Оставленная богиня любви: как изучали Венеру и планируют ли делать это в будущем?
В то время, как на Марсе вовсю катаются роверы, на орбите находятся спутники, летает первый беспилотный вертолет, и даже американская станция InSight борется за свое существование, еще одна соседняя планета Земли кажется покинутой. Речь о Венере. На данный момент японская АМС «Акацуки» в гордом одиночестве находится на ее орбите и продолжает свою миссию. Но именно эта планета стала центром ранних межпланетный исследований и на ее поверхность впервые была совершена мягкая посадка советской «Венеры-7». Потом одеяло на себя стал перетягивать Марс, и за последние 30 лет у Венеры работали лишь три космических аппарата. Но изменится ли ситуация в ближайшем будущем? Это вполне возможно, поскольку сейчас планируется ряд перспективных исследований как от США, так и от России. Но ключевое слово здесь — «планируется». Все проекты находятся в начальной стадии, и вероятность их реализации отнюдь не 100%. Но все же им стоит уделить внимание, как и уже реализованным исследованиям.
Сестра Земли с адскими условиями
Еще со школьного курса астрономии, такое сравнение мне казалось не совсем точным. Да, по своим размерам Венера очень близка к нашей планет, да, ускорение свободного падения на экваторе составляет 0,902 от земного g, ну и состав вроде бы как похож. Но на этом все. Различий же намного больше. Это температура, которая в среднем составит 462 по Цельсию, и давление на поверхности в 92 атмосферы, отсутствие как такового магнитного поля (есть лишь индуцированная магнитосфера от солнечного ветра).
Планеты Земной группы. Слева направо: Меркурий, Венера, Земля, Марс
Про состав атмосферы, практически на 96% из углекислого газа и сернокислотные облака можно было бы и не упоминать. К тому же из-за такого давления, CO2 у поверхности превращается в что-то среднее между жидкостью и газом. Если использовать строго научную терминологию, то углекислый газ находится в состоянии сверхкритической жидкости.
Еще одна примечательная особенность Венеры — вращение вокруг собственной оси в противоположном направлении, по сравнению с остальными планетами Солнечной системы. Но тут можно выделить и Уран, у которого ось настолько наклонена, что он практически «катится» по своей орбите.
Помимо этого, Венера — самая горячая планета нашей системы. Несмотря на то, что Меркурий находится ближе к Солнцу, его температура достигает 427 градусов днем. То есть примерно на 30–40 градусов меньше, чем на Венере. Объяснением этого считается парниковый эффект из-за очень плотной атмосферы Венеры.
Ну и, пожалуй, еще одна особенность, которая делает возможным гипотетическую колонизацию если не самой Венеры, то ее атмосферы. На высоте около 50 км давление будет равно 1 земной атмосфере, а температура в районе 70 градусов. Такие условия если и не назвать идеальными, то, по крайней мере, близкими к ним. Если чуть увеличить высоту, то можно потерять половину давления, но зато температура опустится до комфортных 20–30 градусов.
Венерианский аэростат. Иллюстрация в журнале «Техника — молодежи»
Многие использовали такие своеобразные условия атмосферы Венеры, для развития идеи огромных дирижаблей, наполненных воздухом. Это решает сразу две проблемы — возможность дышать и приобретение аэростатом нужной плавучести, чтобы не падать на поверхность планеты. Но пока эти идеи остаются только идеями. Что же до реальных и планируемых миссиях — о них ниже.
Первые неудачи и последующие успехи СССР
За всю историю исследований Венеры 30 космических аппаратов передавали о ней сведения на Землю. Для большинства миссий, изучение этой планеты было основной задачей, а некоторые из них, как «Маринер-10» проводили свои исследования попутно на пути к Меркурию или другим объектам.
12 февраля 1961 года состоялся запуск космического аппарата «Венера-1». По сути, это не только первая станция для изучения Венеры, а вообще первая АМС в мире, предназначенная для изучения других планет. На пути к точке назначения, станция подтвердила присутствие солнечного ветра в межпланетном пространстве, который был открыт советской станцией «Луна-1».
