Первое зондирование Венеры

Пятьдесят Лет назад американский космический аппарат Mariner 2 впервые в истории, исследовал другую планету. Пройдя на расстоянии 34600 км от Венеры, он передал, информацию о температуре атмосферы и о магнитном поле планеты.

    Mariner 2 не был первым межпланетным аппаратом - им стала в январе 1959 г. счастливо промахнувшаяся мимо Луны советская станция «Луна-1». Не был он и первым земным зондом, успешно и длительно работавшим в межпланетном пространстве - это достижение принадлежит американскому аппарату Pioneer-5, запущенному в марте 1960 г.. Наконец, Mariner 2 не был первой АМС, направленной к Венере, - его опередила на полтора года советская «Венера-1», которая, увы, вышла из строя через несколько дней после выведения на межпланетную траекторию в феврале 1961 г.
    Mariner 2 должен был погибнуть при запуске, но буквально чудом вышел на межпланетную трассу. Несмотря на целую серию отказов, он стал первым аппаратом, достигшим другой планеты в работоспособном состоянии и успешно исследовавшим ее. Его полет обозначил перелом в советско-американском соревновании в планетных исследованиях. СССР запустил к Венере в феврале 1961 г. и августе-сентябре 1962 г. пять зондов, ни один из которых не выполнил программу. США ответили двумя стартами и добились успеха со второй попытки.

MARINER 2

    Наконец, Mariner 2 стал родоначальником очень успешной серии межпланетных зондов, которым довелось совершить первую разведку Солнечной системы. Тремя годами позже Mariner 4 передал первые снимки поверхности Марса. В 1967 г. Mariner 5 совместно с «Венерой-4» поставил точку в дискуссии об условиях на поверхности Венеры. Затем Mariner 6 и 7 продолжили изучение Марса с пролетной траектории, a Mariner 9 выполнил глобальную съемку Красной планеты с орбиты. В 1973-1974 гг. Mariner 10 совершил рейс по маршруту Земля - Венера - Меркурий, отсняв с высоким качеством половину поверхности ближайшей к Солнцу планеты. Наконец, два аппарата, созданные по проекту Mariner Jupiter Saturn и запущенные в 1977 г. под именем Voyager, исследовали Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун и в настоящее время продолжают изучение космической среды на границе гелиосферы и межзвездного пространства.


    Первые аппараты для исследования Венеры американцы пытались создать еще в 1959 г. Задачей зонда Р-2 был пролет планеты со съемкой и спектрометрированием ее атмосферы, а Р-1 предназначался для выхода на орбиту вокруг Венеры. Однако Лаборатория космической техники STL (В 1960 г. преобразована в федеральный исследовательский центр Aerospace Corp.) не успела сделать их к астрономическому окну в июне 1959 г. В итоге И марта 1960 г. пролетный зонд Р-2 под именем Pioneer 5 был отправлен в межпланетный полет без задачи встречи с Венерой, а спутник Р-1 конвертировали в лунный аппарат, погибший в аварийном запуске осенью I960 г.
    Лаборатория реактивного движения JPL, перешедшая в подчинение NASA в декабре 1958 г., имела намного больше времени для создания межпланетных зондов и в итоге оказалась более успешной.
    Сроки запусков определялись астрономическими окнами - периодами благоприятного взаимного положения Земли и Венеры, повторяющимися через 584 суток. Программа межпланетных исследований, подготовленная в JPL в январе 1959 г., включала два старта к Венере в январе 1961 г. Легкие - всего 161 кг - аппараты предполагалось вывести на ракетах семейства Titan на пролетную траекторию с целью изучения межпланетной среды и фотографирования Венеры. Два следующих зонда, запускаемые в августе-сентябре 1962 г., предназначались для изучения планеты с орбиты ее спутника.

