«Венере» приказали долго жить

Для советских ученых и инженеров Венера долгое время оставалось «русской планетой», к которой за двадцать с лишним лет СССР отправил около двух десятков космических аппаратов, собравших большое количество ценной информации. Именно советские космические станции первыми достигли поверхности Венеры, провели фото- и телесъемку, взяли пробы грунта. Сегодня специалисты «Роскосмоса» рассчитывают повторить этот успех — вместе с коллегами из NASA. С 2005 года существуют планы по созданию «Венеры-Д», долгоживущей космической станции, способной проработать на поверхности Венеры, с учетом экстремальных условий ее атмосферы, не меньше месяца. В 2013 к проекту присоединились американские специалисты, а 9 апреля 2018 года стало известно, что НПО имени Лавочкина приступило к разработке проектного облика долгоживущей станции. Что ученые надеются найти на Венере, какой будет миссия «Венеры-Д» и когда ждать ее старта, нам рассказала Людмила Засова, соруководитель совместной группы ИКИ и NASA, завлабораторией спектроскопии планетных атмосфер Института космических исследований РАН.

На какой стадии находится проект

Упоминания о российском проекте «Венера-Д» впервые появились еще в ноябре 2005 года — руководители «Роскосмоса» говорили о нем, когда с Байконура стартовала российская ракета с европейским орбитальным зондом «Венера-Экспресс», десять лет успешно изучавшим планету. Тогда запуск аппарата планировался на 2015 год. После успешных запусков 1970-80 годов станций «Венера» и «Вега», спускаемые аппараты которых работали на поверхности до двух часов, а советские специалисты начали проработку станции, которая смогла бы «прожить» на поверхности до 30 суток.

«Проект „Венера-Д“ был включен в Федеральную космическую программу с 2005 по 2015 год (ФКП-2015) как долгоживущая станция на Венере — она должна была прожить 30 дней на поверхности. В Советском Союзе были доступны отдельные высокотемпературные элементы, но в России этих производств уже не было. Когда это стало понятно, были предприняты попытки сконструировать станцию с использованием эффективной теплоизоляции, но достичь достаточной для ученых продолжительности жизни не получилось. Тогда мы начали позиционировать проект „Венера-Д“ как миссию с самой современной научной аппаратурой, которая бы использовала надежные, многократно проверенные средства доставки аппаратуры на поверхность и обеспечения ее работы (стоит напомнить, что аппараты „Венера“ и „Вега“ совершили 10 посадок на поверхность — все успешные), — говорит Людмила Засова. — Главными элементами будущей миссии стали орбитальный аппарат с самым современным комплексом научной аппаратуры, и посадочный аппарат, сконструированный на базе того модуля, который строился в НПО Лавочкина для серии „Венера“ и совершил десять успешных посадок на поверхность планеты».

По ее словам, прорабатывалась возможность включения в проект аэростатных зондов, а также второго малого орбитального аппарата — субспутника. В отчетах аналитической группы по Венере НАСА — VEXAG, «Венера-Д» была отнесена к классу флагманских (Flagship mission), то есть наиболее значимых. В следующую федеральную космическую программу до 2025 года, которая готовилась в 2015 году и подверглась серьезному сокращению, проект «Венера-Д» уже не попал.

«Американцы захотели войти в проект „Венера-Д“, так как он соответствовал дорожной карте NASA. В 2013 году была создана Объединенная научная группа ИКИ/Роскосмос — NASA по исследованию Венеры на базе проекта „Венера-Д“. Сейчас мы работаем на основе хартии, подписанной директором планетного департамента NASA Джеймсом Грином и главой Совета РАН по космосу Львом Зеленым. Задачи группы — детальный анализ проекта „Венера-Д“, научных задач аппаратуры, выявление проблем, нуждающихся в проработке, а также отбор научных приборов и элементов миссии, которые может взять на себя NASA. До 2019 года NASA финансирует свое участие. 31 января 2019 года должен быть представлен отчет», — объясняет Засова.

Какой будет станция

С 2005 года предполагаемый облик «Венеры» сильно изменился. Сегодня это целое семейство аппаратов, которое будет исследовать планету с орбиты, изучать ее атмосферу и поверхность.

Сейчас станция включает в себя российский орбитальный аппарат с комплексом научной аппаратуры (помимо отечественных предложены европейские и японские приборы), атмосферную платформу («надувной самолет», а может быть, большой аэростатный зонд), малый орбитальный аппарат — «субспутник». И наконец, на «Венере-Д» будет большой российский посадочный аппарат (с американскими и российскими приборами), который сможет жить на поверхности два-три часа. NASA предлагает включить в состав миссии одну или несколько малых долгоживущих станций, которые смогут прожить на поверхности до года. Американские ученые разрабатывают их специально для «Венеры-Д».

