МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМИТЕТ
ПО ПРОЕКТУ "ВЕНЕРА-ГАЛЛЕЙ"


ОПИСАНИЕ И НАУЧНЫЕ ЗАДАЧИ МЕЖДУНАРОДНОГО ПРОЕКТА
«ВЕНЕРА-ГАЛЛЕЙ»
(1984-1986 гг.)


картина художника Г.Нарбута
"Комета. 1910"

Настоящее издание представляет собой развернутое описание проекта "Венера-Галлей".

В подготовке материала принимали участие специалисты Австрии, НРБ, ГДР, ВНР, ПНР, СССР, Франции, ЧССР и ФРГ (Общество им. М.Планка).

Издание осуществляется на двух языках: русском и английском и призвано ознакомить с проектом широкую научную общественность.

В первую четверть века космических исследований была прове­дена своего рода рекогносцировка внутри Солнечной системы. Главное внимание при этом обращалось на крупные тела - планеты и их большие спутники: были осуществлены встречи, посещения или облет с помощью космических аппаратов всех планет Земной группы вплоть до Меркурия, а также двух планет-гигантов - Юпитера и Сатурна - с системой их спутников.

Сейчас интересы исследователей обратились и к совершенно другому классу объектов Солнечной системы - к малым телам (ко­метам и астероидам). Дело в том, что из-за малой массы комет и их значительной удаленности от Солнца они могли на длительное время законсервировать в себе "первозданное" вещество исход­ной газово-пылевой туманности, из которой образовалась Солнеч­ная система, и тем самым сохранить очень важную информацию о начальной стадии ее формирования,

Обсуждалось много проектов исследования малых тел. В част­ности, американскими специалистами по небесной механике были сделаны расчеты, согласно которым можно так подобрать баллис­тическую траекторию космического аппарата, чтобы за несколько оборотов вокруг Солнца он встретился, например, с десятком астероидов и тем самым с близкого расстояния можно было бы получить новые данные об этих небесных телах. Но астероид, помимо того что является холодным телом, не имеет также газовой и пылевой компонент, - обязательных в случае кометы ж поз­воляющих получить уникальную информацию, вплоть до элементно­го и даже изотопного состава пылинок, входящих в состав кометных атмосфер. (Конечно, при этом возникает очень сложная задача защиты аппарата от летящих с огромными скоростями частиц массой до 1 г). Кроме того, комета вызывает мощные возмущения в окружающей межпланетной плазме (солнечном ветре), а астероид такого возмущения не создает.

Поэтому на сегодня весь опыт, накопленный при исследовании Солнечной системы, позволяет поставить очень интересную програм­му дальнейших экспериментов,одним из этапов которой явится экспедиция к комете Галлея. Это довольно активная периодическая комета. Ее очередное посещение Солнечной системы произойдет в 1986 г.

Но, конечно, "кометчики" мечтают о том времени (на это, как мне кажется, потребуется еще примерно десяток лет), когда космический аппарат может совершить такой маневр, который поз­волил бы не просто на громадной скорости проскочить мимо коме­ты, но сблизиться с ней на очень малой скорости, быть может, зайти в хвост кометы и медленно приблизиться к ее ядру. Тогда столкновения с пылью уже не будут представлять большой опас­ности, поскольку скорость движения аппарата относительно коме­ты будет невелика, около 1 км/с.

Однако все сказанное отнюдь не означает,что уже нечего делать в области исследования планет. Мне кажется, нужно про­должить глубокую разведку тех больших тел Солнечной системы, мимо которых еще не пролетали автоматы. Это, безусловно, инте­ресное направление. В то же время очень важно сохранить в каче­стве "космического полигона длительного использования" те объекты, которые мы уже начали серьезно изучать. Одним из та­ких полигонов стала Венера. Я уже не говорю о нашей ближайшей соседке - Луне. Думаю, тот перерыв, который возник в последнее время в ее исследованиях, - это просто некоторый промежуток времени, необходимый, чтобы собраться с силами и по-новому продолжить ее изучение.

А вот Венера уже стала таким космическим полигоном для климатологов и метеорологов, получивших еще одну модель, на которой можно "обкатать", проверить сложные теории взаи­модействия солнечного излучения с атмосферой, теплового ба­ланса атмосферы и возникающих вследствие этого мощных гидроди­намических движений (циркуляции) в атмосфере.

