готовились к грандиозному финалу.
Венера 13 и 14
Инженеры усовершенствовали камеры и научные приборы, а также внедрили новые термостойкие технологии. По их расчетам, аппарат сможет проработать там не менее 30 минут.Удивительным было то, что многие из этих датчиков и приборов теперь можно было устанавливать вне сферической камеры высокого давления. Изготовленные из платины и покрытые кислотостойкой эмалью, они свидетельствуют о понимании инженерами суровых условий венерианской среды и их опыте работы с ними.
«Венера-13» прибыла первой и совершила запланированную посадку. Как и ожидалось, крышка объектива открылась, и аппарат сделал два снимка. Первый — черно-белый, на случай непредвиденных обстоятельств, второй — цветной.
цветной снимок переданный Венерой-13
На снимках видна поверхность с каменистой рыхлой почвой среди обнажений коренных пород, напоминающая дно океана.
Вдалеке виднеются холмистые плато и оранжевое небо. Атмосфера Венеры поглощает синий свет, поэтому большинство объектов выглядят оранжевыми или желтоватыми.
На снимках с «Венеры-14» видна более выветренная равнина с мелкозернистыми породами и гораздо меньшим количеством рыхлой почвы. Что-то вроде испеченного пирога. Порода выглядит более молодой, но никто не знает этого наверняка, потому что бур «Венеры-14» пробил ровно в том месте, куда упала крышка объектива.
На двух зондах были установлены микрофоны, которые передавали услышанное.
Возможно, вы найдете его где-нибудь в сети, но после того, как вы услышите, как слетает крышка объектива и начинает работать дрель, Венера будет звучать как легкий ветерок с едва различимыми отголосками далекого гула. Предполагается, что это землетрясения на Венере.
Потрясающее достижение советской науки. Но они стали последними спускаемыми аппаратами, ступившими на поверхность Венеры. «Венера-15» и «Венера-16» заменили спускаемый аппарат на радар, который впоследствии составил карту рельефа Венеры с орбиты.
Звуки с поверхности Венеры. АМС «Венера-14», 1982 год