Назначение
АМС "Венера-9" и "Венера-10" предназначались для исследования планеты Венера с орбиты искусственного спутника планеты и с помощью спускаемых аппаратов (СА) на его поверхности.
Космические аппараты
Автоматические межпланетные станции "Венера-9" и "Венера-10" были аппаратами нового типа, созданными на основе станций "Марс-2 - 7" с необходимыми доработками и соответствующим научном оборудованием на борту.
Основной силовой элемент КА - блок баков, на нижнем днище которых закреплены РД, на верхнем - приборный отсек, выполненный в форме тора. В верхней части КА находится переходник для крепления СА. В приборном отсеке размещены системы управления, терморегулирования и др. С А имеет прочный корпус сферической формы (рассчитан на внешнее давление 10 МПа), покрытый внешней и внутренней теплоизоляцией. В верхней части к СА крепится аэродинамическое тормозное устройство, в нижней - торовое посадочное устройство. В СА установлены приборы радиокомплекса, оптико-механическое ТВ устройство, аккумулятор, блоки автоматики, средства терморегулирования, научные приборы. СА помещен внутри теплозащитного корпуса сферической формы (диаметром 2,4 м), защищающего его от высоких температур на всем участке торможения.
СА был оснащен комплексом научной аппаратуры, включающим панорамный телефотометр для изучения оптических свойств и получения изображения поверхности в месте посадки; фотометр для измерения световых потоков в зеленых, желтых и красных лучах и в двух участках ИК лучей; фотометр для измерения яркости атмосферы в ИК спектре и определения химического состава атмосферы методом спектрального анализа; датчики давления и температуры; акселерометры для измерения перегрузок на участке входа в атмосферу; масс-спектрометр для измерения химического состава атмосферы на высоте 63-34 км; анемометр для определения скорости ветра на поверхности планеты; гамма-спектрометр для определения содержания естественных радиоактивных элементов в венерианских породах; радиационный плотномер для определения плотности грунта в поверхностном слое планеты.
Выполнение программы полета
- Автоматическая межпланетная станция "Венера-9" была запущена 8 июня 1975 года ракетой-носителем "Протон-К" с космодрома Байконур, а "Венера-10" - 14 июня 1975 года.
- Масса автоматической станции "Венера-9" - 4936 кг.
- Масса автоматической станции "Венера-10" - 5033 кг.
- Масса спускаемого аппарата - 1560кг.
В полёте с "Венерой-9" и "Венерой-10" было проведено две коррекции траектории. За двое суток до подлёта к Венере от космических станций были отделены спускаемые аппараты.
22 октября 1975 года спускаемый аппарат станции "Венера-9" вошёл в атмосферу планеты под углом 20-23°. После спуска - сначала на парашюте, а затем с помощью тормозного аэродинамического щитка - СА совершил мягкую посадку на освещенной Солнцем, но невидимой с Земли стороне Венеры. В ходе спуска проводились научные измерения атмосферы, в том числе облачного слоя, которые сразу же передавались на орбитальный аппарат. Спустя 2 минуты после посадки начиналась передача телевизионной панорамы. Это были первые в мире фотографии, переданные с поверхности другой планеты.
Изображение получалось в видимых лучах с помощью телефотометра - системы, по принципу действия напоминающей механическое телевидение. Место посадки "Венеры-9" представляло собой россыпь довольно крупных камней. Возраст поверхности такого типа не может быть большим (106-107 лет) и, следовательно, Венера является геологически активной планетой. На станции "Венера-9" и "Венера-10" были установлены приборы для измерения плотности поверхностных пород и содержания в них естественных радиоактивных элементов. В местах посадки "Венеры-9" и "Венеры-10" плотность близка к 2,8 а/см3, а по уровню содержания радиоактивных элементов можно заключить, что эти породы близки по составу к базальтам - наиболее широко распространенным изверженным породам земной коры. Передача информации со спускаемого аппарата длилась 53 минуты.
Орбитальный аппарат "Венеры-9", затормозившись в перицентре подлетной траектории, вышел на орбиту искусственного спутника Венеры с периодом ~ 48 часов.
23 октября 1975 года произошло разделение орбитального и спускаемого аппарата станции "Венера-10" и увод орбитального отсека на пролетную траекторию.
