АМС "Венера-9" и АМС "Венера-10"

    Орбитальный аппарат «Венера-9»
    «Венера-9» была запущена 8 июня 1975 года. 16 июня и 15 октября были проведены коррекции траектории, и станция была нацелена на точку входа в атмосферу Венеры. После отделения посадочного аппарата 20 октября был произведен запуск двигателя, сообщивший станции скорость 247,3 м/с для ее перевода к точке выхода на орбиту. 22 октября был повторно произведен запуск тормозного двигателя, сообщивший станции скорость 922,7 м/с, и «Венера-9» вышла на орбиту искусственного спутника Венеры с периодом 48,30 ч, наклонением орбиты 30°, высотой в перицентре 7600 км и в апоцентре 118000 км. Это был первый в мире космический аппарат, выведенный на орбиту вокруг Венеры. Сразу же была установлена связь с системой входа посадочного аппарата через ретранслятор спутника. Первоначальная орбита была 1500 х 111 700 км с наклоном к экватору 34,17°. Затем ее скорректировали до 1300 х 112 200 км и, наконец, до 1547 х 112 144 км при наклоне 34,15°. В течение 3 месяцев орбитальный аппарат проводил научные наблюдения, которые были прерваны сбоем в работе бортового передатчика.

    Посадочный аппарат «Венера-9»
    Посадочный аппарат вошел в атмосферу Венеры на скорости 10,7 км/с под углом 20,5°. Он произвел успешный спуск в атмосфере и 22 октября в 05:13 по Всемирному времени коснулся поверхности на скорости 7-8 м/с на дневной стороне планеты в точке с координатами 31,01 с. ш. и 291,63 в.д. В этой точке зенитный угол Солнца составлял 33°, что соответствовало 13:12 по венерианскому солнечному времени. Место посадки располагалось на откосе с наклоном от 15 до 20°, а сам посадочный аппарат сначала был наклонен под углом 10-15° из-за неровностей поверхности. Аппарат немедленно начал работу, передавая данные на Землю через искусственный спутник Венеры. Сеанс связи продолжался в течение 53 минут, пока спутник не ушел из зоны радиовидимости. К этому моменту температура внутри посадочного модуля выросла примерно до 60 °С.

    Орбитальный аппарат «Венера-10»
    После запуска 14 июня 1975 года космическая станция «Венера-10» совершила перелет практически по той же траектории, что и «Венера-9», осуществив две коррекции 21 июня и 18 октября. Ее посадочный аппарат отделился от станции 23 октября, после чего станция выполнила маневр перевода на траекторию выхода на орбиту спутника Венеры за счет придания ей характеристической скорости 242,2 м/с. 25 октября был повторно включен тормозной двигатель, сообщивший станции скорость 976,5 м/с, и она вышла на орбиту вокруг Венеры. Первоначальная орбита спутника была 1500 х 114 000 км с наклоном к экватору на 29,50 и периодом 49,38 ч. Позднее орбиту изменили на 1651 х 113923 км при угле наклона 29,10°. После ретрансляции данных с посадочного аппарата на этапах его входа в атмосферу, спуска и посадки начались научные наблюдения на орбите, которые продолжались 3 месяца, пока связь со спутником не прекратилась по той же причине, что и с «Венерой-9».

    Посадочный аппарат «Венера-10»
    Посадочный аппарат вошел в атмосферу Венеры под углом 22,5° 25 октября в 01:02 по Всемирному времени и в 02:17 коснулся поверхности на скорости около 8 м/с на 15,42° с.ш. и 291,51° в.д., на расстоянии около 2200 км от места посадки «Венеры-9». Посадка также произошла на дневной стороне Венеры в 13:42 по венерианскому солнечному времени, когда зенитный угол Солнца составлял 27°. Поверхность в месте посадки оказалась довольно плоской, но посадочный аппарат сел на неровный скальный массив, отчего наклонился на 8°. Посадочный аппарат все еще продолжал передавать данные, когда спутник уже вышел из зоны приема, сократив время связи до 65 минут. Сам аппарат функционировал дольше.



    Посадочный аппарат «Венера-9»
    Данные научных измерений на этапе входа в атмосферу и спуска
    По измерениям акселерометра были получены данные о плотности атмосферы на высотах от 110 до 76 км. Были проведены прямые in situ-измерения температуры и давления атмосферы от 62 км и до поверхности с высокой точностью, что позволило выявить зоны неустойчивости в нижней атмосфере, в которых профиль температуры отклонялся от адиабатического. Данные светорассеяния, полученные при помощи нефелометра, позволили впервые выявить структуру и свойства облаков: их распределение по высоте, микрофизические характеристики (наличие нескольких мод частиц), их агрегатное состояние и вероятный химический состав.

