АМС "Венера-9" и АМС "Венера-10"

    Посадочный аппарат «Венеры-8» смог выжить в тяжелых климатических условиях на поверхности Венеры в 1972 году около часа, что стало крупным научно-техническим достижением и вместе с тем пределом возможностей космических станций серии ЗМВ. Теперь советские ученые и инженеры были готовы к следующему шагу. К этому времени уже имелось достаточно много данных об атмосфере Венеры и условиях на поверхности, чтобы сконструировать многофункциональный посадочный аппарат, оснащенный фотокамерами для получения изображений поверхности и научным оборудованием для проведения исследований на поверхности и самой поверхности. Вызов состоял в том, чтобы обеспечить работоспособность оборудования в столь непривычных условиях окружающей среды. Кроме того, в 1971 году, в ходе выполнения программ «Марс-2» и «Марс-3» тяжелая космическая станция «Марс», запускаемая ракетой-носителем «Протон», доказала, что она обладает уникальными возможностями. Полеты обеих орбитальных станций были успешными, а «Марс-3» успешно совершил посадку на планету. В 1973 году «Марс-6» великолепно выполнил в автономном режиме сложнейшие операции по входу в атмосферу и спуску вплоть до касания поверхности. Не случайно поэтому космическая станция «Марс» послужила основой для нового поколения космических станций «Венера». Однако спускаемый аппарат был полностью переделан. Впервые после начала запусков на Венеру в 1961 году Советский Союз пропустил возможность запуска на Венеру в октябре 1973 года, пока шла разработка новой космической станции.

Изображение советской автоматической межпланетной станции (АМС) "Венера-9" и спускаемого аппарата. Н.Иванов (1976)

ВЕНЕРА-9

    Основное различие между тяжелыми космическими станциями для Марса и для Венеры, запускаемыми «Протоном», состояло в конструкции спускаемого аппарата. Космическому аппарату, входящему в разреженную атмосферу Марса, требовался большой аэродинамический тормозной экран для быстрого торможения в верхней части атмосферы и большой устойчивый парашют, чтобы уменьшить скорость до безопасных значений перед достижением поверхности. В свою очередь толстая плотная атмосфера Венеры допускала более простую систему входа в атмосферу и посадки. Новая конструкция представляла собой полый сферический сосуд, в котором размещались тяжелый посадочный аппарат и его парашютная система. Поскольку предыдущие полеты надежно установили, что атмосфера достаточно толстая и горячая, была предложена и реализована оригинальная система спуска, позволяющая провести измерения в атмосфере и вместе с тем достаточно быстро достичь поверхности, чтобы аппарат не успел нагреться. Эта система осуществляла спуск как бы в обратном порядке: вначале на большой высоте раскрывался большой трехкупольный парашют, обеспечивавший приемлемую скорость снижения в облаках, а затем парашют отбрасывался еще высоко в атмосфере и дальше посадочный аппарат падал с использованием аэродинамического тормозного щита (юбки), одновременно обеспечивавшего его устойчивость при спуске. Поскольку скорость свободного падения у поверхности была достаточна для выживания аппарата и его оборудования после сравнительно жесткой посадки, тормозные ракеты не требовались (табл.).

Космические станции, запущенные на Венеру в 1965 году
1-я космическая станция	«Венера-9» (4В-1 №660)
Назначение станции	Орбитальный/посадочный аппараты
Страна/Производитель	СССР/НПО имени Лавочкина
Ракета-носитель	«Протон-К»
Дата/Космодром	8 июня 1975 г./02:38:00 (Байконур)
Дата выхода на орбиту	22 октября 1975 г.
Дата окончание программы	22 марта 1976 г.
Результат	Успех, первые изображения поверхности Венеры, выведен на орбиту первый спутник Венеры, проведены комплексные исследования
2-я космическая станция	«Венера-10» (4В-1 №661)
Назначение станции	Орбитальный/посадочный аппараты
Страна/Производитель	СССР/НПО имени Лавочкина
Ракета-носитель	«Протон-К»
Дата/Космодром	14 июня 1975 г./03:00:31 (Байконур)
Дата выхода на орбиту	25 октября 1975 г.
Дата окончание программы	22 марта 1976 г.
Результат	Успех, получены изображения поверхности Венеры, запущен спутник Венеры, проведен комплекс исследований
Космические станции, запущенные на Венеру в 1975 году

