| |||||||||||||
| Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы! |
|
Исследование Солнечной Системы - Венера
| |||||
 Исследователи |
|||||
АМС "Маринер" |
Страница:
КА Маринер-2
| Разбор полета КА Маринер-2
| КА Маринер-5
| КА Маринер-10. Первые фотографии
| Пионер - Венера-1,2;
|
Межпланетные станции «Пионер — Венера-1,2»Новый старт к ВенереВ 1978 году к Венере были запущены американские межпланетные станции «Пионер — Венера-1» и «Пионер — Венера-2». Первая предназначалась для исследований Венеры с орбиты вокруг планеты, вторая - для доставки в атмосферу планеты четырех зондов, которые должны проводить измерения на участке спуска.
«ПИОНЕР — ВЕНЕРА-1»
Станция «Пионер — Венера-1» стартовала с Земли 20 мая 1978 года. Она намеренно запущена по «медленной» траектории, чтобы уменьшить скорость при сближении с Венерой и, соответственно, необходимое торможение и массу топлива для тормозного двигателя.
«Пионер — Венера-1» при старте имела массу около 600 кг, на орбите вокруг Венеры (после выгорания топлива бортового тормозного двигателя) - примерно 360 кг. Высота цилиндрического корпуса станции 1,22 м, диаметр 2,54 м. Общая высота станции 4,5 м. На боковой поверхности корпуса смонтированы солнечные элементы, обеспечивающие на орбите вокруг Венеры мощность свыше 300 Вт. Имеются также никель-кадмиевые аккумуляторные батареи, используемые в периоды захода в тень Венеры. Станция стабилизируется вращением. Чтобы остронаправленная антенна была постоянно обращена к Земле, антенный блок установлен на шарнире и снабжен системой противовращения. Заданная скорость вращения, ориентация оси вращения, а также коррекция траектории на перелетной трассе Земля-Венера и коррекция орбиты вокруг Венеры обеспечивались гидразиновыми микродвигателями. Запас гидразина (32 кг) - основной фактор, ограничивавщий продолжительность работы станции на орбите вокруг Венеры. Микродвигатели включались автоматически по командам солнечных и звездного датчиков или по командам с Земли. Станция переводилась с пролетной траектории на орбиту вокруг Венеры тормозным твердотопливным двигателем тягой 1,8 т, способным уменьшить скорость более чем на 1 км/с.
«Пионер — Венера-1» несла 12 научных приборов: - прибор для изучения характеристик плазмы в ионосфере, шлейфе и пограничных слоях «магнитосферы» Венеры; - масс-спектрометр ионов для определения состава и концентрации положительно заряженных ионов в ионосфере планеры; - зонд для измерения электроной температуры; - ультрафиолетовый спектрометр; - масс-спектрометр нейтральных частиц; - фотополяриметр для облачного слоя; - инфракрасный радиометр; - магнитометр; - анализатор плазмы; - радиокартограф для исследования топографии и электрических свойств поверхности планеты (прибор работает в режиме получения изображений и в режиме измерения высоты); - детектор электрического поля; - детектор гамма-всплесков.
