Реферат: Исследование планеты Венера космическими аппаратами
10 октября 1960 года к Марсу стартовала первая ракета с научной аппаратурой. Но... до Марса не долетела, а упала где-то в Сибири.
14 октября 1960 года – повторный старт к Марсу – и опять неудача, ракета не вышла на орбиту.
А к началу нового 1961 года уже были готовы два первых межпланетных автомата для полета к Венере.
А что было известно человечеству до начала космической эры об этой второй по порядку от Солнца планете, именуемой еще «вечерней или утренней звездой»?
Красавица неба, «вечерняя и утренняя звезда» не раз была воспета поэтами и композиторами, описана в произведениях великих писателей, изображена на картинах знаменитых художников. По силе блеска Венера – третье светило на небе после Солнца и Луны, и ее можно видеть иногда даже днем в виде белой точки на небе.
За 250 лет визуальных и оптических наблюдений за планетой было установлено, что орбита Венеры лежит внутри Земной орбиты и она обегает вокруг солнца за 224 дня, или 7,5 месяцев. Венера сравнительно большая планета, она лишь ненамного меньше Земного шара. В период великих противостояний она приближается к Земле на расстояние всего до 40 млн. километров. Это самое близкое к нам крупное небесное тело после Луны. Но, несмотря на то, что в телескопе Венера кажется очень большой, гораздо больше, чем Луна для невооруженного глаза, разглядеть на ней ничего невозможно. Видимая поверхность этой планеты всегда белая, однообразная и на ней ничего не видно кроме неопределенных тусклых пятен. Это происходит потому, что Венера покрыта плотной атмосферой и всегда затянута белым облачным покровом, который мы и видим, рассматривая Венеру в телескоп. Об этой планете можно сказать, что по размерам и по массе она близка к Земле, на ней очень тепло, гораздо теплее, чем на Земле, потому что она ближе к Солнцу. И еще установлено, что в атмосфере Венеры много углекислого газа.
А что же находится под этим облачным покровом на самой поверхности Венеры? Есть ли там материки, моря, океаны, горы, реки – ответа на эти вопросы оптическая астрономия дать не могла.
Кое-что прояснила радиоастрономия, получившая бурное развитие после второй мировой войны. В начале шестидесятых радиолокационные исследования Венеры позволили установить наличие рельефа и установить период вращения планеты вокруг своей оси. Венерианские сутки оказались длинными – 243 ± 0,5 земных. Но главная неожиданность заключалась в том, что направление вращения Венеры оказалось обратным орбитальному вращению планеты – солнце восходит на западе! Это было совершенно неожиданно, потому что остальные планеты вращаются вокруг своей оси согласно своему движению вокруг Солнца. Радиотелескопы подтвердили также, что на Венере гораздо жарче, чем у нас на Земле, но цифры специалисты называли самые разные. И уже совсем ничего определенного никто не мог сказать по поводу химического состава венерианской атмосферы и ее давления. А это едва ли не главные характеристики, по которым можно судить, похожа Венера на Землю или нет? Вот если бы дотянуться до таинственной планеты рукой, разместить на ее поверхности приборы и фотоаппараты... Ответы на эти и самый главный вопрос – есть ли не Венере жизнь, – могла дать только практическая космонавтика. И штурм начался.
Первый старт к Венере состоялся 4 февраля 1961 года. Все шло благополучно до момента схода с орбиты спутника. Но межпланетная станция вместе с последней ступенью весом в 6483 кг. с орбиты спутника Земли так и не сошла – не включилась четвертая, разгонная ступень ракеты-носителя.
12 февраля 1961 года состоялось новое открытие трассы Земля – Венера – в сторону «планеты под чадрой» стартовала станция «Венера-1». Но тогда, в 1961 году, вымпел с гербом СССР на загадочную планету так и не попал – подвела автоматика. Сначала перегрелся солнечный датчик, а перегреваться он не должен. Командный пункт в Крыму, чтобы снизить температуру, выключил аппаратуру станции. Выключили и приемник, понадеявшись, что бортовое программное устройство в запланированное время сеанса связи снова включит и приемник и передатчик. Но «програмник сдох» и «Венера-1» замолчала теперь уже навсегда. По расчетам баллистиков на 97 день своего полета станция прошла примерно в 100 тысячах километров от поверхности таинственной планеты.