    Сама космическая станция подверглась минимальной модификации, включавшей уменьшение размера и расположения солнечных батарей, систему терморегулирования и повышение надежности. Ключевые изменения коснулись системы связи с Землей, поскольку при посадке на дневную сторону Венеры зона прямой видимости отсутствовала, и связь с посадочным аппаратом осуществлялась через орбитальный аппарат, служивший ретранслятором, что существенно увеличило скорость передачи данных с посадочного аппарата. Программа входа в атмосферу Венеры также существенно отличалась от марсианской. Космическая станция с посадочным аппаратом сперва наводилась на точку входа в атмосферу до того, как будет достигнута точка выхода на орбиту. За несколько дней до прибытия на Венеру от станции отделялся посадочный аппарат, продолжавший полет в пассивном режиме. Сразу же после этого космическая станция совершала маневр коррекции, чтобы достичь точки выхода на орбиту. Последовательность операций была задана таким образом, чтобы к моменту начала передачи информации с посадочного аппарата включался двигатель космической станции для выхода на орбиту спутника Венеры, так чтобы станция находилась на линии прямой видимости с посадочным аппаратом для ретрансляции данных. В результате этого сложного маневра, к моменту входа спускаемого аппарата в атмосферу орбитальный модуль успевал совершить полуоборот вокруг Венеры, оказываясь в створе приема спускаемого аппарата. Этим обеспечивалась максимальная продолжительность сеанса связи через орбитальный модуль, который использовался в качестве ретранслятора, причем при ограниченном времени выживания посадочного аппарата на поверхности вся информация должна была быть снята с научных приборов за один сеанс связи.
    Главной научной задачей посадочного аппарата было получение панорамного изображения с поверхности Венеры. Тем самым определялось минимальное время работы посадочного аппарата на поверхности, а также скорость передачи данных через спутник. Наряду с этим, новые возможности и большая масса посадочного аппарата позволили оснастить его рядом приборов для исследования атмосферы у поверхности, которые до той поры ни разу не запускались в космос. В их число входили приборы (нефелометры) для измерения вертикальной структуры, микрофизических свойств и состава аэрозолей внутри облаков и под облаками, вертикального и спектрального распределения потока солнечного света, проникающего сквозь облака, на нескольких углах зрения, анализа химического и изотопного состава атмосферы и прямых измерений ветра на поверхности. Для проведения первых исследований на орбите спутника Венеры космическая станция была оснащена приборами для изучения структуры средней и верхней атмосферы, верхнего слоя облаков, теплового излучения планеты и ее плазменного окружения.
    Вначале предполагалось использовать космическую станцию в качестве пролетного аппарата с ретранслятором для обеспечения посадочной программы, но НПО имени Лавочкина и ИКИ энергично агитировали за орбитальный аппарат и убедили руководство космической программы принять вариант со спутником, что позволяло провести ряд дополнительных и оригинальных исследований. И, конечно, сам факт вывода на орбиту вокруг Венеры ее первого искусственного спутника был крупным достижением в космических исследованиях.

Космическая станция «Венера-9»

ВЕНЕРА-9 и ВЕНЕРА-10

    «Венера-9» и «Венера-10» были первыми представителями нового поколения космических станций для исследований Венеры. Они были в пять раз тяжелее своих предшественниц и запускались более мощным четырехступенчатым «Протоном-К». В 1969 году эта ракета-носитель была впервые предложена для лунной программы Е-8, а затем использовалась для планетных кампаний М-69, М-71 и М-73.
    Новые космические станции «Венера» состояли из орбитального аппарата, сверху которого располагалась система входа в атмосферу, а внутри неё находился посадочный аппарат. Новые система входа и посадочный аппарат прошли широкомасштабные испытания в аэродинамических трубах и при сбрасывании с самолетов.
    Две космические станции, подготовленные для этого окна запуска, были практически идентичны, но «Венера-10» была слегка тяжелее и для более длительной работы двигателя при выходе на орбиту спутника Венеры ей требовалось больше топлива.
    Стартовая масса:
    «Венера-9» - 4936 кг,
    «Венера-10» - 5033 кг.

