В августе 1971 года от сердечного приступа скончался доктор технических наук Георгий Николаевич Бабакин. Под его руководством Опытно-конструкторское бюро Машиностроительного завода имени С.А. Лавочкина (позднее — Научно-производственного объединения имени С.А. Лавочкина) построило серию автоматических межпланетных станций, которые успешно добрались до Луны, Венеры и Марса.
Самых поразительных — можно сказать, фундаментальных — результатов подчинённые Бабакина добились при изучении Венеры. Поскольку относительно Марса успех сопутствовал американским учёным, то за ней на противопоставлении закрепился неофициальный статус «русской» планеты. Но его нужно было поддерживать, поэтому после смерти главного конструктора работа над космическими аппаратами в ОКБ продолжилась. На место Бабакина был назначен Сергей Сергеевич Крюков, пришедший на завод из бюро Сергея Павловича Королёва и занимавшийся баллистическими ракетами.
К сожалению, открытия, сделанные благодаря советским межпланетным станциям, перечеркнули популярную гипотезу о существовании развитой жизни на поверхности Венеры. Однако данных, собранных станцией «Венера-7» (В-70 №1, 3В №630) в декабре 1970 года, явно не хватало, чтобы качественно описать тамошние природные условия: учёным требовались подробные сведения о химическом составе атмосферы и грунта, им хотелось увидеть этот горячий мир через камеры телевизионных устройств. Решить новые задачи не могли ни станции серии МВ (Марс-Венера), ни ракета «Молния-М» (8К78М). Необходимую грузоподъёмность мог обеспечить только носитель «Протон-К» (УР-500К, 8К82К).
Перед тем как приступить к непосредственному конструированию межпланетных станций следующего поколения, было решено оценить уровень освещённости на Венере, поскольку никто не мог точно сказать, пробивается ли солнечный свет сквозь её плотную атмосферу. Расчёты, сделанные по законам небесной механики, показывали: чтобы аппарат, запущенный с Земли, оказался на дневной стороне соседней планеты, он должен «подойти» к ней в тот период, когда она видна в виде узкого серпа, что довольно сложно с точки зрения баллистики. Кроме того, Земля для аппарата при посадке оказывалась не в зените, а под углом около 60°.
Соответственно, конструкторам пришлось доработать радиокомплекс станции и установить антенну с диаграммой направленности, похожей на чашу. Также спускаемый аппарат снабдили дополнительной выносной антенной в виде плоской шайбы с четырьмя складывающимися лепестками для обеспечения связи после посадки. В комплект научного оборудования дополнительно ввели фотометры ИОВ-72 для определения освещённости и прибор ИАВ-72 для измерения содержания аммиака.
Запуск станции В-72 №1 (3В №670), получившей официальное название «Венера-8», состоялся 27 марта 1972 года с помощью ракеты «Молния-М». Как было принято, следом за ней 31 марта предприняли попытку отправить в космос её точную копию В-72 №2 (3В №671), но отказал разгонный блок, и та осталась на промежуточной орбите под именем спутника «Космос-482».
Полёт «Венеры-8» проходил без проблем: 6 апреля она совершила коррекцию траектории, а 22 июля приблизилась к планете, передавая информацию на Землю. Спускаемый аппарат отделился от орбитального за 53 минуты до входа в атмосферу. Радиовысотомер точно определял расстояние до поверхности — позднее по его данным был построен срез рельефа.
Фотометры произвели 27 измерений, из которых следовало, что уровень освещенности монотонно уменьшался в интервале от 50 до 35 км по мере прохождения аппарата сквозь облака. «Венера-8» обнаружила три основных оптических области в атмосфере: основной толстый облачный слой между 65 и 49 км, менее плотный слой дымки между 49 км и 32 км и относительно чистую подоблачную атмосферу. На поверхности уровень освещённости оставался постоянным.
В месте посадки он был сопоставим с сумерками в облачный день на Земле, что означало: света там вполне хватит для получения нормальных телепанорам.