Но через 7 суток после запуска, на расстоянии примерно 7 млн. км от Земли, связь с «Вереной-1» была потеряна. Многие эксперты сходятся во мнении, что причиной этому послужила недоработанная система связи. В перерывах между сеансами, бортовая автоматика отключала приемники, и включала их по строгому расписанию. Поэтому сеансы можно было организовать только в это время. Именно так и произошла потеря — в назначенный час со станцией просто не удалось связаться.
Советский аппарат «Венера-1»
Но не смотря на эту неудачу, «Венера-1» стала важной ступенью на пути исследования других планет, ведь даже негативный опыт — тоже опыт. К тому же в этой миссии впервые применили параболическую антенну и технику ориентации аппарата по трем осям по Солнцу и звезде Канопус.
С 1964 по 1967 год последовали запуски АМС «Зонд-1», «Венера-2», «Венера-3» и «Венера-4». Первые две из них пролетели недалеко от планеты и передали информацию на Землю. «Венера-3» совершила первую жесткую посадку на другой планете, правда никаких полезных сведений о Венере аппарат не передал. Еще на подлете у станции отказала система управления.
По-другому обстояли дела с «Венерой–4». Аппарат начал спуск на поверхность планеты, сработала парашютная системе, а бортовые приборы начали передачу данных температуры и давления. Но на высоте 28 км «Венера-4» была раздавлена. Конструкция АМС была рассчитана на 20 атм — предполагалось, что давление на поверхности не превысит 10 атм, но станцию спроектировали с запасом. Но и его не хватило, поскольку истинное значение давления составляло порядка 90 атмосфер. Главной ценностью миссии стали прямые измерения температуры и давления на Венере, исследования химического состава атмосферы и полный пересмотр ее модели.
Спускаемый модуль «Венеры-4»
Следующим «Венере-5» и «Венере-6» времени на переделку не хватило. Единственное изменение, сделанное конструкторами — уменьшение площади тормозного парашюта, что позволило этим двум АМС спустится более низко.
Выдерживать чудовищное давление на планете смог уже только следующий аппарат — «Венера-7». Он был рассчитан на воздействие 180 атмосфер. Запуск состоялся 17 августа 1970 года и в декабре модуль достиг поверхности Венеры. Информация от аппарата передавалась в течение 53 минут, включая спуск и нахождение на планете. Основная миссия по измерению температуры и давления на поверхности была выполнена.
«Венера-8» подтвердила данные, полученные предшественницей, а также проанализировала содержание радиоактивных элементов и их соотношение в венерианском грунте. По этим показателям реголит Венеры был похож на земные гранитные породы. Была измерена и освещенность, которая соответствовала пасмурному дню на Земле — на поверхности возможна фотосъемка.
Первое изображение поверхности Венеры
Следующие девятая и десятая «Венеры» так же успешно приземлились и получили первые черно-белые фото поверхности планеты. «Венера-11» и «Венера-12» не смогли передать изображения на Землю, поскольку не открылись защитные экраны камер.
Цветное панорамное изображение планеты было получено «Венерой-13». Аппарат так же исследовал пробы грунта, получив более 40 спектров и определив взятые образцы как лейцитовый щелочной базальт.
Первое цветное изображение Венеры. Фото снизу в современной обработке
В дальнейшем, «Венера-15» и «Венера-16» отработали на орбите планеты совместно более 8 месяцев и занимались радиолокацией, на основе полученной информации создавались карты Венеры.
Запуск двух идентичных аппаратов «Вега-1» и «Вега-2» состоялся в 1984 году. Они включали в себя посадочный и пролетный модули, а также аэростаты для изучения атмосферы Венеры. Каждый из аэростатов отработал около 46 часов, дрейфуя на высоте около 55 км. Давление здесь составляло 0,54 атм, а температура от 27 до 43 °C. На пути дрейфа, зонды снимали показания, а также обнаружили, что в облачном слое Венеры существуют мощные восходящие и нисходящие потоки.
На этом исследования Венеры СССР завершились.
