Космические исследователи Венеры

     После миссий «Венеры-4/5/6» и «Маринера-5», «белых пятен» на ближайшей к нам планете стало гораздо меньше. Это привело к окончательному закрытию проекта «Плавающей венерианской станции» (BVS) - просто не дали добро на её финансирование. Подобная участь постигла и лёгкий Venus Explorer. Информация об атмосфере Венеры, которую он в состоянии был предоставить, могла только продублировать уже полученные данные. Был потерян и политический приоритет.

МАРИНЕР-10

     Проект BVS закрыли, зато появился новый проект, получивший название Pioneer-Venus. Он базировался на обкатанной платформе станций серии Pioneer, разработанных для исследования Солнца. Это были простые и дешёвые аппараты, стабилизируемые вращением. На их базе планировалось создать две станции: Pioneer Venus Orbiter - орбитальный спутник Венеры, и Pioneer Venus Multiprobe - для доставки в атмосферу Венеры четырёх зондов (трёх маленьких и одного большого) для одновременного изучения атмосферы в четырёх разных точках. Это уже выглядело куда более интересно.
     Также появился ещё один проект, который только косвенно относился к Венере. Как и в случае с «Маринером-5», к Венере он должен был отправиться отчасти случайно, его основная цель была другой. К этому моменту станции СССР и США уже успешно долетели до Марса и Венеры. К Юпитеру и Сатурну прокладывали путь «Пионеры-10/11», но имелась ещё одна планета, которая была ближе Юпитера, но про которую несколько подзабыли: Меркурий.
     Ещё в Древнем Египте священники смотрели на небо и видели, как «злую звезду» затмевал блеск растущего бога Ра. Древние греки тоже были знакомы с тусклой звездой, что бежала по небу перед самым рассветом. Они нарекли её Аполлоном. Как и в случае с Венерой, утренний и вечерний Меркурий долго принимался за разные планеты. Заходящая планета получила имя бога Гермеса, восходящую нарекли Фосфором (светоносным).
     Основная особенность Меркурия в том, что он находится слишком близко к Солнцу. Это накладывает много ограничений на его наблюдение. По сути, его можно увидеть только во время восхода или заката Солнца.
     Близость к Солнцу накладывает и баллистические ограничения. Современные ракеты либо не были способы вывести приличную станцию к этой планете, либо (как Titan-Centaur или Saturn-5) имели непомерную цену. В 1970-х годах в НАСА долго рассматривался проект искусственного спутника Меркурия, вывести который планировали при помощи сверхтяжёлой PH Saturn-5. Увы, запредельная цена миссии не дала ей ни единого шанса, и ждать орбитального спутника Меркурия пришлось сорок лет.

МАРИНЕР-10

     Но выход из ситуации имелся. Ещё задолго до запуска первого спутника была разработана идея так называемых «гравитационных манёвров». При тщательном контроле траектории во время пролёта рядом с какой-либо планетой можно получить дополнительное приращение скорости без расхода топлива.

Траектория перелёта Земля-Венера-Меркурий. Рисунок NASA /JPL

МАРИНЕР-10

     Анализы различных траекторий полёта АМС, использующих гравитационное поле планет, начались в JPL в 1960-м году. В их ходе была обнаружена траектория возвращения после облёта Венеры, позволяющая выйти вместо Земли к Меркурию. Такой пролёт был просчитан для старта в 1970 и 1973 годах. Несмотря на то, что подобные траектории очень чувствительны к ошибкам, они выглядели весьма заманчиво, так как позволяли исследовать две планеты при сравнительно небольших затратах. Для запуска полноценной станции было достаточно ракеты Atlas-Centaur.
     Изначально запуск наметили на 1970 год. Но в этом случае оставалось очень мало времени на создание аппарата, более того - не было и финансирования. Все деньги уходили на программу «Аполлон» и на миссии к Марсу, что вынудило перенести запуск на следующее стартовое окно. К тому же 1973 год был даже интереснее с точки зрения баллистики. В этом году можно было бы «забросить» большую массу, чем в 1970-м, а после пролёта Меркурия аппарат выходил на орбиту с периодом обращения в два раза большим, чем орбитальный период Меркурия. Это позволило бы фотографировать Меркурий и при последующих пролётах.
     В июне 1968 года Национальная Академия наук США завершила анализ проекта полёта к Меркурию через Венеру и рекомендовала осуществить запуск аппарата в 1973 году. В этом случае аппарат должен был улететь между 16 октября и 21 ноября 1973 года.

Маринер-10. Рисунок NASA /JPL

МАРИНЕР-10

     В сентябре 1969 года NASA сформировала группу учёных для разработки научной программы миссии в условиях жёстких бюджетных ограничений.
     В январе 1970 года руководство проектом передали в JPL. К июлю 1970 года был составлен список экспериментов, которые требовалось провести на этом аппарате. Через год был заключён контракт с фирмой «Боинг» на изготовление двух аппаратов: для полёта и наземных испытаний.
     За основу новой станции взяли уже отработанную платформу «Маринера», только дополнительно её пересмотрели с точки зрения тепловых режимов. На станции установили две камеры, рассчитанные на видимый и ультрафиолетовый диапазон, ультрафиолетовый спектрометр, инфракрасный радиометр и комплекс приборов для изучения межпланетного пространства.