    Масса топлива:
    «Венера-9» - 1093 кг,
    «Венера-10» - 1159 кг.

    Масса орбитального аппарата без топлива:
    «Венера-9» - 2283 кг,
    «Венера-10» - 2314 кг.

    Масса посадочного аппарата с системой входа в атмосферу: 1560 кг.
    Масса посадочного аппарата: 660 кг.

Системы и научное оборудование космических станций «Венера-9» и «Венера-10»:     1 - орбитальный аппарат,     2 - спускаемый аппарат,     3 - научное оборудование,     4 - параболически остронаправленная антенна,     5 - топливный бак,     6 - трубопровод системы терморегулирования,     7 - датчик Земли,     8 - научное оборудование,     9 - датчик Канопуса,     10 - датчик Солнца,     11 - всенаправленная антенна,     12, 13 - научное оборудование,     14 - газовые баллоны системы ориентации,     15 - радиатор системы терморегулирования,     16 - сопла системы ориентации,     17 - магнитометр,     18 - солнечные батареи

ВЕНЕРА-9 и ВЕНЕРА-10

    Орбитальный модуль
    В основе орбитального аппарата лежала космическая станция М-71. Его цилиндрический корпус был образован из баков, заполненных несимметричным диметилгидразином (НДМГ) и азотным тетроксидом в качестве топлива. Диаметр аппарата (110 см) был меньше диаметра его марсианской версии (180 см), а длина его была на 1 м меньше. Под корпусом располагался ракетный двигатель с возможностью повторного запуска КТДУ-425А, который мог развивать тягу от 9,856 до 18,890 Н с полным временем работы 560 секунд. Система управления и научные приборы располагались в герметичном тороидальном отсеке диаметром 2,35 м, прикрепленном к основанию цилиндра, к которому крепились сопла вспомогательных двигателей, выступающих из тора. Навигационная оптика, прикрепленная к внешней части приборного отсека, включала в себя несколько датчиков Солнца, собранных в линейный кластер, обрамленный по сторонам дублированными телескопическими датчиками Канопуса, направленными вниз. Датчики Земли были расположены таким образом, чтобы они были направлены в ту же сторону, что и остронаправленная параболическая антенна с высоким коэффициентом усиления. Вместе с установленным наверху посадочным аппаратом космическая станция достигала в высоту 2,8 метра.
    По обоим сторонам цилиндра располагались панели солнечных батарей размером 1,25x2,1 м, размах которых в раскрытом состоянии достигал 6,7 м, но с учетом близости Венеры к Солнцу их площадь существенно уменьшилась по сравнению с батареями станции «Марс». На них были установлены струйные реактивные двигатели для управления ориентацией станции, штанги феррозондовых магнитометров и антенна ретранслятора для связи с посадочным аппаратом на этапах входа в атмосферу, спуска и посадки. Также по сторонам цилиндра располагались радиаторы системы терморегулирования и баки, в которых под давлением 350 бар находился азот для двигателей системы ориентации. В течение межпланетного перелета жалюзи на оболочке отделяемого аппарата с системой входа в атмосферу обеспечивали пассивный контроль его теплового режима. Информация о работе системы входа в атмосферу и данные с посадочного аппарата передавались на Землю через ретранслятор орбитального аппарата в режиме реального времени. Остронаправленная параболическая антенна диаметром 1,6 м для связи с Землей в дециметровом и сантиметровом диапазонах длин волн была установлена на боковой стороне цилиндра.

Космическая станция «Венера-9»

ВЕНЕРА-9 и ВЕНЕРА-10

    Рядом с ней располагались шесть всенаправленных спиральных антенн: четыре для связи с Землей и две для связи с посадочным аппаратом. Работа командной радиолинии обеспечивалась спиральной антенной на частоте 769 МГц. Была предусмотрена возможность записи и хранения 16 мегабайт информации на ленточный магнитофон. Передача данных на Землю осуществлялась в режиме импульснокодовой фазовой модуляции через остронаправленную параболическую антенну со скоростью 3 кбит/с, а в экстренном случае - с гораздо меньшей скоростью с использованием спиральных антенн (радиокомплекс работал на волнах 8 и 32 см.). Данные с посадочного аппарата, помимо ретрансляции на Землю через параболическую антенну в режиме реального времени, записывались также на магнитном носителе для их последующей резервной передачи.
    Компьютер космической станции был подобен тому, который обеспечивал работу программы М-71. Как и в случае с Марсом, эта конструкция послужила основой для всех космических станций «Венера», а «Протон-К» в итоге стал единственной планетной ракетой-носителем в Советском Союзе.