С другой стороны, после успешного полета "Венеры-13-14,-15 и 16" Венера стала полигоном для геологов и геохимиков: получены не только панорамы поверхности планеты, но проведен конкретный геохимический анализ ее вещества. Это также крайне важно, поскольку в последние десятилетия были созданы глобальные модели образования земной коры, формирования ее минерального состава. Теперь необходимо понять, как в эту общую концепцию впишутся условия на Венере. Тем самым мы лучше разберемся в том, что происходит на Земле.

Я думаю, этими двумя путями - изучением малых и больших тел Солнечной системы - и пойдет развитие космических исследо­ваний в ближайшее время.

Академик Р.З.Сагдеев


ВВЕДЕНИЕ

Б 1985-1986 гг. представляется уникальная возможность сов­местить полет к комете Галлея с облетом планеты Венера и вы­вести космический аппарат (КА) на траекторию полета к комете Галлея в результате гравитационного маневра в поле тяготения Венеры.

Космический аппарат, выводимый на траекторию полета к планете Венера, по своей конструкции состоит из двух частей: спускае­мого и пролетного аппаратов. Спускаемый аппарат предназначен для исследования Венеры, а пролетный - для исследования кометы Галлея. Такая схема полета реализуется в Международном проек­те "Венера-Галлей" (BEГA), разрабатываемом Советским Союзом на широкой международной основе. В подготовке научной програм­мы проекта участвуют специалисты Австрии, Болгарии, ГДР, Венгрии, Польши, СССР, Франции, Чехословакии и ФРГ (общество им. Макса Планка). Его координация осуществляется Международным научно-техническим комитетом, возглавляемым научным руководи­телем проекта академиком Р.З.Сагдеевым.

В декабре 1984 г. с советского космодрома Байконур стартуют две космические ракеты, на борту каждой из которых установлен космический аппарат ВЕГА.

Таким образом, на траекторию полета к планете Венера выво­дятся два независимых космических аппарата ВЕГА с целью большей надежности осуществления научной программы исследований,

В июне 1985 г. при подлете к Венере от космического аппа­рата ВЕГА отделяется спускаемый аппарат, который входит в атмосферу Венеры и совершает посадку на ее поверхность.

В процессе спуска на заданной высоте от спускаемого аппарата отделяется аэростатный зонд, совершающий затем дрейф в атмосфере Венеры.

Пролетный космический аппарат продолжает свое движение, и с помощью его радиосистем осуществляется передача данных на Землю во время работы научных приборов, установленных на спускаемом аппарате.

После этого в результате гравитационного маневра и соот­ветствующих коррекций пролетный аппарат направляется для встре­чи с кометой Галлея, которая состоится 6-12 марта 1986 г.

Предполагается, что пролет космического аппарата произойдет на расстоянии 10 тыс. километров от ядра кометы с подсолнечной стороны.

На аэростатном зонде для приема научной информации устанав­ливается специальный передатчик VLBI, работавши на длине волны 18 см. Его сигналы будут приниматься сетью назем­ных радиотелескопов, расположенных как на территории СССР, так и в других странах.

Такой же передатчик устанавливается на борту пролетного аппарата для более надежного определения траектории его дви­жения.

В целом проект ВЕГА предназначен для решения трех основных задач:

- исследование атмосферы Венеры, особенно ее облачного слоя, и изучение поверхности планеты;

- изучение циркуляции атмосферы Венеры и ее метеорологических параметров;

- исследование кометы Галлея. Исследование кометы имеет цель:

- определить физические характеристики ее ядра (размер, форму, свойства поверхности, температуру);

- изучить структуру и динамику околоядерной области комы;

- определить состав газа в околоядерной области (проблема "родительских" молекул);

- определить состав пылевых частиц и их распределение по массам на различных расстояниях от ядра;

- изучить взаимодействие солнечного ветра с атмосферой и ионосферой кометы.

Трехосная система ориентации пролетного аппарата имеет точность около 1°. Он располагает двумя радиолиниями передачи информации со скоростью 65536 и 3072 бит/с. На борту пролетного аппарата находятся следующие специальные системы:

- автоматическая стабилизированная платформа;

- блок управления научной аппаратурой;

- блок логики и сбора информации.

Основная часть научной аппаратуры (оптический комплекс, включая телевизионную систему), которая требует точного наве­дения на комету, устанавливается на платформе, остальные научные приборы размещаются на корпусе аппарата.

Для обеспечения работ по проекту ВЕГА была разработана инженерная модель кометы Галлея, которая определяет диапазон физических параметров влияющих на функционирование используемых технических средств, и явля­ется основополагающей при их проектировании.

