Category:

Открытие Венеры. Часть 1 - Конец легенды.

Изучая окружающий мир, человек быстрее и полнее всего изучает ближайшие к нему объекты. Ближайшее озеро, реку, луг. Ближайший континент, ближний космос, ближайшую планету... стоп! Ведь ближайшей планетой к Земле, в смысле наименьшего расстояния по прямой, является Венера. И размерами она похоже на Землю — ее масса составляет 85% земной, год длиться 224 земных суток, есть атмосфера более плотная, чем у Марса. Чем не кандидат на колонизацию и терроморфирование? 

С этой планетой связано очень много открытий и разочарований. Побед и физических барьеров, которые отодвигают будущие победы на неопределенный срок. Давайте познакомимся с тем, как аппараты, созданные человеком открывали тайны Венеры.

0. Образец ретрофантастики на тему "первый космический корабль на Венере". Источник http://atomic-surgery.blogspot.com/2006/12/hell-is-on-venus.html

Начало изучения Венеры как планеты следует отнести к 1761 году и связано оно с именем Михаила Ломоносова. 

1. Юноша Ломоносов идет в Москву. 1948 год, художник Николай Иванович Кисляков. Источник http://pravdasevera.ru/culture/-5joohzxy

Тогда, 26 мая 1761 года состоялось довольно редкое событие — «прохождение» Венеры по диску Солнца. Это значит, что для земного наблюдателя Венера была видна на фоне солнечного диска, как-бы перемещаясь по нему. Наблюдая это событие визуально в телескоп с сильным светофильтром, Ломоносов заметил, что когда диск Венеры подходит к краю солнечного, то можно наблюдать размытие границы перехода. Вот что он писал:

«При выступлении Венеры из Солнца, когда передний её край стал приближаться к солнечному краю и был (как просто глазом видеть можно) около десятой доли диаметра Венеры, тогда появился на краю Солнца пупырь, который тем явственнее учинился, чем ближе Венера к выступлению приходила. Вскоре оный пупырь потерялся, и Венера оказалась вдруг без края.»
2. Прохождение Венеры по диску Солнца, сфотографированное в 2004 году с Земли астрономом Лоренцо Комолли. Отчетливо видна атмосфера, подсвеченная Солнцем. Я тогда наблюдал это явление визуально, в телескоп, прогуляв зачет. Таки да, "пупырь" был виден. Источник. http://www.astrosurf.com/comolli/cong10.htm
Ожидая вступления Венерина на Солнце около сорока минут после предписанного в эфемеридах времени, увидел наконец, что солнечный край чаемого вступления стал неявственен и несколько будто стушеван, а прежде был весьма чист и везде ровен. Полное выхождение, или последнее прикосновение Венеры заднего края к Солнцу при самом выходе, было также с некоторым отрывом и с неясностью солнечного края.

Так была открыта венерианская атмосфера. Уже тогда, чисто визуально стало понятно, что она по плотности не уступает, а возможно превосходит земную.

3. Облачный покров Венеры для стороннего наблюдателя. Все детали - это облака. Ни одной детали поверхности сквозь них не видно. Источник https://spaceplace.nasa.gov/all-about-venus/en/

Совершенствование телескопов, применение фотографии, спектроскопические наблюдения — все это позволило изучить только верхние слои атмосферы. Поверхность ее постоянно закутана облаками. И это не временна облачность, плохая погода или к примеру пыльная буря. Это глобальный облачный покров, абсолютно не прозрачный ни в каком оптическом диапазоне. Все наземные телескопические наблюдения показывали только одно — бесконечные облака. А что там, внутри? Какие там горы, континенты, кратеры? 

4. Инфракрасное изображение ночной стороны Венеры (справа). Фото сделано камерой АМС Якацуки японского космического агенства. 11 июня 2016 года. Источник https://solarsystem.nasa.gov/resources/470/night-on-venus-in-infrared-from-orbiting-akatsuki/?category=planets_venus

Долгое время считалось, что Венера это такая «сестра Земли», на которой застыли «доисторические условия», как их часто представляют — мелководные моря, болота, странные архаичные животные, копошащиеся в них, джунгли причудливых растений. И все должно было быть непременно похоже на Землю эпохи мезозоя. По этому поводу даже пионер научно-популярного жанра Павел Клушанцев выпустил кинофантастику «Планета Бурь» по сценарию Александра Казанцева, в основе сюжета которой путешествие на Венеру.

