Пятьдесят лет назад, 16 и 17 мая 1969 года, две советские автоматические межпланетные станции — «Венера-5» и «Венера-6» достигли Венеры. Оба аппарата успешно вошли в атмосферу и начали плавный спуск, но ни один не смог добраться до поверхности в работоспособном виде.
Ученые и конструкторы даже не рассчитывали достичь поверхности. К этому моменту было уже ясно, что давление венерианской атмосферы слишком велико — исследователи на основе данных с предыдущих аппаратов придерживались оценки «около 90 атмосфер и 470 градусов Цельсия». «Венеру-5» вместе с однотипной «Венерой-6» раздавило на отметке около 25 атмосфер, а добраться до поверхности удалось только «Венере-7».
Когда последняя 15 декабря 1970 года совершила посадку, предварительные оценки блестяще подтвердились. «Венера-7» получила титановый корпус, рассчитанный уже не на 25, а на 180 атмосфер — чтобы уж наверняка справиться с самой плотной атмосферой среди планет земной группы. Обеспечить сколько-нибудь длительное выживание электроники на Венере было нереально, поэтому конструкторы ограничились установкой теплоизоляции из стекловаты. Та позволила «Венере-7» продержаться целых 20 минут после посадки и почти час с момента входа в атмосферу.
На Марс сложно сесть из-за разреженной атмосферы, однако после посадки некоторые аппараты проработали на красной планете свыше десяти лет. Венера такого не допускает: там нельзя провести месяц за активной работой, а потом выставить перед собой манипулятор, сделать селфи и закинуть его на Землю. Экспедиции на Венеру до сих пор являются уделом роботов-самоубийц: автоматов, которые готовы проработать считанные часы и погибнуть без особых шансов на обнаружение экспедициями будущего.
Справка:
За 53 года исследования Венеры лишь несколько аппаратов сумело сесть на поверхность этой планеты. Дольше всех (целых 127 минут) на венерианском грунте проработал спускаемый аппарат «Венеры-13». Два советских аэростатных зонда («Вега-1» и «Вега-2») продержались в атмосфере на высоте примерно 55 километров по 46 часов каждый. С полным списком всех автоматических межпланетных станций, посланных к Венере, можно ознакомиться здесь.
Так в чем проблема?
Человек может жить при температурах до сорока градусов Цельсия и на короткое время заходить в места, где сухой воздух нагрет до сотни с небольшим — последнее соответствует условиям сауны. Процессоры для компьютеров в обычном «потребительском» исполнении не любят перегрева свыше 70°C, а промышленная электроника выдерживает до сотни с небольшим: 125°C в исполнении Military (наиболее «живучего» класса) у многих производителей. Дальнейшего повышения температуры никакие полупроводниковые компоненты не выдерживают; тем более что переход от обычной электроники к промышленной основан не на радикальном усовершенствовании, а более строгом контроле качества вкупе с улучшением теплоотвода.
Повышение температуры заставляет молекулы двигаться быстрее — и в результате тонкая структура внутри кристалла разрушается. Даже экспериментальные образцы микросхем рассчитаны максимум на 300 °C, а для венерианских условий пока удалось изготовить лишь сравнительно простые чипы с несколькими десятками транзисторов. Это уже неплохо, но от современного аппарата все-таки хочется большего: десятками транзисторов можно было ограничиться на рубеже семидесятых, а сейчас типичные чипы насчитывают от десятков миллионов и выше. Кроме того, нужны столь же термостойкие аккумуляторы и даже изоляция для проводов в венерианских условиях должна быть из специальных материалов: привычный ПВХ плавится уже при 200 °C.
Возможным решением проблемы перегрева могли бы стать холодильные установки. Но сделать компактный, легкий и способный работать при таких температурах холодильник тоже непросто. Масса «Венеры-7» из-за более прочного корпуса и дополнительной теплозащиты оказалась столь велика, что от многих запланированных приборов пришлось отказаться, а разгонный блок ракеты «Молния-М» специально доработали, увеличив его топливные баки.
