Начало космической эры

4 октября 1957 г. СССР произвел запуск первого в мире искусственного спутника Земли. Первый советский спутник позволил впервые измерить плотность верхней атмосферы, получить данные о распространении радиосигналов в ионосфере, отработать вопросы выведения на орбиту, тепловой режим и др. Спутник представлял собой алюминиевую сферу диаметром 58 см и массой 83,6 кг с четырьмя штыревыми антеннами длинной 2,4-2,9 м. В герметичном корпусе спутника размещались аппаратура и источники электропитания. Начальные параметры орбиты составляли: высота перигея 228 км, высота апогея 947 км, наклонение 65,1 гр. 3 ноября Советский Союз сообщил о выведении на орбиту второго советского спутника. В отдельной герметической кабине находились собака Лайка и телеметрическая система для регистрации ее поведении в невесомости. Спутник был также снабжен научными приборами для исследования излучения Солнца и космических лучей.

6 декабря 1957 г. в США была предпринята попытка запустить спутник «Авангард-1» с помощью ракеты-носителя, разработанной Исследовательской лабораторией ВМФ. После зажигания ракета поднялась над пусковым столом, однако через секунду, двигатели выключились, и ракета упала на стол, взорвавшись от удара.

31 января 1958 г. был выведен на орбиту спутник «Эксплорер-1», американский ответ на запуск советских спутников. По размерам и массе он не был кандидатом в рекордсмены. Будучи длинной менее 1 м и диаметром только ~15,2 см, он имел массу всего лишь 4,8 кг. Однако его полезный груз был присоединен к четвертой, последней ступени ракеты-насителя «Юнона-1». Спутник вместе с ракетой на орбите имел длину 205 см и массу 14 кг. На нем были установлены датчики наружной и внутренней температур, датчики эрозии и ударов для определения потоков микрометеоритов и счетчик Гейгера-Мюллера для регистрации проникающих космических лучей. Важный научный результат полета спутника состоял в открытии окружающих Земля радиационных поясов. Счетчик Гейгера-Мюллера прекратил счет, когда аппарат находился в апогее на высоте 2530 км, высота перигея составляла 360 км.

5 февраля 1958 г. в США была предпринята вторая попытка запустить спутник «Авангард-1», но она также закончилась аварией, таки первая попытка. Наконец 17 марта спутник был выведен на орбиту. В период с декабря 1957 г. по сентябрь 1959 г. было предпринято одиннадцать попыток вывести на орбиту «Авангард-1», только три из них были успешными. Оба спутника внесли много нового в космическую науку и технику (солнечные батареи, новые данные о плотности верхний атмосферы, точное картирование островов в Тихом океане и т. д.).

17 августа 1958 г. в США была предпринята первая попытка послать с мыса Канаверал в окрестности Луны зонд с научной аппаратурой. Она оказалась неудачной. Ракета поднялась и пролетела всего 16 км. Первая ступень ракеты взорвалась на 77 с полета. 11 октября 1958 г. была предпринята вторая попытка запуска лунного зонда «Пионер-1», также оказалась неудачной. Последующие несколько запусков также оказались неудачными, лишь 3 марта 1959 г. «Пионер-4», массой 6,1 кг частично выполнил поставленную задачу: пролетел мимо Луны на расстоянии 60000 км (вместо планируемых 24000 км). Так же как и при запуске спутника Земли, приоритет в запуске первого зонда принадлежит СССР, 2 января 1959 г. был запущен первый созданный руками человека объект, который был выведен на траекторию, проходящую достаточно близко от Луны, на орбиту спутника Солнца. Таким образом «Луна-1» впервые достигла второй космической скорости. «Луна-1» имела массу 361,3 кг и пролетела мимо Луны на расстоянии 5500 км. На расстоянии 113000 км от Земли с ракетной ступени, пристыкованной к «Луне-1», было выпущено облако паров натрия, образовавшее искусственную комету. Солнечное излучение вызвало яркое свечение паров натрия, и оптические системы на Земле сфотографировали облако на фоне созвездия Водолея. «Луна-2» запущенная 12 сентября 1959 г. совершила первый в мире полет на другое небесное тело. В 390,2 килограммовой сфере размещались приборы, показавшие, что Луна не имеет магнитного поля и радиационного пояса. Автоматическая межпланетная станция (АМС) «Луна-3» была запущена 4 октября 1959 г. Вес станции равнялся 435 кг. Основной целью запуска был облет Луны и фотографирование ее обратной, невидимой с Земли, стороны. Фотографирование производилось 7октября в течение 40 мин с высоты 6200 км над Луной.

