Первые зонды, отправлявшиеся к Венере, спроектировали с запасом плавучести. До того как первые из них передали данные с поверхности, астрономы всерьез полагали, что условия на планете, так похожей на наш мир по размерам, вполне могут быть похожими на земные. А значит, спускаемый аппарат может попасть в водоем и утонуть. В телескопы рассмотреть, что происходит на поверхности Венеры, невозможно: она закрыта плотным слоем облаков.
Увы, оказалось, что на поверхности нет ни водоемов, ни деревьев, и даже космическим аппаратам выжить там невероятно сложно. Тем не менее, астрономы получили довольно много информации о нашей соседке. Не в последнюю очередь благодаря «Веге-1» и «Веге-2» — идентичным аппаратам, разработанным на основе предыдущих советских АМС серии «Венера», — которые посетили планету ровно сорок лет назад. И Венера была не единственной их целью.
«Венера-10» разбивает мечты
В первой половине XX века многие астрономы считали, что под плотными облаками Венеры скрываются теплые, влажные условия, напоминающие земные тропики. Ожидалось, что там могут быть океаны, густые джунгли и даже примитивная жизнь. Позже, после более точных спектроскопических исследований атмосферы, появились гипотезы, что поверхность может быть сухой и горячей, похожей на безжизненные пустыни. Однако реальная температура и давление оказались намного выше, чем предполагалось.
Некоторые теории предполагали активную вулканическую деятельность, лавовые озера и крайне враждебную среду. Впоследствии данные с автоматических станций действительно подтвердили вулканическую активность на Венере. Первые реальные сведения были получены в 1967 году, когда «Венера-4» передала данные о невероятно высокой температуре (около 500 °C) и колоссальном атмосферном давлении (более 90 атмосфер). Позже «Венера-9» и «Венера-10» в 1975 году передали первые фотографии поверхности, которые показали каменистый ландшафт, напоминающий обожженную равнину с трещинами.
«Венера‑4» стала знаковым рубежом в изучении Венеры и в освоении межпланетных миссий. Это был первый автоматический межпланетный аппарат, созданный в рамках советской программы, который сумел войти в атмосферу Венеры и передать данные о ее физических параметрах.
«Венера‑4» имела сложную систему приборов для измерения температуры, давления и химического состава атмосферы планеты. Запуск состоялся 12 июня 1967 года, и после межпланетного полёта аппарат вошел в атмосферу Венеры в 1967 году. Такое событие стало прорывом, так как ранее исследования планеты основывались лишь на наблюдениях с Земли и спектроскопических данных, а теперь были доступны «близкие» измерения в самой атмосфере другой планеты.
В момент входа в плотную атмосферу планеты аппарат столкнулся с резким торможением, сопровождавшимся высокими температурами и изменением динамических условий. Несмотря на экстремальные условия, «Венера‑4» успешно передала ценные данные во время торможения аппарата, что позволило получить первые «контактные» измерения атмосферных параметров Венеры.
Главное научное достижение миссии заключалось в том, что впервые была получена прямая информация об атмосфере Венеры. Аппарат подтвердил, что атмосфера планеты состоит преимущественно из углекислого газа, обладает крайне высокой плотностью и давлением, характеризуется высокими температурами.
Так что «Венера‑4» разрушила прежние представления о Венере, ранее считавшейся планетой с потенциальными условиями, похожими на земные тропики, и показала, что ее внешний облик далек от благоприятного для жизни – атмосфера оказалась крайне враждебной.
Венера + Галлей
Название АМС «Вега» было образовано от сочетания слов «Венера» и «Галлей». В их миссию входило изучение как соседней планеты, так и кометы Галлея, которая во время их полета очередной раз приближалась к Солнцу. Оба аппарата стартовали с Байконура на ракете-носителе «Протон» в декабре 1984 года. За 6 месяцев аппараты преодолели 45 миллионов километров.
«Вега-1» прибыла к Венере 11 июня 1985 года, а «Вега-2» — 15 июня 1985 года. Каждая станция доставила к планете спускаемый модуль в виде сферы массой 1500 килограммов диаметром 240 сантиметров. Модули отделились за несколько дней до прибытия к Венере; каждый из них содержал спускаемый аппарат и исследовательский аэростат.
Спускаемые аппараты были идентичны аппаратам предыдущих пяти миссий «Венера» и предназначались для изучения атмосферы и поверхности планеты. Каждый из них был оснащен приборами для измерения температуры и давления, ультрафиолетовым спектрометром, измерителем концентрации воды, газофазным хроматографом, рентгеновским спектрометром, масс-спектрометром и устройством для отбора проб с поверхности. Для отбора проб посадочные модули оснастили небольшим буром. В создании научных приборов и систем аппаратов участвовали ученые девяти стран: СССР, Австрии, Болгарии, Венгрии, ГДР, Польши, Франции, ФРГ и Чехословакии. Также в проекте принимали участие Европейское космическое агентство, США и Япония.
Приборы спускаемого аппарата «Вега-1», предназначавшиеся для работы на поверхности, случайно активировались на высоте около 20 километров из-за особенно сильного порыва ветра, и поэтому не принесли ожидаемых результатов. Он совершил посадку в точке с координатам 8,06° северной широты и 175,51° восточной долготы.