5. Кадр из фильма "Планета бурь" Павла Клушанцева, 1962 год. И это была именно "научная фантастика" - тогда даже ученые полагали, что на Венере возможна жизнь. Сценарист - Александр Казанцев. Источник http://astrotek.ru/kosmoflot-planeta-bur/

Любителям ретрофантастики очень рекомендую посмотреть «Планету Бурь». Восхитительные кадры стрельбы из ПМ по венерианским ящерам это просто взрыв мозга! Лихой сюжет, робот и американец в команде — просто песня. Но это все на совести сценариста и писателя — фантаста Александра Казанцева. 

6. Фильм был настолько хорошо сделан для своего времени, что шел в прокате в США! В том числе в «пиратской» версии с американскими актерами и полуобнаженными девицами, но основными спецэффектами Клушанцева. Учитесь, мсье Бондарчук! Источник http://rock-baker.blogspot.com/2018/06/a-quick-look-voyage-to-prehistoric.html

У Стругацких в их романе «Страна Багровых Туч» тоже между прочим присутствуют сцены стрельбы из автоматического оружия по местной флоре и фауне, хотя в целом венерианские условия показаны более правильно у Стругацких.

7. Иллюстрации к роману Аркадия и Бориса Стругацких "Страна Багровых Туч". Источник https://www.pinterest.se/pin/566468459371030003/

Но это все фантастика, а в реальности в 1827 году французский ученый Жозеф Фурье, изучая вопросы теплообмена, выпустил статью  «Записка о температурах земного шара и других планет». В этой статье он проанализировал тепловой баланс планет и высказал идеи о «парниковом эффекте» как одном из факторов, влияющем на климат.

8. Портрет Жозефа Фурье. "Фурье — префект департамента Изер". Художник П. Гаурерота, 1806 год. Источник https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D1%83%D1%80%D1%8C%D0%B5,_%D0%96%D0%B0%D0%BD-%D0%91%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%81%D1%82_%D0%96%D0%BE%D0%B7%D0%B5%D1%84

Но исторически, считается что первый ученый, который более — менее правильно оценил условия на поверхности Венеры был астроном и популяризатор науки Карл Саган.

9. Карл Саган, за спиной которого находится одна из антенн радиотелескопа VLA. Один из самых известных планетологов XX века. Практически все его гипотезы оказались верными после непосредственной проверки автоматическими межпланетными станциями. Писатель фантаст - автор книги "Контакт", по которой снят одноименный фильм. Источник https://twitter.com/vlarray/status/627688850291175424.

Саган предположил, что из-за преимущественно углекислотной атмосферы и близости к Солнцу, температура на поверхности Венеры должна быть очень высока — вплоть до сотен градусов, а давление превышать земное. Но эту гипотезу можно было проверить только после посадки на нее автоматического устройства.

Первым человеческим устройством, достигшим поверхности Венеры стал спускаемый аппарат АМС «Венера 3», разработанный в ОКБ-1 Сергея Королева. Все аппараты до этого или были потеряны из-за технических неполадок (как в случае с «Венерой — 1», с которой в окрестности Венеры была потеряна радиосвязь) или выполняли измерения с пролетной орбиты (как в случае с «Венерой — 2», «Маринер-2» и «Зонд — 1»). 

10. Первый космический аппарат, отправленный к другой планете - "Венера 1". Цифрами обозначены: 1 — сопло корректирующей двигательной установки; 2 — датчик точной ориентации на Солнце и звезду; 3 — датчик ориентации на Землю; 4 — параболическая антенна; 5 — управляющие сопла системы ориентации; 6 — тепловые датчики; 7 — малонаправленная антенна; 8 — штыревая антенна. 20 мая 1961 года станция прошла на расстоянии 100 000 километров от Венеры и вышла на орбиту спутника Солнца. Но к тому времени связь с ней была утеряна и полностью программа полета выполнена не была.Источник http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/tm/1979/3/ka-3.html
11. АМС "Маринер 2". Первый аппарат, который передал научную информацию с орбиты Венеры. В состав научной аппаратуры входил магнитометр, детектор космических лучей, пылевой и плазменный детекторы. Для точного измерения температуры Венеры использовался радиочастотный и инфракрасные радиометры. Именно с помощью этих радиометров была подтверждена модель "горячей Венеры", выдвинутая Саганом. Источник https://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_964.html