Была возможность проведения радиозатменного зондирования атмосферы и ионосферы планеты, изучения турбулентности атмосферы, солнечного ветра, аэродинамического торможения станции в атмосфере, гравитационного поля. 4 декабря 1978 года станция вышла на начальную орбиту вокруг Венеры. После коррекции начальной орбиты она была переведена на расчетную орбиту с высотой перицентра 150 км, высотой апоцентра 66 600 км и наклонением к плоскости эклиптики 105°; период обращения 24 часа. Станция была рассчитана на активное существование на орбите вокруг Венеры, по крайней мере, в течение одних сидерических суток (243 земных суток). Космический аппарат вращался вокруг своей оси, делая один оборот за 12 с. Антенна высотомера также вращалась в пространстве, и измерения высоты проводились один раз за 12 с, когда она оказывалась направленной к поверхности планеты. За это время аппарат, имевший скорость около 10 км/с, пролетал 120 км. С такой частотой шли измерения по трассе при каждом прохождении аппарата у поверхности планеты. Обращаясь вокруг планеты с периодом в 24 ч, аппарат проходил у ее поверхности каждые сутки. За это время планета поворачивалась на некоторый угол, и новая трасса измерений на поверхности планеты смещалась относительно предыдущей. У экватора трассы измерений шли через 150 – 160 км, сближаясь к полюсам. Невысокая частота измерений определила и детальность первой создаваемой карты: на ней хорошо видны детали континентального масштаба. Более мелкие детали – горные хребты, кратеры, рифтовые долины – оказались неразличимы, как неразличимы эти детали и на Луне при наблюдении с Земли невооруженным глазом. «ПИОНЕР — ВЕНЕРА-2»
Станция «Пионер — Венера-2» была запущена 8 августа 1978 года по «быстрой» траектории. Масса ее - 900 кг. Станция состояла из траекторного блока (300 кг), на котором были установлены четыре зонда: один большой (320 кг) и три малых (каждый по 90 кг). На траекторном блоке, в отличие от «Пионер — Венеры-1», нет тормозного двигателя (вместо него - зонды), значительно меньше запас гидразина и вместо 12 научных приборов установлены только два масс-спектрометра. Траекторный блок - в основном лишь средство доставки зондов. Объем научных исследований, проводимых самим блоком, был сравнительно невелик потому, что он обречен на сгорание через 2 минуты после входа в атмосферу Венеры (у него нет никакой теплозащиты).
Большой зонд состоял из герметичного контейнера, заключенного между лобовым экраном и хвостовым обтекателем, имеющими теплозащиту. Зонд был снабжен вытяжным парашютом диаметром 0,76 м, выстреливаемым из мортирки, и коническим ленточным парашютом диаметром 5 м. При спуске хвостовой обтекатель сбрасывался на определенной высоте и вводились в действие парашюты, которые должны были извлечь герметичный контейнер из лобового экрана. Парашютный спуск около 17 минут, после чего парашют отделялся и зонд свободно падал на поверхность планеты. Такая программа полета нужна для того, чтобы большой зонд имел на различных высотах скорость, обеспечивающую проведение запланированных измерений. В то же время, конечный участок спуска он должен был пройти достаточно быстро, чтобы до контакта с поверхностью бортовое оборудование не вышло из строя вследствие перегрева. Служебное оборудование большого зонда включало серебряно-цинковую батарею емкостью 40 ампер-часов, программно-временное устройство, рассчитанное на работу в течение 24 суток с точностью ± 32 секунды, передатчик и антенну для передачи информации на Землю, а также записывающее устройство для регистрации информации в период пропадания сигнала, когда плазменное облако, образующееся вокруг зонда при входе в атмосферу Венеры, препятствует связи с Землей. В составе научного оборудования зонда: - масс-спектрометр нейтральных частиц; - газовый хроматограф; - датчики температуры, давления и ускорений; - солнечный радиометр; - инфракрасный радиометр; - спектрометр облачных частиц; - нефелометр. Малые зонды имели также герметичный контейнер и лобовой экран с теплозащитой, но этот экран не отделялся. Парашютная система отсутствует. Служебное оборудование примерно такое же, как на большом зонде. На каждом малом зонде были установлены датчики температуры, давления и ускорений, нефелометр и радиометр чистого потока.
Проводились также исследования с использованием радиосигналов зондов: определение скорости ветра в венерианской атмосфере, исследование турбулентности атмосферы.
15 ноября 1978 года на расстоянии около 12 млн. км от Венеры от траекторного блока отделился большой зонд, а 20 ноября - три малых. Отделившиеся зонды стабилизировались вращением. 5 декабря 1978 года за 22 минуты до расчетного момента входа зондов в атмосферу Венеры начали работать их передатчики (до этого зонды «молчали» - экономили электроэнергию батарей). Большой зонд вошел в атмосферу Венеры на дневной стороне планеты в экваториальной области, один малый зонд, получивший название «День»,- тоже на дневной стороне в южном полушарии, остальные два малых зонда «Ночь» и «Север» - на ночной стороне, соответственно, в южном и северном полушариях.