25 октября 1975 года спускаемый аппарат автоматической станции "Венера-10" совершил мягкую посадку на освещенной стороне планеты в 2200 км от точки посадки "Венеры-9". В местах посадки СА температура и давление у поверхности составили 460°С и 90 атм. Со спускаемого аппарата на Землю были переданы телевизионные изображения поверхности Венеры. Время работы СА на поверхности Венеры составило 65 минут. Орбитальный отсек станции "Венера-10" тем временем также вышел на орбиту вокруг Венеры.
После отделения СА космические аппараты были переведены на пролётные траектории, а затем выведены на орбиты искусственных спутников планеты. Для передачи научной информации была реализована необходимая баллистическая схема, обеспечившая требуемое пространств, взаимное положение орбитального отсека и СА. Информация, полученная каждым СА, передавалась на свой орбитальный модуль, ставший к этому времени ИСВ, и ретранслировалась на Землю.
Оба орбитальных аппарата после завершения работы со спускаемыми аппаратами провели комплексные исследования планеты Венера и околопланетного пространства, включая фотографирование облачного покрова.
Результаты полета
Впервые были переданы панорамные телевизионные изображения с другой планеты, На панорамах, составленных из телевизионных изображений, переданных со спускаемого аппаратов "Венеры-9" и "Венера-10", видны выходы коренных пород; развалы камней могут быть результатом смещений в коре и служить подтверждением тектонической активности на Венере.
На спускаемых аппаратах измерены 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.
"Венера-9" и "Венера-10" измерили освещенность у поверхности. Эти измерения показали, что 5-10% солнечной энергии достигает поверхности планеты в виде излучения, рассеянного облаками. 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. 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.
Главными достижениями межпланетных станций "Венера-9" и "Венера-10" стали:
- Первая в мире съемка панорамы поверхности Венеры.
- Первые в мире искусственные спутники Венеры.
НАЗНАЧЕНИЕ
Космические аппараты серии 4В1 предназначены для проведения исследований планеты Венера с помощью доставляемого на поверхность планеты посадочного аппарата, а также с пролетной траектории. Серия 4В1 состоит из двух аппаратов (КА «Венера-11» и КА «Венера-12»), являющихся полной аналогией друг друга по конструкции, составу бортовых агрегатов, служебных систем и приборов, комплекту научной аппаратуры и предназначенных для выполнения идентичных исследовательских программ. Запуски аппаратов осуществлены: «Венера-11» - 9.09.1978 г., «Венера-12» -14.09.1978 г.
В программу экспедиции входило:
• доставка СА в припланетную область и обеспечение требуемых условий по баллистике для проникновения СА в атмосферу Венеры;
• репортажная передача, транслируемая на ОА в процессе спуска СА в атмосфере, содержащая результаты измерений её основных физико-химических параметров (давления, температуры, химического состава атмосферы, содержания в ней влаги), результаты исследований облачного слоя, атмосферных грозовых электроразрядов;
• осуществление посадки ПА на поверхность планеты, на ее дневную сторону;
• транслируемая на ОА передача телефотометрических изображений поверхности в месте посадки и результатов проведения непосредственного анализа грунта;
• ретрансляция с ОА на Землю результатов выполнения научной программы ПА;
• проведение с помощью ОА исследований околопланетного и межпланетного пространства при движении по пролетной траектории. Основные научные эксперименты, проводимые в месте посадки, - получение цвет-ных фотопанорам поверхности Венеры, а также забор образцов грунта и их физико-химический анализ.
СХЕМА ПОЛЕТА
В связи с изменением баллистических условий для полёта к Венере в 1978 году была выбрана пролётно-десантная схема. До момента сброса спускаемого аппарата баллистиче-ская схема полёта КА серии 4В1 полностью повторяет схему полёта КА серии 4В («Вене-ра-9» и «Венера-10»).
После прохождения этапов выведения на опорную орбиту ИСЗ и старта с нее в направ-лении Венеры КА серии 4В1 выводится на попадающую траекторию первого полувитка (угловая дальность перелёта меньше 180 градусов).
На трассе перелёта проводятся две коррекции: одна – через 20-40 суток после старта, а другая – за 10-20 суток до подлёта к Венере. С помощью первой коррекции исправляются ошибки выведения, а с помо¬щью второй корректируется высота перицентра подлётной гиперболы и наклонение орбиты, а также район посадки спускаемого аппарата.