Научные миссии США
Американская программа по исследованию Венеры получило название «Маринер», в буквальном переводе «Моряк». По некоторым источникам, идея такого названия принадлежит Эдгару Кортрайту — одному из ученых и инженеров НАСА. Он сравнивал исследования космоса и планет с открытием новых континентов и мест на Земле, поэтому и предложил использовать морские термины.
Началась программа с неудачи. Первый аппарата «Маринер-1» стартовал 22 июля 1962 года. Примерно через 5 минут после пуска аппарат уничтожили из соображений безопасности: антенна потеряла связь с наводящей системой на Земле и управление перешло к бортовому компьютеру, программа которого содержала ошибку.
Запуск «Маринера-1»
В августе этого же года стартовал «Маринер-2». Здесь все прошло успешно и в декабре аппарат прошел на расстоянии 34,7 тыс. км от Венеры. Он измерил скорость вращения планеты, установил отсутствие магнитного поля, а также проводил измерения параметров солнечного ветра. «Маринер-2» стал первым аппаратом, который исследовал другую планету.
Следующим на старте стал «Маринер-5», который переоборудовали из резервного аппарата миссии на Марс. 19 октября он пролетел мимо Венеры. По анализу данных было установлено, что атмосфера планеты еще плотнее, чем предполагалось, также подтвердилась теория о горячей поверхности.
Новая серия аппаратов «Пионер-Венера» была запущена в 1978 году. Первый из них проработал на орбите вплоть до 1992 года. Его основной задачей было радиолокационное картографирование планеты. Помимо этого «Пионер-Венера-1» подтвердил отсутствие магнитосферы на планете.
«Пионер-Венера-2» — первая и единственная АМС США со спускаемыми модулями. Их на борту было четыре штуки: один большой зонд Large Probe и три идентичных «маленьких» (small probes): «Север» (North Probe), «День» (Day Probe) и «Ночь» (Night Probe). Маленькие модули не имели парашютов и были предназначены для работы в атмосфере при спуске, хотя один из них проработал после жесткой посадки еще в течение часа. С помощь этой АМС был изучен состав атмосферы, в которой был обнаружен молекулярный кислород в большем количестве, чем ожидалось. Это могло свидетельствовать о большом количестве воды в прошлом на Венере.
Американская станция «Пионер-Венера-2»
Межпланетная станция «Магеллан» была запущена в 1989 году и проработала на орбите Венеры 4 года. Аппарат осуществил съемку 98% поверхности планеты. Поскольку он снимал многие части под разными углами, стало возможным создание трехмерного изображения для 22% поверхности Венеры.
Карта Венеры, полученная станцией «Магеллан»
Благодаря подробной карте, было установлено малое количество кратеров на поверхности, следы вулканической активности. В отличие от Марса, не было обнаружено значительных признаков ветровой эрозии.
Последующие аппараты исследовали Венеру транзитом — «Галилео», «Кассини-Гюйгенс» и «Мессенджер».
Помимо этого
В 2005 году Европейским космическим агентством был запущен искусственный спутник Венеры «Венера-Экспресс». Он успешно вышел на орбиту в 2006 году и приступил к изучению и фотографированию южного полюса планеты, который ранее не картографировался. Над ним была обнаружена темная воронка, аналогичная образованию на северном полюсе. Помимо этого, изучалась динамика атмосферы планеты и ее взаимодействие с солнечным ветром. Спутник сгорел в атмосфере в 2015 году.
«Акацуки» — АМС японского аэрокосмического агентства JAXA. Была запущена 21 мая 2010 года. Достичь Венеры планировалось в декабре, однако маневр выхода на орбиту закончился неудачей из-за проблем со связью и неисправности одного из клапанов топливопровода.
Модель спутника «Акацуки»
Японские инженеры заявили, что проведут эксперименты по восстановлению работы клапана на Земле с набором инструментов, который есть в распоряжении АМС. Спустя 5 лет это дало свои плоды и «Акацуки» был успешно выведен на орбиту в 2015 году.
Из оборудования на АМС есть три инфракрасные камеры, одна камера ультрафиолетового диапазона, камера молний и прибор для исследования атмосферы. В результате «Акацуки» предоставил множество фотографий новых типов облачных структур, которые не фиксировали предшественники, например, образование в форме лука. Кроме этого, в нижних слоях атмосферы был обнаружен мощный джет — быстрый восходящий поток горячего газа.