Спуск всех четырех зондов продолжался примерно час. При контакте с поверхностью три из них прекратили работу, а малый зонд «День», к неожиданной радости ученых, передавал информацию с поверхности в течение 67 минут. Все приборы четырех зондов функционировали в соответствии с программой, за исключением датчиков температуры, которые на всех зондах прекратили работу на высоте 14 км при температуре 360 °С. Ученые решили, что серная кислота, имеющая повышенную температуру в облачном слое Венеры, разъела проводники датчиков, погруженные в атмосферу. Так завершила работу станция «Пионер — Венера-2». Итог работы «Пионер — Венера-2»: По данным зондов был определён состав атмосферы Венеры. В частности, оказалось, что концентрация аргона-36 и аргона-38 в венерианской атмосфере в 50—500 раз превышает концентрацию этих газов в атмосфере Земли (по концентрации инертных газов можно судить об эволюции планеты и вулканической активности). Важным открытием стало обнаружение ниже облачных слоёв водяных паров и высокая (по сравнению с ожидавшейся) концентрации молекулярного кислорода. Это говорило в пользу большего количества воды в геологическом прошлом планеты. В облачном покрове Венеры, по данным аппаратов, были обнаружены как минимум три хорошо различимых слоя. Верхний слой (высота 65—70 км), содержит капли концентрированной серной кислоты. Средний слой кроме серной кислоты содержит большое число жидких и твёрдых частиц серы. Нижний слой (высота около 50 км) содержит более крупные частицы серы. Было определено, что на уровне ниже 30 км атмосфера относительно прозрачна. Измерения температур на разных высотах подтвердили гипотезу о парниковом эффекте. Верхняя атмосфера Венеры оказалась холоднее, чем предполагали ранее: на высоте 100 км — минус 93 °C, на верхней границе облаков — минус 40—60 °C. Первая радиолокационная карта Венеры
По результатам работы «Пионер — Венера-1» на карте Венеры «белые пятна» остались лишь вблизи полюсов. Особенности ее рельефа указали на существенные различия в геологической истории Венеры и Земли — двух соседних планет, имеющих почти одинаковые массы и плотности. В октябре 1975 года удалось, наконец, увидеть вечно скрытую слоем облаков и плотной атмосферой поверхность Венеры. Две панорамы, переданные советскими автоматическими станциями «Венера-9» и «Венера-10», на то время оставались единственными прямыми изображениями поверхности этой планеты. Рельеф Венеры на протяжении двадцати лет до посадки «Венера-9» и «Венера-10» изучался только методом наземной радиолокации. И вот был сделан новый шаг в познании Венеры. Радиолокатор, установленный на борту искусственного спутника Венеры космического аппарата «Пионер — Венера-1», исследовал рельеф планеты (исключая полярные районы). На радиолокационных изображениях различались детали поперечником около 100 км, а в экваториальных районах — около 30 км. Составлены несколько фрагментов и вариантов карты и глобус Венеры.
На Венере, как и на Земле, есть горы, равнины, низменности. По аналогии с Землей, венерианские горные районы можно называть материками. Горные районы занимают 8% поверхности планеты, самые обширные из них — Земля Иштар, Земля Афродиты и область Бета. Около 27% поверхности Венеры — низменности. Они концентрируются в двух пересекающихся поясах, очертания которых напоминают букву «X». Один дугообразный пояс, протянувшийся почти на 8000 км, окаймляет область Бету. Другой обширный низменный район на Венере назван Атлантидой. Это — море лунного типа диаметром 2500 км. Оно на 2 км ниже окружающей местности.