    Система входа в атмосферу
    Новый многоцелевой посадочный аппарат находился в сферической оболочке диаметром 2,4 м, которая обеспечивала вход в атмосферу на гиперзвуковой скорости, защищая посадочный аппарат, и раскрывалась после того, как скорость спуска сквозь атмосферу снижалась до дозвуковых значений. Она представляла собой простую сферу, покрытую абляционным материалом, состоявшим из асбестового композита поверх пеноматериала, которая аэродинамически стабилизировалась в полете за счет смещения центра масс к фронтальной стороне. Угол входа в атмосферу был более пологим, чем для спускаемых аппаратов ЗМВ, чтобы уменьшить пиковую перегрузку примерно с 450g до более умеренных значений 150-180g. После входа в атмосферу сфера разделялась на две половинки, освобождая посадочный аппарат и парашютную систему.

Системы и научное оборудование спускаемых аппаратов космических станций «Венера-9» и «Венера-10»:     1 - теплозащитный экран,     2 - приборный отсек посадочного аппарата,     3 - теплоизоляционная защита посадочного аппарата,     4 - парашют,     5 - научные приборы, работающее во время спуска,     6 - аэродинамический тормозной щит,     7 - кольцевой амортизатор посадочного аппарата,     8 - передающая спиральная антенна,     9 - блок электроники,     10 - научное оборудование,     11 - панорамная камера,     12 - анемометр,     13 - лампа подсветки

ВЕНЕРА-9 и ВЕНЕРА-10

    Посадочный аппарат
    Посадочный аппарат высотой 2 м был значительно больше, чем спускаемый аппарат ЗМВ и мог иметь на борту больше научных приборов. У самых первых аппаратов «Венера» скорость прямой передачи данных на Землю была ограничена 1 битом в секунду, и была возможна только при условии прямой радиовидимости. Новый посадочный аппарат был снабжен аккумуляторами большей емкости и передавал данные на орбитальный аппарат посредством двух ОВЧ-каналов со скоростью 256 бит/с. Данные ретранслировались на Землю с помощью остронаправленной параболической антенны.

Посадочный аппарат «Венера-9» во время испытаний в НПО им. Лавочкина. Для упрощения доступа удален центральный сегмент герметичного корпуса.

ВЕНЕРА-9 и ВЕНЕРА-10

    В общих чертах посадочный аппарат представлял собой герметичный титановый сосуд сферической формы диаметром 80 см, в котором находилась большая часть приборов и электроники. Он был прикреплен к посадочному кольцевому амортизатору системой демпферов. Сверху располагался дискообразный аэродинамический щиток диаметром 2,1 м, предназначенный для уменьшения скорости снижения и стабилизации аппарата во время его свободного падения в нижней атмосфере. Этот щиток работал так же, как отражатель свернутой в цилиндр и расположенной на нем всенаправленной антенны. Внутри цилиндра диаметром 80 см и высотой 40 см находились парашюты и научные приборы для работы во время спуска. Сфера состояла из нескольких секций, сваренных друг с другом швом из золотой проволоки. Она была закрыта 12-сантиметровым слоем пористого теплоизоляционного материала в виде сот, а поверх него - тонкой титановой оболочкой. Внутри сфера также была выложена теплоизолирующим пеноматериалом из полиуретана. Тепловой режим рассчитывался по аналогии с предыдущими посадочными аппаратами. Помимо эффективной теплоизоляции, при подлете к планете посадочный аппарат предварительно охлаждался до температуры -10 °С холодным воздухом от орбитального аппарата через две трубки, проходившие через всю конструкцию станции. Тепло атмосферы, проникавшее сквозь слои теплоизоляции, поглощалось тепловыми аккумуляторами на основе тригидрата нитрата лития. Эта соль плавилась при температуре 33 °С, а система циркуляции газа распределяла тепло равномерно по всему объему, поддерживая эту температуру внутри аппарата до полного расплавления запаса соли.

