Россия будет исследовать Венеру сама: NASA нам не нужно

В прошлом СССР был впереди планеты всей в исследовании Венеры, многие миссии никому так и не удалось повторить. Сможем ли мы это повторить, тем более сейчас, в условиях прекращения сотрудничества с западом?

Ах, Венера. Её часто любят называть близнецом Земли — и масса схожая, и размер, и состав, и ускорение свободного падения… Однако, скорее, её стоит называть злым близнецом, ведь Венера представляет собой мир, совершенно не похожий на наш.

В чём сложности?

Венеру очень сложно исследовать из-за её атмосферы. Она состоит в основном из углекислого газа, с примесями облаков серной кислоты.

На Венере очень жарко — около 460 градусов Цельсия. Это вообще самая горячая планета в Солнечной системе, даже на Меркурии прохладнее.

А ещё там адское атмосферное давление (в 92 раза больше земного). В таких условиях газ у поверхности уже даже не совсем газ, а скорее некий полужидкий океан.

Магнитного поля тоже нет (только индуцированное от Солнца), да и наличие тектоники также под сомнением. И самих литосферных плит там тоже, судя по всему, нет — просто сплошная кора. Зато есть вулканы.

Кроме того, Венера постоянно покрыта облаками, которые мешают рассмотреть её из космоса. Они не дают солнечному свету нормально проходить на поверхность, и из-за них Венеру не получается нормально изучить при помощи какой-нибудь оптики.

В верхних слоях атмосферы постоянно бушует сплошной ураган со скоростью, которая достигает 120—140 метров в секунду. А из облаков бьют молнии, совсем как на Земле. Но есть нюанс — и облака, и дожди из серной кислоты.

Ко всему прочему, в отличии от большинства других планет она ещё и вращается вокруг своей оси в другую сторону. Немного не похоже на рай, не так ли?

В общем, исследование Венеры — задачка далеко не простая. Но для настоящего ученого чем сложнее, тем интереснее. Да и польза от её изучения неоспоримая. Так мы сможем понять процессы, которые происходят в различных атмосферах, развивать технологии для работы в экстремальных условиях, а также раскрывать загадки эволюции планет в нашей солнечной системе.

Изучение Венеры позволит лучше понимать условия, которые могли бы существовать на экзопланетах других звёздных систем, а это важно для поиска жизни в космосе.

А может быть, это поможет нам в борьбе с собственным парниковым эффектом — вдруг, с Землёй будет также?

Советские исследования

Почему всё так получилось с Венерой, ответов пока нет. Но в исследовании этой планеты СССР был несомненным лидером. Да и, пожалуй, остаётся по сей день.

Первый шаг случился ещё аж в 1961 году, и сделала его миссия «Венера-1». Задачей её было приблизиться к Венере и передать данные о магнитном поле и космических лучах в ее окрестностях. К сожалению, из-за неисправности на борту миссия успехом не увенчалась, но заложила основу для будущих исследований.

«Венера-2» полетела следующей в 1965 году. Предполагалось, что она пройдёт мимо Венеры и соберёт данные о её атмосфере и магнитосфере. Как и предыдущая, эта миссия завершилась неудачей из-за технических неполадок. Но и полным провалом её считать нельзя, так как удалось получить многочисленные данные о космическом и околопланетном пространстве.

В частности, изучили: магнитные поля, космические лучи, потоки заряженных частиц малых энергий, потоки солнечной плазмы и их энергетические спектры, космические радиоизлучения и микрометеориты.

Однако «Венера-2» летела не одна, а в паре с «Венерой-3». И вот спутница ее добилась колоссального успеха. В 1965 году после успешного сближения с Венерой зонд стал первым объектом с Земли, который коснулся поверхности этой негостеприимной планеты.

АМС (автоматическая межпланетная станция) была снабжена парашютом для мягкой посадки. Но система управления станции вышла из строя ещё до подлёта к Венере. К сожалению, никаких данных о Венере станция тоже не передала.

А вот «Венера-4» (в 1967 году) уже вполне себе успешно начала спускаться на поверхность, даже передала данные о температуре и давлении. Но на высоте 28 км её просто раздавило.

Конструкторы рассчитывали на давление в 20 атм, а оказалось, что там все 90. Но главное то, что «Венера-4» и полученные её данные позволили усовершенствовать последующие аппараты.

