Дотянуться до Венеры

Ровно 51 год назад, 16 ноября 1965 года, с Земли стартовал советский космический аппарат «Венера-3», впервые в истории человечества достигший поверхности другой планеты. N+1 вспоминает подробности советской космической программы, в рамках которой исследователям удалось перевернуть современные представления о Венере.

«Венера-1»: раньше Гагарина

Научное изучение Венеры началось в XVII веке, когда Галилео Галилей впервые разглядел планету в телескоп. Спустя еще почти век, в 1761 году, Михаил Ломоносов, наблюдая за проходом Венеры по диску Солнца, увидел у планеты атмосферу и предположил, что над ее поверхностью могут дрейфовать массивные облака. Но о настоящем исследовании Венеры речь не шла до тех пор, пока советские астрономы и конструкторы, вдохновленные своим первым успехом — запуском на орбиту Земли первого искусственного спутника, не задумались об отправке спутника к соседней планете.

Первый межпланетный космический аппарат для полета к Венере был разработан и построен меньше чем за четыре года. Зонд получил незамысловатое название «Венера-1», однако из-за секретности проекта космический аппарат сменил несколько имен, побывав «тяжелым спутником 02» и «спутником 8».

Старт ракеты с зондом был назначен на 4 февраля 1961 года, но запуск прошел неудачно. Из-за отказа разгонного блока аппарат был выведен только на низкую околоземную орбиту. Впрочем, советские власти по понятным причинам не стали объявлять об аварии, а, наоборот, сообщили об успешном пуске «тяжелого спутника 01», который выполнил все стоявшие перед ним задачи.

Зонд сделал несколько витков вокруг Земли и вошел в плотные слои атмосферы, где, как предполагалось, полностью сгорел. Однако два года спустя, летом 1963 года, купавшийся в сибирской реке Бирюса мальчик нашел странный предмет: это была защитная капсула с медалью, которую «тяжелый спутник 01» должен был доставить на Венеру. Отец мальчика отнес находку в милицию, оттуда она попала в КГБ и уже после этого вернулась в конструкторское бюро, сотрудники которого очень удивились тому, что медаль уцелела.

Второй старт был назначен буквально через неделю. На этот раз ракета-носитель «Молния» с аппаратом «Венера-1» успешно стартовала с космодрома Байконур и начала свой путь к соседней планете. Стоит напомнить, что первый полет человека в космос произошел лишь спустя два месяца после запуска этого зонда.

«Венера-1» представляла собой цилиндр со сферическим наконечником, по бокам к аппарату были прикреплены две солнечные батареи, а венчала корпус большая параболическая антенна для связи с Землей. Внутри станция была напичкана огромным количеством приборов, в том числе ионными ловушками, детектором микрометеоритов и счетчиком Гейгера. Общий вес аппарата составлял 643 килограмма.

В то время о Венере было известно крайне мало, и многие предположения ученых были ошибочными. Например, планетологи полагали, что под густыми облаками планеты имеется большой океан. Поэтому «Венера-1» была снабжена плавучей капсулой, внутрь которой поместили вымпел с символикой СССР. Однако своей цели аппарат так и не достиг — на седьмой день полета Центр управления потерял связь со станцией. В это время «Венера-1» отлетела от Земли всего на два миллиона километров, не преодолев и трети пути.

«Венера-3»: прорыв

Информация о полете «Венеры-1» легла в основу новых аппаратов — «Венеры-62А», «Венера-63А» и «Венера-64А», которые разрабатывались как универсальные межпланетные зонды. Однако ни одна из этих станций так и не выполнила свою программу.

В августе 1962 года к Венере был запущен американский аппарат «Маринер-2», который «завис» всего в 34 тысячах километров от планеты. Зонд измерил температуру поверхности, и она, вопреки ожиданиям ученых, оказалась экстремально высокой. Ранее считалось, что венерианский мир очень похож на молодую Землю, исследователи были уверены, что на планете есть большие моря и густая экзотическая растительность. Однако полученная информация не только перевернула представления о планете, но и породила еще большее количество загадок.