Неудачи преследовали и американцев. В июле 1962 года их «Маринер-1», нацеленный на Венеру, сразу после старта стал забирать куда-то вбок: неисправимый отказ системы управления.
Но второй «Маринер» в декабре того же года сработал хорошо. Он пролетел всего в 35 тысячах километров от Венеры и передал данные о ее магнитном поле, температуре, отсутствии радиационных поясов. Это был первый опыт непосредственного изучения другой планеты космическим автоматом.
В первые годы межпланетных стартов удач было немного. После запуска «Маринера-1» в августе – сентябре 1962 года Королев предпринимает еще три попытки послать станцию к Венере и все они окончились неудачами. Весной 1964 года две другие «Венеры» тоже не выполнили свою программу. Одну из станций ТАСС нарек «Космосом-27», другую «Зондом-1». Изданная уже в 1985 году энциклопедия «Космонавтика» стыдливо сообщила, что этот «Зонд» «по конструкции имел много общего с космическим аппаратом «Венера-2»». Да, общего было немало, а сказать точнее – они были похожи друг на друга как две капли воды.
И все-таки, несмотря на все эти печальные старты, забегая вперед, надо сказать, что в исследованиях Венеры Советский Союз в конце концов добился замечательных успехов. Специалисты отмечали, что именно с Венерой нам везет больше, в то время как американцы получили отличные результаты в полетах к Марсу. Эта необъяснимая закономерность прослеживается вплоть до девяностых годов XX века.
В межпланетных полетах автоматов Королева видится нечто трагическое. Да, он удовлетворил свое «великое честолюбие», о котором говорил Феоктистов. Он первым послал межпланетные станции к Марсу и к Венере, но ни одна из этих станций, запущенных при его жизни, не смогла обрадовать его полным выполнением своей программы. Он не дожил до того дня, когда с полным основанием мы смогли назвать станции межпланетными, не узнал о мягкой посадке на Марс, не увидел панорам раскаленной Венеры. В 1965 году он успел запустить «Венеру-2» и «Венеру-3», но когда они долетели до планеты, его уже не было. Полет космического аппарата к планете Венера при наивыгоднейших условиях старта занимает от трех до четырех месяцев. Космические станции «Венера-2» и «Венера-3» стартовали в середине ноября 1965 года и прибыли в район Венеры лишь в марте 1966 года, когда Королева уже не было. Так свет звезды, вспыхнувшей при нашей жизни, в конце концов, приходит к нам, но уже не застает нас.
О чем же поведали своим создателям космические аппараты «Венера-2» и «Венера-3»? Судя по тому, что никаких сообщений в прессе по этому поводу не было, поставленных целей эти станции не достигли. Космический аппарат «Венера-2» прошел на расстоянии 24 тысяч километров от планеты, сообщив некоторые данные о космическом пространстве. Космический аппарат «Венера-3», стартовавший 16 ноября 1965 года, через 3,5 месяца впервые в истории космонавтики достиг другой планеты. Это был первый в истории человечества межпланетный перелет. Следует, однако, отметить, что даже эти «неудачные» экспедиции к планете Венера дали огромный опыт в управлении полетом космических кораблей на межпланетных трассах. Можно прямо сказать, что они подготовили почву для успешного выполнения поставленных задач последующим космическим экспедициям к «утренней звезде».
С 1967 года начинается регулярное исследование Венеры с помощью спускаемых аппаратов. 12 июня 1967 года стартовала автоматическая межпланетная станция (АМС) «Венера-4» неся на борту спускаемый аппарат. 18 октября 1967 года АМС «Венера-4» достигла окрестностей Венеры, было выполнено разделение орбитального отсека и спускаемого аппарата и парашютный спуск последнего в венерианскую атмосферу. Впервые на Землю была передана информация с другой планеты. С помощью специально разработанных газоанализаторов, смонтированных на спускаемом аппарате «Венера-4», впервые были отобраны и проанализированы пробы атмосферных газов и установлено, что главным компонентом атмосферы является углекислый газ (≈ 90%). Помимо этого аппарат составил высотный профиль температуры, в значительной мере подтверждавший данные радиоастрономии. На орбитальном отсеке с помощью УФ-фотометра были проведены измерения состава солнечного спектра, позволившие установить существование водородной короны в атмосфере Венеры. Продолжалось изучение магнитного поля Венеры. На высоте 23 км над поверхностью планеты, где температура была 325ºС, а давление 17,6 кг/см2, спускаемый аппарат разрушился.