Запуск АМС Mariner-10. Фото NASA

МАРИНЕР-10

     Mariner-10 был запущен 2 ноября 1973 года в 21:45 PST. «Атлас» с «Центавром» не подвели. На станции были развёрнуты солнечные батареи, включилось научное оборудование. Ещё одна АМС отправилась к Венере.
     По программе полёта следовало откалибровать научные приборы, пока аппарат ещё находился рядом с Землёй. Телескоп для поиска заряженных частиц был включён через три часа после старта, ультрафиолетовый спектрометр - через 7 часов, а через 16 часов 15 минут уже были получены первые фотографии Земли с отлётной траектории. С камерами начались и первые проблемы. Сразу после запуска отказала система обогрева линз, она должна была поддерживать температуру телескопа в пределах от 4 до 15° С.
     Это вызвало на Земле лёгкую панику: если температура упала бы ниже -40° С, это привело бы к повреждению камеры. Во избежание подобной ситуации видикон решили не выключать. Температура на нём стабилизировалась при -10° С, температура оптики - в пределах от -20 до -30.

Фотография Земли, полученная «Маринером-10» с отлетной траектории

МАРИНЕР-10

Фотография Луны

МАРИНЕР-10

     Тем временем станция передавала фотографии очень высокого качества. На них была хорошо различима мозаика земных облаков. Если фотографии Венеры окажутся такого же качества - это будет грандиозный успех.
     Второй отказ обнаружили, когда включили детектор солнечной плазмы. Он вообще ничего не показывал, как будто никакого солнечного ветра и не было. Инженеры попытались активизировать прибор, но так и не достигли результата. После анализа была принята версия, что не открылась крышка солнечной ловушки. Это был очень неприятный отказ: изучение солнечного ветра с близкого расстояния считалось чрезвычайно важным экспериментом.
     К счастью, других отказов в научной аппаратуре не последовало. В тестовом режиме отработал «по Земле» ультрафиолетовый спектрометр, бортовая аппаратура станции функционировала устойчиво. Анализ траектории выявил, что необходима коррекция всего на 8 м/с для попадания на нужную трассу полёта.
     Пролетая мимо Луны, Mariner-10 также передал фотографии её поверхности. Фотографии получились отличные. Причём это были уже не просто тесты аппаратуры, среди переданных снимков оказались очень интересные для науки кадры полярных областей Луны. До этого момента они не были охвачены фотосъёмкой с других аппаратов.
     Также для оценки возможностей камеры при съёмке слабоосвещенных объектов был проведён сеанс фотографирования группы звёзд Плеяд в созвездии Тельца.
     13 ноября откорректировали траекторию. Вскоре после этого станция провела исследование кометы Когоутека, открытой в том же 1973 году. Она находилась слишком далеко для получения детальных изображений, но ультрафиолетовый спектрометр передал довольно интересные данные.
     21 января станция провела ещё одну коррекцию. Для миссии к Меркурию эта коррекция была очень важна: без неё станция пролетела бы на расстоянии полутора миллионов километров от ближайшей к Солнцу планеты.

Такой 7 февраля 1974 года «Маринер-10» увидел Венеру

МАРИНЕР-10

     5 февраля 1974 года Mariner-10 подлетел к Венере. Собственно, ничего действительно экстраординарного он не выявил. Он подтвердил, что у Венеры отсутствует магнитное поле, получил данные о температуре верхнего облачного слоя. Самыми эффектными оказались фотографии в ультрафиолетовом диапазоне. Во время пролёта Mariner-10 сделал около 3000 снимков облачного покрова планеты через различные светофильтры в разном диапазоне волн. На снимках можно различить детали размером от 90 до 18 м. Это были первые фотографии Венеры с близкого расстояния.

В течение нескольких дней после пролета была построена серия мозаик, демонстрирующих множество деталей в ультрафиолетовом облике планеты.

МАРИНЕР-10

Была построена карта облачного покрова вокруг всей планеты.

МАРИНЕР-10

Ученые смогли идентифицировать волны, экваториальные пояса, спиральные полосы и яркие полярные области по мере того, как обрабатыввалось все больше и больше изображений.

МАРИНЕР-10

     Внешний вид атмосферы Венеры оказался весьма необычным. По сути, она состояла из гигантского вихря, опоясывающего всю планету. Нечто подобное до этого наблюдалось только на снимках Юпитера. Вдоль экватора были обнаружены области высокого давления, где солнечный нагрев порождал конвективные потоки, которые нарушали основное движение облаков и создавали вихри, стремящиеся в направлении полюсов. На экваторе скорость облаков оказалась порядка 100 м/с, в полярных областях достигала уже 200 м/с, на полюсах она могла быть и околозвуковой.
     Также ещё точнее удалось определить массу Венеры по траекторным измерениям станции.

Схема пролета Mariner-10 рядом с Венерой

МАРИНЕР-10

     Mariner-10, пройдя на расстоянии около 6000 км от Утренней звезды, взял курс на Меркурий. Здесь его работа была окончена.