«Благодаря участию NASA в этом проекте, „Венера-Д“ становится действительно долгоживущей — маленькие станции массой всего десять килограммов смогут проработать там до года и, возможно, больше. Конечно, это чисто американские аппараты, но результаты будут изучаться совместно. У NASA есть высокотемпературная электроника, которая может работать при температуре 500 градусов выше нуля и давлении в 100 атмосфер на поверхности. У нас, к сожалению, этого нет. Кроме того, у NASA есть испытательная камера для изучения поведения приборов в условиях Венеры, где можно полностью имитировать и газовый состав, и температуру, и давление», — говорит Засова.

Одна малая долгоживущая станция будет установлена на посадочном модуле. Это сильно упрощает работу с ней, потому что в этом случае точно известно место посадки. Посадочный аппарат позволит получить изображение окрестностей, другие характеристики поверхности, а значит, результаты работы малой станции будет легче интерпретировать. Она продолжит работу после «смерти» большого посадочного аппарата через два-три часа после посадки.

Исследованием атмосферы Венеры займется специальный атмосферный зонд. Сейчас ученые рассматривают два варианта его конструкции, один из которых — надувной самолето-дирижабль в форме летающего крыла, разработанный компанией Northrop Grumman. Предполагается, что он отделится от орбитального аппарата еще на орбите, надуется, а затем будет дрейфовать в атмосфере, включая двигатели и поднимаясь на высоту 70 километров на дневной стороне, где Солнце сможет заряжать его солнечные батареи, и опускаясь ночью на высоту, где он сможет дрейфовать за счет архимедовой силы. Этот экзотический аппарат, получивший обозначение VAMP (Venus Atmospheric Maneuverable Platform), может стать первым самолетом, выполняющим полет за пределами Земли.

Впрочем, рассматривается и альтернативный вариант — аэростатный зонд, только более грузоподъемный и более долгоживущий, чем аэростатные зонды советской миссии «Вега».

Зачем необходима новая миссия на Венеру?

Несмотря на множество успешных миссий на Венеру, фундаментальные вопросы, касающиеся ее прошлого, устройства ее недр и атмосферы, остаются нерешенными — отчасти из-за того, что «Венеры», летавшие к ней почти 40 лет назад, не могли работать достаточно долго, а научная аппаратура не была достаточно точной.

«До сих пор неясно, почему Венера и Земля так сильно отличаются друг от друга. Их называют планетами-близнецами, они образовались практически в одинаковых условиях, и разошлись в процессе эволюции: мы имеем «адские» условия на Венере и комфортные условия для жизни на Земле. Парниковый эффект на Венере «разогнал» температуру до 500 градусов. На нашей планете тоже действует парниковый эффект, но он значительно слабее. Чтобы лучше понять, от чего зависит и как меняется  климат на Земле, важно изучать Венеру. Отдельная проблема: неизвестно куда делась вода с Венеры, ведь там на пять порядков меньше воды, чем на Земле. Вода  могла диссипировать — «убежать» из атмосферы, либо может до сих пор оставаться в минералах поверхности», — говорит Засова.

Чтобы понять, куда делась вода, на посадочном зонде планируется поставить комплекс приборов для химического анализа и лазерный спектрометр. «Мы постараемся обнаружить минералы, которые образовались в присутствии воды, например граниты», — говорит она.

Еще одна загадка Венеры — ее облака. «Они состоят из серной кислоты, но откуда берется достаточное для этого количество сернистого газа? Он должен как-то пополняться, потому что это соединение, которое со временем разрушается. Но в данный момент вулканической активности на планете не обнаружено. Тогда откуда он берется?» — спрашивает Засова. Ученые планируют исследовать атмосферу с помощью спектрометров, которые будут установлены на орбитальном аппарате и на борту атмосферного зонда. Кроме того, аналогичный прибор будет работать при спуске посадочного зонда в атмосфере.

Долгоживущая станция получит важные результаты о динамике атмосферы Венеры, прежде всего о суперротации — самой большой ее загадке. До сих пор до конца не ясно, почему поверхность Венеры вращается в 60 раз медленнее, чем ее атмосфера на высоте 70 километров, где скорость ветра достигает 100 метров в секунду, тогда как на поверхности этот показатель составляет всего 1–1,5 метра в секунду. Не ясно, как происходит обмен моментом вращения между атмосферой и поверхностью.

Для понимания природы суперротации необходимы долгосрочные наблюдения за изменением температур на дневной и ночной стороне планеты, которые проводятся в миллиметровом диапазоне. Они будут выполнены радиометром, установленным либо на спускаемом, либо на орбитальном аппарате. О движении ветра в низком слое облаков и динамике атмосферы расскажут наблюдения спектрометров в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазоне с борта космической станции.

Сейчас запуск «Венеры-Д» планируется на период с 2026 по 2031 год с помощью ракеты «Ангара-А5».

Кристина Уласович