MARINER 2

    Для запуска этих тяжелых (1770 кг) аппаратов требовался носитель Juno V (Saturn).
    В действительности ни первый, ни второй проект не укладывались в имеющиеся лимиты масс, поэтому проектанты JPL сделали попытку «вписать» их в возможности задуманной NASA ракетной системы Atlas Vega. Она позволяла отправить к Луне полезный груз массой примерно 360 кг, к Венере и Марсу - до 205 кг. В мае агентство заказало компании Convair восемь экземпляров этого носителя для запусков шести лунных зондов Ranger и двух первых КА к Марсу осенью 1960 г. Венера ушла из ближайших планов: в июле NASA предписало JPL сосредоточиться пока на Луне.
    В декабре 1959 г. NASA прекратило работы по системе Vega, решив вместо этого использовать носитель Atlas Agena В, создаваемый по заказу ВВС США. В составленном в январе 1960 г. с учетом этого выбора перспективном десятилетием плане NASA лунные проекты сохраняли приоритет. В 1961-1962 гг. предстояло отправить на высокоэллиптическую орбиту и к Луне пять КА Ranger, в основном сохранившие проектный облик, сформированный под «Вегу».
    Первые полеты к Венере и Марсу были отнесены на 1962 год, и теперь для них было решено использовать носитель Atlas Centaur с уникальной для того времени кислородно-водородной верхней ступенью. Эти планетные аппараты получили имя Mariner - «мореплаватель». Проектанты JPL предложили два унифицированных варианта: Mariner А для пролета Венеры или Марса и Mariner В для доставки посадочного аппарата. Руководство NASA хотело, чтобы первый из них был отправлен к Венере в астрономическое окно 1962 г. с целью измерения температуры поверхности в разных районах, изучения атмосферы и определения протяженности магнитного поля планеты.
    Но в JPL опасались, что новый носитель не будет готов вовремя. Поэтому 8 июля 1960 г. Лаборатория предложила запустить два легких пролетных аппарата на базе лунных зондов Ranger. Для этого можно было бы использовать ракету Atlas Agena В: модернизированная верхняя ступень была уже практически готова. Однако администратор NASA Кейт Гленнан не принял уступки и 15 июля утвердил первоначальный план: Mariner А к Венере в августе 1962 г., Mariner В к Венере и Марсу в 1964 г.
    В августе-ноябре 1960 г. под руководством Клэренса Гейтса (Clarence R. Gates), главы секции системного анализа JPL, были подготовлены предварительные проекты Mariner А и Mariner В. Первый представлялся довольно консервативным, легко реализуемым и имеющим шансы на успех: масса около 500 кг, трехосная стабилизация с опорой на Солнце и Землю, питание от солнечных батарей и аккумуляторов, двигательная установка, используемая для коррекции траектории исключительно на основании выполненных на Земле измерений и баллистических расчетов. В число приборов планировалось включить микроволновой радиометр для измерения температуры, ультрафиолетовый спектроскоп и нейтронный счетчик для определения состава атмосферы, магнитометр и счетчики заряженных частиц.
    График пусков определялся темпами работы по проекту Centaur. Для пусков двух КА Mariner А (их также обозначали Р-37 и Р-38) предназначались ракеты с номерами 4С и 5С. По состоянию на октябрь 1960 г. первый планировалось отправить в августе 1962 г. к Венере, а второй запустить в конце года в варианте межпланетного зонда.
    Работы по теме Mariner А шли вполне успешно: в июне 1961 г. был готов технический проект, а к концу августа изготовлена и отчасти даже испытана значительная часть «железа» и делались научные приборы, так что в октябре можно было начинать сборку и испытания КА.

MARINER 2

MARINER 2

    С ракетой Atlas Centaur все было намного хуже. К январю 1961 г., после нескольких взрывов двигателей XLR-115 на стенде, первый пуск «ушел» на ноябрь-декабрь, и готовность носителя к астрономическому окну стала вызывать серьезные опасения. Можно было, конечно, сдвинуть пуск к Венере на весну 1964 г. или выбрать другой вариант носителя - к примеру, летом 1961 г. в этом качестве рассматривали Atlas с верхней ступенью Able М.
    К середине августа стало окончательно ясно, что «Центавра» к расчетной дате старта не будет. И тогда Дэниел Шнейдерман (Daniel Schneiderman), руководитель проектной группы по КА в JPL, уговорил директора лунных и планетных программ в штаб-квартире NASA Орана Никса (Oran W. Nicks) еще раз рассмотреть вариант с легким аппаратом под PH Atlas Agena В.
    Последняя могла отправить к Венере 170 кг, и в этот лимит укладывался лишь пролетный аппарат без корректирующего двигателя. Однако разработчики ракеты согласились облегчить верхнюю ступень на 45 кг, и это позволило увеличить допустимую массу КА примерно до 210 кг. Исходя из этого лимита за три недели, с 8 по 28 августа, JPL разработала и представила концептуальный проект зонда Mariner R - своеобразный «гибрид» проектов Ranger и Mariner А стартовой массой 203 кг, способный доставить к Венере 11 кг научной аппаратуры.
    30 августа штаб-квартира NASA распорядилась прекратить работу по теме Mariner А и утвердила новый проект. Его менеджером был назначен Джек Джеймс (Jack N. James), работавший ранее над боевыми ракетами Corporal и Sergeant и лунным зондом Pioneer 4.
    До первого запуска оставалось менее 11 месяцев. Благодаря наличию прототипа в лице «Рейнджеров», авральная программа проектирования, изготовления и испытаний КА, расчета траекторий и планирования полета, создания наземных средств обеспечения была выполнена в срок. Предварительный проект разработали с 1 сентября до середины октября 1961 г., интерфейсы утвердили в октябре, первое «железо» появилось в декабре, и 15 января 1962 г. были окончательно запрещены все изменения в проекте. В течение января и февраля оба КА были собраны и начались электрические испытания, в апреле и мае прошли климатические и вибрационные испытания, а в конце мая аппараты были доставлены на полигон и уже 11 июня объявлены готовыми к полету! Заплатить за такие темпы пришлось почти полным отсутствием резервирования в конструкции аппарата.
    Лаборатория реактивного движения вела разработку самостоятельно, выдавая контракты лишь на отдельные приборы и элементы конструкции. Были изготовлены примерочный макет, три тестовых КА для испытаний, два летных экземпляра и третий «россыпью», который в итоге также собрали для облегчения поиска неисправностей на летных КА.