Наиболее важны в инженерной модели два вопроса:

1) характеристики кометы как оптической цели, на которую наводятся приборы платформы;

2) характеристики пылевой комы с точки зрения опасности повреждения космического аппарата и приборов ударами частиц кометного вещества, на­ходящегося в конденсированной фазе.

При разработке инженерной модели кометы Галлея за основу были взяты следующие представления:

1) ядро кометы является консолидированным телом (типа, астероида) с преобладанием или значительным содержанием летучих, среди которых глав­ным компонентом является лёд Н₂О; имеются также тугоплавкие вещества (металлы, силикаты), которые полностью или частично находятся в мелкораздробленном состоянии;

2) под действием солнечного излучения из ядра летучие испаряются и образуются потоки газа, увлекающие за собой твердые частицы тугоплавкого вещества; не исключено,что могут увлекаться и ледяные частицы.

Ниже приводятся основные положения инженерной модели, касающиеся ее оптических характеристик кометы, а пылевая кома рассматривается в гл. II.

Под действием лучевого давления потоки газа и пыли, направленные пер­воначально по радиусу от ядра, отклоняются и заполняют вытянутый объем, ограниченный поверхностью, которая в первом приближении имеет форму парг болоида. Газ и пыль рассеивают солнечное излучение. Спектральные и фото­метрические характеристики рассеянного излучения позволяют оценить сос­тав и количество вещества в коме и хвосте. Фотометрическая информация о комете Галлея, полученная при предыдущих прохождениях перигелия, очень ограниченна это интегральная визуальная звездная величина в функции расстояния от Солнца. Тем не менее, комбинируя эту информацию с данными о других кометах и базируясь на описанных ваше основных представлениях, можно получить ряд важных количественных оценок, описывающих необходимые для инженерной модели физические параметры, такие как распределение яркости в коме и плотность пылевых частиц различных размеров.

В конце 1982 г. были проведены первые наблюдения кометы Галлея в ее нынешнем появлении. Они позволили определить звездную величину ядра и произведение квадрата радиуса на альбедо. Этот параметр равен R²р = 1,35 ± 0,15 км². Прини­мая альбедо р = 0,2^+0,2_-0,1, имеем оценку радиуса R = 2,6 ^{+ 1,1}_-0,8 км.

Рекомендуемая с учетом этих данных звездная величина ядра при расстоянии до Солнца 0,82 а.е. (на котором произойдет встреча) и до космического аппарата 10⁶ км равна m_n =6^m,0 ± 0,3.

Эта величина относится к длине волны 0,7 мкм (эффективная длина волны ТВ- камеры и датчиков наведения) и углу фазы 110°, который будет иметь место при расстоянии 10⁶ - 10⁷ км. Пред­полагается, что ядро имеет сферическую форму и по угловым характе­ристикам отражения аналогично лунной поверхности.

Диапазон спектра, рекомендованный для фотографирования ядра (0,63 - 0,76 мкм), был выбран исходя из того, что в нем известные газовые эмиссии комет наименее интенсивны и, следо­вательно, можно здесь ожидать максимального контраста ядро/ко­ма.

Распределение яркости в коме вычислялось для двух групп моделей. В моделях группы "А" предполагается, что потоки газа и пыли расходятся от ядра равномерно во все стороны. В моделях группы "Б" сохранялось то же предположение для газа, а для пыли вводилась гипотеза, что потоки ее уходят только с дневной стороны и величина их пропорциональна косинусу угла между нормалью к поверхности ядра и направлением на Солнце. Учитывалось, что скорости пылинок в радиусе < 100 км от ядра постепенно возрастают с увеличением расстояния до него.

Одним из наиболее важных вопросов фотометрической модели является контраст ядро/кома. Под контрастом понимается величи­на

где B₁ - яркость ядра на лимбе; B₂ - яркость комы вблизи лимба, но внутри видимой границы ядра; В₃ - то же вне видимой границы ядра. Ожидаемый контраст (при угле фазы 0°) находится в преде­лах 1,5 < К < 37 в зависимости от конкретных параметров моделей. Учитывая полное отсутствие наблюдательных данных о строении комы на расстояниях меньше 10 км от ядра, нижний предел К определяется неуверенно. Поэтому рекомендуется обеспечить максимально возможную контрастную чувствитель­ность при фотографировании ядра.

Неоднородное испарение на поверхности ядра и нестационарность этого процесса во времени приводят к появлению ярких облаков, "стримеров", оболочек. Эти эффекты описываются при помощи некоторой статистической модели, параметры которой основаны на анализе фотографий кометы Галлея, полученных в 1910 г.