Посадочный аппарат космической станции «Венера-9» с кольцевым посадочным амортизатором, сферическим герметичным приборным отсеком и аэродинамическим тормозным щитом вокруг расположенной сверху антенны цилиндрической формы. Справа под аэродинамическим щитом виден подвесной контейнер с телекамерой, а рядом с ним - прижатый к сферическому корпусу аппарата гамма-денситометр в виде «малярного валика». Слева под щитом располагается спектрофотометр. Для освещения поля зрения двух камер к амортизационным распоркам прикреплены лампы подсветки. Слева поверх щита установлен чашечный анемометр для измерения скорости ветра у поверхности. Внешний теплоизоляционный слой отсутствует. Две разнесенные трубы слева предназначаются для предварительного охлаждения посадочного аппарата перед его отстыковкой от космической станции.

ВЕНЕРА-9 и ВЕНЕРА-10

    Эти меры и время жизни аккумуляторов обеспечивали функционирование станции в течение примерно двух часов после посадки, что также было крупным научно-техническим достижением.

    Вход в атмосферу, спуск и посадка
    Маневр коррекции на промежуточном участке траектории выводил космическую станцию к точке входа в атмосферу. Посадочный аппарат с системой входа в атмосферу отделялся за два дня до прилета на Венеру, чтобы выйти на баллистическую траекторию и войти в атмосферу на скорости 10,7 км/с под углом атаки в диапазоне от 18 до 23°. Шесть секунд спустя вошедший в атмосферу аппарат испытывал пиковую перегрузку 170g. Через 20 секунд, после замедления до 250 м/с при перегрузке 2g, на высоте 65 км раскрывался маленький вытяжной парашют, снабженный вытяжным тросом для вытягивания 2,8-метрового тормозного парашюта. Затем сферическая оболочка разделялась на две полусферы, и тормозной парашют уводил верхнюю полусферу с прикрепленным к ней посадочным аппаратом от нижней полусферы, одновременно раскрывая второй тормозной парашют. По прошествии еще 11 секунд на высоте от 60 до 62 км при скорости 50 м/с от верхней полусферы отделялся посадочный аппарат, который одновременно извлекал из цилиндрической секции в верхней части посадочного аппарата три основных парашюта (парашютная ткань была способна противостоять температурам до 450 °С) диаметром 4,3 м каждый.

Схема подлета космических станций «Венера-9» и «Венера-10», отделения посадочного аппарата, выхода на орбиту вокруг Венеры и ретрансляции данных с посадочного аппарата через орбитальный аппарат на Землю. Космическая станция первоначально нацеливалась таким образом, чтобы посадочный аппарат вошел в атмосферу Венеры на солнечной стороне вне поля зрения с Земли. Два дня спустя посадочный аппарат отделяется, а орбитальный аппарат совершает маневр увода и запускает основной двигатель с целью выхода на орбиту искусственного спутника Венеры до момента прибытия посадочного аппарата.     Вскоре после выхода на орбиту орбитальный аппарат оказывается над местом посадки в положении, позволяющем осуществить ретрансляцию данных с посадочного аппарата во время входа в атмосферу, спуска, посадки и работы на поверхности планеты.

ВЕНЕРА-9 и ВЕНЕРА-10

    После раскрытия основных парашютов включались научные приборы посадочного аппарата. Около 20 минут он спускался сквозь слой облаков на скорости около 50 м/с. Достигнув высоты 50 км, посадочный аппарат отбрасывал парашюты и следующие 55 минут находился в свободном падении, испытывая торможение только за счет дискообразного аэродинамического щитка (юбки). Скорость падения постепенно замедлялась по мере увеличения плотности атмосферы с приближением к поверхности. Эта оригинальная стратегия была выбрана с целью минимизации нагрева аппарата в процессе спуска, за счет чего продлевалось время его жизни на поверхности. У поверхности планеты скорость падения составляла 7 м/с, а удар амортизировался металлическим посадочным кольцом.