    Mariner R стартовой массой 449 фунтов (203.5 кг) унаследовал свой вид от КА Ranger RA-3. Основой конструкции была трубчатая ферма в виде шестигранной пирамиды. К двум ребрам в ее основании крепились откидные панели солнечных батарей. Шесть блоков силовой и электронной аппаратуры были скомпонованы в виде шестигранной призмы внутри фермы, а по оси между ними располагался ЖРД для коррекции траектории. Выше на ферме располагались научные приборы и всенаправленная антенна. Привод параболической остронаправленной антенны диаметром 1.2 м крепился к нижней части фермы, на ней же монтировались солнечные датчики и двигатели ориентации. Антенны командной радиолинии были размещены на СБ. В стартовом положении КА имел диаметр 1.52 м и высоту 3.02 м; в рабочем положении, с раскрытыми СБ и развернутой антенной, - 5.03 и 3.63 м.
    Подсистема управления была основана на цифровом центральном программно-временном устройстве CC&S (Central Computer & Sequencer). Такт работы CC8cS и остальных подсистем задавал генератор с частотой 307.2 кГц. Три аппаратно прошитые программы описывали все поведение КА: первая - в период старта и перелета, вторая - при проведении коррекции траектории и третья - для управления аппаратурой во время пролета Венеры.
    В штатном режиме аппарат ориентирован продольной осью на Солнце и остронаправленной антенной с одностепенным приводом на Землю.
    Комплект датчиков подсистемы ориентации включал три гироскопа, шесть солнечных датчиков (четыре на нижней ферме и два на тыльной стороне солнечных батарей) и датчик Земли на монтировке остронаправленной антенны. Исполнительными органами были 10 газовых сопел, объединенные в четыре группы. Рабочее тело - 1.88 кг азота хранилось в двух титановых баках под давлением 246 атм. Его должно было хватить на 200 суток полета.
    Однокомпонентный ЖРД вместе с запасом гидразина имел массу 16.8 кг (на КА Mariner 1 - 14.2 кг за счет уменьшенной заправки топлива, обеспечивающей работу в течение 43 сек.). Его тяга составляла 50.7 фунтов (23.0 кгс) при максимальной продолжительности работы 57 сек и приращении скорости в диапазоне от 0.2 до 61 м/с. Запуск двигателя - однократный с использованием четырехокиси азота в качестве стартового окислителя, штатная работа - с каталитическим разложением топлива. Подача горючего в камеру - вытеснительная, с использованием азота под давлением 211 атм.

MARINER 2

    Связная подсистема включала приемопередатчик выходной мощностью 3 Вт, работающий на частотах 960 МГц (передача) и 890 МГц (прием), две приемные и две передающие антенны. Она считалась цифровым изделием: декодер умел «понимать» 12 разовых команд и сохранять три уставки для коррекции, а технические параметры и данные от научной аппаратуры кодировались для передачи на Землю в режиме фазовой манипуляции вместе с синхроимпульсами. Скорость передачи информации составляла 33.3 бит/с в начале полета и 8.3 бит/с во время встречи с Венерой.
    Две солнечные батареи, каждая длиной 1.52 м и шириной 0.76 м, по проекту имели по 4896 фотоэлементов выходной мощностью от 148 до 222 Вт. В ходе работ пришлось нарастить одну из них дополнительной секцией длиной 0.3 м с 918 фотоэлементами, вырабатывающими еще 15 Вт, а вторую - для равновесия - пластиковой панелью такого же размера. Два блока серебряно-цинковой батареи массой 14.5 кг и емкостью 1000 Вт-ч служили для питания систем КА во время выведения, в случае неблагоприятной ориентации и во время пиковой нагрузки. Подсистема электропитания выдавала постоянный ток напряжением от 25.8 до 33.3 В и два вида переменного - 26 В на 400 Гц и 50 В на 2400 Гц.
    Блоки аппаратуры были защищены двумя тепловыми экранами сверху и снизу и алюминизированной пленкой. Пассивный теплоотвод обеспечивали полированные алюминиевые корпуса блоков, тонкие золотые пластины и темная или светлая окраска. Тепловой режим модуля подсистемы ориентации регулировали жалюзи, приводимые в движение термочувствительной биметаллической спиралью: он не должен был нагреваться до температуры выше +55°С.


