Какие дальнейшие цели ставят ученые перед исследованием Венеры и какими средствами собираются их достигать?

Венера — чрезвычайно интересная планета, во многих отношениях напоминающая нашу Землю. По размерам и массе они почти близнецы. Правда, Венера в 1,4 раза ближе к Солнцу и получает на единицу площади вдвое больше тепла, но зато она лучше отражает солнечное излучение, вследствие чего на нагрев планет идет примерно одинаковое количество солнечной энергии.

Можно было предполагать, что эти планеты сходны и в других отношениях. И совсем недавно такие предположения делались. Но изучать Венеру наземными средствами очень трудно: она постоянно закрыта плотным облачным покровом.

Дело пошло быстрее с появлением ракетно-космических средств. Выяснилось, что, несмотря на большое сходство планет, между ними имеются разительные отличия, особенно в их атмосферах. Сейчас уже точно установлено, что атмосфера Венеры на 97 процентов состоит из углекислого газа, содержание азота в ней не превышает двух процентов, а кислорода — менее десятой доли процента, водяного пара вблизи облачного слоя — менее одного процента. Температура у поверхности достигает почти 500 градусов по Цельсию, а давление свыше 90 атмосфер.

Ученых, естественно, интересует, чем вызваны такие отличия земной и венерианской атмосферы.

По современным представлениям, атмосферы планет образовались в результате вулканической деятельности. Из равенства масс, а следовательно, и предполагаемого сходства внутреннего строения можно ожидать, что вулканические процессы протекали и протекают на Земле и Венере примерно одинаково. За время эволюции этих планет в их атмосферы вулканы «выдали» приблизительно равное количество углекислого газа. Но дальнейшее развитие атмосфер пошло совершенно различными путями.

Почему это произошло? Какие закономерности определяют эволюцию атмосферы планет? Ответа на эти вопросы пока еще нет.

Целесообразность дальнейших исследований атмосферы Венеры и условий на самой планете ни у кого не вызывает сомнений. Но какими средствами это лучше всего делать?

Американцы намереваются послать в 1977 году станцию «Венерианский Пионер», напоминающую наши последние «Венеры». Такие аппараты позволяют получать вертикальный «разрез» атмосферы планеты и изучать район поверхности в точке посадки спускаемого аппарата.

Большие возможности могли бы предоставить аппараты, способные длительное время исследовать атмосферу планеты, — вроде современного самолета или лунохода, который мог бы анализировать пробы грунта на различных участках поверхности.

Однако создание таких аппаратов — дело очень не простое. Это обусловливается прежде всего высокой плотностью атмосферы Венеры, давлением и температурой.

Плотность венерианской атмосферы примерно в 40-50 раз превосходит земную, а ее давление соответствует давлению на глубине моря около километра. В силу этого аппарат для полете в атмосфере Венеры должен совмещать в себе качества летательного и глубоководного аппарата и еще выдерживать воздействие высоких температур.

Определенные сложности возникают также при создании энергосиловой установки исследовательского аппарата, поскольку для ее работы нельзя использовать атмосферный кислород, как это делается на Земле, а эффективность работы панелей солнечных батарей, питающих энергией луноходы, в условиях плотной и сумеречной атмосферы Венеры тоже вызывает серьезные сомнения. Правда, освещенность на поверхности планеты, по данным советской станции «Венера-8», позволяет надеяться, что в будущем можно получить фотографии ее рельефа.

Анализ исследовательских аппаратов различных типов показывает, что весьма перспективными и сравнительно просто реализуемыми можно считать аппараты аэростатического типа — надувные, с мягкой оболочкой, дрейфующие на определенной высоте над поверхностью планеты.

Если сравнить характеристики атмосфер Земли и Венеры (см. график), то оказывается, что наиболее удобна для полета в атмосфере Венеры область, расположенная в подоблачном слое на высоте более 50 км. Там давление, плотность и температура примерно соответствуют земным на уровне моря, поэтому можно использовать летательные аппараты с аэродинамическими характеристиками земных аналогов.

В зависимости от высоты полета и назначения аппараты можно разделить на два типа: высотные и глубинные.

Высотные летательные аппараты используются для длительных исследований а атмосфере в режиме дрейфа (по типу свободноплавающего аэростата) или управляемого полета (по типу дирижабля) на высотах 50-70 км. Они могут стать средством изучения атмосферы Венеры «сверху».

Дрейфующие летательные аппараты при их достаточных размерах сами могут стать своего рода носителями небольших исследовательских аппаратов, предназначенных для зондирования слоев атмосферы, не доступных ни для высотных, ни для глубинных аппаратов.

Назначение глубинных аппаратов — исследование планеты в режиме парения или маршевого полета вблизи поверхности Зенеры, а также посадка на нее. По аналогии с глубоководными аппаратами типа батискафа или батиплана они могут обладать определенной маневренностью и стать средством изучения атмосферы Венеры «снизу».