Остальная часть поверхности Венеры — волнистые равнины. В северо-восточной части Земли Афродиты, южнее низменности Атлантида встречаются многочисленные горные цепи высотой 1,5—2 км, отстоящие друг от друга примерно на 1000 км. Поверхность Венеры расположена в основном на уровне радиуса 6051,5 км, поверхность Земли — на уровне радиусов 6371,5 км и 6366 км. Лишь отчасти такое различие объясняется «тяжестью» земных океанов, которые вызывают незначительное понижение океанического дна.
На Венере, как и на Земле, были обнаружены следы тектонической деятельности. У юго-восточной оконечности Земли Афродиты найдена большая рифтовая система (Каньон Артемиды) с двойным горным хребтом, напоминающим земные срединно-океанические хребты. Другая долина на Венере имеет такой же профиль и очертания, как Восточно-Африканский рифт на Земле. О вулканической активности Венеры свидетельствует «молодость» некоторых деталей ее рельефа. Например, склоны обширного Северного плато в Земле Иштар, возвышающегося на 3—5 км над окружающей местностью, напоминают склоны молодых земных гор, усыпанные раздробленным материалом. Наиболее крупные тектонические сооружения на поверхности Венеры сходны с земными щитовыми вулканами. Интересно, что на равнинах Венеры не найдено аналогов линейных срединно-океанических хребтов, а на периферии материков не обнаружено зон субдукции — мест, где литосферные плиты сближаются, наползают друг на друга и одна из плит погружается в мантию. В целом, на Венере линеаменты (крупные линейные зоны тектонических нарушений) не объединяются в заметную глобальную систему. Был сделан вывод что, тектоническая деятельность на Венере менее активная, чем на Земле. Руководитель отделения астрогеологии Геологической службы США доктор Г. Мазурский по результатам высказал мнение, что большая часть коры Венеры — очень древняя. Возможно, кора Венеры отличается стабильностью, в то время как Земля потеряла свою древнюю кору в процессе ее переработки. Г. Мазурский предположил, что «на Венере развита древняя кора, большие вулканические сооружения, тектонически активные зоны. По своей геологической истории Венера и Земля не менее различны, чем их атмосферы». Достопримечательности ландшафта Венеры
Первые образования на поверхности Венеры, которые стали известны ученым, — области Альфа и Бета. Область Альфа — плато размером более 1000 км и высотой до 2,5 км с довольно значительным понижением в центре. Через центр этой области был проведен нулевой меридиан. Сейчас его положение уточнено: меридиан «привязан» к небольшому кратеру. К юго-западу от области Альфа, в точке с координатами 55° ю. ш. и 320° в. д., находится кратер диаметром 300 и глубиной около 1 км. Наиболее вероятно, что он имеет ударную природу. Кратеру присвоено имя Лизе Майтнер — известного австрийского физика, работавшей в области радиоактивности. К северо-востоку от области Альфа расположена возвышенность Сапфо (координаты центра: 15° с. ш., 15° в. д.) поперечником около 300 км. По-видимому, эта возвышенность вулканического происхождения. Предполагается, что примерно половина всех кольцевых структур на Венере — вулканические горы. Многочисленные яркие в радиолучах кольцевые образования, иногда с выделяющимся пятном в центре, расположены в Земле Афродиты. Глубина этих кратеров невелика, всего сотни метров. Южную окраину Земли Афродиты перерезает Каньон Артемиды, диаметр которого около 2600 км (координаты центра 35° ю. ш., 135° в. д.), Его двойной вал сильно разрушен, в центре наблюдается яркое в радиолучах пятно. Мнения о природе Каньона Артемиды самые разные. Одни считают его огромным кратером-фантомом, другие полагают, что Каньон Артемиды — аналог земных островных дуг. Самый высокий горный массив на Венере — горы Максвелла (координаты: 63° с. ш.