- Показания нефелометра (облака на высотах от 65 до 49 км),     - коэффициенты экстинкции,     - показания ИК-спектрометра

ВЕНЕРА-9 и ВЕНЕРА-10

    Оказалось, что основные протяженные облака расположены на высотах от 65 до 49 км. Были обнаружены различные облачные слои в атмосфере на высотах от 62 до 57 км, от 57 до 52 км и от 52 до 49 км, содержащие три различные моды частиц размером от 0,5-1 до 5-6 мкм, и переходные зоны между ними. Облака были подобны легкому туману, поскольку содержали капли гораздо меньших размеров, чем обычно на Земле, а дальность видимости достигала примерно километра. Измеренный коэффициент преломления составил 1,46, что гораздо больше, чем у водяных капель и льда, и он согласовывался с величиной, характерной для капель серной кислоты, предположение о наличии которых подкреплялось и высокой сухостью атмосферы. Ниже 49 км и примерно до 25 +/- 5 км простирался существенно менее плотный слой аэрозолей, а от этой высоты и до поверхности атмосфера была в основном прозрачной. С такой структурой атмосферы и облаков согласовывались данные спектрофотометрических измерений, по которым четко определялись области аэрозольного рассеяния и ослабление освещенности с уменьшением высоты в различных областях солнечного спектра. Было обнаружено, что наибольшее поглощение происходит в синей части спектра, поэтому красный свет проникает к поверхности лучше, чем синий, сдвигая спектр в длинноволновую область и окрашивая в оранжевый цвет и небо, и поверхность в отраженном свете.

Художественное представление места посадки на Венеру

ВЕНЕРА-9 и ВЕНЕРА-10

    Другими словами, по мере приближения к поверхности планеты, небо становится все более оранжевым. По данным измерений доплеровского сдвига высокостабильной несущей частоты передатчика бцли построены высотные профили горизонтальной скорости и направления ветра, хорошо согласующиеся с результатами предыдущих аналогичных измерений, и получены оценки турбулентности в атмосфере.
    Детальные исследования химического состава атмосферы на первых посадочных аппаратах, к сожалению, не принесли ожидаемых результатов. Масс-спектрометры не работали в штатном режиме из-за малопригодной процедуры очистки перед запуском и вероятного загрязнения впускной системы облачными частицами. Было определено отношение концентраций молекулярного водорода и двуокиси углерода. Был обнаружен аргон и измерено большое отношение концентраций аргона-36 к аргону-40 и, хотя этот результат был подтвержден в ходе последующих исследований, в то время, из-за сомнения в надежности работы прибора, этот результат не был опубликован. Результаты фотометрии в ближней инфракрасной области, предназначенные для определения относительного содержания в атмосфере водяных паров, оказались ошибочными, что было доказано последующими спектральными исследованиями.

    Данные научных измерений на поверхности
    Температура на поверхности составила 455 +/- 5 °С, давление 85 +/- 3 бар, а измеренная скорость ветра изменялась от 0,4 до 0,7 м/с. Фотометры зарегистрировали подъем пыли во время посадки, но она быстро осела.

Первое в мире 180-градусное панорамное изображение поверхности Венеры, полученное посадочным аппаратом «Венера-9».

ВЕНЕРА-9

    Была снята 180-градусная панорама только с одной стороны аппарата, поскольку крышка, закрывавшая другую камеру с противоположной стороны, не отделилась. Это черно-белое изображение было первым изображением, переданным с поверхности другой планеты. На снимке хорошо виден ровный пейзаж с различными плоскими, очевидно, молодыми угловатыми каменистыми породами без значительных следов эрозии. Часть изображения достигала горизонта, а следов пыли не наблюдалось. По характеру снимка можно было предположить, что «Венера-9» села на крутую осыпь. Освещенность была похожа на земную в средних широтах в облачный летний день, а рассеянный свет не давал тени. Включать лампы подсветки для камер не потребовалось, и они были исключены из дальнейших программ. Видимость стала приятным сюрпризом для ученых, которые, после изучения данных «Венеры-8», предсказывали наличие довольно темной, мрачной и пыльной атмосферы у поверхности, в которой для исследований доступно только ближнее поле. Нечеткость и очевидная близость горизонта на всех изображениях посадочных аппаратов «Венера» была обусловлена большим коэффициентом преломления плотной атмосферы, из-за которой Венера казалась сферическим телом маленького диаметра с горизонтом гораздо ближе 1 километра. Этот феномен аналогичен земным миражам и, вероятно, зависит от высоты положения наблюдателя над поверхностью.