Имеется эмпирическая зависимость между визуальной звездной величиной кометы и величиной потока газа с поверхности ядра (он определяется по наблюдениям в линии Лайман-альфа). Приме­няя ее к комете Галлея, можно получить полный поток водородных атомов:

Предполагается, что во внутренней части комы газ состоит на 90% из Н₂О. Численная плотность молекул на расстоянии 10000 км от ядра оценивается в 2 · 10⁵ см^-3, массовая — 10^-17 г·см^-3. Эта плотность достаточно низка, чтобы не повлиять на движение космического аппарата.

Пылевая атмосфера кометы возникает в результате ускорения пылевых частиц газом, сублимирующимся с поверхности ядра коме­ты. Полную массу газа, испаряющегося с поверхности ядра кометы Галлея, можно получить с помощью данных фотометрических наблю­дений кометы. По различным оценкам эта величина лежит в интер­вале от

Типичная функция распределения пылинок по размерам имеет вид

где a - радиус пылевой частицы, спектральный индекс u для кометы Галлея составляет величину 4 ≤ u ≤ 4,2.

Решения уравнений для расширящегося газа и пыли кометы ана­логичны решениям для солнечного ветра: в этом случае гравита­ционная сила, действующая на газ со стороны Солнца, должна быть заменена силой трения между газом и пылью.

По аналогии с решением для солнечного ветра можно построить решение, в котором газ, имея сначала дозвуковую скорость, затем непрерывно ускоряется до сверхзвуковой скорости. На расстоя­нии свыше сотни километров от ядра лежит область, где газ и пыль расширяются с постоянными скоростями.

На рис.1 представлены результаты расчетов терминальной ско­рости пылевых частиц как функции их размера a. Для малых час­тиц (радиус a ≤ 1 мкм) терминальная скорость максимальна и приближенно равна 0,7 V_g ( V_g - терминальная скорость газа). Для больших размеров она уменьшается приблизительно как 1/a^1/2

РИС. 1.

Во многих пылевых моделях для терминальной скорости пыли используется упрощенная формула, которая приближенно совпада­ет с результатами численного моделирования:

- масса пыли, высвобождаемой с кометы в единицу времени на расстоянии 0,8 а.е. от Солнца; ρ_d (г·см^-3) - плотность пы­линок. Можно предположить, что однородный почти изотропный (в пределах 2π стерадиан) поток пылевых частиц, движущихся с пос­тоянной скоростью, является удовлетворительной моделью для описания реальной ситуации на этих расстояниях.

При своем дальнейшем движении пылевые частицы отбрасывают­ся обратно в хвост радиационным давлением Солнца, так что их траектории заполняют параболоид вращения (рис.2), который определяется следующим уравнением:

РИС. 2.

Параметр - ускорение, обусловленное радиационным давлением,

Для достаточно больших частиц пыли параметр Е не зависит от плотности и размеров пылинок, так как при этом как ускоре­ние, обусловленное радиационным давлением, так и квадрат скорости пылинки V² обратно пропорциональны параметру ρ_da. Величина Е для таких частиц составляет 6·10⁴ км. Зависимость Е от a становится существенной для пылинок с массами m< 10^-8 г (при ρ_d ≈ 1 г·см^-3 ). Наименьшие значения Е достигаются для очень малых пылинок с массами в интерва­ле от 10^-11 до 10^-14 г, для которых становится существенным резонансное увеличение рассеяния света вследствие того, что их размеры сравнимы со световой длиной волны (резонансы М_u ). Минимальное значение Е сильно зависит как от пылевого пото­ка, так и от рассеивающих свойств пылевых частиц и может быть меньше 10⁴ км, так, что вопрос о попадании частиц с массами 10^-14 ≈ 10^-11 г на аппарат, проходящий на мини­мальном расстоянии r_мин = 10⁴ км от кометы, остается, в принципе, открытым.

Для иллюстрации на рис.3, 4 приведены результаты вычисле­ний Q_pr и величин апексов Е для частиц малых размеров. Ре­зультаты сильно зависят от материала пылинки, однако ясно, что, по крайней мере, малые частицы с Q≈0,5 мкм не будут стал­киваться с аппаратом. В то же самое время внутри параболоида существует постоянный поток пыли на аппарат, состоящий из пылевых частиц больших размеров.

РИС. 4.

