Rocket Lab отправит зонд на Венеру в 2026 году

Задача экспедиции — найти жизнь

Rocket Lab разрабатывает и финансирует запуск частного космического аппарата на Венеру с целью, ни больше ни меньше, поиска ответа на вопрос: «Есть ли на Венере жизнь?» В рамках этой экспедиции планируется:

• исследовать облачный слой планеты на предмет пригодных для жизни условий и поиска возможных признаков жизни;

• доработать платформу Photon, которая станет основой для будущих межпланетных миссий;

• продемонстрировать эффективность, доступность и высокий темп реализации полетов в дальний космос с использованием малых космических аппаратов и сверхлёгких ракет-носителей;

• начать кампанию по запуску небольших космических аппаратов для более детального изучения Венеры.

Старт запланирован на лето 2026 года на ракете-носителе Electron. Дата запуска выбирается исходя из обеспечения отлета к планете-цели с использованием последовательного изменения промежуточной орбиты аппарата у Земли и пертурбационного маневра в гравитационном поле Луны. Это уже было продемонстрировано при успешном запуске малого космического аппарата NASA на орбиту вокруг Луны для проверки автономной навигации CAPSTONE: кубсат размером с микроволновую печь массой 25 кг был запущен 28 июня 2022 года с помощью ракеты Electron.

Высокоэнергетический «Фотон»

На траекторию полета к Венере запускается малый космический аппарат на базе высокоэнергетического разгонного блока-платформы Photon. Последний послужит перелетным модулем, а затем перед прилетом к цели отделит небольшой атмосферный зонд для выполнения научных исследований в облачном покрове планеты. Высокоэнергетическая модификация «Фотона» была разработана Rocket Lab для проекта CAPSTONE, а также доработана для аппаратов ESCAPADE, которые предполагается запустить к Марсу.

Он оснащен солнечными батареями с высокоэффективными фотоэлектрическими преобразователями и литий-полимерными буферными аккумуляторами. Система управления включает звездные и солнечные датчики, инерциальный измерительный блок, используя в качестве исполнительных устройств силовые маховики и сопла на холодном газе.

Космический аппарат может поддерживать связь с сетью дальней космической связи DSN (Deep Space Network) или коммерческими сетями через приемо-передающие устройства, работающие в диапазонах S- и X-. В дальнем космосе они позволяют использовать традиционные методы радиометрической навигации; в околоземном пространстве для этого служат датчики системы GPS.

Для подачи компонентов в двигатель многократного включения служат электрические насосы. Конструкция топливных баков отличается высоким уровнем весового совершенства и может быть адаптирована под различные задачи.

Ракета и траектория полета

Electron — двухступенчатая ракета-носитель, способная выводить полезную нагрузку до 300 кг на орбиту высотой 500 км. Она может стартовать с двух действующих площадок: LC-1 на полуострове Махия в Новой Зеландии и LC-2 на острове Уоллопс в США. Общая высота ракеты — 18 м, диаметр — 1,2 м, а стартовая масса — около 13 т.

На ракете установлены двигатели Rutherford (на первой ступени — девять, на второй — один), работающие на жидком кислороде и керосине, которые подаются в камеру с помощью электрических насосов с бесщёточными электродвигателями постоянного тока. Последние запитываются от литий-полимерных батарей.

Для полетов за пределами низкой околоземной орбиты штатная доразгонная ступень заменяется высокоэнергетическим разгонным блоком Photon. Первые две ступени ракеты доставляют Photon на круговую промежуточную околоземную орбиту высотой примерно 165 км, затем разгонный блок выполняет включения для выхода на переходный эллипс высотой 250 на 1200 км. В перигее высокоэнергетический Photon включается несколько раз, каждый раз повышая высоту апогея вплоть до 70 тыс. км. Разбиение полета на несколько маневров — эффективный подход к отлету от Земли. Выполняя включения двигателя близко к перигею и ограничивая их продолжительность, можно эффективно расходовать энергетику разгонного блока, избегая потерь на управление, связанных с длительными включениями.