После успеха американцев советские планетологи занялись разработкой новых космических аппаратов, способных не только долететь до Венеры, но и опуститься на ее поверхность, а точнее, врезаться в нее. В ноябре 1965 года были запущены зонды «Венера-2» и «Венера-3». Они достигли планеты, однако из-за интенсивного солнечного излучения их электроника вышла из строя еще на подлете, поэтому никаких данных они передать не смогли. Тем не менее, полет ознаменовался настоящим прорывом, поскольку «Венера-3» стала первым в истории человечества космическим аппаратом, оказавшимся на поверхности другой планеты. Второй зонд пролетел на расстоянии всего 24 тысячи километров от Венеры и вышел на орбиту вокруг Солнца.

Следующей задачей стало мягкое приземление не Венеру. Эта миссия была возложена на «Венеру-4». Основной проблемой, с которой столкнулись конструкторы, стало отсутствие каких-либо данных о давлении на поверхности планеты. Ученые точно знали, что у Венеры есть атмосфера, однако этим знания ограничивались. Предварительные математические расчеты сильно разнились — кто-то полагал, что давление на поверхности равно половине земного, а кто-то утверждал, что нескольким сотням земных значений. Кроме того, неизвестна была высота и состав газовой оболочки вокруг Венеры. Находясь в полном неведении, конструкторы решили построить зонд, рассчитанный на давление в 15 земных атмосфер.

«Венера-4» состояла из орбитальной станции и спускаемого модуля. Первая имела цилиндрическую форму и была начинена различными приборами, солнечными батареями, антенной и даже магнитофоном для автономной записи параметров полета и измерений. Спускаемый модуль был выполнен в форме сферы, внутрь которой помещались барометры, газоанализаторы и приборы для изучения плотности атмосферы.

Зонд стартовал с космодрома Байконур 12 июня 1967 года, а уже 18 октября спускаемый модуль отделился и вошел в атмосферу Венеры на ночной стороне в районе экватора. Приборы успешно включились и начали измерения. Высотомер показал отметку 26 километров, однако настоящая высота в этот момент, как выяснилось позже, была около 60 километров. Зонд продолжал спуск до тех пор, пока не был раздавлен давлением на высоте около 28 километров. На Земле же решили, что связь с аппаратом была потеряна из-за сильного удара о поверхность.

Твердой «корки» планеты достигли лишь остатки «Венеры-4», однако станция успела передать в Центр управления полетом важные данные о газовой оболочке планеты. Оказалось, что давление на поверхности почти в шесть раз превышает расчетное и составляет около 92 атмосфер.

Газоанализаторы «Венеры-4» подтвердили теорию об отсутствии на планете жизни — приборы показали, что атмосфера на 90 процентов состоит из углекислого газа. Кислород и водяной пар в венерианском воздухе содержались в очень малых количествах.

Американские конструкторы, в свою очередь, садиться на планету не спешили, предпочитая изучать ее атмосферу удаленно. Через два дня после «Венеры-4» с мыса Канаверал был запущен аппарат «Маринер-5». В октябре 1967 года зонд пролетел на расстоянии всего 3990 километров от поверхности Венеры и передал на Землю данные о магнитном поле, плазме и заряженных частицах в ее атмосфере.

«Венера-7»: мягкая посадка

Стало понятно, что перед тем, как посылать на Венеру аппарат, способный к мягкой посадке, необходимо уточнить информацию об атмосфере планеты. Сделать это с Земли было невозможно, поэтому конструкторы в короткие сроки модернизировали корпус и высотомер «Венеры-4» и получили новый аппарат, основной задачей которого был только сбор данных во время спуска. Для подстраховки запустили сразу два одинаковых зонда – «Венеру-5» и «Венеру-6». Оба аппарата успешно вошли в атмосферу и передали всю необходимую информацию.

После этого на Машиностроительном заводе им. С.А. Лавочкина приступили к разработке «Венеры-7», которая должна была не просто приземлиться, но и проработать на поверхности не менее 30 минут при давлении в 150 атмосфер и температуре 540 градусов Цельсия.

Конструкторы разработали принципиально новый спускаемый модуль. Его корпус изготовили из титана, а не из алюминиево-магниевого сплава, как было у «Венеры-4», «Венеры-5» и «Венеры-6». Также был полностью изменен состав приборного оборудования, а для предотвращения удара при посадке в нижнюю часть аппарата вмонтировали мощные амортизаторы.

В конечном итоге масса станции оказалась на 100 килограмм больше той, которую могла поднять ракета-носитель. Пришлось убрать все приборы из орбитального модуля и доработать топливные баки.

