Нырок в облака, посадка и первый репортаж: как станция «Венера-7» укротила адскую планету
Советская автоматическая станция «Венера-7» сделала то, что раньше казалось почти невозможным: она впервые в истории мягко села на самую горячую планету Солнечной системы. Ее исторический полет начался 17 августа 1970 года. Какой репортаж космический аппарат передал с поверхности Венеры, рассказывает член Общественного совета Госкорпорации «Роскосмос» Игорь Маринин.
Советские инженеры и ученые трудились десятилетие, чтобы посадить аппарат на поверхность Венеры: сначала работы проводились в ОКБ-1 под руководством Королёва, а потом — в Машиностроительном заводе имени С.А. Лавочкина во главе с Бабакиным. В конечном итоге первой гостей раскаленного мира, которой удалось не только совершить мягкую посадку, но и отправить на Землю первые радиосигналы, стала «Венера-7».
NASA ни разу не пыталось посадить свой аппарат на Венеру — все наблюдения проводились либо при пролете небесного тела, либо с его орбиты.
Первые шаги СССР к поверхности Венеры
Исследования Венеры автоматическими аппаратами начались в 1960-х годах, и тогда никто не знал, что скрывается под толстым слоем облачности, какая там температура и давление. Сергей Королёв поставил задачу своим конструкторам посадить аппарат на поверхность и получить с него необходимые данные. Но ни одна из 12 попыток достичь поверхности или исследовать Венеру с пролетной траектории не увенчалась успехом. В 1965 году программу передали из ОКБ-1 в конструкторское бюро завода им. С.А.Лавочкина.
Первое же изделие, созданное под руководством главного конструктора Георгия Бабакина, достигло цели. 18 октября 1967 года спускаемый аппарат станции «Венера-4» успешно вошел в атмосферу, но был раздавлен на расстоянии 28 километров от поверхности, когда внешнее давление превысило 20 атмосфер, а температура достигла 262 градусов Цельсия.
Жизнь и судьба Георгия Бабакина — покорителя планет
Этот факт стал большой неожиданностью, так как ученые предполагали, что давление на поверхности Венеры вряд ли превышает десять земных значений. Несмотря на то, что аппарат достиг поверхности в нерабочем состоянии, ученые на основании полученных данных сформировали новую модель атмосферы Венеры. Они заявили, что давление там может достигать 100 атмосфер, а температура — 500 °C.
Такое заявление вызвало большое недоверие конструкторов, да и времени на переделку спускаемых аппаратов создаваемых станций уже не было. Подготовить технику удалось только к следующему стартовому окну — так называют наиболее подходящий период времени для запуска ракеты. Между Землей и Венерой стартовое окно открывается один раз в 19 месяцев и длится около трех недель. Инженеры изготовили парашюты из термостойкой ткани, выдерживающей температуру 500 °C, а также уменьшили площадь тормозного (до 1,9 м²) и основного (до 12 м²) парашютов.
«Венера-5» и «Венера-6» стартовали в январе 1969 года, и в мае их спускаемые аппараты вошли в атмосферу негостеприимной планеты. Благодаря уменьшенным парашютам им удалось снизиться до 18 километров, после чего они тоже вышли из строя. Но успели передать температуру (320 °C) и давление (27 атмосфер).
Как создавались станции «Венера-5» и «Венера-6»
Какие изменения внесли в конструкцию станции «Венера»
До поверхности Венеры оставалось всего 18 километров — надо было делать следующий шаг. Конструкторы поставили перед собой задачу: создать спускаемые аппараты, способные работать при значительно большем давлении и температуре, чем предсказывали ученые-планетологи. Новое изделие должно было выдерживать давление не 100, а 150 атмосфер, а температуру — не 500, а 540 градусов Цельсия.
Для изготовления корпусов спускаемых аппаратов новых станций серии В-70 вместо алюминиево-магниевого сплава (АМГ 6) использовали более легкий и тугоплавкий титан. При испытаниях на Земле титановый корпус разрушился при давлении 180 атмосфер, что значительно превышало плановые значения.
Была существенно улучшена и теплозащита научных приборов, размещенных в спускаемом аппарате. Его нижняя полусфера, которая должна была выдержать плазму набегающего потока атмосферы, была покрыта сплошным слоем стеклопластика. А верхнюю полусферу покрыли ячеистым стеклопластиком, заполненным стекловатой. Была изменена и парашютная система. Благодаря очень плотной атмосфере конструкторы решили отказаться от двухкаскадной системы и оставить только один рифленый парашют из четырех слоев отечественного стеклонитрона (соединение нитроволокна и стекловолокна) площадью только 2,8 м². Чтобы аппаратура не повредилась от удара о поверхность, снизу на спускаемый аппарат установили амортизатор.
На такой аппарат теперь можно было установить приборы, не только измеряющие давление и температуру, но и скорость ветра на поверхности. Кроме того, для измерения высот в диапазоне 25-1 км был установлен новый радиовысотомер. В спускаемом аппарате на специальных стойках также разместили гамма-спектрометр ГС-4 для определения типа поверхностных пород планеты и прибор ДОУ-1М для измерения максимального ускорения на участке торможения спускаемого аппарата.