Создавать сосуды, которые выдерживают повышенное давление, люди давно умеют — на первый взгляд как раз в этом отношении проблемы нет. Самый обычный кислородный баллон для газосварки выдерживает (изнутри, правда) 150 атмосфер — только вот такие баллоны при объеме в 40 литров имеют массу в 65 килограмм; чуть лучше соотношение у баллонов для аквалангов. Замена стали на композиционные материалы снижает вес, однако стеклопластик при нагреве до венерианских значений теряет прочность в несколько раз: так что и тут есть ряд инженерных задач без простого решения.
Разбитые надежды
Сейчас мы знаем, что на Венере сложно продержаться хотя бы сутки (рекорд пока составляет 127 минут, «Венера-13»). Но самые первые венерианские зонды проектировались в расчете на гораздо менее жесткие условия. Так, советский «Зонд-1» — построенный в 1964 году — был рассчитан даже на приводнение, поэтому среди всех прочих приборов имел датчик, призванный определить период волн в гипотетическом венерианском океане. А барометр на той же самой станции имел шкалу до 6,9 атмосфер — давление больше 7 атмосфер казалось конструкторам совершенно невероятным.
Первые аппараты отправляли в надежде найти пригодные для жизни условия и даже стерилизовали перед стартом — чтобы не занести на Венеру земную жизнь. О том, что эта жизнь погибнет без всяких дополнительных мер еще до посадки, ученые не догадывались вплоть до полета «Венеры-4». Та впервые смогла мягко войти в атмосферу, начать спуск с передачей данных о давлении... и ее рассчитанный на 20 атмосфер (двукратный запас прочности, как тогда казалось) корпус треснул задолго до посадки. А «Венеру-5» и «Венеру-6» уже расплющило в строгом соответствии с планом полета: этим станциям не успевали сделать особо прочный корпус, но он и не требовался. Ученые оснастили обе «Венеры» исключительно приборами для изучения атмосферы — причем кроме барометра, термометра и газоанализатора, на борту стоял также фотометр для измерения уровня освещенности. Из-за сплошной многоуровневой облачности на Венере оказалось довольно мрачно — даже несмотря на относительную близость к Солнцу.
«Венера оказалась в стороне от мейнстрима — изучения Марса, Луны и спутников Юпитера, — пояснил “Чердаку” Лев Зеленый, руководитель Института космических исследований РАН, — после посещения европейским орбитальным аппаратом “Венера-экспресс” и аэростатными зондами “Веги” планету особо не изучали. Но там много всего интересного — полярные вихри, суперротация (атмосфера вращается быстрее самой планеты — прим. “Чердак”), динамика атмосферы в целом».
Искать жизнь земного типа на Венере оказалось, вероятно, напрасной затеей. Облака из капелек серной кислоты и ураганные ветра, давление и температура — всё это несовместимо даже с самыми экстремальными земными организмами. Гипотетически некие бактерии могли бы обитать высоко в венерианском небе, где температура не превышает сотни градусов при давлении в несколько атмосфер — но в пользу этой гипотезы аргументов довольно мало.
Справка:
Атмосфера планеты на 96,5% состоит из углекислого газа и на 3,47% из азота. Остальное — незначительные примеси (кислорода нет вообще). На высоте 50—65 км атмосферное давление и температура практически такие же, как на поверхности Земли. Это делает верхние слои атмосферы Венеры наиболее похожими на земные в Солнечной системе — даже больше, чем на поверхности Марса. Некоторые ученые даже предлагали верхние слои атмосферы в качестве подходящего места для исследования и колонизации.
Атмосферное давление на поверхности равно давлению на глубине около 910 метров под водой в земных океанах — фактически нижние 5 км тропосферы представляют собой полужидкий-полугазообразный океан.
«Высокая температура и отсутствие жидкостей на поверхности Венеры исключает возможность существования там любой жизни, хотя бы отдаленно похожей на земную. В атмосфере, на уровне верхнего слоя облаков, температура уже подходит для земных микробов-экстремофилов (50−100 градусов), но из жидкости там только микрокапли серной кислоты, и нет источников микроэлементов, которые необходимы даже самым самостоятельным микробам» — пояснил «Чердаку» Михаил Никитин, научный сотрудник НИИ ФХБ им. А. Н. Белозерского МГУ, автор книги «Происхождение жизни: от туманности до клетки».