Космическое исследование Венеры

Венера - вторая по расстоянию от Солнца и ближайшая к Земле планета Солнечной системы. Среднее расстояние от Солнца - 108 млн. км. Венера видна на небе либо после Захода Солнца (вечерняя звезда), либо незадолго до его восхода (утренняя звезда). Венера - самое яркое светило на небе после Солнца и Луны, и при благоприятных условиях можно даже наблюдать тень от предметов, создаваемую светом Венеры. Эта планета известна людям с глубокой древности. Уже в 1610 году Галилей произвел первые телескопические наблюдения небесных светил и наблюдал смену фаз у Венеры, т.е. изменение ее видимой формы от диска до узкого серпа.

Существование атмосферы Венеры было обнаружено в 1761 году М.В. Ломоносовым при наблюдениях прохождения ее по диску Солнца.

Вращение любой планеты и ориентирование оси вращения в пространстве обычно изучались по наблюдениям различных деталей, видимых на ее поверхности. Однако поверхность Венеры постоянно скрыта плотной атмосферой и облачным слоем, окутывающим планету, состоящим из капель серной кислоты и вращающимся гораздо быстрее, чем сама планета. Поэтому параметры вращения Венеры были определены только после возникновения в 30-х годах нашего столетия и развития радиолокационных наблюдений. Интересно, что Венера вращается в обратную сторону по сравнению с Землей н другими планетами с наклоном оси вращения к плоскости орбиты почти 90°. Из-за такого необычного сочетания направлений и периодов вращения и обращения вокруг Солнца смена дня и ночи на Венере происходит за 117 суток, поэтому день и ночь продолжаются по 58.5 суток.

В XX в. с помощью спектральных исследований в атмосфере Венеры найден углекислый газ, который оказался основным газом ее атмосферы (96,5 %), в состав которой входит также около 3% азота и небольшие количества инертных газов, кислорода, окиси углерода, хлороводорода и фтороводорода. Кроме того, с ее атмосфере содержится около 0,1% водяного пара. Углекислый пар и водяной пар создают в атмосфере Венеры парниковый эффект (причиной которого является сильное поглощение этими газами теплового излучения), приводящий к сильному разогреванию поверхности планеты. Температура ее поверхности около 500°С.

Заметим, что великолепное представление о дикой "природе" Венеры - планеты бурь, адской жары и ядовитых облаков - дает один из ранних фантастических романов братьев Стругацких "Страна Багровых Туч" об экспедиции землян на Венеру.

Рисунок Венеры, сделанный А. Дольфюсом на обсерватории Пик Меди, содержит большие подробности, чем любая фотография, полученная с Земли, но детали видимой поверхности настолько неясны, что их трудно зарисовать точно. К тому же облачный покров изменяется очень быстро.

Новая эра в астрономии - исследования планет с помощью космических аппаратов - позволила аккумулировать огромный объем новой информации о природе Венеры, уточните наши представления о ней.

Исследования Венеры с помощью АМС

К концу 50-х годов стало ясно, что наземные методы исследования Венеры не могут дать существенно новой информации. Методы оптической, инфракрасной и ультрафиолетовой астрономии оказались непригодными для исследования подоблачной атмосферы планеты. Запуск первых искусственных спутников Земли, а затем посылка первых АМС к Луне показали возможность изучения Венеры с близких расстояний.