Таблица I

Полное количество ударов пылинок в заданном интервале масс или размеров о поверхность аппарата площадью 1 м2, а также глубин образующихся кратеров

В табл.1 приведены числа больших частиц с массами m > 10 г попадающих на 1 м² поверхности аппарата за все время пролета.

Площадь защищаемой поверхности аппарата (без солнечных пане­лей) составит величину ≈ 5 м². Если исходить из условия, что защита должна обеспечить выживаемость аппарата с вероятностью 90%, то, как это следует из табшцы, экраны должны быть рас­считаны таким образом, чтобы защищать аппарат от частиц с мас­сами, большими 10^-3г (полная вероятность столкновения с аппа­ратом больших частил не превышает 10%).

Вычисления толщины пылевого экрана основаны на различных эмпирических выражениях для глубины кратера, образующегося при ударе пылинки об экран. Наиболее реалистической является оценка глубины кратера, основанная на энергетическом рассмотре­нии: кинетическая энергия пылинки, ударяющейся об аппарат (v₀ =78 км/с - скорость аппарата), уходит на испа­рение материала экрана внутри конического кратера глубиной d и радиусом основания . В этом случае глубина кратера, образованного в полубесконечном экране при ударе пылинки, равна

Из (7) следует, что использование одного экрана реально не обеспечивает требуемую защиту, так как в этом случае для задержания частиц с массой не более 10^-3 г необходимо иметь экран толщиной 1 см. Более разумным является использование защиты

РИС. 5.

Испаренное вещество экрана и пылинки будут образовывать плазменную струю, истекающую из кратера. Полный импульс струи превосходит импульс пылинки в η раз. Значение η является функцией отношения размера пылинки к толщине экрана, и его мак­симальная величина приблизительно равна 5.

Образование струй приводит к тому, что возмущающее действие пылевого потока на аппарат будет значительно превосходить воздейст­вие газа.

Для условий проекта "Венера-Галлей" импульс, передаваемый аппа­рату в единицу времени непосредственно пылевым потоком, определяется следующим соотношением:

Фотоионизация газа, истекающего из ядра кометы, создает вокруг ядра плазменную оболочку, состоящую из ионизованных молекул и радикалов. Эта оболочка расширяется вместе с газом до тех пор, пока набегающий на комету солнечный ветер не останавливает расширение. Как и в случае взаимодействия солнечного ветра с ионосферой Венеры, мы ожидаем, что в сверхзвуковом потоке солнечного ветра перед кометой возникнет отошедшая ударная волна, а дозвуковое течение солнечной плазмы за ударной волной будет отделено от расширяющейся кометной ионосферы контактной поверхностью или ионопаузой. Однако масштабы области обтекания, картина которой схематически дана на рис.6, оказываются грандиозными. Последнее связано с тем, что за характерное время фотоионизации τ =3·10⁶ с расширяющаяся со скоростью V_g-1 км/с нейтральная атмосфера кометы успевает уйти на несколько миллионов километров. Поэтому уже на столь боль­ших расстояниях солнечный ветер "нагружается" тяжелыми фотонона­ми кометного происхождения и начинает постепенно тормозиться. Хотя переход от сверхзвукового к дозвуковому течению не может происхо­дить непрерывно и, следовательно, перед кометой все равно возникает ударная волна, параметры последней оказываются совсем непохо­жими на таковые для околопланетных ударных волн. Из-за предвари­тельного торможения плазмы число Маха на ударной волне снижается

В основу схемы полета космического аппарата "Венера-Галлей" положена, уникальная возможность осуществить полет к комете Галлея с пролетом и гравитационным маневром около планеты Венера. Именно эта возможность и создала условия для разработки косми­ческого аппарата, предназначенного для решения трех главных задач:

- продолжение научных исследований в атмосфере и на поверхнос­ти Венеры с помощью посадочного аппарата;

- проведение принципиально новых, сравнительно длительных экспериментов в атмосфере Венеры с помощью плавающего аэростат­ного зонда;

- комплексное исследование кометы Галлея с пролетной траекто­рии, включая получение телевизионных изображений ее ядра с рас­стояния порядка 10 тыс.км.

Совершенно очевидно, что каждая из перечисленних задач выдви­нула свои требования к схеме полета.

На спускаемый аппарат (СА) вместе с доставляемыми им аэростат­ным зондом (AЗ) и посадочным аппаратом были наложены ограничения по скорости и углу входа в атмосферу Венеры. Кроме того, для СА бы­ли сформулированы определенные требования к району посадки.