Этапы спуска и посадки посадочных аппаратов космических станций «Венера-9» и «Венера-10»:     1 - отделение посадочного аппарата от станции за два дня до входа в атмосферу,     2 - вход в атмосферу с максимальной перегрузкой 170g,     3 - Вытяжной парашют вытягивает первый парашют,     4 - первый парашют уводит верхнюю крышку, выводит и раскрывает второй тормозной парашют - нижняя часть аэродинамической оболочки отбрасывается, включается радиопередатчик и научные приборы,     5 - на высоте 62 км раскрывается основной трехкупольный парашют - в течение 20 минут спуска сквозь облака проводятся научные измерения,     6 - на высоте 50 км посадочный аппарат освобождается от основного парашюта и начинается спуск на аэродинамическом тормозном щите, проводятся научные измерения,     7 - 55 минут спустя посадочный аппарат оказывается на поверхности

ВЕНЕРА-9 и ВЕНЕРА-10

    Орбитальный модуль:
    1. Панорамные камеры ультрафиолетового диапазона (от 355 до 445 нм для «Венеры-9» и от 345 до 380 нм для «Венеры-10») для изучения облаков.
    2. Инфракрасный спектрометр (от 1,6 до 2,8 мкм) для изучения облаков.
    3. Тепловой инфракрасный радиометр (8-28 мкм) для изучения облаков.
    4. Фотополяриметры (335-800 нм) для изучения облаков.
    5. Фотометр для регистрации соотношения атомарного водорода и дейтерия (H/D) в линии Лайман-альфа.
    6. Спектрометр свечения атмосферы (300-800 нм).
    7. Трехкомпонентный магнитометр.
    8. Электростатический анализатор плазмы.
    9. Ловушки заряженных частиц.
    10. Протонный спектрометр.
    11. Черенковский детектор заряженных частиц.
    12. Аппаратура для радиозатменных исследований на сантиметровых и дециметровых волнах.
    13. Бистатический радар на волне 32 см для исследований топографии Венеры.

    Две фотокамеры для съемки верхнего слоя облаков были аналогичны камерам на основе построчно сканирующих фотометров орбитальных аппаратов «Марс-4» и «Марс-5» и осуществляли сканирование перпендикулярно траектории с углом зрения 30°, а сканирование вдоль траектории осуществлялось за счет движения самого аппарата. В фотокамерах космических станций «Венера» использовались фиолетовые и ультрафиолетовые светофильтры, сканирование осуществлялось с разрешением 500 считываний на строку с частотой 2 строки в секунду. Изображения обычно передавались с разрешением 256 пикселей на строку при шести битах на пиксель. Разрешение типичного панорамного изображения составляло 6000 пикселей в длину. В пери-апсисе орбиты на высоте около 5000 км это обеспечивало разрешение на вершине облаков примерно от 6 до 30 км.
    Помимо фотокамер, изучение облачности проводилось в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах при помощи спектрометров и фотометров. Фотополяриметры представляли собой усовершенствованную версию приборов, использовавшихся в программах М-71 и М-73, в их создании принимали участие французские ученые. Инфракрасный спектрометр использовал линейно-круговой интерференционный фильтр и осуществлял сканирование планеты с высоким разрешением. Тепловое инфракрасное излучение измерялось двумя рупорными радиометрами в диапазонах от 8 до 13 мкм и от 18 до 28 мкм, где атмосфера из двуокиси углерода относительно прозрачна. Ультрафиолетовый спектрометр французского производства был предназначен для изучения облаков, формируя изображения и изучая пространственные профили у лимба планеты на двух длинах волн с разрешением 16". Детектор заряженных частиц включал в себя датчики электронов низких энергий, протонов и альфа-частиц, три полупроводниковых счетчика, два газоразрядных счетчика и черенковский детектор.

    Посадочный аппарат:
    Приборы для измерений во время входа в атмосферу и спуска:
    1. Широкополосный фотометр с тремя каналами видимого и двумя каналами инфракрасного диапазонов в трех телесных углах для измерения лучистого потока в атмосфере и на поверхности.
    2. Узкополосный инфракрасный фотометр с тремя каналами около 0,8 мкм для измерения отношений потоков излучения в полосах водяного пара, двуокиси углерода и фона.
    3. Нефелометры обратного и углового рассеяния на длине волны 0,92 мкм для исследования по характеристикам светорассеяния структуры, состава и свойств облаков на высотах от 63 до 18 км.
    4. Датчики для измерения температуры и давления от 63 км до поверхности.
    5. Акселерометры для определения структуры атмосферы на высотах между ПО и 76 км.
    6. Масс-спектрометр для исследования химического состава атмосферы на высотах от 63 до 34 км.
    7. Бортовые радиопередатчики для измерений высотного профиля скорости ветра и турбулентности по доплеровскому сдвигу несущей частоты.