    На аппарате было установлено шесть научных приборов, два из которых предназначались для зондирования Венеры при подлете на дистанции от 37 700 до 22 500 км, а остальные должны были также вести измерения на трассе перелета. Общая масса приборов составила 22.5 кг, увеличившись относительно первоначального проекта вдвое.
    Выбор аппаратуры определялся практически полным отсутствием достоверной информации о физических условиях на Венере. Плотный облачный слой планеты не позволял ни определить скорость вращения планеты вокруг оси, ни увидеть детали поверхности, ни хотя бы измерить ее температуру. Достоверные данные о вращении появились лишь весной 1963 г. Спектрографическими наблюдениями было установлено, что в атмосфере Венеры имеются углекислый газ и азот, а кислорода и водяного пара крайне мало или нет совсем. Но самая засада была с температурой.
    Расчеты давали равновесную температуру, до которой была бы нагрета поверхность Венеры при отсутствии атмосферы: немного выше +50°С. Как следствие, многие ученые «рисовали» на Венере океан или жаркие тропики. В 1923-1928 гг. Эдисон Петтит (Edison Pettit) и Сет Николсон (Seth В. Nicholson) на обсерватории Маунт-Вилсон сделали измерения в инфракрасном диапазоне 8-14 мкм и получили -38°С на уровне верхнего слоя облаков в хорошем соответствии с этой теорией. В то же время группа Корнелла Майера (Cornell Н. Mayer) из NRL провела в 1956 г. регистрацию микроволнового изучения Венеры в диапазонах 3.15 и 9.4 см и получила для температуры вблизи поверхности какие-то запредельные величины: 560 К и 580 К, то есть +290° и +310°С соответственно. Последующие измерения дали +325° и даже +470°С.
    Была выдвинута теория парникового эффекта, создаваемого влажной углекислотной атмосферой, но в это мало кто верил. В качестве альтернативы предлагалась, например, модель с очень плотной ионосферой, которая могла бы исказить измерения. Предлагали и версию «планеты бурь», где высокая температура вызвана сильнейшими ветрами (600 км/ч и более) и трением запыленного воздуха о детали рельефа.
    Неудивительно, что главный прибор КА - микроволновой радиометр массой 10.8 кг - предназначался для определения температуры поверхности планеты и строения ее атмосферы. Команду разработчиков возглавлял д-р Алан Барретт (Alan Н. Barrett) из Массачусеттского технологического института. В первоначальной версии для проекта Mariner А прибор был четырехканальным, с длинам волн 4.0, 8.0,13.5 и 19.0 мм. В упрощенном варианте, создаваемом в условиях технических ограничений и дефицита времени, оставили только два длинноволновых диапазона. В диапазоне 19 мм предполагалось увидеть поверхность Венеры, хотя и с низким разрешением. Канал 13.5 мм соответствовал полосе поглощения водяного пара, так что разница радиояркостных температур по двум диапазонам позволяла его обнаружить.
    Кроме того, представляло интерес распределение температур по диску планеты. В гипотетическом случае плотной ионосферы края его должны были казаться ярче, чем центр. Обратная картина говорила бы о том, что высокая температура действительно относится к поверхности. Прибор использовал параболическую антенну диаметром 48.5 см, а две контрольные рупорные антенны постоянно «видели» космос.
    Инфракрасный радиометр должен был попытаться выявить тонкую структуру облачного слоя Венеры. Его главный датчик был жестко зафиксирован на антенне предыдущего прибора и вел синхронно с ним измерения в диапазонах 8.4 и 10.4 мкм. Задачей эксперимента была проверка наземных измерений температуры облаков. Здесь опять-таки играло роль то, что первый диапазон был прозрачным, а второй приходился на полосу поглощения CO². Разрыв в облаках позволил бы измерить в диапазоне 8.4 мкм температуру на большей глубине и рассчитать исходящий оттуда поток тепла. Подготовила эксперимент группа Льюиса Каплана (Lewis D. Kaplan), в которую входил будущий знаменитый популяризатор науки и космонавтики Карл Саган (Carl Е. Sagan).
    Для изучения межпланетной среды и предполагаемой магнитосферы Венеры предназначались трехкомпонентный магнитометр, ионная камера и детектор энергичных частиц с тремя счетчиками Гейгера-Мюллера, датчик космической пыли и спектрометр солнечной плазмы - протонов низких энергий.
    Оригинально была решена проблема передачи информации на Землю. На этапе перелета система подготовки данных на протяжении 20.16 сек последовательно опрашивала приборы, а затем на 16.8 сек переходила в режим передачи служебной информации о состоянии систем КА, и этот цикл повторялся 24 раза. Во время пролета передавалась только информация от научной аппаратуры.
    Носитель заказывал Центр космических полетов имени Маршалла при посредничестве Отделения космических систем ВВС США. Полутораступенчатый Atlas D изготавливала фирма General Dynamics Astronautics, верхнюю ступень Agena В - Lockheed Missiles and Space Company.
    Затраты ресурсов JPL на проект составили 650 человеко-лет. Вся программа обошлась в 33 млн $. Стоимость внешних контрактов для изготовления двух КА составила 10 млн $. На закупку ракет-носителей было выделено 16.5 млн $.