Необходимость слежения наземными радиоинтерферометрическими станциями за трассой аэростатного зонда в атмосфере планеты и приема передаваемой с него на Землю научной информации потребова­ла, чтобы аэростатный зонд вместе с СА входил в атмосферу на видимой части диска Венеры, и AЗ оставался на ней в течение всего времени дрейфа. Необходимость обеспечения одно,- двухсуточ­ного плавания AЗ потребовала, чтобы точка входа была как можно дальше от подсолнечного меридиана, где из-за неблагоприятных условий AЗ может прекратить свое существование.

Так как спускаемый аппарат может передавать значительный объем информации на Землю только через ретранслятор, то к траектории пролетного аппарата (ПА), который исполняет эту роль, предъявляются самые противоречивые требования. С одной стороны, он должен обеспечить наведение СА вместе с AЗ (не имевших собственных систем управления для полета в космосе) в атмосферу Венеры с заданными условиями входа. С другой стороны, он не должен входить в атмосферу и, более того, в процессе спуска СА и работы его на поверхности пролетному аппарату необходимо совершенно определенным образом двигаться в зоне связи со спускаемым аппа­ратом. Но при этом условии ПА не выходит на траекторию, обеспе­чивающую встречу с кометой и поэтому нуждается в дополнительном активном маневре после пролета Венеры. Кроме того, все указанные требования должны выполняться для двух практически идентичных космических аппаратов, запускаемых с целью дублирования. Это влечет за собой дополнительные ограни­чения, связанные с запуском и управлением полетом двух КА .

Выбор траекторий должен осуществляться по комплексному крите­рию, позволяющему найти компромиссное решение.

Следует учитывать также, что большой объем задач потребо­вал дополнительных резервов массы для научной аппаратуры, что, в свою очередь, переросло в требование минимальных энергетических затрат на выведение и все последующие ма­невры: две коррекции при полете от Земли до Венеры, маневр ПА после разделения с СА за двое суток до подлета к планете для увода его на пролетную траекторию и обеспечения условий связи с СА и трех коррекций на участке полета от Венеры до встречи с кометой Галлея. На последние три коррекции следует обратить особое внимание. Это вызвано тем, что полет впервые будет осуществляться к небесному телу, параметры движения которого в момент старта КА еще не будут известны с требуемой точностью. Поэтому намечена обширная программа уточнения координат кометы по наземным наблю­дениям уже в ходе полета космических аппаратов. При этом будет производиться обработка наблюдений кометы в 1984/1986 гг. в срав­нении с наблюдениями 1910, 1835, 1759 и 1682 гг., и на основе анализа полученных уточнений будут приниматься решения о проведе­нии каждой из трех указанных коррекций. Уточнению координат кометы предшествовала огромная подготовительная работа. Так, в США была проведена обработка более 800 измерений 1910, 1835, 1759 гг. и создана теория движения кометы Галлея. Аналогичная работа была проведена и в СССР.

Наблюдения кометы Галлея в 1982 г. показали достаточно хоро­шее согласование разработанных теорий с данными ее движения.

С учетом всех требований предлагается следующая схема поле­та космического аппарата "Венера-Галлей".

Многоступенчатая ракета-носитель выводит КА вместе с разгон­ной ступенью на промежуточную низкую орбиту ИСЗ, на первом же витке которой в заданный момент включается разгонная ступень и КА переводится на траекторию полета к Венере (рис.8).

На большей части участка перелета Земля - Венера (рис.9) ап­парат осуществляет полет, ориентируясь с помощью солнечного дат­чика панелями солнечных батарей на Солнце. Положение двух других осей не контролируется. В запланированные моменты времени перед

РИС.9.

Вблизи планеты, после того как завершено наведение, за двое суток до входа, СА и ПА разделяются и ПА осуществляет маневр уво­да на пролетную траекторию для создания наилучших условий ретрансляции сигналов с СА (рис.10).

Одновременно ПА излучает сигналы на волне 18 см, выполняя функции репера, относительно которого по интерферометрическим измерениям оправляются координаты AЗ.

AЗ после отделения от СА развертывает и надувает оболочку и начинает полностью автономный полет в атмосфере на высоте 53 км. Произведя метеорологические измерения, AЗ периодически передает полученную информацию на Землю на волне 18 см (система. VLBI). Радиосигналы этого же диапазона используют­ся для проведения дифференциальных интерферометрических измере­ний, имеющих целью определение текущих координат AЗ. В этих измерениях предполагается участие как советских, так и зарубежных станций слежения.