    По сравнению с «Венерой-8» новые фотометры были значительно более сложными и совершенными. Нисходящий и восходящий потоки излучения измерялись в диапазоне от 0,440 до 1,160 мкм в пяти полосах шириной от 0,1 до 0,3 мкм с использованием зеленого, желтого, красного и двух инфракрасных (ИК1 и ИК2) стеклянных светофильтров. Результаты этих измерений дополнялись данными инфракрасного фотометра, проводившего измерения в трех каналах, один из которых был центрирован на линии поглощения двуокиси углерода 0,78 мкм, другой - на линии поглощения воды 0,82 мкм, а третий фоновый канал - на 0,8 мкм, причем спектральная ширина каждого канала составляла 0,005 мкм. Нефелометры углового и обратного рассеяния были совершенно новыми инструментами в космических исследованиях. Они измеряли, как частицы облаков или дымки рассеивают свет от внутреннего импульсного источника. Эту информацию путем решения обратных задач можно было использовать для вычисления структуры облаков, концентрации частиц и их распределения по размерам (плотности капель в облаках) и коэффициента преломления света частицами облаков, несущего информацию об их составе, то есть о природе облаков. Датчики фотометров и нефелометр монтировались на внешней поверхности посадочного аппарата для непосредственного доступа к окружающей среде. Они были оснащены собственной теплозащитой и связаны с электронными блоками внутри аппарата посредством волоконной оптики. Масс-спектрометр представлял собой радиочастотный монопольный прибор с регулятором давления и был рассчитан для работы при давлениях от 0,1 до 10 бар. Измерения доплеровского сдвига частоты проводились с использованием бортового передатчика, оснащенного высокостабильным кварцевым генератором. На верхней стороне аэродинамического щитка были смонтированы два анемометра для измерения атмосферной турбулентности.

    Приборы для работы на поверхности:
    1. Две панорамные телекамеры с прожекторами для подсветки.
    2. Чашечный анемометр для измерений скорости ветра.
    3. Гамма-спектрометр для определения содержаний естественных радиоактивных элементов - урана, тория и калия в венерианских породах.
    4. Гамма-денситометр для определения плотности грунта в поверхностном слое планеты.

Гамма-денситометр

ВЕНЕРА-9 и ВЕНЕРА-10

    Панорамная сканирующая камера на основе фотометра была аналогична той, которая устанавливалась на посадочных аппаратах М-71. Ее масса составляла 5,8 кг *. Таких камер было две, они располагались в теплоизолированных контейнерах по боковым сторонам посадочного аппарата непосредственно под аэродинамическим тормозным экраном, чтобы обеспечить положение камеры на высоте 90 см от поверхности. Ось вращения системы зеркал была отклонена от вертикали посадочного аппарата на 50°, так чтобы в центре изображения оказалась поверхность, находившаяся непосредственно перед камерой на расстоянии от 1,5 до 2 м, а поле зрения составляло 90° с каждой стороны, чтобы захватить небольшие части горизонта. Камеры устанавливались внутри герметичного отсека и были защищены от внешней среды цилиндрическими кварцевыми линзами толщиной 1 см, которые обеспечивали полное угловое поле зрения 40x180° и компенсировали рефракцию **. Изображение каждой панорамы состояло из 128x512 бит, 115x512 из которых были информативными, а первые 13 бит содержали калибровочную диаграмму. При каждом измерении записывалось 6 бит для элемента изображения (пикселя) и 1 бит для контроля четности. Качество изображения было ограничено заданным предельным временем съемки поверхности длительностью 30 минут и скоростью передачи данных 256 бит/с. Эти 30 минут требовались, чтобы передать один панорамный снимок со скоростью 3,5 секунд на строку. Панорамы передавались одновременно по независимым ОВЧ-каналам. Поскольку после получения данных с «Венеры-8» ученые беспокоились, не окажется ли освещенность поверхности планеты слишком слабой, каждая камера оснащалась системой подсветки с двумя лампами на 10000 люкс, чтобы гарантированно получить изображение.