«Венера-7» стартовала с Земли 17 августа 1970 года. Перелет занял 120 суток и прошел без особенных трудностей, а вот при входе в атмосферу планеты отказал телеметрический коммутатор и передача сигнала на Землю была осложнена. Кроме того, в аварийном режиме сработала и тормозная парашютная система. Однако зонд все же приземлился на ночной стороне Венеры и 20 минут проработал на поверхности. «Венера-7» стала первым космическим аппаратом, который успешно сел на другую планету.

Вслед за «Венерой-7» в путешествие отправилась ее старшая сестра — «Венера-8». Ученые хотели сфотографировать таинственные венерианские пейзажи, но сначала надо было выяснить, хватит ли для этого света. Поэтому у «Венеры-8» была особая миссия: ей предстояло приземлиться на дневную, а значит, невидимую с Земли сторону планеты и измерить освещенность.

Зонд запустили весной 1972 года. Оборудование станции работало идеально — полет и посадка впервые от начала и до конца прошли в штатном режиме. После приземления аппарат работал в течение 50 минут и успел передать на Землю информацию об атмосфере, освещенности и даже первые данные о грунте планеты. Оказалось, что из-за облаков даже на солнечной стороне Венеры постоянно царят сумерки, однако фотографировать там все-таки можно. Поверхность планеты в месте посадки ученые сравнили с гранитными породами на Земле.

Дополнительные данные об атмосфере передал американский аппарат «Маринер-10», который был запущен в 1973 году. Пролетая мимо Венеры на пути к Меркурию, зонд успел сделать несколько тысяч снимков планеты, которые показали, что ее облака находятся в постоянном движении. На основании этих фотографий впоследствии была составлена модель атмосферы Венеры.

«Венера-9»: страна багровых туч

Следующими аппаратами в венерианской миссии стали близнецы «Венера-9» и «Венера-10». Их конструкция отличалась от предшественниц, а схема полета стала более сложной: на подлете к Венере от станции отделялся спускаемый аппарат, который опускался на планету, а сама станция выходила на орбиту вокруг нее и становилась ретранслятором.

Спускаемые модули успешно вошли в атмосферу и, снижаясь на парашютах, собрали всю необходимую информацию. Через две минуты после посадки аппараты начали передачу телевизионного изображения. Впервые в истории ученые смогли увидеть поверхность другой планеты.

С помощью спектрального анализа удалось установить, что до поверхности Венеры сквозь плотные облака доходят лишь красные и оранжевые цвета, поэтому венерианский день представляет собой оранжевый полумрак. Об этом еще в середине 1950-х годов догадывались писатели Аркадий и Борис Стругацкие, которые в своей фантастической повести «Страна багровых туч» описывали красно-оранжевое небо Венеры. Впрочем, в другом фантасты ошиблись — жизни на планете нет, хотя некоторые исследователи и утверждали, что якобы нашли на венерианских снимках следы неких организмов.

Также спускаемые аппараты взяли пробы грунта, который оказался относительно молодым. Это говорило о том, что облик Венеры еще не сформирован и на ней могут действовать вулканы.

Через три года, в сентябре 1978 года, к Венере отправились еще две станции — «Венера-11» и «Венера-12». Они должны были исследовать грунт планеты и передать изображения с ее поверхности, однако на обеих машинах не открылись крышки фотокамер, поэтому новых снимков с Венеры на Земле не получили.

В то же время успешным оказался пуск американских аппаратов «Пионер-Венера-1», который передал на Землю множество высококачественных фотографий поверхности с орбиты, и «Пионер-Венера-2», спускаемые аппараты которого приземлились в разных частях планеты и передали данные о составе атмосферы, а также обнаружили водяной пар и доказали гипотезу о царящем на Венере парниковом эффекте.

Неудачная попытка передачи изображения заставила советских конструкторов перепроверить системы отстрела крышек фотокамер. Всего было проведено около сорока испытаний, после которых механизмы доработали. Новые космические аппараты, получившие названия «Венера-13» и «Венера-14», отправились к соседней планете в октябре 1981 года.

Спускаемые модули успешно приземлились, провели исследования, передали черно-белые и цветные фотографии с поверхности и даже впервые записали звук с другой планеты. Правда, из-за большого объема информации, которую за короткое время нужно было отправить на Землю, конструкторы решили передавать не сам звук, а лишь кривую, описывающую частоту и уровень громкости. Затем эту информацию нужно было расшифровать. Несмотря на такой сложный способ, на записи хорошо слышны завывания ветра. Кроме того, во время спуска в атмосфере были зафиксированы многочисленные электрические разряды.