Правда «Венеру-5» и «Венеру-6» (1969 год) переделать не успели, но им уменьшили парашюты, чтобы они смогли спуститься пониже и собрать побольше данных. Благодаря им мы узнали, что в атмосфере Венеры много углекислого газа (≈90 %) и совсем немного кислорода и водяного пара.

А ещё у планеты не обнаружилось радиационных поясов, а магнитное поле оказалось в 3000 раз слабее земного.

«Венера-7» уже смогла выдержать адское давление на поверхности. Задача по мягкой посадке была успешно выполнена в 1970 году, аппарат проработал 53 минуты, в том числе 20 минут с поверхности. Благодаря этому ученые смогли точно рассчитать давление и температуру: они составили 90±15 атмосфер и 475±20 °C.

«Венера-8» (1972 год) подтвердила ранее полученные данные и дополнительно проанализировала содержания радиоактивных элементов и их соотношения в грунте Венеры. Эти результаты показали сходство реголита (местного грунта) с земными гранитными породами.

Также замерили освещённость — светло было, как в пасмурный день на Земле. Но это означало, что фотографировать поверхность всё же реально.

Проработал аппарат 50 минут и 11 секунд, успешно исполнив всё, что от него требовалось.

Девятая и десятая миссии «Венера» благополучно добрались до поверхности планеты в 1975 году и передали первые чёрно-белые фотографии её поверхности. Проработали они 53 и 65 минут соответственно.

Но вот уже у «Венеры-11» и «Венеры-12» (1978 год) случилась беда — защитные крышки камер не открылись, и фотографии не получились. Однако, проработали они 95 и 100 минут соответственно, собирая данные и отправляя их на орбитальные аппараты.

Впервые цветное панорамное изображение планеты нам показала «Венера-13» в 1981 году. Кроме того, аппарат провел исследование образцов грунта, получив более 40 спектров и определив взятые пробы как лейцитовый щелочной базальт.

Проработал аппарат аж 127 минут, хотя планировали всего 32, а всё потому, что приборы были спрятаны в герметичном титановом корпусе, предварительно охлаждённом перед спуском на поверхность.

«Венера-14» тоже передала на Землю цветное панорамное изображение, спустившись на поверхность месяцем позже. С помощью автоматического бура отобрали образцы грунта, которые потом поместили в специальную камеру. Оказалось, что порода в месте посадки — аналог земного океанического толеитового базальта.

Проработала она 57 минут, хотя планировали тоже всего 32. И среди космических аппаратов есть трудоголики.

«Венера-15» и «Венера-16» проводили совместные исследования на орбите Венеры в 1983 году более 8 месяцев, занимаясь радиолокацией и создавая детальные карты поверхности планеты.

В 1984 году были запущены два идентичных аппарата «Вега-1» и «Вега-2», в которых находились посадочные и пролетные модули, а также аэростаты для изучения атмосферы Венеры. Каждый аэростат продержался около 46 часов, плавая на высоте примерно 55 километров.

Здесь атмосферное давление составляло 0,54 атмосферы, а температура колебалась от 27 до 43 градусов Цельсия. Уже довольно комфортно, согласитесь.

В ходе своего дрейфа по атмосфере зонды обнаружили, что в облачном слое Венеры присутствуют сильные вертикальные потоки воздуха, как восходящие, так и нисходящие.

Исследования других стран

Американская программа исследования Венеры была названа «Маринер», то бишь «Моряк».

Первый аппарат «Маринер-1» запустили в 1962 году, но спустя 5 минут после старта его пришлось уничтожить из-за технической ошибки. В августе того же года был запущен «Маринер-2», который успешно приблизился к Венере на расстояние 34,7 тыс. километров, проведя измерения скорости вращения планеты и выявив отсутствие магнитного поля.

Следующим в серии стал «Маринер-5», который переделали из аппарата для миссии к Марсу. В 1967 году он успешно пролетел мимо Венеры, подтвердив теорию о плотности атмосферы и горячей поверхности планеты.

В 1978 году стартовала новая серия аппаратов «Пионер-Венера», среди которых «Пионер-Венера-1» проработал на орбите до 1992 года, проводя радиолокационное картографирование планеты.

«Пионер-Венера-2» стал первым аппаратом США, у которого был спускаемый модуль. Он изучил атмосферу Венеры и обнаружил молекулярный кислород в больших количествах. Возможно, на Венере раньше было много воды.