Некоторыми любителями были найдены пленки с необработанными 6-битными данными, по которым они самостоятельно проводили реконструкции. Наиболее известна работа Дона Митчела.     22 октября 1975 года в 8 часов 1З минут 7 секунд московского времени станция коснулась планеты. Температура и давление у поверхности в этом месте составили +460 градусов и 90 атм. В момент посадки сработали пиропатроны, сбросив крышки с телефотометров/контрастомеров, включились галогенные лампы, через 16 секунд развернулись штанги радиационных плотномеров.     И вот, строчка за строчкой, на экране на Земле стал проступать пейзаж неизвестной планеты. Все так волновались за качество панорам, что доступ в комнаты, где их должны были получить, серьезно ограничили. Но когда хорошая, четкая панорама была принята, Селиванову хватило пяти минут, чтобы добежать до группы управления. Позвонили Мстиславу Келдышу «Получена панорама...» Он лежал дома больной, но уже через час приехал в ЦУП.     Рельеф местности, переданный станцией, в который раз не вписывался в строгие академические версии. Ожидали увидеть сглаженный неконтрастный рельеф, а на панораме были видны булыжники с острыми краями. Ожидали наличие тумана - увидели чистую спокойную атмосферу, пыль в которой быстро осела. Ожидали сверхрефракцию - опять же ничего особенного, обычная картинка.     Уровень освещенности оказался таким же, как на Земле в облачную погоду. По панорамам выяснили, что станция села на весьма крутой склон.

ВЕНЕРА-9

В 2014 году Тед Страйк (Ted Stryk) опубликовал еще один вариант обработки панорам с места посадки "Венера-9". Изображение создано путем исправления отдельных изображений в панораме, чтобы показать поверхность с более естественным углом. Художественное представление (пробелы заполнены по аналонии, цвет добавлен на основе данных с Венеры-13).

ВЕНЕРА-9

    Гамма-спектрометр для определения характера поверхностных пород обнаружил содержания калия, урана и тория, характерные скорее для земного базальта, чем для метеоритов. Тот факт, что породы на поверхности отличались от примитивных метеоритов и были более похожи на земные горные породы, указывал на произошедшую тепловую дифференциацию Венеры на ядро, мантию и кору. Отражающая способность поверхности Венеры на пяти длинах волн также согласовывалась с материалом базальтовой природы. По данным измерений при помощи пенетрометра плотность поверхностной породы оказалась в пределах от 2,7 до 2,9 г/см³.

    Посадочный аппарат «Венера-10»

    Данные научных измерений на этапе входа в атмосферу и спуска
    По данным измерений при помощи акселерометра на посадочном аппарате «Венера-10» была определена плотность атмосферы в диапазоне высот от 110 до 63 км. Данные прямых измерений давления и температуры при спуске позволили уточнить высотные профили давления и температуры, согласно которым их значения составили 33 бар и 158 °С на высоте 42 км, 37 бар и 363 °С на высоте 15 км и 91 ± 3 бар и 464 °С на поверхности. Были проведены измерения состава на двух уровнях в атмосфере, получены высотные профили уровня освещенности в пяти спектральных интервалах от высоты 62 км до поверхности, исследована структура, микрофизические свойства и состав облаков. Все эти измерения оказались в отличном согласии с данными измерений на посадочном аппарате «Венера-9». Было подтверждено существование трех слоев облачности и переходных зон между ними, наличие в облаках трех мод частиц микронных размеров, вероятность сернокислотного состава частиц, протяженность облаков по высоте свыше 15 км с нижней границей на высоте 49 км и наличие подоблачной дымки до высоты 25 км. По данным доплеровских измерений был построен высотный профиль горизонтальной скорости и направления ветра во время спуска, а анемометр измерил скорость ветра на поверхности. Результаты, полученные разными методами, полностью совпали. Отличное согласие данных всех измерений, выполненных обоими посадочными аппаратами «Венера-9» и «Венера-10», позволило сделать вывод о стабильности атмосферы и облаков и, в частности, устойчивого характера атмосферной конвекции и турбулентности.