После завершения операций у Венеры и формирования достаточно протяженной мерной базы для послеполетного уточнения траекторных параметров ПА, используемых для определения координат AЗ, через 2-4 недели после пролета Венеры траектория ПА коррек­тируется и начинается полет по орбите, обеспечивающей в номи­нальном случае встречу с кометой Галлея (рис.II).

РИС. 10.

Кроме этой коррекции, как уже отмечалось выше, планируется проведение еще двух коррекций: в середине перелета и за 2-4 неде­ли до подлета к комете. После проведения последней коррекции автоматическая стабилизирующая платформа (АСП-Г) разворачивается в рабочее положение и производятся проверки и калибровка установленной на ней аппаратуры и в первую очередь, телевизионной системы (ТВС). Отдельные проверки возможны и при нахождении АСП-Г в транспортном положении.

РИС. 11.

За двое (14 млн.км), одни (7 млн.км) сутки и в момент встре­чи с кометой проводятся соответственно 1-, 2- и 3-й сеансы научных исследовании кометы.

Кинематика движения вблизи комета показана на рис.12.

В ходе полета около кометы АСП-Г, используя телевизионную камеру в качестве датчика кометы и бортовую ЭВМ с алгоритмом уточнения движения центра масс кометы Галлея и отдельных параметров движения ПА вокруг центра масс, осуществляет авто­матическое слежение за кометой и обеспечивает этим точное наве­дение всех установленных на АСП-Г научных приборов на ее ядро.

РИС. 12.

Точность измеренных с близкого расстояния координат кометы при­мерно на два порядка выше точности этих координат, полученных по обработке наземных наблюдений.

Общая схема полета и основные его параметры представлены на рис 13.

Станция ВЕГА (рис.14) включает в свой состав пролетный и спускаемый аппараты.

Специфические условия исследования кометы Галлея, а именно, пролет сквозь кому кометы на расстоянии ~ 10 тыс.км от ее ядра, влекут за собой значительные изменения в конструкции станций серии "Венера", направленные, в первую очередь, на повышение живучести пролетного аппарата.

РИС. 13.



РИС. 14.

Это вызвало необходимость установки на станции брони в виде двуслойных, а в некоторых местах и трехслойных экранов, защищаю­щих жизненно важные места станции, а также научной аппаратуры и бортовой кабельной сети.

Однако эта защита КА при рассмотрении принятой инже­нерной модели кометы Галлея не может гарантировать от гибели станции вблизи ядра при бомбардировке ее пылевыми частицами. Это условие заставило отказаться от записи научной и служебной информации на запоминающее устройство и перейти на прямую пере­дачу информации на Землю. Это, в свою очередь, заставило ввес­ти постоянную ориентацию остронаправленной антенны на Землю во время пролета кометы, а часть научной аппаратуры, изучающей ядро кометы оптическими средствами, перенести на поворотнув платформу, специально разработанную для этого аппарата.

Кроме того, полет аппарата внутри комы кометы не позволяет осуществлять ориентацию станции на этом участке с помощью опти­ческих датчиков и вызывает необходимость осуществлять стабилизацию при помощи гироскопической системы.

Конструктивной основой космического аппарата является блок баков двигательной установки, к которому с помощью конической юбки крепится торовый приборный отсек. К верхнему и нижнему шпангоутам блока баков прикреплены ферменные конструкции пане­лей солнечных батарей. К верхнему шпангоуту блока баков крепится коническая проставка, на которую устанавливается спускаемый аппарат. В центре блока баков расположена остронаправленная параболическая антенна, ориентированная в сторону Земли при пролете планеты Венера и кометы Галлея. На обращенной к Солнцу во время полета стороне приборного отсека установлен блок астроприборов с датчиками ориентации на Солнце, звезду Канопус и Землю.

Исполнительные органы системы ориентации и стабилизации с газовыми соплами расположены в основном на панелях солнечной батареи.

Научная аппаратура, функционально представляющая три основ­ные группы экспериментов, соответственно различается по своим конструктивным и компоновочным решениям:

- датчики группы электромагнитных экспериментов (анализато­ры плазменных волн высокой и низкой частот, а также магнитомет­ры) вынесены на штангах как можно дальше от корпуса КА;

- датчики приборов, предназначенных для контактных измерений частиц и плазмы кометы, в основном расположены на корпусе стан­ции на стороне, обращенной к набегающему потоку пылевых частиц кометы;

- оптические средства наблюдения за ядром кометы (трехканальный, инфракрасный спектрометры и телевизионная камера) установ­лены на автоматической стабилизированной платформе.