Через сутки после «Венеры-4» в околопланетном пространстве Венеры появился американский космический аппарат «Маринер-5», приблизившийся к планете на расстояние 4100 километров. Было осуществлено радиозондирование, построен вертикальный разрез ионосферы и нейтральной атмосферы вплоть до уровня 5 атм.
5 января 1969 г. стартовала «Венера-5», а 10 января - «Венера -6». 16 и 17 мая того же года они вошли в атмосферу Венеры и провели исследование ее глубоких слоев. Были уточнены данные о параметрах атмосферы, полученные станцией «Венера-4». В химическом составе венерианской атмосферы оказалось 97% углекислого газа. Хотя спускаемые аппараты станции «Венера-5» и «Венера-6» имели более прочную конструкцию, все же и они не выдержали огромного давления и разрушились на высоте 20 км над поверхностью.
Лишь спускаемому аппарату следующей советской космической станции «Венера-7» , имевшему усовершенствованную конструкцию, впервые в истории космонавтики удалось пересечь всю толщу венерианской атмосферы и достичь поверхности планеты. Станция была запущена 17 августа 1970 года, а 15 декабря спускаемый отсек совершил посадку. В течение всего времени спуска и 23-х минут после посадки отсек передавал информацию о параметрах атмосферы. В месте посадки температура оказалась около +500ºС, а давление порядка 100 атмосфер (как на километровой глубине земного океана).
Автоматическая станция «Венера-8» стартовала 27 марта 1972 года с промежуточной околоземной орбиты. Через 117 суток полета, 22 июля 1972 года, станция достигла окрестностей Венеры и отделила от себя спускаемый аппарат. На всех траектории спуска и на поверхности планеты были выполнены замеры скорости ветра. Была зафиксирована сложная динамика атмосферы и движения облаков. Наиболее интенсивные ветры были отмечены на высотах более 40 км (до 100 м/с). На поверхности планеты ветры очень слабые и не превышают 1-2м/с. В месте посадки СА на поверхность планеты было зафиксировано давление в 90 раз выше, чем на Земле, а температура – +470ºС.
В феврале 1974 года околопланетное пространство Венеры пересек американский космический аппарат «Маринер-10» (максимальное приближение к планете составило 5784 километра). На нем была установлена телевизионная аппаратура, позволившая получить несколько тысяч доброкачественных изображений диска с разрешением 130 километров, что вдвое превосходило возможности наземных наблюдений. Анализ этих снимков, выполненных с применением УФ-фильтров, впервые позволил получить представление о циркуляции атмосферы Венеры: выявлена глобальная симметрия структуры облачного покрова относительно экватора и подтверждено четырехсуточное вращение «УФ-деталей» в направлении, противоположном вращению планеты. Радиозатменные эксперименты на КА «Маринер-10» позволили определить электронную плотность дневной и ночной ионосферы и выявить ее структуру, а также получить новые температурные профили нижней атмосферы в интервале 50 – 100 километров. На «Маринер-10» вновь проводились измерения магнитного поля и оценки параметров гравитационного поля Венеры. Последние послужили основой для создания представлений о большой мощности венерианской литосферы.
АМС «Венера-9» и «Венера-10» были запущены соответственно 8 и 14 июня 1975 года, а 22 и 25 октября того же года их спускаемые аппараты достигли поверхности планеты, а сами станции стали первыми искусственными спутниками Венеры. Телевизионные камеры спускаемых аппаратов впервые в истории космонавтики передали на Землю панорамные телевизионные изображения поверхности другой планеты. Кроме этого при спуске измерялась плотность, давление и температура атмосферы, количество водяного пара, проведены нефелометрические измерения частиц облаков, измерения освещенности в различных участках спектра. Для измерений характеристик грунта помимо гамма-спектрометра использовался радиационный плотномер. Искусственные спутники позволили получить телевизионные изображения облачного слоя, распределение температуры по верхней границе облаков, спектры ночного свечения планеты, провести исследования водородной короны, многократное радиопросвечивание атмосферы и ионосферы, измерение магнитных полей и околопланетной плазмы. На станциях второго поколения информация со спускаемых аппаратов предавалась на орбитальный аппарат, а затем ретранслировалась на Землю. Это привело к значительному увеличению количества получаемой информации.