    Данные научных измерений на поверхности
    Как и в случае «Венеры-9», крышка одной из камер не отделилась, поэтому посадочный аппарат «Венера-10» также передал только одно черно-белое панорамное изображение поверхности в месте посадки, охватывающее 180° ***. Поверхность на панораме «Венеры-10» оказалась более гладкой с большим числом сильно эродированных камней в форме блинов, с внедренными в них следами лавы или других выветренных пород. Хорошо просматривался горизонт, в атмосфере не наблюдалось следов пыли.

ВЕНЕРА-9 и ВЕНЕРА-10

*** Оба аппарата «Венера-9,-10» реально проработали на поверхности около часа, и передача прекратилась из-за выхода ретранслятора из зоны приема, а не из-за отказа оборудования. Каждый из аппаратов передал одну полную панораму и фрагмент (около половины) второй в режиме обратного хода. Передача телеметрии от остальных приборов шла по тому же каналу, что и передача изображения (периодические телеметрические врезки). Часть врезок устранялась наложением панорам. Современные методы обработки позволили несколько увеличить разрешение съемки, особенно в перекрывающихся частях панорам.

ВЕНЕРА-9 и ВЕНЕРА-10

180-градусное панорамное изображение, полученное посадочным аппаратом «Венера-10»

ВЕНЕРА-10

    Как и на «Венере-9», фотометры зарегистрировали некоторое количество пыли, поднятой при посадке, но она быстро осела. По данным панорамной съемки и измерений фотометров на обоих посадочных аппаратах было определено альбедо поверхности, которое оказалось равным 0,06. Скорость ветра у поверхности планеты составила от 0,8 до 1,3 м/с.

Некоторыми любителями были найдены пленки с необработанными 6-битными данными, по которым они самостоятельно проводили реконструкции. Наиболее известна работа Дона Митчела.     Спускаемый аппарат «Венеры-10» сел на планету 25 октября. Пейзаж, переданный «Венерой-10», от места посадки «Венеры-9» отличался кардинально - гладкий, зализанный вулканический рельеф, покрытый пылью. Это было уже куда ближе к представлениям планетологов. Со спускаемым аппаратом «Венеры-10» удалось поддерживать связь 65 минут, с «Венерой-9» - 53 минуты. После этого пролетные блоки ушли за местный горизонт. Температура и давление в приборных отсеках оставались в норме, и, скорее всего, спускаемые аппараты проработали еще не один десяток минут.

ВЕНЕРА-10

В 2014 году Тед Страйк (Ted Stryk) опубликовал еще один вариант обработки панорам с места посадки "Венера-9". Изображение создано путем исправления отдельных изображений в панораме, чтобы показать поверхность с более естественным углом. Художественное представление (пробелы заполнены по аналонии, цвет добавлен на основе данных с Венеры-13).

ВЕНЕРА-9

    Данные гамма-спектрометра и отражательная способность поверхности позволили предположить, что она сложена базальтами. Очевидно, оба посадочных аппарата оказались на молодых вулканических щитах с лавой, близкой по составу к толеитовым базальтам, которые характерны для зон спрединга на океаническом ложе Земли. Пенетрометр измерил плотность поверхности в пределах от 2,7 до 2,9 г/см³, как и в месте посадки «Венеры-9». Породы поверхности Венеры оказались плотнее, чем на Луне или Марсе.

Сверху оригинальные панорамы от посадочных аппаратов "Венера-9" и "Венера-10". ИППИ АН СССР.     Снизу топографическая схема мест посадки. Масштаб 1:50. ЦНИИ геодезии, аэросъемки и картографии.

ВЕНЕРА-9 и ВЕНЕРА-10

    Спутники «Венера-9» и «Венера-10»
    После завершения работы со спускаемыми аппаратами орбитальные модули совершили еще более ста витков вокруг Венеры, проведя обширную программу исследований. Панорамные камеры орбитальных аппаратов передали изображения Венеры общей протяженностью 1200 км с использованием различных светофильтров, чтобы можно было обнаружить структуру облаков и некоторые особенности поверхности, хотя последние плохо различимы. Панорамные камеры (сканеры) включались при прохождении перицентра (высоты более 1500 км) на 40 мин. Частота сканирования - 2 строки в секунду, т. е. характерная длина панорамы около 4000 пикселей. Вертикальное разрешение - 256 или 512 точек, в зависимости от режима передачи. В исходном виде, таким образом, панорамы сильно анизотропны: курсовое разрешение порядка сотен метров на пиксель, вертикальное - 3 км на пиксель и более. Всего панорамы снимались в 17 проходах. Режим высокого разрешения (512 точек) использовался только один раз - при повторной передаче панорамы 26.10.1975. Использовался преимущественно только УФ-сканер, так как оказалось, что передача панорамы, снятой с фиолетовым фильтром, не дает существенной дополнительной информации. Съемка производилась с интервалами 2-4 суток.