Таким образом, строение атмосферы Венеры может оказаться куда сложнее и загадочнее, чем это предполагалось ранее.
Ну, а что дальше?
Начнем с американских и российских миссий по сроку предполагаемого запуска.
В 2028 году планируется миссия VERITAS. Ее цель — создание самой совершенной на сегодняшний момент карты Венеры в высоком разрешении. Комбинация топографических данных, радиолокации и инфракрасной спектроскопии должна помочь ответить на ряд вопросов:
какие тектонические процессы происходили на Венере в прошлом;
какие процессы происходят в данный момент;
присутствовала ли вода на поверхности планеты или вблизи ее.
Два прибора будут представлять полезную нагрузку: VEM (Venus Emissivity Mapper) и VISAR (Venus Interferometric Synthetic Aperture Radar), спектрометр и интерферометр для наиболее точного картирования поверхности Венеры. Продолжительность миссии орбитального аппарата составит 3 года.
Аппарат миссии VERITAS в представлении художника
Российскую «Венеру-Д» планируют к запуску в 2029 году. С ее помощью предполагается комплексное изучение планеты с помощью спутникового модуля и спускаемой на поверхность станции. По состоянию на 17 мая 2021 года Роскосмос разместил на портале госзакупок контракт с НПО им. Лавочкина на разработку технического предложения на космический комплекс «Венера-Д».
Этот проект планировалось реализовывать сначала с Европейским космическим агентством, а в последствии, в сотрудничестве с НАСА. В качестве одного из элементов вклада НАСА в миссию, рассматривалась управляемая атмосферная платформа VAMP (Venus Atmospheric Manoeuvrable Platform). Предполагалось, что этот аппарат после отделения от орбитальной станции надуется, и будет дрейфовать в атмосфере. При подъеме до 70 км днем будет происходить зарядка солнечных батарей, опускаясь ночью до 55 км, платформа будет дрейфовать благодаря своей плавучести.
В сентябре 2020 года Роскосмос заявил, что «Венера-Д» станет полностью отечественным проектом. Однако, не исключаются какие-либо формы сотрудничества, хотя по этому вопросу на сегодняшний день пока ничего неизвестно. Если проект удастся, то это будет первый отечественный аппарат, который отправится к этой планете с 1984 года.
В дальнейшем на данных этой миссии планируется создание комплексной станции «Венера-Глоб», задачей которой будет всесторонне исследовать Венеру. В ее состав войдут: орбитальный аппарат, долгоживущая венерианская станция, аэростатные зонды, возможно венероход.
Миссия DAVINCI+ назначена на 2029–2030 годы. В ее состав войдут орбитальная станция и спускаемый зонд. Цели — изучение состава атмосферы и ее эволюции, установление наличие океана в прошлом. Зонд должен сделать высококачественные снимки поверхности при спуске через атмосферу. Они помогут лучше понять геологию Венеры и проанализировать тектоническую активность, если таковая имеется.
Спускаемый модуль миссии DAVINCI+ в представлении художника
Вместо заключения
Исследование нового это всегда хорошо, тем более после такого научного перерыва в изучении нашей ближайшей соседки по космосу. Пусть Венера и не кажется удачным кандидатом на колонизацию, но результаты предстоящих миссий могут помочь понять эволюцию этой планеты, дать новые знания о её развитии и трансформации.
К тому же, это здравая альтернатива исследованиям Марса, который и так без внимания не остается. Единственное, что не обнадеживает в будущих миссиях — это сроки. По сути, они все находятся в начальной стадии и сколько из них дойдут до реализации пока непонятно. Но надежда умирает последней — поэтому подождем до конца десятилетия.
Дата-центр ITSOFT — размещение и аренда серверов и стоек в двух дата-центрах в Москве. За последние годы UPTIME 100%. Размещение GPU-ферм и ASIC-майнеров, аренда GPU-серверов, лицензии связи, SSL-сертификаты, администрирование серверов и поддержка сайтов.