В то же время руководитель ИКИ РАН академик Лев Зелёный отметил гипотезу о наличии жизни на поверхности как «безумную, но имеющую место». Он пояснил, что она не является приоритетной для ученых, однако отправка на планету нового аппарата с хорошим оборудованием позволит заодно навести окончательную ясность и в этом вопросе. «Наши коллеги из института катализа Сибирского отделения РАН вместе с нами предположили, что могут быть и химические основы для жизни в условиях очень высоких температур и давлений — ведь жизнь не обязана быть белковой. Но, повторюсь, это лишь догадка и основные наши задачи — совсем иные», прокомментировал «Чердаку» гипотезу о венерианских организмах Лев Зелёный.
После того, как ученые получили общее представление об условиях на Венере, интерес к планете, разумеется, упал. За «Венерой-14» последовали спускаемые аппараты двух станций «Вега» (уникальный проект, который посетил и Венеру, и комету Галлея), но после 1985 года человечество под венерианские облака не заглядывало. Планета изучалась исключительно с орбиты или вовсе с пролетной траектории, когда какой-либо иной аппарат просто пролетал мимо в сторону Меркурия или Солнца.
С 2006 по 2015 год вокруг Венеры работал европейский спутник «Венера-экспресс», а ранее, с 1990 по 1994 год, планету изучал при помощи своих радиолокаторов американский «Магеллан». Данные «Магеллана» в сочетании с результатами «Венеры-15» и «Венеры-16» позволили составить детальную карту поверхности: на ней оказалось мало кратеров, много следов вулканической активности и на удивление мало признаков ветровой эрозии.
Судя по всему, значительная часть планеты была залита гигантскими извержениями за последний миллиард лет. Но на фоне Марса, где по-прежнему нельзя исключать существование жизни хотя бы в виде бактерий — Венера смотрится не очень перспективно. Работать на ее поверхности очень сложно и делать это ради изучения венерианской геологии кажется не столь уж целесообразным делом.
В то же время, по словам Льва Зелёного, изучение Венеры позволит понять то, почему разошлись судьбы планет-близнецов земной группы. «Изначально Марс, Земля и Венера были достаточно похожи, все имели океаны — но потом Венера оказалась в ситуации климатической неустойчивости. Океан испарялся, водяной пар запускал парниковый эффект и Венера разогревалась еще сильнее. Потом вода из атмосферы исчезла, ее снесло солнечным ветром, так как планета не имеет магнитного поля и напрямую подвержена действию летящих от Солнца частиц. Как именно это произошло и какова была история Венеры — мы пока не знаем», — пояснил «Чердаку» ученый.
Проекты по изучению Венеры — например, российская миссия «Венера-Д» — с нулевых годов неоднократно откладывались и перерабатывались. По состоянию на начало 2019 года Венеру планируется изучать совместно с NASA, высадив на планету сразу несколько аппаратов: от долгоживущих (до полугода) станций на поверхности с сейсмометрами на борту до аэростатных зондов, которые смогут менять высоту полета. Вместе с посадочными аппаратами предполагается отправить несколько спутников, однако пока что сроком запуска называется промежуток «после 2025 года», не ранее лета 2026 года в самом оптимистичном варианте.
Основной модуль «Венеры-Д», по словам руководителя ИКИ, продержится немногим дольше советских предшественников, но зато будет иметь современную оптику и быструю систему передачи данных на Землю. «Мы получим намного больше, ведь прежние аппараты — это уровень семидесятых годов. Кроме того, участие коллег из NASA обогатит весь проект, они сделают маленькие зонды, которые высадятся отдельно. У них очень простое оборудование, однако его проще защитить от перегрева и поэтому те приборы смогут проработать до 50 дней, проследив динамику атмосферы и собрав сеймографические данные», рассказал Лев Зелёный.
Читайте также: