Реклама

Американские АМС «Пионер-Венера»

 

20 мая и 8 августа 1978 г. в США ракетами-носителями «Атлас-Центавр» на траектории полета к Венере выведены АМС «Пионер-Венера-1» и «Пионер-Венера-2».

АМС «Пионер-Венера-1» предназначена для исследования Венеры с орбиты вокруг планеты. 4 декабря 1978 г. она выведена на начальную орбиту с высотой перицентра 376 км, высотой апоцентра ~ 64 000 км и наклонением к плоскости эклиптики ~ 105°. В дальнейшем были проведены несколько коррекций орбиты, с тем чтобы снизить высоту перицентра до ~ 150 км, увеличить высоту апоцентра до ~66 000 км и обеспечить 24-часовой период обращения. АМС рассчитана на функционирование на орбите вокруг планеты, по крайней мере, в течение одних венерианских суток (243 земных суток). По состоянию на 1 января 1979 г., все приборы АМС функционировали нормально за исключением радиокартографа, который работал в режиме получения изображений, но не работал в режиме измерения высоты.

АМС «Пионер-Венера-2» предназначена для доставки в атмосферу планеты четырех зондов (большого и трех малых) с целью проведения непосредственных измерений на участке спуска. Большой зонд отделился от траекторного блока АМС 15 ноября 1978 г. на расстоянии ~ 12 млн. км от Венеры, три малых зонда — 20 ноября 1978 г. на расстоянии ~ 10 млн. км. 9 декабря 1978 г. все четыре зонда с небольшими интервалами вошли в атмосферу Венеры и примерно в течение часа совершали спуск на планету, причем большой зонд на одном из участков спуска использовал парашют. Большой и один малый зонд вошли в атмосферу на дневной стороне планеты, остальные два малых зонда — на ночной (в южном и в северном полушариях). Малый зонд, вошедший в атмосферу на дневной стороне, проработал на поверхности 67 мин, хотя ни один зонд на функционирование на поверхности рассчитан не был. Все приборы четырех зондов работали нормально за исключением датчиков температуры, которые на всех зондах отказали на высоте 14 км, когда температура достигла ~ 360°. Позже возобновилось поступление информации от датчика температуры на большом зонде. Траекторный блок АМС «Пионер-Венера-2» вошел в атмосферу Венеры вскоре после зондов и через 2 мин после входа сгорел, как это и ожидалось.

Масса АМС «Пионер-Венера-1» при старте ~ 600 кг, на орбите вокруг Венеры после выгорания топлива бортового РДТТ ~ 360 кг. Длина цилиндрического корпуса 1,22 м, диаметр 2,54 м, общая длина АМС 4,5 м. Электропитание (312 Вт у Венеры) обеспечивают солнечные батареи (общая площадь 7,5 м ) на боковой поверхности корпуса и две никель-кадмиевые аккумуляторные батареи емкостью по 7,5 А-час. АМС стабилизируется вращением. В системе обеспечения заданных скорости вращения и ориентации оси вращения используются солнечные и звездный датчики, а в качестве исполнительных органов — семь гидразиновых микродвигателей тягой по 4,5 Н. Они же служат для коррекции траектории на трассе «Земля — Венера» и орбиты вокруг Венеры. Запас гидразина 32 кг. В системе терморегулирования используются жалюзи, нагреватели, теплоизоляция, покрытия и краски. Радиосистема в режиме приема работает на частоте 2115 МГц, в режиме передачи — на частоте ~ 2300 МГц, а также в диапазоне Х (5200—10900 МГц) для радиозатменного зондирования. Диаметр отражателя остронаправленной антенны ~ 1 м. Информативность телеметрической системы до 2048 бит/сек, емкость бортового записывающего устройства ~ 106 бит. Бортовой тормозной РДТТ тягой 18 кН, служащий для перевода АМС на орбиту вокруг Венеры, обеспечивает приращение скорости ~1 км/сек. В составе научной аппаратуры АМС анализаторы плазмы, масс-спектрометры ионов и нейтральных частиц, зонд для измерений электронной температуры, УФ спектрометр, ИК радиометр, фотополяриметр для облачного слоя, магнитометр, детекторы электрического поля и гамма-всплесков, а также радиокартограф, рассчитанный как на получение изображений поверхности планеты через облачный слой, так и на измерение высоты элементов рельефа.