1 / 10

Сборка зонда Rocket Lab для входа в атмосферу Венеры

Сборка зонда Rocket Lab для входа в атмосферу Венеры

После каждого изменения орбиты следует определенное количество витков на эллипсе с новой высотой апогея. Такое фазирование орбит позволяет осуществлять навигацию, проводить планирование маневров, калибровать двигательную установку и проверять состояние систем. Каждый запланированный маневр предусматривает возможность сделать что-то на случай непредвиденных обстоятельств — это может смягчить последствия нештатных событий или пропущенных маневров.

Для точной коррекции траектории и нацеливания зонда на соответствующий коридор входа в атмосферу Венеры выполняются дополнительные кратковременные включения Hyper Curie или сопел реактивной системы управления.

Атмосферный зонд

Подлетая к планете-цели аппарат нацеливается для отделения небольшого (массой ~20 кг) атмосферного зонда. Вход в газовую оболочку Венеры происходит в пределах коридора (угол траектории входа от −10° до −30°, с базовой линией −10°). Зонд держит связь непосредственно с Землей через полусферическую антенну в хвостовой части. Передатчик работает в S-диапазоне.

Траектория спуска в атмосфере выбирается для оптимального достижения научных целей полета. Вход начинается на ночной стороне в определенном направлении, учитывая особенности связи с Землей и другие факторы. Угол входа будет определен на основе анализа траектории спуска в атмосфере, а также общей тепловой нагрузки на зонд и необходимой толщины теплоизоляции с учетом предельных перегрузок, точности навигации и ряда других факторов.

Зонд имеет форму конуса с углом полураскрыва 45° в передней части и полусферическим обтекателем сзади. Такая форма обеспечивает устойчивость при спуске на всех скоростях — от гиперзвуковой до дозвуковой. При этом учитываются ограничения по расположению центра масс и другие факторы.

Диаметр зонда был выбран с учетом размещения герметичного корпуса и полезной нагрузки (нефелометра и бортовых систем). Электроника размещается внутри гермокорпуса, который содержит все компоненты системы, кроме термометров, датчиков давления и антенны. Он окружен слоем теплоизоляции, которая позволяет поддерживать допустимые рабочие температуры приборов. Кроме того, она служит барьером для защиты от коррозионно-активной венерианской атмосферы.

Толщина стенки гермокорпуса определяется массой материала для поглощения тепла, давлением, которое необходимо держать при передаче данных после прохождения через облачный слой и методами изготовления корпуса. Материал передней части зонда — это либо теплозащита для экстремальных условий входа HEEET (Heat-shield for Extreme Entry Environment), либо углеродно-фенольный пластик, а материал задней радиопрозрачной части — кислотостойкий политетрафторэтилен (тефлон).

Спуск в атмосфере

Последовательность движения зонда в атмосфере Венеры следующая:

• отделение и раскрутка зонда после окончательного нацеливания на угол входа;

• пассивный полет до входа в атмосферу (~2 ч);

• начало входа в атмосферу (включение ключевых систем);

• включение системы радиосвязи (на протяжении всей научной фазы);

• спуск в атмосфере;

• максимальный нагрев (плазма блокирует радиосигнал, через 40-80 секунд после входа в атмосферу достигаются пиковые перегрузки);

• вход в облака (180 секунд после входа в атмосферу);

• основной сбор и передача научных данных (~330 секунд);

• выход из облаков (520 секунд после входа в атмосферу);

• продолжение передачи/повтор передачи научных данных (~20 минут);

• предел прочности конструкции гермокорпуса, ожидается его разрушение и потеря работоспособности (~30 минут после входа в атмосферу);

• падение на поверхность Венеры (~3500–4000 секунд после входа в атмосферу).

Информация, полученная в ходе научных исследований, будет передаваться непосредственно на Землю. После того, как зонд преодолеет облачный слой, он сможет продолжать научные наблюдения с помощью основного инструмента, передавать данные об окружающей среде и/или повторить передачу информации, собранной во время спуска в облаках. Последние события будут возможны до тех пор пока зонд и его системы останутся в работоспособном состоянии. Скорее всего, поверхности Венеры достигнет лишь раздавленная высоким давлением оболочка.

Конкретные научные задачи включают поиск органических молекул в частицах облачного слоя и определение формы и показателей преломления, что позволяет сделать выводы о химическом составе частиц облаков.