г 5° в. д.). Они на 8 км выше окружающего плато, названного Землей Иштар, и на 12—13 км выше самых глубоких низин на Венере. Размеры горного массива Максвелла вдвое превышают размеры земного Тибета. По радиолокационным денным, крутизна склонов гор Максвелла составляет в среднем 6°. На вершине самой крупной горы находится 100-километровая кальдера, окруженная линиями кольцевых разломов. Горы Максвелла, по всей вероятности, имеют вулканическое происхождение. Земля Иштар по размерам близок к Австралии. На карте радиоальбедо поверхность Северного плато состоит из множества крупных неоднородных зерен, причем перепад высот здесь не превышает 1 км. Своеобразны радиоотражательные свойства вала, окаймляющего плато: такое отражение дают каменные обломки размером от 10 см и больше. Подобная каменная осыпь видна на панораме, переданной «Венерой-9». С юга и юго-востока от Земли Иштар расположены вытянутые уступы. Какие тектонические процессы привели к сооружению огромного плато и обширного горного массива на нем, пока не известно. Область Бета (координаты центра 30° с. ш., 283° в. д.) на подробных радиолокационных картах выглядит как яркое пятно с расходящимися от него многочисленными лучами. Предполагается, что эта область подобна земным щитовым вулканам с застывшими лавовыми потоками. В центре изображения видна большая кальдера. Область Бета, поперечник которой около 800 км, делится на две части. Северная получила название Рея, южная — Фея. Высота всего района составляет 4—5 км над подножием. На восточном склоне области Бета опускались станции «Венера-9» и «Венера-10». И хотя радиолокация дает для этого района умеренные оценки крутизны склонов, панорамы «Венеры-9» свидетельствуют о довольно крутом откосе, до 30°. Вулканическое происхождение области Бета подтверждается еще и тем, что над этим районом зарегистрированы возмущения гравитационного поля, достигающие 60 мгал. На Земле подобные аномалии гравитационного поля встречаются над молодыми (но не обязательно действующими) вулканами. Севернее кратера Лизе Майтнер расположены две протяженные низменности поперечником около 700 км. Их радиоальбедо почти такое же, как у зеркально-гладкой поверхности. Поверхность низменностей заметно отличается от окружающего рельефа. Она гладкая, во всяком случае в масштабе радиоволн. Почему не тонут горные массивы? Существование на Венере высоких гор до данных «Пионер — Венера-1» казалось сомнительным. В самом деле, материал, из которого сложена кора Венеры, по составу близок к базальтоидам. Об этом свидетельствовали измерения, выполненные на поверхности планеты аппаратами серии «Венера», и анализ рельефа: предполагалось, что участки коры планеты, не имеющие метеоритных кратеров, сложены сравнительно молодыми базальтоидами. Исходя из принципа изостазии, высокие горы, имеющие корни из материала малой плотности, например базальта, должны плавать на более тяжелой мантии. Но температура поверхности Венеры близка к температуре земной коры на глубине примерно 15 км. Если в недрах Венеры градиент температуры такой же, как в земных, то на глубине, где расположены корни горных массивов Венеры, базальт должен размягчаться. Казалось бы, высокие горы за непродолжительное яремя должны утонуть в литосфере планеты. Но этого не происходит. Чем объяснить такое чудо? Можно высказать предположение, которое достаточно просто объясняет прочность литосферы Венеры, а также ограниченность тектонических движений на планете. Допустим, что материал литосферы, нагрузка на него, его теплопроводность и температура известны. Как сделать, чтобы кора выдержала давление горных массивов? С инженерной точки зрения решение очевидно: необходимо увеличить толщину свода литосферы, иными словами, сдвинуть «вниз» уровень, где размягчается кора. А ведь для этого неизбежно потребуется уменьшить градиент температуры в литосфере, что в свою очередь повлечет уменьшение (причем значительное) потока тепла из недр. Тогда твердая литосфера окажется очень толстой, температура вглубь будет нарастать медленно, а горы будут прочно стоять на поверхности, как дом на скальном грунте. Более того, если на Венере поток тепла из глубин существенно меньше чем на Земле (1,5 мккал/см2*с), конвекция в мантии должна быть слабой, а ее тектонические проявления ограниченными. У предложенной гипотезы есть трудности. Прежде всего над горами Венеры нет заметных гравитационных аномалий. Это, по-видимому, противоречит предположению о толстой и твердой литосфере. Но, может быть, компенсация происходит за очень длительное время? Скажем, более древний массив Максвелла уже скомпенсирован, а область Бета еще нет.