Те же, что выполняли измерение с орбиты показали — у Венеры нет магнитного поля. А это значит, что концепция «сестры Земли» серьезно пошатнулась. Ведь наличие магнитного поля составляет один из барьеров на пути солнечной корпускулярной радиации, чья плотность для Венеры выше чем для Земли, поскольку она ближе к Солнцу, чем Земля. Кроме того, отсутствие магнитного поля говорит об иной структуре венерианских недр: толи они не расплавлены как земные, то ли вращение глубинных слоев не приводит к возникновению «магнитного динамо».

Конструктивно «Венера 3», как и однотипная с ней «Венера 2» состояли из орбитального отсека и спускаемого аппарата:

12. Конструкция орбитального отсека АМС "Венера 2, 3". 1 – специальный отсек; 2 – баллоны системы ориентации; 3 – микродвигатели системы ориентации; 4 – орбитальный отсек; 5 – корректирующая двигательная установка; 6 – штырь магнитометра; 7 – радиаторы системы терморегулирования; 8 – панели солнечных батарей; 9 – малонаправленная антенна; 10 – остронаправленная антенна; 11 – датчик точной звездной и солнечной ориентации; 12 – датчик постоянной солнечной ориентации. Источник http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/osvoen-kosm-pr-sssr/1957-1967/14.html
13. Внешний вид макет станции "Венера - 3". Внизу спускаемый аппарат в сфероидальной теплозащите. Справа полусфера системы терморегуляции. Источник https://www.sciencephoto.com/media/156378/view/venera-3-exhibition-display-1967
14. А вот это то, что было доставлено на планету - вымпел и медаль, заключенные в теплозащитный кожух, предохраняющий от сгорания в атмосфере при "посадке". Никаких научных приборов на борту спускаемого аппарата не было. Источник http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/osvoen-kosm-pr-sssr/1957-1967/14.html
15. Так в представлении художника космонавты будущего найдут вымпел. Безусловно, это чисто символический акт - забросить арт-объект на другую планету. Но он был очень важен для конструкторов - мы "пометили" планету и скоро будем там. Андрей Соколов. "Найден вымпел". Источник http://propagandahistory.ru/868/Budushchee-sovetskogo-kosmosa-v-kartinakh-Andreya-Sokolova-i-Alekseya-Leonova--CHast-IV--Osvoenie-Venery/.

Следующим аппаратом, несшим спускаемый аппарат, была «Венера 4». Разработана она была ОКБ Лавочкина  под руководством Георгия Николаевича Бабакина. 

16. Георгий Николаевич Бабакин (справа). С этим человеком связаны большинство успехов советской беспилотной космонавтики - начиная с "луноходов" и заканчивая изучением кометы Галлея. Его изделия показали миру Венеру под облаками. Источник https://www.kik-sssr.ru/10.7_Lunohody.htm

Орбитальный отсек представлял собой герметичный корпус цилиндрической формы. Внутри него размещались электронные приборы систем связи с Землей и спускаемым аппаратом, системы астроориентации и научная аппаратура. Кроме того, на борту находились блоки автоматики, система терморегулирования, аккумуляторные батареи, подзаряжаемые от солнечных батарей, и система управления. 