ПАНОРАМНЫЕ КАМЕРЫ

* Другие характеристики: число элементов в строке - 115; время передачи строки - 3,5 с; число строк в панораме - 17; время передачи панорамы - 30 мин; число уровней квантования видеосигнала - 64; потребляемая мощность - 5 Вт.     ** По существу, работа камер осуществлялась через цилиндрический иллюминатор с помощью перископической системы, отдельные элементы которой, включая сканирующее зеркало, к концу сеанса работы (около часа) нагревались до температуры около 400 °С.

ПАНОРАМНЫЕ КАМЕРЫ

Слева - камера посадочного аппарата Венера-9, а справа цилиндрический иллюминатор.     Иллюминатор был изготовлен из толстостенного кварцевого стекла толщиной 10 мм с фокусным расстоянием 371 мм и светопропусканием 95%. Внутри цилиндрического иллюминатора было расположено перископическое устройство камеры со сканирующим зеркалом. Тем самым основные тепловые потоки, проникающие через иллюминатор, воздействовали только на верхнюю часть камеры, не достигая электронной аппаратуры.     Для обеспечения заданного теплового режима и исключения влияния высокой температуры на аппаратуру камера и иллюминатор были закреплены в приборном отсеке при помощи нетеплопроводных и теплопоглотительных конструктивных элементов. Иллюминатор был закрыт мощной теплоизоляцией, за исключением смотрового выреза‚ обеспечивающего необходимое поле зрения. Смотровой вырез, в свою очередь, был закрыт теплоизоляционной крышкой, которая с помощью пироустройств сбрасывалась после посадки. Этим обеспечивался, во-первых, тепловой режим камеры во время снижения, а во-вторых‚ защита стекла иллюминатора от возможного закопчения, осаждения и конденсации на нем продуктов газовыделения теплозащиты и каких-либо непрозрачных осадков из атмосферы Венеры.

Как уже говорилось выше, камера была расположена внутри герметичного и теплоизолированного корпуса. Съемка поверхности производится через цилиндрический иллюминатор, внутри которого установлено сканирующее зеркало и элементы его привода. Обзор окружающей поверхности в номинальном угле 40х180° осуществляется за счет двух движений сканирующего зеркала - вращения вокруг оси панорамирования и качания в плоскости, проходящей через эту ось. Для повышения надежности получения изображения в условиях пониженной освещенности или очень малых контрастов снаружи были установлены два источника искусственного света, освещающих локальные зоны поверхности в двух секторах панорамы.     Конструктивно камера разбивается на две части: основной корпус и перископическое устройство. Перископ выносил за пределы теплоизоляционных оболочек сканирующее зеркало и располагается в зоне, где температура могла достигать 475°С. Основной же корпус с электронными блоками и оптической системой находится в зоне, где рабочая температура не превышала 40-50°С.

Бортовая телевизионная система посадочных аппаратов «Венера-9» и «Венера-10».     Вверху - компоновка камеры и лампы подсветки с указанием поля зрения; внизу - обзор камеры и освещенная область:     1 - панорамная телекамера,     2 - теплоизоляционное покрытие,     3 - окно телекамеры,     4 - сканирующее зеркало,     5 - объектив,     6 - зеркало,     7 - диафрагма,     8 - фотометр,     9 - посадочное кольцо,     10 - лампа подсветки

ПАНОРАМНЫЕ КАМЕРЫ

    Денситометр был оснащен источником излучения, в качестве которого использовался цезий-137, и детекторами для измерения гамма-излучения, отраженного от окружающей среды. На поверхности измерялась плотность поверхностной породы, а во время спуска - рассеяние от атмосферы. Сразу же после посадки прибор развертывался на поверхности в виде «малярного валика» размером 4x36 см, чтобы измерить рассеяние от грунта. Кроме того, внутри посадочного аппарата находился гамма-спектрометр (с люминофором из йодида натрия NaI), аналогичный стоявшему на «Венере-8». Он предназначался для измерений содержания в грунте калия, урана и тория.