Теперь о тепловом потоке, проходящем через литосферу планеты. Значительная часть того тепла, что сегодня идет сквозь литосферу Земли, возникла на ранней стадии ее истории. Распространение теплового потока из недр к поверхности — процесс очень медленный, сравнимый с возрастом самой планеты. Проходя через литосферу, тепловой поток создает градиент температуры, определяемый теплопроводностью литосферы. Малый градиент температуры в литосфере Венеры должен означать, что она почему-то или растеряла свои запасы тепла на ранней стадии, или их было у нее заметно меньше, чем у Земли. Другой источник теплового потока — распад радиоактивных элементов, рассеянных в литосфере, главным образом урана, тория и калия-40. Измерения, выполненные аппаратами серии «Венера», показали, что эти элементы содержатся в коре Венеры. Впрочем, некоторые специалисты считают, что на планете может быть мало калия-40, и тогда поток от радиоактивного распада и в самом деле окажется мал. В этом случае у Венеры должна быть толстая кора и слабая тектоническая деятельность. Интересно отметить: один из ведущих советских специалистов по внутреннему строению планет доктор физико-математических наук В. Н Жарков считал кору Венеры толстой именно потому, что на планете слабы тектонические процессы. Таким образом, на тот момент вопросов было много. Как сохранились на планете древняя кора и высокие горы, есть ли действующие вулканы? И похоже, что ответы на эти вопросы не лежат на поверхности — и в прямом, и в переносном смысле. Дополнительные исследования
С помощью установленной на борту АМС «Пионер — Венера-1» радиолокационной станции ученые смогли обследовать и нанести на карту более 90% территории этой планеты (топографическая карта масштаба 1:50000000 с разрешением по площади 30 километров, а по высоте - 200 метров). Удалось установить, что на Венере существуют обширные долины, вулканы и горы. Например, гора Максвелла вознеслась на 11200 м над поверхностью Венеры, то есть значительно превышает высоту земных вершин.
«Пионер-Венера-1» подтвердил (в пределах чувствительности своих приборов), что Венера не имеет магнитного поля. По данным аппарата была построена модель ионосферы планеты, определён её состав и характер взаимодействия с солнечным ветром.
Аппарат предоставил новые данные по динамике облачного покрова планеты и ее четырех дневной атмосферной суперротации. Кроме того, были обнаружены частые грозовые разряды, сконцентрированные в ограниченных областях.
Завершение миссии
3 октября 1992 космический аппарат «Пионер — Венера-1» исчерпал запасы топлива и в течение пары недель упал на поверхность Венеры. «Пионер — Венера-1» - первый американский космический аппарат, совершивший облет Венеры. Ожидалось, что он продержится на ее орбите всего один венерианский год (243 сутки). Однако запасов топлива хватило на 14 лет. В течение всего этого времени бортовые двигатели исправно подчинялись командам с Земли, включаясь каждый раз, когда требовалась коррекция орбиты. 8 октября в 15:22 ЗП США, когда станция находилась на расстоянии 127,2 км от венерианской поверхности, состоялся последний сеанс радиосвязи. 10 октября 1992 г. впервые не сработали двигатели, что говорит, по мнению ученых, об окончательном истощении запасов топлива. По мнению ученых, почти вся станция расплавилась при прохождении плотных слоев венерианской атмосферы. В связи с потерей радиосвязи установить точную дату падения АМС не удалось, однако предполагают, что это произошло до 20 октября 1992 г.
По свидетельству заместителя руководителя космических проектов Джека Дайера, 11 из 12 установленных на борту станции приборов продолжали работать вплоть до прекращения радиосвязи с Землей.
ИСТОЧНИК:
Д.Ю.Гольдовский, Доктор физико-математических наук Л. В. Ксанфомалити www.nasa.gov Журнал "Знание сила" | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|