17. АМС "Венера 4" подлетает к цели. Художник Андрей Соколов. Источник http://www.rusproject.org/pages/analysis/analysis_9/sovetskiy_kosmos_art2.html
18. Рабочий макет АМС "Венера 4". АМС включала в свой состав жидкостную реактивную двигательную установку системы коррекции орбиты и рассчитанную на выполнение двух коррекций. В реальном полета потребовалась лишь одна. Спускаемый аппарат - сфероидальная конструкция внизу с надписью "СССР". Видны сопла корректирующей двигательной установки. Источник http://russianspacesystems.ru/2017/10/18/50-let-venera-4/
19. Вид на АМС "Венера - 4 " с другой стороны. На переднем плане видна параболическая антенна с сетчатым отражателем. В центре ее находится облучатель. Эта антенна использовалась для связи с Землей. Электропитание этой и последующих АМС осуществлялось от плоских солнечных панелей, которые видны по бокам. На одной из панели - логопериодическая спиральная антенна круговой поляризации для приема сигналов со спускаемого аппарата ("конус на палке" слева) и связи с Землей когда основная параболическая антенна не ориентирована. У основания солнечных панелей находятся прозрачные полусферы системы астроориентации. Справа видны сферические топливные баки системы коррекции. Источник https://ria.ru/spravka/20171018/1506937012.html

Из предыдущих экспедиций, астрономических наблюдений и теоретических построений данные об условиях на поверхности были весьма расплывчаты. Оценки температур разными учеными были от -40 (некоторые думали, что «вечный сумрак» приведет к существенному отражению солнечного света и недостатки тепла на планете) до +400 ( гипотеза Сагана), тоже самое и с атмосферным давлением — оно было оценена в диапазоне от 1 (гипотеза «сестры Земли») до 100 атмосфер. Более того, не было точно известна величина скорости вращения планеты вокруг оси! Ведь отсутствие визуальных ориентиров не дает возможности сделать это визуально. И только в 60 — е годы под руководством академика Котельникова были выполнены радиолокационные измерения особенности вращения. Оказалось, что период вращения планеты практически равен венерианскому году.

Но в любом случае, спускаемый аппарат должен был обладать теплозащитной оболочкой, которая предохранила бы его от сгорания при входе в венерианскую атмосферу на скорости примерно 11,5 километров в секунду. Кроме того, его создатели учитывали данные «Маринера 2» и оценили возможную температуру в 450 градусов, а давление в 10 атмосфер. Аппарат был рассчитан на двукратное превышение этой величины — 20 атмосфер.

20. Андрей Соколов. "В атмосфере Венеры". Спускаемый аппарат "Венера -4 " впервые в истории мировой космонавтики осуществил вход в атмосферу и торможение на второй космической скорости. Чтобы вы понимали что это значит - плазма, образующаяся от аэродинамического нагрева и обволакивающая аппарат, имела температуру до 11 тысяч градусов. Источник http://www.rusproject.org/pages/analysis/analysis_9/sovetskiy_kosmos_art2.html
21. Макет спускаемого аппарата Венера 4 в музее. Он имел сфероидальную форму диаметром около метра и весом в 383 килограмма. Аппарат обладал теплозащитой, предохранявшей его как от нагрева при торможении, так и от нагрева в предполагаемой горячей атмосфере. В нижней части аппарата был установлен механический демпфер, гасящий колебания аппарата при движении в атмосфере. Аппарат обладал положительной плавучестью, ведь ученые все еще полагали, что на Венеры могут быть океаны, моря или хотя - бы озера. Источник https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0-4 с

Спускаемый аппарат имел два герметичных отсека – приборный и парашютный. 

В приборном отсеке находился передатчик (на рисунке 21 показаны антенны — в центре спиральная логопериодическая для связи с орбитальным отсеком), аппаратура телеметрии и уплотнения канала, аккумуляторная батарея, блоки автоматики включая программно-временное устройство, система обеспечения теплового режима радиоаппаратуры, научная аппаратура и радиовысотомер.

Научная аппаратура спускаемого аппарата включала в себя датчик давления, газоанализатор и прибор для определения плотности и температуры атмосферы. 

22. Макет спускаемого аппарата Венера-4. По бокам видны раскрытые антенны радиовысотомера. Одна была передающей, вторая приемной. Источник http://vc.airvectors.net/tampl_05.html

В парашютном отсеке, на фото 21 и 22 как раз они видны в раскрытом виде, размещалась система из двух парашютов – тормозного и основного. Оба выполнены из термостойкой ткани, рассчитанной на работу при температуре до 450 градусов Цельсия — именно на такую температуры был рассчитан спускаемый аппарат. Кроме того, в парашютном отсеке размещались антенны телеметрии (в центре) и радиовысотомера (по бокам) и датчики научной аппаратуры.