    Астрономическое окно для запуска к Венере продолжалось с 18 июля по 12 сентября 1962 г. Оптимальной по забрасываемой массе датой было 22 августа, однако по условиям подготовки между двумя пусками должно было пройти по крайней мере три недели. Пуски запланировали с запасом на 19 июля и 9 августа; встреча с целью должна была состояться 8 и 12 декабря соответственно.
    Проектная траектория выбиралась так, чтобы аппарат подходил к Венере с внешней стороны и пропустил ее перед собой. Издалека он мог видеть лишь теневую сторону, вблизи - наполовину освещенный диск, а самая близкая точка находилась уже над дневной стороной. Геометрия пролета задавалась так называемой точкой прицеливания - местом, где аппарат пересек бы картинную плоскость, если бы планета его не притягивала. Точку выбрали в 29 732 км от центра Венеры; гравитация должна была отклонить пролетную траекторию от асимптоты, и минимальное расстояние оказалось бы примерно на 10 000 км меньше. Наконец, за вычетом радиуса Венеры получалась минимальная высота - примерно 14000 км.

MARINER 2

    Съемка планеты должна была проходить по следующему алгоритму. За десять часов до встречи блок CC&S отключает передачу служебной информации и подключает оба радиометра. За 65 минут до точки максимального сближения и на расстоянии 30000 км от центра Венеры привод антенны микроволнового радиометра начинает сканирование со скоростью 1 °/с. Зарегистрировав появление теплового излучения цели, устройство форматирования данных снижает скорость сканирования до 0.1 °/с. Ось антенны пересекает диск планеты, выходит на лимб, излучение пропадает - и формируется команда на смену направления сканирования. В течение 30 минут ось антенны ходит вверх-вниз, а движение КА обеспечивает «развертку» картинки; при этом сначала сканируется теневая часть диска, а затем освещенная.
    С окончательным уходом Венеры из диаграммы направленности антенны (примерно через 45 мин после начала съемки и за 20 мин до максимального сближения) радиометры отключаются. Сеанс припланетных измерений остальными четырьмя приборами заканчивается через 66.7 часа после его начала. Лишь после этого аппарат возвращается в перелетный режим и передает то научную, то служебную информацию.


    Mariner 1 был запущен с Восточного испытательного полигона 22 июля в 09:21:23 UTC со второй попытки. Накануне старт был отменен из-за проблемы в полигонной системе, обеспечивающей аварийный подрыв ракеты; в день старта были две задержки по техническим неисправностям систем радиоуправления и слежения. На активном участке ракеты Atlas 145D возникли отклонения по рысканью и тангажу, достигавшие 50° (!) и не компенсируемые радиокомандами. На 293-й секунде полета, за шесть секунд до разделения, она была уничтожена по команде офицера безопасности полигона.
    При расследовании выяснилось, что бортовой телеметрический блок данных об угловых скоростях давал недостоверную информацию, которая использовалась, тем не менее, при формировании радиокоманд. Были ужесточены процедуры испытаний бортового блока и исправлена ошибка в контрольном соотношении для этих величин в наземном вычислительном комплексе, из-за которой недостоверные данные шли в работу.
    Расследование заставило отложить второй пуск с 14 на 26 августа. КА Mariner 2 подвергли повторному циклу полигонных испытаний, по окончании которых укрыли обтекателем и 24 августа установили на ракету. Первая попытка пуска вновь сорвалась - телеметрия показала сбойное значение напряжения аккумулятора системы подрыва «Аджены». Вторая была назначена на 27 августа в 05:43 при допустимой задержке до 91 мин. Отсчет был задержан в общей сложности на 98 минут из-за необходимости замены батареи на «Атласе» и из-за проблем с наземным оборудованием. И вот наконец старт... и знать бы, каким чудом эта ракета не погибла вслед за предыдущей!
    Пуск состоялся в 06:53:13.927 UTC. Ракета Atlas 179D ушла со стартового комплекса LC-12 по азимуту 107.5°. В Т+125 сек, за десять секунд до выключения бустерных ЖРД, один из двух верньерных двигателей управления по крену внезапно встал на упор в предельно отклоненном положении. Когда бустеры были сброшены, ракета начала вращаться вокруг продольной оси против часовой стрелки. Как следствие, второй верньерный двигатель также отклонился до упора, но полной компенсации не произошло, и вращение усиливалось. Фактически ракета потеряла управление - программу по тангажу отрабатывать было невозможно. Подрыв аварийного изделия представлялся неминуемым.
    Привод первого двигателя внезапно вернулся к норме через 60 сек после отказа, и к этому моменту угловая скорость достигла 360° в секунду. Еще через 10 секунд вращение ракеты было остановлено после 35 оборотов вокруг оси (!), причем итоговая ошибка по крену не превысила 1.5°.
    Минутная потеря управления обернулась тем, что на момент выключения маршевого ЖРД Atlas забрался выше расчетной траектории и имел ошибку по тангажу в 10°. Из-за этого команда на запуск программно-временного устройства верхней ступени прошла на 8 сек раньше нормы. Тем не менее сброс обтекателя и разделение ступеней на 300-й секунде полета прошли удовлетворительно. Agena В с заводским номером 6902 включила двигатель тягой 7250 кгс в Т+339 сек. Он отработал 146 секунд и отключился по данным интегратора скорости, завершив довыведение на опорную орбиту высотой 185 км.
    После баллистической паузы продолжительностью 984 сек двигатель был включен вновь на 94 секунды и к моменту Т+26 мин 03 сек обеспечил разгон до заданной отлетной скорости 11.41 км/с. Еще через 159 секунд, в 07:21:56, подпружиненные пироболты сработали и обеспечили отделение полезного груза. После этого Agena развернулась на 140° и выполнила увод путем стравливания остатков топлива. Целью маневра было гарантировать пролет нестерилизованной ступени мимо Венеры (!) и отсутствие яркой помехи вблизи КА.
    В 07:21:37 сигнал с КА приняла в Южной Африке мобильная станция DSIF-1, а через 21 сек - и основная DSIF-5. Используя газовые сопла, Mariner 2 остановил свое вращение. Через 44 минуты после старта по команде CC&S были развернуты солнечные батареи; одновременно была расчекована антенна сканирующего радиометра. В 07:53:07 началось построение солнечной ориентации - и в 07:55:35 аппарат захватил Солнце.
    Далее в ходе полета ось аппарата отклонялась от Солнца не более чем на 0.5°; при достижении предельного значения - примерно раз в час - соответствующее газовое сопло выдавало импульс продолжительностью 0.02 сек, изменяя направление разворота на противоположное.
    Mariner 2 очень медленно вращался вокруг продольной оси, делая два оборота в час. Солнечные батареи выдавали 195 Вт - на 43 Вт выше потребностей борта. Температура после шести часов полета стабилизировалась на отметке +29°С. Все подсистемы работали штатно. Поэтому уже 29 августа в 16:13 по команде со станции Йоханнесбург аппарат перешел во второй режим и начал научные измерения.