Масса АМС «Пионер-Венера-2» ок. 900 кг, в т. ч. траекторный блок ~300 кг, большой зонд ~320 кг и малые зонды по ~90 кг. Траекторный блок АМС «Пионер-Венера-2» по конструкции и служебным системам во многом аналогичен АМС «Пионер-Венера-1», но не несет бортового РДТТ. В составе научной аппаратуры этого блока — спектрометры нейтральных частиц и ионов.

Большой зонд (рис. 17) представляет собой герметизированный контейнер (титановый сплав), снабженный отделяемыми коническим лобовым экраном (алюминиевый сплав с теплозащитой из фенопласта, армированного углеродным волокном), хвостовым обтекателем и парашютной системой (вытяжной парашют диаметром 0,76 м и основной — диаметром ~ 5 м). Электропитание обеспечивает серебряно-цинковая батарея емкостью 40 А-час. Предусмотрены программно-временное устройство, передатчик мощностью 10 Вт (информативность до 256 бит/сек), рассчитанный на непосредственную передачу на Землю, и записывающее устройство емкостью 3072 бит, используемое в период пропадания сигнала. В состав научной аппаратуры большого зонда входят масс-спектрометр нейтральных частиц, газовый хроматограф, датчики температуры, давления и ускорений, солнечный и ИК радиометры, спектрометр облачных частиц и нефелометр.

Каждый малый зонд (рис. 18) представляет собой герметизированный контейнер (титановый сплав), снабженный неотделяемым лобовым экраном (титановый сплав с теплозащитой из фенопласта, армированного углеродным волокном). Электропитание обеспечивает серебряно-цинковая батарея емкостью 11 А-час. Предусмотрены программно-временное устройство и передатчик мощностью 10 Вт (информативность до 64 бит/сек), рассчитанный на непосредственную передачу на Землю. В состав научной аппаратуры каждого малого зонда входят датчики температуры, давления и ускорений, нефелометр и радиометр чистого потока.

В декабре 1978 г. на орбиту вокруг Венеры была выведена АМС «Пионер-Венера-1» («ПВ-1»), а АМС «Пионер-Венера-2» («ПВ-2») доставила в атмосферу Венеры один большой и три малых зонда. Ниже приводятся некоторые результаты исследований этих АМС.

Исследования Венеры с помощью АМС «ПВ-1» показали, что планета или вовсе не имеет магнитного поля, или имеет очень слабое поле. Однако солнечный ветер индуцирует магнитное поле в ионосфере планеты, которое образует барьер для солнечного ветра. Солнечный ветер прижимает ионосферу к планете, удерживая ее в пределах определенной границы, называемой «ионопауза», высота к-рой изменяется с изменением скорости солнечного ветра. Масс-спектрометр ионов на АМС «ПВ-1» обнаружил в ионосфере Венеры однозарядный и двухзарядный атомный кислород, а также ионы молекулярного кислорода, атомарного и молекулярного водорода, гелия, углерода, азота и углекислого газа.

Сколько-нибудь заметная атмосфера Венеры начинается на высоте ~ 250 км, где плотность составляет 10-15 г/см3. Над верхней границей облачного покрова (рис. 7) располагается слой дымки, окружающей всю планету. Средняя толщина слоя ~10 км. В облачном покрове Венеры обнаружены три очень четко различимых слоя. Верхний слой А начинается на высоте ~70 км и имеет толщину ~5 км. Он содержит капли концентрированной серной кислоты диаметром 0,5—1,3 мкм при концентрации 300 капель в 1 см3. Средний слой В простирается с 56 до 52 км. Помимо капель серной кислоты, он содержит большое число жидких и твердых частиц серы. Диаметр жидких частиц 4 мкм, твердых — 10—15 мкм. Нижний слой С простирается с 49—51 до 47—48 км. Помимо капель серной кислоты, он содержит крупные (до 35 мкм) частицы серы при концентрации 400 частиц в 1 см3. Под слоем С находится легкая дымка. Ниже 30 км атмосфера Венеры сравнительно прозрачная.