Моменты сброса верхнего кожуха теплозащиты и раскрывания парашютов контролировала система автоматики, которая включала в свой контур управления программно-временное устройства, атмосферный манометр и акселерометр, фиксировавший перегрузки. 

Раскрытие тормозного парашюта происходило при снижении скорости с 11 тысяч до трехсот метров в секунду. Это фиксировалось акселерометром и подтверждалось манометром. После гашения и этой скорости (а 300 метров в секунду это околозвуковая скорость) раскрывался купол основного парашюта и выдвигались антенны. До этого момента спуск в атмосфере происходил без радиоконтакта с орбитальным отсеком.

Радиовысотомер аппарата включал в себя 2 антенны — передающую и приемную с диаграммами направленности, ориентированными вниз. Передающая антенна непрерывно излучала радиосигнал, частота которого менялась «пилообразно» по линейному закону. Приемная антенна ловила отраженный от поверхности сигнал. Его частота, в следствие конечности скорости распространения радиоволн, отличалась от излучаемой в данный момент, а потому в приемнике эти частоты сравнивались и на основе полученной разницы определялась высота станции над поверхностью планеты. 

23. Так работает стандартный радиовысотомер, применяемый в авиации и используемый на "Венере 4". а - блок-схема; б - график изменения частот; П - источник электропитания; И - индикатор или канал телеметрии; Ч - частотомер (счётчик); УНЧ - усилитель низкой частоты; Г - генератор низкой частоты, подающий сигналы на передатчик; Пр - приёмник; Пер - передатчик. Источник https://dic.academic.ru/dic.nsf/polytechnic/7550/%D0%A0%D0%90%D0%94%D0%98%D0%9E%D0%92%D0%AB%D0%A1%D0%9E%D0%A2%D0%9E%D0%9C%D0%95%D0%A0

Кроме радиовысотомера, освобождалась антенна системы радиотелеметрии и на орбитальный отсек начинала поступать научная информация (температура атмосферы, давление, плотность, газовый состав) и телеметрия бортовых устройств, которая записывалась аппаратурой орбитального отсека, а затем передавалась на Землю во время сеанса связи. Анализ состава атмосферы производился во время 2-х актов «забора внешнего газа», который подавался на 11 параллельных газоанализаторов, которые выдавали свои данные в соответствующий телеметрический канал.

Спуск в атмосфере прошел на ночной стороне Венеры в районе экватора. Случилось это 18 октября 1967 года. Аппарат выдержал трехсоткратную перегрузку, температуру в 11 тысяч градусов и мощный ударный рывок от раскрытия парашютов. После этого начали передаваться данные со скоростью около 1 бит/сек. Во время спуска фиксировалась температура от 33 до 262 градусов Цельсия и абсолютная высота до 28 километров. На этой высоте была достигнуто предельное давление в 20 атмосфер и аппарат разрушился...

Это был поразительный и вместе с тем обескураживающий результат. Практически никто не ожидал таких условий на Венере. «Сестра Земли» оказалась даже и близко не похожа на Землю любых геологических эпох. Давление в 20 атмосфер на высотах, соответствующих земной стратосфере означает, что на поверхности Венеры оно должно быть около сотни атмосфер.

Сто атмосфер и температура 450 градусов... Таких условий на Земле нет даже в гейзерах. Они встречаются при извержении вулканов, в мощных котлах высокого давления тепловых электростанций. А если еще добавить сюда агрессивный кислотный состав венерианской атмосферы (а горячий углекислый газ при таком давлении «разъедает» типовые конструкционные материалы за считанные минуты), то становится понятно — так просто на ее поверхность не сесть...

Практически сразу вслед за «Венерой — 4» были запущены однотипные с ней АМС «Венера-5» и «Венера-6». У конструкторов не было времени и возможности доработать их с учетом новых данных по давлению. Они лишь ограничились перестройкой программно-временного устройства на более позднее срабатывание парашютной системы и в итоге оба аппарата достигли высоты в 18 километров, но так же были раздавлены давлением в 27 атмосфер.