Вычислительный и операционный центр во время полета Mariner-2

MARINER 2

    Выполняя записанную программу, 3 сентября в 05:29 Mariner 2 начал разворот вокруг продольной оси, в 05:59 навел остронаправленную антенну на Землю и переключил на нее передатчик. Правда, яркость Земли оказалась подозрительно низкой, и специалисты подозревали, что вместо нее датчик захватил Луну. Сутки ушли на то, чтобы понять, какое же из небесных тел отслеживает датчик, и на столько же пришлось отложить коррекцию.
    При запуске 27 августа пролет Венеры приходился на 14 декабря. Хотя носитель отработал в пределах допусков, реальная точка прицеливания оказалась в 394300 км от центра планеты - в 13 раз дальше расчетной. Требовалась коррекция траектории, которую наметили в ночь на 5 сентября в 2.41 млн км от Земли. В случае успеха отклонение снизилось бы до 30000 км, и Mariner 2 прошел бы на высоте 14600 км над Венерой.
    Программа маневра запускалась пятью командами с Земли: две содержали уставки с рассчитанными на Земле углами разворота по вращению и тангажу, третья - необходимое приращение скорости, четвертая и пятая выдавались в реальном времени для переключения на всенаправленную антенну и для включения циклограммы коррекции.
    Команды были выданы 4 сентября с 21:30 до 22:49. Часом позже, в 23:49, Mariner 2 начал отрабатывать задание. Он вывел остронаправленную антенну с направления реактивной струи и запустил программные развороты сначала по крену, а потом по тангажу. Наконец, в 00:23:00 был включен двигатель и в 00:23:31 выключен. За разворотами следили гироскопы, а за отработкой импульса - акселерометры, отсчитывающие каждые 0.03 м/с вплоть до обнуления регистра с уставкой. Стабилизацию КА по данным от гироскопов обеспечивали газовые рули, введенные в струю ЖРД. В 00:27 КА восстановил ориентацию на Солнце, а к 02:34 навелся на Землю и вновь переключился на остронаправленную антенну.

Условия пролета КА Mariner 2 у Венеры 14 декабря 1962 года
Период оценки траектории	Точка прицеливания, км	Мин. расстояние, км	Мин. высота, км	Время пролета, UTC
После выведения	394293	384180	-	20:42:56
После коррекции (измерения 5-15 сентября)	49921	40153	-	19:12:59
Перед пролетом (измерения до 1 декабря)	49709	39935	-	20:00:32
Фактические (измерения 7-18 декабря)	50753	40954	34854	19:58:28
Условия пролета КА Mariner 2 у Венеры 14 декабря 1962 года

    Измерения навигационных параметров -дальности и лучевой скорости КА - показали, что коррекция была не совсем точной. Заложенные на борт уставки предусматривали разворот на -139.83° по тангажу и на -9.33° по крену и выдачу импульса величиной 31.16 м/с за 28.3 секунды. Фактическое приращение скорости составило 33.12 м/с, а направление импульса отклонилось на +2.32° по тангажу и на -3.16° по крену. Перебор по скорости из-за несвоевременной отсечки двигателя оказался в 15 раз больше ожидаемого стандартного отклонения, и причину установить не удалось. Ошибка по направлению лежала в пределах расчетных отклонений и, к счастью, скомпенсировала заметную часть отклонения по величине импульса.
    По измерениям за 5-15 сентября точка прицеливания получилась в 49 921 км от центра планеты, а минимальное расстояние составляло 40153 км. При последующих измерениях эти величины уточнялись, но отклонения «гуляли» в пределах 1000 км. Пролетная дистанция получилась вдвое дальше, чем закладывалось в полетный план, но подправить траекторию во второй раз было уже нечем.
    Параметры гелиоцентрической орбиты после коррекции составили:

    - наклонение - 1.85°;
    - расстояние в перигелии - 102.88 млн км;
    - расстояние в афелии - 151.52 млн км.