АМС первого поколения

Первым исследовательским аппаратом, направленным земляками к другой планете, стала советская автоматическая станция "Венера-1", стартовавшая 12 февраля 1961 года. Через три месяца ока прошла на расстояний около 100 тысяч километров от Венеры и вышла на орбиту спутника Солнца. Радиосвязь с этой станцией продолжалась до тех пор, пока расстояние до Земли не превысило 3 млн. км. и затем прекратилась из-за выхода из строя бортовой аппаратуры. Основными задачами станции "Венера-1" являлись проверка методов вывода космических объектов на межпланетную трассу, проверка сверхдальней радиосвязи и управления станцией, проведение физических исследований в космосе.

В декабре 1962 года американский зонд "Маринер-2" пролетел на расстоянии 35 тысяч километров от Венеры, имея на борту радиометр сантиметрового диапазона, магнитометр и ряд приборов для исследования заряженных частиц в космической пыли. Результаты магнитных измерений показали, что собственное магнитное поле планеты невелико (магнитный момент Венеры не "превышает 5- 10% магнитного- поля Земли). С точностью на 1,5 порядка большей, чем ранее с поверхности Земли, удалось определить отношение масс Солнца и Венеры. По данным радиометра был сделан вывод, что, радиоизлучение формируется в нижней атмосфере Венеры, а не в ионосфере, как это допускалось ранее.

В 1965 году к "прекраснейшей из звезд небесных", так назвал Венеру Гомер, ушла "Венера-2", которая провела так называемые полетные исследования. АМС пролетела па расстоянии 24 000 км от поверхности планеты. Надежно работали приборы для измерения космических лучей, магнитных полей, потоков заряженных частиц и микрометеоритов, радиопередатчики и вся система передачи результатов научных наблюдении. Расправленные крылья солнечных батарей питали приборы и аппаратуру электроэнергией. Основная техническая проблема, стоявшая перед конструкторами межпланетной станции, заключалась в обеспечении ее работы во время спуска в атмосфере Венеры в условиях огромных температур и давления, а также в период аэродинамического торможения.

Первые полеты АМС к Венере позволили выявить различия в подходе СССР и США к решению задач исследования Венеры с помощью космических аппаратов. Если специалисты США в качестве основной схемы на первом этапе выбрали схему пролета вблизи планеты, то конструкторы АМС в СССР поставили основной задачей посадку автоматических станций на поверхность планеты.

И вот наступил качественно новый этап: в 1965 году "Венера-3" впервые достигла поверхности планеты, а в 1967 году "Венера-4" впервые осуществила плавный спуск в ее атмосфере и провела непосредственные физико-химические исследования. АМС "Венера-4" несла спускаемый аппарат, который отделился перед входом автоматической станции в атмосферу. АМС сгорела в плотных слоях атмосферы, а спускаемый аппарат на парашюте плавно опустился в плотные слои атмосферы. Первый в истории человечества сеанс межпланетной радиосвязи продолжался 93 минуты. Были измерены в зависимости от высоты плотность, давление и температура атмосферы, проведен химический анализ состава атмосферы. Спускаемый аппарат был рассчитан на давление до 20 атмосфер, и передача данных прекратилась до посадки на твердую поверхность Венеры. Было установлено, что углекислый газ является основной компонентой атмосферы (не менее 95%), получены пределы содержания ряда других компонентов, однозначно установлено существование высоких давлении и температур в атмосфере планеты. На пролетном аппарате измерена водородная корона Венеры, проведены наблюдения заряженных частиц и микрометеоритов.

В 1967 г. через день после посадки "Венеры-4" мимо планеты на расстоянии 4000 км пролетел американский "Маринер-5", с помощью которого было исследовано прохождение радиосигнала через атмосферу и ионосферу (радио просвечивание) и проведены измерения водородной короны. По данным радио просвечивания были получены зависимости температуры и давления от высоты в пределах 35-90 км и концентрация электронов ионосфере.