24. Спускаемый аппарат "Венера-5". Видна измененная конструкция антенны радиовысотомера, обеспечивающая более стабильную работу комплекса. У "Венеры-4" были проблемы с этим. Источник http://www.practicalspace.com/spacecraft/venera-5.php

Оба спускаемых аппарата в своем составе дополнительно имели датчики освещенности, которые позволили оценить условия на ночной стороне Венеры.

25. Помимо советских АМС на орбите побывал американский межпланетный зонд "Маринер 5", который выполнил дистанционные радиометрические измерения, изучал гелиосферу, магнитное поле Венеру и ее облачный покров в УФ диапазоне. Источник https://www.nasa.gov/feature/50-years-ago-mariner-5-explores-venus

Итак, первый этап изучения Венеры завершился. Люди узнали, что условия на ее поверхности (давление почти сто атмосфер и температура в 450 градусов), а также газовый состав (90% углекислого газа, нет кислорода, очень мало влаги и азота), отсутствие магнитного поля и особенности вращения планеты (период вращения вокруг своей оси почти равен периоду обращения вокруг Солнца) полностью исключают возможность хоть какой-то жизни на ней. Раскаленная пустыня с плавящимися скалами — это другая крайность фантазии, захлестнувшая умы общественности. Преисподня, дно ада с вечным сумраком, ураганными ветрами агрессивной атмосферы — вот что открыли станции.

26. Андрей Соколов. "Венера раскаленная". Очень "романтично", но не верно для большей части поверхности Венеры. Силикатные породы, из которых состоят скалы и поверхность большинства планет, имеют температуру плавления свыше тысячи градусов. Но давление в 90 атмосфер еще больше повышают ее. Может художник имел в виду лавовое озеро вулканической области? Источник https://i.pinimg.com/originals/3d/b2/0f/3db20f504379559a01dd61f6acc9d3b2.jpg
27. Возможно на Венере есть и такой вулканизм - вязкая лава вяло вытекает из тектонических трещин, долго не застывая. Ну еще бы! Такая жарища. Андрей Соколов. "У вулканического кратера". Источник http://propagandahistory.ru/868/Budushchee-sovetskogo-kosmosa-v-kartinakh-Andreya-Sokolova-i-Alekseya-Leonova--CHast-IV--Osvoenie-Venery/
28. Или быть может, поверхность Венеры это всхолмленная песчаная, местами каменистая пустыня под вечными облаками? Источник https://vistanews.ru/science/31354
29. С отдельными областями высокой вулканической активности? Источник https://www.davidreneke.com/earths-evil-twin/

Ответы на эти вопросы могут дать только посадка и получение панорамных изображений поверхности, о чем я расскажу в следующей части.

Поражает и обращает на себя внимание то, с какой интенсивностью началось изучение околоземного пространства в общем и Венеры в частности. Так в период с 1961 («Венера 1») по 1969 («Венера 6») годы к этой планете было запущено 9 аппаратов. И это не считая тех, что погибли при взрыве ракеты-носителя. А также не считая тех, что «замолчали» сразу после старта (эти аппараты назывались «Зонд», «Космос»). И это не считая того, что параллельно запускались аппараты к Луне, Марсу, спутники, выполнялись пилотируемые полеты... Сегодня даже и близко нету такой интенсивности запусков, как была тогда. И тогда казалось, что это только начало грандиозной экспансии Человека в Космос. Этому было множество причин — и огромные бюджетные вливания в отрасль, просто фантастические по современным меркам, миллионы занятых людей, миллионы энтузиастов. На космос работала существенна часть экономики страны. Не последнюю роль в этом сыграла вера в то, что есть в Солнечной Системе места, похожие на нашу Землю. Пускай отдаленно, пускай быть может похоже на то, какой возможно была когда-то Земля. Но ведь человеку не нужны иные миры. Всюду он ищет Землю. Или человека. 


Спасибо за внимание!  

promo alexander_vasil july 22, 2018 01:13 2
Buy for 10 tokens
В начале XXI века на поверхности Земли практически не осталось неизученных мест, или мест, где бы не побывал хотя бы один путешественник. Вулканы в Конго с озерами лавы в кратерах, мексиканская пещера гигантских кристаллов, северный и южный полюса относительной недоступности, труднодоступные…

Error

Anonymous comments are disabled in this journal

default userpic