Увеличение количества научной аппаратуры потребовало увеличение емкости аккумуляторной батареи. Вместо кадмий-никелевой на спускаемом аппарате установили свинцово-цинковую батарею, которая заряжалась за 15 дней до подлета к Венере от солнечных батарей пролетного блока.
Но все эти изменения привели не только к повышению выносливости спускаемого аппарата, но и к увеличению общей массы станции почти на 100 килограммов. Пришлось облегчать пролетный осек. С него сняли всю научную аппаратуру за исключением счетчика космических частиц КС 18 4М. Тем не менее этого оказалось недостаточно.
Общая масса станции превышала возможности ракеты-носителя «Молния-М» с разгонным блоком «Л» на 50 килограммов. Пришлось дорабатывать разгонный блок. Конструкторам удалось увеличить объем его баков, что позволило долить в него 140 килограммов топлива. Этого вполне хватало для компенсации избыточного веса станции — 1180 килограммов.
Посадка на Венеру и первый репортаж с поверхности
Настал день запуска. Межпланетная станция «Венера-7» стартовала 17 августа 1970 года в 8:38 по Москве при помощи ракеты-носителя «Молния-М» с разгонным блоком «НВЛ». Взлетев со стартового комплекса 31-й площадки космодрома Байконур, ракета вывела космический аппарат на траекторию полета к Венере.
После 120 дней пребывания в космосе 15 декабря 1970 года «Венера-7» достигла цели. Спускаемый аппарат отделился от перелетного блока и вошел в атмосферу со скоростью 11,5 км/с. Испытав перегрузку в 350 g, спускаемый аппарат затормозился до 200 м/с. С высоты 55 километров начался спуск на парашюте.
Историческая посадка состоялась в 8 часов 34 минуты 10 секунд. Спускаемый аппарат «Венеры-7» впервые в мировой истории совершил мягкую посадку на поверхность Венеры и передал информацию с ее поверхности. Это произошло на ночной стороне планеты в точке с координатами 5° ю. ш. 351° в. д.
К сожалению, перегрузку в 350 g не выдержал коммутатор телеметрической информации. Поэтому на Землю в течение 33 минут спуска на парашюте и 20 минут с поверхности передавалась информация только с температурного датчика, который показал ее изменение от +25 до +475 градусов Цельсия.
По результатам измерений, проведенных на спускаемом аппарате станции «Венера-7», было рассчитано значение давления на поверхности, которое составило 90 ±15 атмосфер. На Земле такое давление можно испытать в океане на глубине около километра. Подобное давление не выдерживают современные подводные лодки — при таких показателях могут работать только батискафы.
Как вычислили точное время посадки «Венеры-7»
Во время снижения «Венеры-7» ученые проводили радиоизмерения доплеровского изменения сигнала, принимаемого на Земле от спускаемого аппарата. Это изменение частоты сигнала вследствие движения его источника относительно приемника. Именно эти измерения позволили не только вычислить путь, пройденный станцией от Земли до Венеры, и «привязать» значения температуры к определенной высоте, но и определить момент касания поверхности Венеры с большой точностью.
Кроме того, расшифровка измененных значений позволила выявить скачок скорости снижения в середине спуска с 14 до 26 м/с, а также скорость спускаемого аппарата в момент касания поверхности (16 м/с), которая значительно превысила расчетную. Наиболее вероятной причиной этого мог быть преждевременный отстрел парашюта из-за самопроизвольного срабатывания пирочеки. Это пиротехническое устройство, которое фиксирует раскрывающиеся элементы механических систем, например, антенн или солнечных батарей, и раскрывает их в заданный момент времени. Сбой, вероятно, произошел из-за статического электричества.
Сразу после касания поверхности спускаемым аппаратом мощность сигнала, принимаемого на Земле, уменьшилась в 30 раз. Конструкторы предположили, что спускаемый аппарат сел на крутой горный склон и перевернулся.
Тем не менее основная задача полета автоматической межпланетной станции «Венера-7» — первая в мире мягкая посадка на поверхность Венеры — была выполнена.
Что случилось с дублером станции «Венера-7»
Чтобы повысить шансы выполнения программы исследований, в СССР в стартовое окно всегда запускали по 2-3 межпланетных станции одинаковой конструкции. Не стало исключением и окно августа 1970 года. Через пять дней после успешного старта «Венеры-7», 22 августа, ракетой-носителем «Молния-М» на околоземную орбиту успешно выведена вторая автоматическая межпланетная станция этой же серии В-70.
Но отказал разгонный ракетный блок «НВЛ», который должен был отправить станцию к Венере. В то время в Советском Союзе было не принято сообщать о неудачных космических запусках, поэтому оставшаяся на околоземной орбите АМС В-70 была названа «Космос-359». 6 ноября того же года она сгорела в атмосфере Земли.
После триумфа «Венеры-7» штурм строптивой планеты продолжился. Больших успехов удалось добиться станциям «Венера-9» и «Венера-10», которые стали ее первыми искусственными спутниками. Сделали обзор, как они устроены и что было нового в системе посадки.