    В ходе дальнейшего полета Mariner 2 были зарегистрированы несколько неисправностей. Так, 8 сентября в 12:50 был зарегистрирован удар за которым последовала трехминутная потеря Земли с временным включением блока гироскопов и отключением научных приборов. История повторилась 29 сентября в 14:34, на этот раз из-за сбоя датчика Земли; интересно, что после поиска и повторного захвата Земли датчик вдруг стал выдавать нормальное значение яркости, а не очень низкое, как до этого.
    31 октября прошел сигнал о неисправности в подсистеме электропитания - замыкании в панели СБ 4А11, на который операторы ответили отключением научной аппаратуры. 8 ноября телеметрия показала, что мощность панели восстановилась, и приборы включили вновь. Замыкание повторилось 15 ноября, за месяц до встречи с Венерой, но к этому времени снимаемая со второй панели 4А12 мощность значительно увеличилась за счет приближения к Солнцу, и «науку» решили не выключать.
    Сбой повлек ухудшение работы магнитометра и трудности в интерпретации его данных. Данные с микроволнового радиометра при его очередной калибровке в конце октября привели авторов эксперимента к заключению, что он не сможет правильно отработать программу сканирования, и к тому же чувствительность канала 13.5 мм упала до 13% от исходной. Наконец, 26 ноября стала падать чувствительность датчика космической пыли и к моменту пролета снизилась в 10 раз.


    Чем ближе к цели, тем больше проблем... Температуры на системах и приборах КА превышали расчетные примерно на 20°. К 4 декабря датчик Земли нагрелся до +62°С, на 8° выше предельно допустимого, но чувствительности прибора все еще хватало для наведения антенны. Приблизилась к критической отметке температура аккумуляторной батареи, и 24 ноября один из двух блоков временно вышел из строя. 18 ноября ушла в «зашкал» температура на нижнем тепловом экране, превысив +35°; к моменту пролета в «зашкале» были уже семь температурных датчиков из 18!
    9 декабря в 23:20 была зафиксирована неисправность шифратора данных по четырем измерениям из 52 - к счастью, уже не нужным. Самая же серьезная неисправность появилась за двое суток до пролета: 12 декабря в 20:01 программно-временное устройство CC&S не выдало очередной синхроимпульс для обновления уставки угла места остронаправленной антенны.
    14 декабря «мозг» аппарата не обеспечил автоматического переключения в режим пролета ни в расчетный момент (07:21 UTC), ни в запасной (10:41). Поэтому в 13:35, за 6.5 часов до встречи с Венерой, из Голдстоуна была передана дублирующая команда RTC-7. Аппарат исполнил ее в 13:38:46 бортового времени, и из-за накопленного «ухода» параметров микроволновой радиометр сразу же начал сканирование в медленном режиме, меняя его направление при достижении углов ±60°. Он сделал 15 качаний от упора до упора, прежде чем в 18:59 по бортовому времени «увидел» впервые край Венеры. Дальность составляла около 47400 км вместо 30000 км по первоначальному плану.

Научные данные с Маринера-2 передавались в массиве телеметрической информации.

MARINER 2

    Если бы правильным образом работала смена направления сканирования при сходе с диска, число сканов было бы от 13 до 15. В реальности за следующие 35 минут антенна сделала только три полных скана, прежде чем на расстоянии 41800 км от центра Венеры окончательно ушла с диска планеты. Первая полоса прошла по теневой стороне, вторая - вдоль терминатора, третья - по освещенной части Венеры. Второй скан оказался достаточно долгим для того, чтобы сработала программная логика и антенна шла от края диска до предельного угла в быстром режиме. Выигрыш составил 8 минут, и именно благодаря этому третий скан тоже зацепил диск Венеры. С учетом 20-секундного цикла опроса получилось по пять точек на первом и третьем скане и восемь на втором.
    В 19:59:28.3 Mariner 2 прошел на минимальном расстоянии от поверхности Венеры - 34854 км - с максимальной планетоцентрической скоростью 6743 м/с. В этот день Венера и Земля находились на расстоянии 57.78 млн км друг от друга, и время прохождения радиосигнала составляло 3 мин 13 сек. В результате встречи с планетой афелий орбиты КА увеличился с 151.5 до 183.4 млн км, период обращения - до 345.9 суток.
    В 20:32 «Земля» перевела Mariner 2 в режим перелетных измерений. В работе остались магнитометр, датчики пыли и заряженных частиц.
    Состояние «Маринера» после сближения с Венерой продолжало быстро ухудшаться. 15 и 20 декабря на борт передавали серии разовых команд для коррекции уставки антенны. 28 декабря, в день прохождения перигелия, очередная инструкция на борт не прошла: связь стала односторонней. 30 декабря в 17:28 прошел отказ программного устройства - потеря синхронизации, повлекшая временное отсутствие телеметрии и снижение скорости передачи данных, а также рост внутренней теплоотдачи. 2 января на разных блоках и приборах аппарата было зарегистрировано от +57 до +77°С.
    Сигналы с борта в последний раз были получены 3 января 1963 г. в 07:00, когда Mariner 2 удалился на 9.0 млн км от Венеры и находился в 86.7 млн км от Земли и в 105.9 млн км от Солнца. Аппарата не слышали 3 и 4 января, и он не ответил на серию команд, выданных ему 8 января. Попытки услышать Mariner 2 были предприняты 28 мая и 16 августа, но не принесли успеха.