Существование менее плотной, чем земная, водородной короны у Венеры было обнаружено измерениями на космических аппаратах "Венера-4" и "Мзринер-5". Для верхних областей Венеры характерен ряд особенностей, определяемых фотохимией С0₂ с возможным участием в комплексе реакций воды и галогенов, в условиях атомных и молекулярных взаимодействий и взаимодействия с солнечным ветром.

Основная цель запуска в 1969 году двух станций "Венера-5" и "Венера-6" - увеличение проникновения в атмосферу Венеры, повышение точности измерений химического состава, параметров атмосферы и соответствующих им высот. Корпус спускаемого аппарата был несколько упрочен, что позволило провести измерения подоблачной атмосферы на более низких высотах (до 19 км над поверхностью планеты).

Спускаемый аппарат новой конструкции был создан и вошел в состав станции "Венера-7", которая достигла окрестностей планеты в декабре 1970 года. Ее аппаратура проводила измерения не только во время спуска во всей толще атмосферы, но и в течение 53 минут на самой поверхности планеты. Условия оказались необыкновенно суровыми: давление достигало 90 атмосфер, а температура - до 500⁰ С; в облачном покрове, окутывающем планету, очень много углекислого газа и мало кислорода. Получены данные о характере пород поверхностного слоя Венеры.

На повестку дня встала задача разработки венерианской автоматической станции, способной проводить более широкий круг научных исследований. Такой автоматической станцией нового поколения стала АМС "Венера-8". С помощью спускаемого аппарата станции "Венера-8" в 1972 году были проведены разносторонние исследования атмосферы и поверхности Венеры. Кроме измерений атмосферного давления, плотности и температуры были измерены освещенность и вертикальная структура аэрозольной среды, в том числе и облачного слоя, определены скорости ветра на различных высотах в атмосфере по доплеровскому сдвигу частоты радиопередатчика, проведена гамма-спектроскопия поверхностных пород. Фотометрические измерения показали, что облачный слой простирается до высот около 40 км, оценена его оптическая толщина и прозрачность; освещенность на поверхности дневной стороны Венеры оказалась достаточной для съемки изображения места посадки. Впервые получен высотный профиль скорости ветра, который характеризуется возрастанием скорости от 0,5 м/сек у поверхности до 100 м/сек у верхней границы облаков. По содержанию естественных радиоактивных элементов (уран, торий, калий) поверхностные породы на Венере занимают промежуточное положение между базальтами и гранитами.

В феврале 1974 года на расстоянии 6000 км от Венеры прошел американский пролетный зонд "Маринер-10", на котором были установлены телевизионная камера, ультрафиолетовый спектрометр и инфракрасный радиометр. Полученные телевизионные изображения облачного слоя использовались для исследования динамики атмосферы. С помощью ультрафиолетового спектрометра обнаружены и измерены количества гелия в атмосфере.

АМС второго поколения

Станции нового поколения "Венера-9" и "Венера-10", достигшие планеты в октябре 1975 года. стали первыми искусственными спутниками Венеры, а их спускаемые аппараты --свершили мягкую посадку на освещенной стороне планеты. На станциях второго поколения информация со спускаемых аппаратов передавалась на орбитальный аппарат, а затем ретранслировалась на Землю. Это привело к значительному увеличению количества получаемой информации. Впервые были переданы панорамные телевизионные изображения с другой планеты, измерены на спускаемых аппаратах плотность, давление, 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 радио просвечивание атмосферы и ионосферы, измерение магнитных полей и околопланетной плазмы. Большое внимание привлекло обнаружение гроз и молний в слое облачности на планете. Данные оптических измерений показали, что энергетические характеристики венерианских молний в 25 раз превосходят параметры земных молний.