За 30 суток до разделения орбитального и спускаемого аппаратов включается заряд свинцово-цинковой батареи спускаемого аппарата. Кроме того, проводится захолаживание спускаемого аппарата, что позволяет увеличить продолжительность функционирования на поверхности планеты.
За двое суток до подлета к планете производится разделение орбитального и спускаемого аппаратов, после чего включается двигатель 11Д425А для увода орбитального аппарата на пролётную траекторию.
В момент посадки ОА совершает частичный облёт Венеры, в ходе которого идет прием информации с СА, при этом минимальное расстояние от поверхности Венеры составляет 35 тысяч км.
Продолжительность перелёта - 107 суток.
Спускаемый аппарат входит в атмосферу Венеры со скоростью 11,2 км/с. При снижении до высоты 62-67 км и уменьшении величины про¬дольной перегрузки до значения nх= –2 вводится парашютная система, причем последовательно срабатывают вытяжной парашют площадью 1,4 м2 и парашют увода верхней полусферы спускаемого аппарата площадью 6 м2.
Спуск на парашюте увода осуществляется в течение 10-14 секунд, после чего по команде ПВУ производится разъединение (с применением пиротехнических устройств) полусфер теплозащитной оболочки. За счет аэродинамического воздействия верхняя полусфера отделяется с парашютом от СА, при этом вводится тормозной парашют площадью 24 м2. В этот момент включается телеметрическая система спускаемого аппарата и научные приборы. Через 3-5 секунд после ввода тормозного парашюта происходит отделение нижней полусферы теплозащитной оболочки. Одновременно с этим включается передатчик СА. Тормозной парашют обеспечивает плавное снижение спускаемого аппарата в облачном слое Венеры в тече¬ние 9-10 минут. Фактически тормозной парашют исполняет функции основного.
В области нижней границы облачного слоя на высоте 46-48 км тормозной парашют отделяется, и дальнейший спуск ПА осуществляется на аэродинамическом тормозном щитке. Этап спуска на тормозном щитке заканчивается посадкой на поверхность. В зависимости от давления атмосферы в месте посадки расчетная посадочная скорость аппарата составляет 7,3-8,5 м/сек, а полное время спуска 58-70 минут.
Поскольку из состава парашютной системы исключен трехкупольный основной парашют площадью 180 м2, общее время спуска аппарата в атмосфере уменьшилось по сравнению с «Венерой-9, 10» на 15 минут.
После мягкой посадки на поверхность, через 32 секунды после достижения контакта, начинается одновременная работа грунтозаборного устройства и телефотометров. Передача телевизионного изображения, чередующаяся со вставками телеметрической информации и цифрового массива с результатами проведения анализа грунта, продолжается до пропадания радиосвязи.
По окончании выполнения главной задачи экспедиции – исследования Венеры – ОА продолжает полет по гелиоцентрической орбите, передавая на Землю научную информацию о межпланетном пространстве.
РЕАЛИЗАЦИЯ ПРЕКТА
Оба космических аппарата серии 4В1 (КА «Венера-11, -12») успешно прошли всесторонние наземные испытания и стартовали с космодрома Байконур в сентябре 1978 года.
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ «ВЕНЕРА-11»
Общая масса КА «Венера-11» составила 4447,3 кг. Масса спускаемого аппарата –1645 кг, а масса посадочного аппарата на поверхности Венеры – 750 кг. Корректирующая двигательная установка «Венеры-11» была заправлена 687,4 кг топлива: 241,9 кг горючего и 445,5 кг окислителя.
Старт ракеты-носителя «Протон-К» с КА «Венера-11» произведен с космодрома Байконур 9 сентября 1978 года в 6 часов 25 минут 39,5 секунды. Старт к Венере осуществлялся с промежуточной околоземной орбиты высотой 177 на 159,6 км. Масса головного блока на опорной орбите составила 19833,1 кг. Импульс второго включения двигателя блока ДМ, обеспечивший выведение станции «Венера-11» на межпланетную траекторию, составил 3887,42 м/с. В 7 часов 51 минуту 37,8 секунды произошло отделение КА от разгонного блока.
В первом же сеансе связи произошел сбой только что построенной постоянной солнечной ориентации в момент раскрытия антенн метрового и дециметрового диапазонов. Она почти тут же была восстановлена, а уже 12 сентября КА переведен в режим постоянной солнечно-звёздной ориентации.