А спускаемый аппарат «Вега-2» коснулся поверхности в 03:00:50 по всемирному времени 15 июня 1985 года на 7,08° южной широты и 117,40° восточной долготы на равнине Русалки. Высота точки посадки составляла 0,1 км над средним радиусом планеты. Измеренное давление на месте посадки составило 91 атмосферу, а температура — 736 К (463 °C). Пробы с поверхности показали, что материал в основном содержит анортозит и троктолит — магматические горные породы. Спускаемый аппарат передавал данные с поверхности в течение 56 минут.
На воздушном шаре
Два аэростата были разработаны для того, чтобы парить на высоте 54 километра от поверхности в наиболее активном слое венерианских облаков. Аккумуляторы комплекта приборов имели достаточный запас энергии для 60 часов работы. Аэростаты измеряли температуру, давление, скорость ветра и плотность аэрозолей. Оболочки баллонов были покрыты политетрафторэтиленом, чтобы противостоять воздействию агрессивной атмосферы. Баллоны обоих аппаратов функционировали более 46 часов с момента выпуска до окончательной передачи данных. Сколько они летали после обрыва связи, неизвестно.
Аэростаты представляли собой сферические баллоны с повышенным давлением диаметром 3,54 метра, заполненные гелием. Гондола массой 6,9 килограммов и длиной 1,3 метра была присоединена к оболочке тросом длиной 13 метров. Общая масса всей конструкции составляла 21 килограмм.
Верхняя часть гондолы была оснащена конической антенной, под которой находился модуль с радиопередатчиком и электронной системой управления. Нижняя секция гондолы содержала полезный нагрузочный блок с приборами и батареями.
Маленький передатчик мощность 5 ватт обеспечивал скорость передачи данных 2048 бит в секунду, при этом система выполняла сжатие данных для передачи большего объема информации через узкую полосу каналов. Тем не менее, частота выборки для большинства приборов составляла всего один раз каждые 75 секунд. Аэростаты отслеживались двумя сетями (всего в них входили 20 радиотелескопов) на Земле: советской сетью, координированной Академией наук СССР, и международной сетью, управляемой французской Centre national d’études spatiales (CNES). В свою очередь данные с аппаратов на поверхности ретранслировались через пролетные зонды.
Аэростаты были выброшены из спускаемого аппарата на высоте 55 километров над темной стороной планеты и опустились до 50 километров над поверхности во время надувания. Затем они поднялись до 54 километров, где и стабилизировались. Там условия давления и температуры на Венере схожи с земными показателями на высоте 5,5 километра над уровнем моря. Правда, ветры на планете развивают ураганную скорость, а атмосфера, состоящая в основном из углекислого газа, содержит серную кислоту, а также, в меньших концентрациях, хлороводородную и фтористоводородную кислоты. Кроме того, аппаратура аэростатов зафиксировала грозовые разряды.
Баллоны стремительно перемещались с ночной стороны планеты в освещенную, где их батареи в конце концов сели, и связь с ними была потеряна. Трекинг показал, что движение баллонов включало неожиданную вертикальную компоненту, что свидетельствовало о вертикальных перемещениях воздушных масс, не обнаруженных предыдущими зондами.
И еще дальше
После встречи с Венерой «Веги» отправились на перехват кометы Галлея, используя гравитацию Венеры для изменения траектории. Аппараты двигались навстречу с небесным телом, скорость сближения составляла примерно 70 км/сек. Астрономы не могли заранее рассчитать траекторию кометы с достаточной точностью, чтобы «Веги» не промахнулись. Поэтому орбита небесного тела уточнялась вплоть до момента рандеву. Для этого в СССР запустили СоПроГ — СОветскую ПРОграмму исследований кометы Галлея. В ней участвовали 22 астрономических учреждения, которые опубликовали около тысячи астрометрических измерений кометы. Благодаря этому «Веги» сумели пройти мимо ядра кометы на небольшом расстоянии. Также данные пригодились для европейского зонда «Джотто», который в ночь с 13 на 14 марта пролетел на расстоянии всего 596 километров от ядра кометы Галлея.
«Вега-1» совершила ближайший подход 6 марта на расстоянии около 8890 километров от ядра кометы, а «Вега-2» — 9 марта, приблизившись на 8030 километров. Интенсивный сбор данных с кометы проводился только в течение трех часов до и после максимального сближения. Миссия предполагала измерение физических параметров ядра — его размеров, формы, температуры и поверхностных свойств, а также изучение структуры и динамики комы, состава газовой оболочки, распределения массы пылевых частиц в зависимости от расстояния до ядра и взаимодействия кометного вещества с солнечным ветром.
Вместе «Вега-1» и «Вега-2» передали около 1500 изображений кометы Галлея. Космические аппараты потеряли работоспособность через несколько недель после встреч с кометой.
Бортовая телевизионная система была создана в рамках международного сотрудничества научных и промышленных учреждений СССР, Венгрии, Франции и Чехословакии. Данные обрабатывались международной командой, в состав которой входили ученые из Советского Союза, Венгрии, Франции, ГДР и США. Основные этапы сбора и предварительной обработки данных выполнялись в Институте космических исследований (ИКИ) с использованием компьютерной системы обработки изображений.
Последний сеанс связи с «Вегой-1» состоялся 30 января 1987 года, с «Вегой-2» — 24 марта. Сейчас оба аппарата не работают и находятся на гелиоцентрических орбитах.