На телевизионных панорамах поверхности были видны выходы коренных пород наряду с эродированным материалом; развалы камней могут быть результатом смещений в коре и служить подтверждением тектонической активности на Венере. В целом поверхность Венеры - это горячая сухая каменистая пустыня.
9 и 14 сентября 1978 г. соответственно стартовали межпланетные космические станции «Венера-11» и «Венера-12». Спускаемые аппараты этих станций совершили мягкую посадку, зафиксировав в невысоких слоях атмосферы многократные электрические разряды - предположительно вспышки молний. Интенсивность электрических разрядов, регистрировавшаяся по частоте следования низкочастотных импульсов оказалась во много раз выше, чем на Земле. Очевидно вблизи поверхности Венеры возникают электрические поля с напряженностью в сотни кВ/м. Высокая грозовая активность предположительно объясняется наличием действующих вулканов на поверхности Венеры. Отделив спускаемые аппараты, станции продолжали всестороннее исследование космического пространства.
Одной из наиболее насыщенных и успешных космических программ был осуществленный в декабре 1978 года учеными США проект «Пионер-Венера». Его основные результаты были опубликованы в двух выпусках журнала «Science» и «Journal of Geophysical Research». На борту выведенного на околопланетную орбиту искусственного спутника Венеры и орбитального модуля, от которого были отделены и совершили жесткую посадку 4 спускаемых аппарата-зонда, было установлено более 30 различных приборов и устройств, выполнивших исследования структуры и химического состава нижней атмосферы и облаков, теплового баланса и динамики атмосферы. С помощью спутника Венеры впервые осуществлена радиолокационная съемка почти всей (93 %) поверхности планеты с построением топографической карты масштаба 1:50000000 с разрешением по площади 30 километров, а по высоте – 200 метров. Всего в исследованиях по проекту «Пионер-Венера» приняли участие 114 ученых под руководством Т.М. Донахью, Д.М. Хантена и Л. Колина.
Выполнение программы «Пионер-Венера» расширило и существенно дополнило существовавшие ранее представления о верхней и нижней атмосфере и облаках, полученные прежде всего на основании результатов исследований советских АМС серии «Венера». Принципиально новым вкладом в наши знания о Венере бесспорно стала радарная съемка, на основе которой была построена топографическая карта планеты. Кроме того, создана гравиметрическая карта, получены новые результаты в области изотопной космохимии атмосферы и открыта «криосфера» – зона резкого падения температуры на ночном полушарии Венеры на высотах, превышающих 100 километров.
30 октября 1981 г. была запущена автоматическая межпланетная станция «Венера-13». Преодолев за 4 месяца расстояние более 300 млн. км, станция 1 марта 1982 г. отделила от себя спускаемый аппарат, прошла на расстоянии 36000 км от поверхности Венеры и продолжала полет по гелиоцентрической орбите как искусственная планета вокруг Солнца. Спускаемый аппарат провел цветное фотографирование поверхности и установил базальтовый состав грунта. Температура оказалась равной 457ºС, а давление – 89 атмосфер.
4 ноября 1981 г. произошел запуск «Венеры-14». Она имела такую же программу исследования, что и «Венера-13». Ее спускаемый аппарат регистрировал температуру, давление, состав атмосферы, брал пробы грунта; фиксировались электрические разряды в нижней атмосфере. После отделения спускаемого аппарата станция продолжала исследование космического пространства. Спускаемые аппараты станций были снабжены устройствами для бурения грунта и химического анализа его образцов. В месте посадки спускаемого аппарата станции «Венера-14» температура оказалась 465ºС, а давление 94 атмосферы. Передачи на Землю панорамных изображений окружающей местности осуществлялись через цветные светофильтры. В получаемых изображениях преобладали желтовато-оранжевые, зеленоватые цвета любых предметов на поверхности, оранжеватое небо и такого цвета облака над головой. Дело в том, что синяя часть спектра солнечной радиации поглощается в верхней части атмосферы Венеры, поэтому ее поверхность и нижняя часть атмосферы освещаются не белым, как на Земле, а желтым светом. Таковы законы оптики.