По результатам траекторных измерений с целью парирования ошибок выведения 16 сентября 1978 года проведена первая коррекция траектории КА «Венера-11». Импульс коррекции составил 9,42 м/с. Двигатель проработал на малой тяге 5,5 секунды, затратив на коррекцию 20,2 кг топлива.
С первых же минут полёта произошёл отказ основной и резервной ступеней вентилятора холодного контура спускаемого аппарата (вентилятор приборного контейнера ПА продолжал работать), вследствие чего обычная схема захолаживания СА стала невозможной. Чтобы как-то компенсировать радиационный нагрев спускаемого аппарата, почти на месяц раньше запланированного срока (17 октября) была закрыта шторка радиационного нагревателя СА. Другой мерой стал отворот от Солнца на 40 градусов путем перехода в так называемое «косое» ПСЗО. Все это позволило снизить температуру в СА на момент разделения до 12°С при норме –10 - –15°С.
Стоит также отметить, что баллистические условия в течение почти всего перелета «Венеры-11» оказались таковы, что было невозможно поддерживать постоянную трехосную ориентацию по Солнцу и звезде. Для воспроизведения магнитофонов в отдельных сеансах строилась трехосная ориентация по Солнцу и Земле, но по окончании сеанса аппарат снова переводился в режим ПСО. Только в начале декабря КА был переведен в режим постоянной солнечно-звездной ориентации.
В ходе межпланетного перелета проводились исследования солнечного ветра и космических источников гамма-излучения.
23 сентября 1978 года произошла солнечная вспышка, зафиксированная научными приборами КА, но которая, однако, не повлияла на работоспособность бортовых систем КА. Еще одна вспышка произошла 2 октября 1978 года.
17 декабря 1978 года проведена вторая коррекция, которая незначительно подправила параметры траектории полёта «Венеры-11»: импульс составил 2,02 м/с.
За двое суток до подлета к Венере, 23 декабря, прошло разделение ОА и СА «Венеры-11» и выполнен маневр увода ОА на пролетную траекторию. Эти операции также прошли штатно, причем импульс увода составил ~213 м/с.
Время перелета «Венеры-11» составило 107 суток.
25 декабря 1978 года спускаемый аппарат «Венеры-11» вошел в атмосферу со скоростью 11,2 км/с (угол входа –18°). После аэродинамического торможения в атмосфере, длившегося 35 секунд, и снижения на тормозном парашюте до высоты 46 км аппарат продолжил спуск с использованием тормозного устройства. Посадочный аппарат «Венеры-11» совершил мягкую посадку на поверхность Венеры. При этом продолжительность спуска на тормозном щитке составила 52 минуты 58 секунд, а общее время спуска в атмосфере составило 62 минуты 41секунду. Информация с места посадки в тече¬ние 95 минут передавалась на пролетный аппарат, мини¬мальное расстояние от которого до поверхности планеты составило 34370 км.
Во время спуска аппарата с высоты 62 км до поверхности планеты с помощью установленных на борту научных приборов проводились эксперименты по тонкому химическому анализу состава атмосферы и облаков, спектральному анализу рассеянного в атмосфере солнечного излучения, изучению электрических разрядов в атмосфере планеты. Кроме того, проводились измерения температуры, давления и аэродинамических перегрузок.
Хотя для приема информации со спускаемого аппарата был специально разработан типовой сеанс №7 с разворотами на гироплатформе, но на самом деле выполнять развороты не потребовалось. При пролете был включен типовой сеанс №6П, в котором обошлись без гироплатформы, но аппарат переводился на время сеанса из режима ПСЗО в режим РС с повышением точности ориентации с ±1° до ±30 угловых минут.
К моменту окончания приема информации с посадочного аппарата «Венеры-11» температура в приборном контейнере превысила величину 70°С, однако аппаратура продолжала работать.
После выполнения главной задачи экспедиции – исследования Венеры – «Венера-11» продолжала полет по гелиоцентрической орбите, передавая на Землю научную информацию о межпланетном пространстве.
Для проведения советско-французского эксперимента по локализации гамма-всплесков с максимально большой базой измерений были задействованы два одновременно выполняющих полет к Венере космических аппарата – «Венера-11» и «Венера-12». С этой целью были скорректированы полетные траектории обоих аппаратов. При этом коррекция траектории «Венеры-11» проведена 7 февраля 1979 года, а чуть раньше, 5 февраля 1979 года, – «Венеры-12». Были