Межпланетная станция «Магеллан», которую запустили в 1989 году, провела детальную съемку 98% поверхности Венеры, открыв множество вулканических образований и малое количество кратеров.

Последующие аппараты (например, «Галилео», «Кассини-Гюйгенс» и «Мессенджер»), исследовали Венеру только транзитом.

В 2005 году ESA запустило зонд «Венера Экспресс», который проводил исследования атмосферы, климата и геологии. С участием российских учёных были изготовлены планетный Фурье-спектрометр PFS и атмосферный спектрометр SPICAV (англ. Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Venus). Кроме того, почти во всех экспериментах российские учёные выступали соисследователями в составе международных научных коллективов.

В 2010 году японцы отправили к Венере миссию «Акацуки», но сразу выйти на орбиту не удалось. В результате испытания двигателей оказалось, что они работают только на ⅛ от плановой мощности, и учёные думали, что в лучшем случае аппарат сможет выйти на долгопериодическую 90-дневную орбиту вокруг Венеры. Это и получилось сделать в 2015 году.

«Акацуки» фотографирует поверхность с помощью инфракрасной камеры, а также проводит эксперименты, которые позволят подтвердить наличие молний. Кроме того, планируется определить наличие или отсутствие вулканической активности на Венере.

По состоянию на декабрь 2021 года «Акацуки» продолжает работать и собирать данные.

Венера-Д

Сейчас разные страны готовят свои миссии к Венере, и Россия — не исключение. Наша миссия называется «Венера-Д» («Венера долгоживущая»).

Изначально планировалось реализовать этот проект в сотрудничестве с ESA, а потом с NASA. Американцы хотели предложить нам управляемую атмосферную платформу VAMP (Venus Atmospheric Manoeuvrable Platform). Она должна была отделятсья от орбитальной станции и дрейфовать в атмосфере Венеры.

В Роскосмосе сообщают, что отказ США от сотрудничества никак не повлияет на задачи Венеры-Д. Что ж, если всё пройдёт успешно, то это будет первый наш аппарат с 1984 года.

Разработкой миссии занимается НПО Лавочкина. По планам у «Венеры-Д» будет вообще всё: орбитальный, атмосферный и посадочный аппараты.

Ну а цель проста — продолжить изучать то, что изучали советские и американские станции.. Несмотря на то, что уже собрано приличное количество самого разного материала, многие вопросы все ещё остаются без ответа.

Например, ученых занимает, откуда там такой жёсткий парниковый эффект, или почему атмосфера на верхней границе облачного слоя вращается в 60 раз быстрее поверхности.

Также исследования коснутся проблемы отсутствия магнитного поля: было ли оно там вообще когда-то? Действуют ли на поверхности сейчас вулканы, и если да, как именно?

До сих пор до конца непонятно, как такие планеты могли столь кардинально разойтись в своём развитии. Конечно же, их внутренняя структура, в том числе кора, мантия и ядро, несколько отличаются. Однако внешнее сходство Венеры и Земли свидетельствует о том, что в их недрах идут аналогичные процессы. Значит, сходные геологические явления также вполне возможны

Конечно же, не снят и вопрос о возможной обитаемости Венеры, куда ушла вода, были ли там океаны, а если были, то была ли там жизнь?

Учёные рассчитывают, что за три часа своей работы на поверхности, аппарат позволит хоть немного прояснить эти вопросы. За это время он сможет передать на Землю 340 мегабайт данных. В общем, каждая минута на счету.

Планируется, что эскизный проект миссии «Венера-Д» будет завершён к 2026 году, а запуск состоится не ранее 2029 года.

Проект несколько лет разрабатывался в России в рамках НИР, но из-за недостатка финансирования был исключен из ФКП в 2014 году. Теперь же «Венера-Д» стала главным перспективным проектом ИКИ РАН на период после 2025 года

В то же время Роскосмос рассматривает возможность возврата образцов грунта, атмосферы и аэрозолей Венеры в рамках миссии «Венера-В». Концепция включает последовательный запуск новых поисково-возвратных и десантных космических аппаратов.

Откладывать уже ну никак нельзя. Ещё в ноябре 2021 года бывший генеральный директор Роскосмоса Дмитрий Рогозин подчеркнул, что проект «Венера-Д» следует завершить до 2030 года, в противном случае Россия может потерять свою позицию в тройке великих космических держав.