Изображение планеты Венера, смонтированное на основе снимков орбитального аппарата «Венера-9»

ВЕНЕРА-9

    Помимо получения изображений облаков в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах, исследования включали в себя также радиометрические, фотометрические, фотополяриметри-ческие и спектрометрические измерения на ночной и дневной сторонах планеты (оси визирования большинства оптических приборов были совмещены, и их данные обрабатывались совместно, что существенно повысило научную ценность измерений). Данные орбитальных измерений позволили предположить, что основание облаков находится на высоте от 30 до 35 км, а облака разделяются на три слоя, в согласии с прямыми измерениями. Однако более полные данные со спутников были получены о надоблачной дымке, расположенной выше основных облаков на уровне 64 км, с которого начались измерения при спуске посадочных аппаратов. В дневное время температура верхнего слоя облаков была -35 °С, а ночью примерно на 10 °С выше. Было обнаружено, что в ночное время атмосфера светилась в видимом диапазоне в полосах, которые, как показали дальнейшие исследования, оказались системой полос молекулярного кислорода. Эта система не возбуждается в земной атмосфере благодаря низкой концентрации двуокиси углерода.

Орбитальный аппарат «Венера-9» был первым искусственным спутником Венеры и провел первый долгосрочный обзор структуры и динамики облаков.     17 облачных панорам были переданы на Землю с 26 октября по 25 декабря.

ВЕНЕРА-9

    Спектрометр собственного свечения атмосферы на «Венере-9» обнаружил свидетельства молний на ночной стороне, что не было, однако, подтверждено измерениями «Венеры-10». Измерения спектра отражения облаков в инфракрасном диапазоне от 1,7 до 2,8 мкм дали информацию об аэрозольной шкале высот около их верхней границы, а данные широкополосной интерферометрии в инфракрасном диапазоне от 8 до 28 мкм позволили сделать вывод о том, что поток уходящего излучения систематически выше на ночной, чем на дневной стороне планеты. Измерения солнечного излучения, рассеянного водородной короной, окружающей Венеру, в линии Лайман-альфа, включая анализ ширины линии, дал оценку температуры атмосферы в основании экзосферы 450 °С.
    Штатная радиоаппаратура использовалась в экспериментах по радиопросвечиванию атмосферы. В октябре-ноябре 1975 и в марте 1976 года было выполнено 50 сеансов измерений на двух длинах волн, 8 и 32 см и были получены высотные профили температуры и давления атмосферы на высотах от 40 до 80 км. Были выявлены детали ионосферы на ночной стороне и обнаружено существование суточных вариаций электронной плотности. Проводилось изучение плазменного окружения вокруг Венеры. Было обнаружено много особенностей взаимодействия солнечного ветра с ионосферой. Собственного магнитного поля у планеты найдено не было. Тем не менее, взаимодействие солнечного ветра с ионосферой порождало магнитный плазменный хвост. Эксперимент по бистатической радиолокации позволил построить карту пятидесяти пяти полос на поверхности Венеры от 100 до 200 км в ширину и от 400 до 1200 км в длину вблизи краев видимого диска, при горизонтальном разрешении порядка 10 км. Предварительно были получены одномерные профили рельефа с разрешением от 20 до 80 км, а дальнейшая обработка данных «Венеры-10» выявила двумерную локальную топографию пяти регионов с разрешением от 5 до 20 км.

Место посадки "Венера-9" и "Венера-10".     Забегая немного вперед... на карте показаны места посадки всех удачных миссий спускаемых аппаратов.

ВЕНЕРА-9 и ВЕНЕРА-10

    Таким образом, первые космические станции «Венера-9» и «Венера-10», вышедшие на орбиту Венеры и ставшие первыми спутниками этой планеты, оснащенными разнообразным комплексом научных приборов, смогли провести долговременные наблюдения венерианской атмосферы и околопланетного пространства. Их посадочные аппараты отработали просто великолепно, передав первые изображения поверхности планеты и выполнив обширный комплекс уникальных научных измерений в атмосфере, облаках и на поверхности планеты. Эти программы продолжили непрерывную цепочку успехов по исследованию Венеры, начатую «Венерой-4» в 1967 году, протянувшуюся вплоть до «Венеры-16» в 1983 году и завершившуюся двумя пролетными программами «Вега» в 1985 году. В мировой истории планетных исследований прямыми методами это, вероятно, самая успешная и самая результативная исследовательская программа.