Автоматическая стабилизированная платформа (АСП-Г) представляем собой точный сервомеханизм с двумя степенями свободы .

Во время полета к комете Галлея платформа находится в транспортном зачекованном положении.

За 10÷15 дней до момента максимального сближения с кометой платформа с помощью механизма развертывания АСП-Г переводится из транспортного в рабочее положение по команде с Земли.

Для фиксации платформы в выключенном состоянии и защиты точных сервоприводов АСП-Г от механических нагрузок используются два механизма арретирования с электроприводами.

Научная аппаратура устанавливается на раму, которая крепится к колесу сервопривода α. С помощью сервопривода α рама с научной аппаратурой может поворачиваться на угол 80°, а сервоприводом β - на угол 273° в перпендикулярном направлении.

Механизмы платформы не герметичны и предназначены для работы в условиях открытого космоса. Подвижные части механизмов покрываются дисульфидом молибдена по специальной технологии. Блоки электроники и электродвигатели механизмов платформы также предназ­начены для работы в условиях открытого космоса.

Автоматическая стабилизированная платформа работает в следую­щих режимах:

- разворот в заданное положение по числовым командам с Земли;

- развороты по угловым уставкам, хранящимся в постоянной памяти АСП-Г;

- останов и удержание платформы в заданном положении;

- слежение за кометой Галлея по сигналам, получаемым от телеви­зионной системы по цифровому каналу;

- слежение за кометой Галлея по сигналам,получаемым от телевизионной системы по аналоговому каналу;

- слежение за кометой Галлея по сигналам от аналогового датчика наведения (АДН).

Вспомогательными режимами работы АСП-Г являются:

- разворот в исходное положение с автоматической калибровкой угловой шкалы;

- аварийный режим движения с шагом ±1° в любом выбранном направ­лении;

- разарретирование (снятие механической фиксации с точных серво­приводов) платформы;

- арретирование (механическая фиксация точных сервоприводов)

- перевод из транспортного положения в рабочее положение с помощью механизма развертывания.

масса - 82 кг,

грузоподъемность - 80 кг,

потребляемая мощность - 40 Вт,

угол разворота в плоскости орбиты пролетного аппарата (канал β ) -147 ÷ +126°,

угол разворота в плоскости, перпендикулярной плоскости орбиты пролетного аппарата (канал α ) -60 ÷ +20

максимальные угловые скорости по каналам α и β ± 1°/с,

точность слежения за кометой Галлея по каналам α и β ~ ±8ˊ

точность слежения за кометой Галлея по угловой скорости ~ ±3ˊ/c

точность разворотов по числовым командам с Земли и уставкам из постоянной памяти АСП-Г ~ ±5ˊ/c

дискретность контроля углового положения АСП-Г ~15΄

РИС. 15.


РИС. 16.



РИС. 17.

Блок-схема системы наведения АСП-Г на комету Галлея представлена на рис.15, общий вид АСП-Г - на рис.16, 17.

Автоматическая стабилизированная платформа разрабатывается специалистами ЧССР при участии специалистов СССР.

Спускаемый аппарат (СА) представляет собой автономный космический объект. Он оборудован системами и устройствами, обеспечивающими отделение его от орбитальной станции, спуск и мягкую посадку на поверхность планеты, проведение научных исследований на всем протяжении спуска и после посадки, а также передачу полученной научной и служебной информации на орбитальный аппарат для ретрансляции ее на Землю.

Конструктивно CA(pzc.I8) состоит из теплозащитной оболочки, внутри которой размещены аэростатный зонд и посадочный аппарат, в верхней части которого установлен парашютный отсек с парашютами.

Теплозащитная оболочка сферической формы диаметром 2,4 м разделена на верхнюю и нижнюю полусферы и предназначена для защиты аэростатного зонда и посадочного аппарата от воздействия всех факторов межпланетного перелета и от высоких температур и давлений при входе аппарата в плотные слои атмосферы Венеры.

В основании нижней полусферы имеется цилиндрическая проставка, к которой крепится посадочный аппарат , а в средней части верхней полусферы - кольцевой шпангоут для крепления аэростатного зонда. Для обеспечения допустимой температуры на обшивку верхней и нижней полусфер наносится теплозащита из сублимирующего материала.

Для СА принята баллистическая схема торможения с неориентированным входом в атмосферу планеты как наиболее надежная и удовлетворяющая поставленным задачам. В зависимости от применяемых средств торможения процесс спуска аппарата в атмосфере можно