    Первые результаты встречи с Венерой были обнародованы 26 декабря 1962 г. на ежегодной конференции Американской ассоциации развития науки в Филадельфии и 27-28 декабря на сессии Американского геофизического союза в Пало-Альто.
    Во время перелета регистрировались межпланетное магнитное поле напряженностью от 2 до 5 у. Впервые наблюдался в течение долгого времени поток солнечного ветра, скорость которого резко менялась в пределах от 320 до 770 км/с, при этом ясно выделялся 27-суточный период вращения Солнца. На постоянном фоне галактических космических лучей был отмечен сильный пик энергичных заряженных частиц, связанный с солнечной вспышкой 23 октября, а счетчик Университета Айовы отметил также несколько всплесков мягкого излучения. Суммарная радиационная доза за полет составила всего 3 рентгена. Датчик космической пыли зарегистрировал лишь два столкновения.

MARINER 2

    При пролете Венеры магнитометр, чувствительность которого упала до 4-5 γ (10^-4 земного магнитного поля), не выявил никаких следов магнитного поля планеты. Не изменился и характер данных по солнечной плазме и заряженным частицам, свидетельствуя об отсутствии ударной волны, магнитосферы и радиационных поясов на высоте пролета. Отсюда следовало, что магнитное поле Венеры на порядок слабее земного или вообще отсутствует, что и подтвердилось впоследствии.
    Команда Джона Андерсона по данным навигационных измерений в двух 10-часовых сеансах 13 и 14 декабря оценила степень воздействия Венеры на траекторию пролета и определила массу планеты как 0.81485 земной с погрешностью 0.015%.
    Наиболее важная информация по пролету Венеры - данные радиометров - была представлена лишь 26 февраля, а уточнение предварительных данных продолжалось свыше двух лет.
    Микроволновой радиометр в канале 19 мм показал максимальную температуру 480 К на теневой стороне, 590 К (+317°С) на терминаторе и 460 К на освещенной части диска с возможной ошибкой до 5%. Эти значения росли от публикации к публикации. В первом варианте, в марте 1963 г., было 460, 570 и 400 К. В феврале 1964 г. - как указано в тексте. В июле 1965 г. - соответственно 490, 595 и 511 К. По каналу 13.5 мм были получены соответственно 393, 400 и 396 К с погрешностью 25%. Снижение яркости к краю диска было совершенно явным и свидетельствовало, что ионосфера тут не при чем: жар идет от поверхности. Водяного пара оказалось крайне мало - на три порядка меньше, чем в земной атмосфере.
    Инфракрасный прибор показал от 234 до 243 К в обоих каналах. Исследователи интерпретировали это как температуру верхнего слоя облаков, а из близости показаний вывели отсутствие углекислого газа над ними. Разрывов в облаках выявить не удалось, но в южной части терминатора температура оказалась на 11° ниже, чем в северной. К краю диска температура падала, как и у микроволнового радиометра. Была сделана попытка оценить температуры в пределах облачного слоя, от примерно 100 до 72 км над поверхностью: -51°С у верхнего края, -34°С в средней части и +93°С у нижней границы. Исследователи предположили, что облака состоят из конденсированных углеводородов.

1 января 1963 года в Пасадене состоялся традиционный новогодний парад, известный как "Турнир роз". Парад возглавлял директор JPL Уилльям Пикеринг, а следом за ним двигалась платформа с огромной Венерой из желтых роз и аппаратом Mariner 2 над ней.

MARINER 2

    Интерпретация данных и попытка создания непротиворечивой модели поверхности и атмосферы Венеры оказались непростым делом. Тем не менее к марту 1963 г. у американских исследователей сложился консенсус в том, что углекислый газ в атмосфере есть и вызывает оранжерейный эффект. Как следствие, температура поверхности практически постоянна и составляет как минимум 700 К (+427°С), а давление там не менее 20±10 атм. В действительности все оказалось еще хуже...
    По итогам пролета в январе 1963 г. была прекращена работа над аналогичным аппаратом для следующего пуска к Венере: успех Mariner 2 сделал его излишним. Для более подробных исследований планеты предстояло создать более сложную технику.