От глубинных аппаратов такого типа можно ожидать ценных научных данных. Однако их полезная нагрузка в процентном отношении будет незначительной из-за большого веса гондолы, холодильных и других систем, обеспечивающих проведение экспериментов в условиях высоких температур и давлений газовой среды. Создание таких аппаратов представляет большую научно-техническую проблему.

По аналогии с земными можно, очевидно, представить и венерианский летательный аппарат типа самолета, вертолета или их комбинации.

А теперь попробуем проанализировать преимущества и недостатки всех этих аппаратов применительно к условиям Венеры.

Анализ показывает, что наибольшую полезную нагрузку имеют аппараты типа аэростата. Находясь в режиме дрейфа, они не нуждаются в бортовых двигательных установках большой мощности, а следовательно, и запасах горючего, способны проводить длительные исследования и сравнительно просты по конструкции. Аппарат аэростатического типа можно снабдить свисающим вниз тросом с подвешенной к нему исследовательской аппаратурой для вертикального зондирования атмосферы, а также механизмами для забора грунта с поверхности. Длину троса нетрудно увеличить за счет прикрепления промежуточных подъемных шаров, компенсирующих нагрузки на трос. Интересно отметить, что, подобрав соответствующие подъемные шары, трос можно легко поднять и над несущим аэростатом.

С точки зрения механики полета идея такого аппарата не вызывает сомнения, и его конструкция вполне поддается отработке в земных условиях. Однако здесь возникают весьма сложные проблемы, связанные с управлением подобной системой, ее устойчивостью в полете и надежностью.

Определенный интерес представляют аппараты, являющиеся комбинацией дирижабля и самолета (рис. 1). Несущие поверхности целесообразны, если можно достичь скорости, при которой аэродинамическая сила с избытком компенсирует вес двигательной установки и несущих поверхностей. В земных условиях такая комбинация обычно невыгодна, но на Венере аппарат будет иметь некоторые преимущества: большую полезную нагрузку и способность маневрировать в пространстве. Наиболее сложная задача здесь — создание устойчивой аэростатической оболочки.

Не исключается возможность использования аэростатического аппарата с изменяемой геометрией, например, дископлана (рис. 2). Форма этого аппарата в зависимости от давления среды может меняться от дисковой до шаровой или цилиндрической. При большом погружении в атмосферу такой аппарат имеет форму диска, следовательно, помимо аэростатической, обладает еще аэродинамической подъемной силой, что создает ему возможность широкого маневра. Высотность и грузоподъемность аэростатических летательных аппаратов с переменной геометрией значительно возрастают.

Возможно, когда-нибудь найдут применение аппараты и чисто авиационного типа (тяжелее воздуха), обладающие во многих случаях значительными преимуществами по сравнению с аэростатическими. Однако их недостатки — малое время работы как в режиме активного (самолет), так и пассивного (планер) полета и конструктивная сложность — убеждают в том, что в венерианских условиях это аппараты весьма далекой перспективы.

Глубинные аппараты могут представлять собой либо аппарат типа батискафа (рис, 3), имеющего небольшую маневренность вблизи поверхности, либо батиплана, планирующего на малой высоте, а также аппараты на газовой подушке, способные перемещаться вблизи поверхности. Их компоновочные варианты весьма многообразны.

Но как с Земли доставить все эти конструкции в атмосферу Венеры?

Рассмотрим, хотя бы в общих чертах, проблему транспортировки таких аппаратов. Очевидно, что наибольшие трудности возникают при доставке аппаратов жесткой конструкции. Их, естественно, следует создавать с учетом транспортных возможностей ракеты-носителя. Главный геометрический параметр, определяющий размер полезной нагрузки в настоящее время, — это максимально допустимый диаметр по корпусу последней ступени ракеты-носителя. Как показывают расчеты, ракета-носитель, располагающая, например, габаритом по миделю порядка 6 м, может доставить на Венеру аппарат с жесткой аэростатической оболочкой, обладающей у поверхности планеты грузоподъемностью около 6 тонн. На высоте 15 км его грузоподъемность снизится до 3 тонн. Это очень мало, если иметь в виду, что оболочка такого аппарата, его служебные системы отберут львиную долю веса. Поэтому существующие ракеты-носители способны пока доставить на Венеру только аппараты с мягкой оболочкой либо маломаневренные типа глубинных батискафов.

В перспективе, вероятно, можно будет собирать на околоземной орбите аппараты любой конструкции и с помощью космических буксиров транспортировать их к Венере.

За этапом изучения планет Солнечной системы неизбежно последует этап их практического освоения человеком. Выразится ли он в устройстве на их поверхности научных баз, в разработке естественных ресурсов или в культивировании на них каких-либо форм жизни — покажет время. Во всяком случае, опыт исследования Венеры, решение связанных с этим научных и технических проблем пригодятся при изучении других небесных тел, имеющих достаточно плотные атмосферы.

Г. МОСКАЛЕНКО,
кандидат технических наук.