Очень важным открытием считают обнаружение ниже облачных слоев водяных паров, концентрация которых составляет 1000—4000 частей на миллион (0,1—0,4% ), и молекулярного кислорода в концентрации 60 частей на миллион, в то время как по измерениям с Земли ожидали концентрации молекулярного кислорода только 1 часть на миллион. Это открытие говорит в пользу гипотезы о том, что на Венере первоначально было много воды, но позже планета ее потеряла.

В целом атмосфера Венеры содержит 97—98% углекислого газа, 1—3% азота и незначительные количества гелия, неона и аргона. Концентрация аргона-36 и аргона-38 в венерианской атмосфере, по различным оценкам, в 50—500 раз превышает концентрацию этих газов в атмосфере Земли, что может оказаться одним из самых важных результатов исследований АМС «ПВ-1» и «ПВ-2» и заставить пересмотреть гипотезы о происхождении и ранних этапах эволюции планет.

Верхняя атмосфера Венеры оказалась холоднее, чем предполагали ранее: на высоте 100 км

— минус 93 °С. Температура верхней границы облаков над полюсами минус 40°С, над экватором — минус 62 °С. Температура поверхности планеты 454°С, атмосферное давление у поверхности 91 бар. Результаты исследований подтверждают гипотезу о том, что высокая температура поверхности объясняется парниковым эффектом: солнечная энергия, поглощенная атмосферой и поверхностью, переизлучается на более длинных волнах, а плотная атмосфера из углекислого газа препятствует уходу длинноволнового излучения обратно в космос. Расчеты, проводившиеся на базе ранее имевшейся информации, показали, что только одного такого фактора, как атмосфера из углекислого газа недостаточно, чтобы удержать количество тепловой энергии, которое обеспечило бы нагрев поверхности планеты до высокой температуры, зарегистрированной АМС. Обнаружение 0,1—0,4% водяных паров в нижней атмосфере Венеры добавило еще один фактор, весьма интенсивно способствующий удержанию тепловой энергии. Третьим таким фактором являются крупные твердые и жидкие частицы серы, обнаруженные в слоях облачности. Указанные три фактора способны объяснить зарегистрированную высокую температуру поверхности.

Зондирование поверхности Венеры с помощью радиокартографа АМС «ПВ-1» показало различные типы рельефа. Зарегистрированы, например, эскарпы высотой до 3 км; рифтовая долина длиной 2250 км и шириной 280 км; плоскогорье длиной 9700 км и шириной 3200 км, получившее название Aphrodite Terra (Земля Афродиты); другое большое плоскогорье, получившее название Ishtar Terra (Земля Иштар); гора высотой 8,2 км над окружающей местностью и 10,6 км над «уровнем моря» (средним радиусом Венеры). Гору назвали именем Максвелла.

На участке падения одного из зондов, который проработал на поверхности 67 мин, обнаружена пыль. Зонд, имевший вертикальную составляющую скорости 9,8 м/сек, поднял облако пыли, которое осело только через 4 мин, что свидетельствует о почти полном отсутствии ветра у поверхности. Измерения горизонтального сноса четырех зондов показали, что близ поверхности Венеры скорость ветра составляет 4,5 м/сек, в нижней части облачного покрова ~45 м/сек, на высоте 54 км до 180 м/сек и в верхней части облачного покрова ~90 м/сек.

Два малых зонда, которые достигли поверхности Венеры на ночной стороне, с высоты 13 км начали регистрировать свечение, интенсивность которого увеличивалась с приближением к поверхности планеты. Судя по данным масс-спектрометра, это свечение может быть результатом серных «пожаров» на поверхности или около нее.

После сообщения советских ученых об обнаружении электрических разрядов в нижней атмосфере Венеры  была специально повторно проанализирована информация от детектора электрического поля на АМС «ПВ-1» на предмет регистрации таких разрядов. Обнаружилосьто при проходах перицентра все четыре канала указанного прибора регистрируют сигналы, которые, судя по силе и импульсному характеру, можно считать связанными с электрическими разрядами. Данные этого прибора, не предназначенного специально для регистрации электрических разрядов, как и данные, полученные советскими учеными, показывают, что электрические разряды происходят с частотой до 25 в секунду в относительно ограниченных областях.

 

Hosted by uCoz