В 1983 году изучение планеты продолжили аппараты «Венера-15 и -16», которые были разработаны на основе своих предшественников, однако имели абсолютно другую программу исследований. На этот раз ученые решили не сажать станции на Венеру, а вывести их на орбиту вокруг планеты и сканировать ее поверхность. Зонды снабдили радиолокаторами, с помощью которых можно было просвечивать густые венерианские облака.

Частично задачу радиозондирования Венеры к тому моменту уже выполнил американский аппарат «Пионер-Венера-1», однако для него была недоступна приполярная часть планеты. Да и гонка вооружений диктовала свои правила, поэтому на отечественные космические аппараты установили оборудование, способное делать гораздо более детальные снимки, нежели американское. К примеру, «Венера-15» снимала поверхность с разрешением 1-2 километра, в то время как пределом «Пионера-1» была планка в 200 километров.

Советские аппараты проработали на орбите около восьми месяцев, а работы по расшифровке данных и составлению карт заняли еще четыре года. Многие детали поверхности планеты получили русские названия, которые были связаны с героями народных сказок, а также выдающимися людьми СССР. Так, в северном полушарии Венеры есть Равнина Снегурочки, Каньон Бабы-Яги, а среди кратеров, для названия которых выбирались в основном женские имена, есть Ахматова — в честь Анны Ахматовой.

«Вега-1»: последние на Венере

Вскоре после успешных запусков аппаратов «Венера-15» и «Венера-16» началась разработка новых космических станций для полета к Венере. Аппараты получили названия «Вега-1» и «Вега-2». В этой программе впервые участвовали не только советские ученые, но и конструкторы из ФРГ, Австрии, Болгарии, Франции, Чехословакии и Польши. Поддержку также оказывало Европейское космическое агентство и исследователи из США. Программа полета была усложнена и предусматривала посадку спускаемых модулей на поверхность, а также запуск в атмосферу планеты метеорологических зондов.

Станции прибыли на Венеру в июне 1984 года и сразу приступили к работе. Особый интерес для ученых представляли пробы грунта, полученные аппаратом «Вега-2», который впервые приземлился в горном районе планеты. В то же время аэростатные зонды начали свое плавание в атмосфере на высоте 53–55 километров, где сосредоточено основное количество облаков. Аппараты передавали данные о температуре, давлении, ветре и освещенности. Также им удалось зафиксировать яркие световые вспышки, которые подтвердили теорию о мощных грозах. В общей сложности зонды проработали около 46 часов.

Однако на этом космическая одиссея «Вег» не закончилась. Орбитальные аппараты, сделав последний виток вокруг Венеры, отправились навстречу комете Галлея, пролетели мимо нее на близком расстоянии и впервые в истории сфотографировали «хвостатый» космический объект. После этого станции вышли на орбиту вокруг Солнца, где находятся и сейчас, правда уже в нерабочем состоянии.

Аппараты «Вега» стали последними советскими станциями, которые повидались с Венерой. Всего за более чем 20 лет Советский Союз успешно отправил к этой планете около двух десятков космических аппаратов, которые передали на Землю большое количество информации. Успехи СССР в изучении Венеры были настолько значимыми, что ее даже негласно называли «русской планетой».

В 1990-е годы венерианскую гонку продолжил американский аппарат «Магеллан», который проработал на орбите планеты около пяти лет и выполнил немало важных экспериментов. Станция передала на Землю новые фотографии Венеры, причем многие участки были сняты с разных углов, что позволило создавать стереоизображения. Кроме того, удалось составить гравитационную карту Венеры и более детально изучить верхние слои ее атмосферы.

После этого активные исследования Венеры прекратились. Мимо нее, по направлению к Сатурну и Меркурию, пролетели американские космические аппараты «Кассини-Гюйгенс» и «Мессенджер». В ноябре 2005 года Европейское космическое агентство запустило зонд «Венера-Экспресс», который составил подробные карты южного полюса планеты. А в 2010 году к Венере стартовала японская станция «Акацуки», однако у этого зонда была сложная судьба: из-за неисправности двигателей первый маневр выхода на орбиту окончился неудачей, и ученым пришлось проводить дополнительные испытания. Аппарат удалось запустить на орбиту с задержкой почти в пять лет. В апреле этого года «Акацуки» передал на Землю первые снимки облаков планеты, а также данные об их динамике.

Евгений Костогоров