Спускаемый аппарат благополучно привенерился в точке с координатами 10,70° ю.ш. и 335,25° в.д., после чего нормально проработал 63 минуты. Сразу после посадки 60-канальный гамма-спектрометр ГС-4 определил содержание в грунте радиоактивных пород, выяснив, что они близки к земному граниту. Впервые были проведены прямые измерения условий на поверхности: температура — 470±8 °С, давление — 93±1,5 бар.
Большой интерес вызвали измерения при помощи газоанализаторов. Они позволили достоверно установить состав атмосферы: 97% углекислого газа, 2% азота, 0,9% водяного пара и менее 0,15% кислорода. Хотя тест на аммиак дал положительный результат от 0,1 % до 0,01 % на высотах от 44 до 32 км, он, как выяснилось в дальнейшем, был обусловлен наличием серной кислоты, на которую похоже реагировал использованный индикатор. Стало понятным, почему облака были столь безводными, но всё ещё могли образовывать капли. И факт, что такие капли эффективно отражали солнечный свет, объяснял, почему у планеты высокое альбедо.
Образ Венеры с тёплым климатом, покрытой джунглями, по которым бродят динозавры, остался в прошлом. В реальности этот мир походил на ад: высочайшие температуры и давления, в небе — облака серной кислоты. Теперь учёным предстояло своими глазами увидеть, как выглядит настоящее пекло.
Репортаж из пекла
Исследовательская миссия, запланированная на 1975 год, по своей сложности намного превосходила все предыдущие. На этот раз советские учёные собрались решить сразу две прорывные задачи: осуществить мягкую посадку на поверхность со съёмкой телепанорам и вывести аппарат на орбиту искусственного спутника Венеры. Конструируемая станция получилась в пять раз тяжелее, поэтому её предполагали запускать с помощью ракет «Протон-К».
Прежде всего, для станции 4В был разработан новый спускаемый аппарат. Опыт «Венеры-7» показал, что парашюты в данном случае использовать необязательно: заложенной прочности достаточно, чтобы аппарат уцелел даже при посадке с высокой скоростью. Принятая схема прохождения атмосферы выглядела так: на высоте порядка 50 км отстреливается основной трёхкупольный парашют, а дальнейший спуск осуществляется на жёстком тормозном щитке диаметром 2 м. В связи с этим была изменена и логика построения аппарата: если раньше все приборы стояли внутри герметичного корпуса, то сейчас оборудование для замеров в облачном слое вынесли в отдельный отсек, рассчитанный на работу при давлении до 5-7 бар, что позволило уменьшить массу станции.
Всего на спускаемом аппарате стояло одиннадцать научных приборов. Как и раньше, собирались измерять температуры, давления и перегрузки во время прохождения атмосферы и на поверхности. Для изучения облачного слоя изготовили специальные нефелометры, определяющие концентрации, размер и коэффициент преломления взвешенных частиц, спектрометр для определения состава атмосферы. На поверхности должны были работать гамма-спектрометр и радиационный плотномер, изучающие горные породы, анемометр, регистрирующий скорость ветра, и два телефотометра для съёмки панорам Венеры.
Понятно, что с точки зрения сложности и зрелищности эксперимент по получению панорамы стоял на первом месте. Эту задачу поставил перед создателями станции академик Мстислав Всеволодович Келдыш, который был уверен в успехе, несмотря на скептицизм части специалистов. Разработчики аппаратуры, загодя стремясь переложить ответственность за возможный срыв эксперимента на чужие плечи, даже направили письмо в Институт космических исследований (ИКИ) с запросом о параметрах поверхности Венеры. Оттуда пришёл ответ:
«Получение изображения поверхности Венеры — это научный эксперимент, который проводится вашим институтом. По сложившейся традиции тот, кто проводит эксперимент, сам разрабатывает для него технические требования».
Чтобы увеличить качество съёмки на спускаемые аппараты поставили галогенные ртутные лампы: неравномерное освещение должно было создать тени даже у небольших неровностей, повысив контрастность.
Опасения оставались и во время полёта станций. Разработчик телефотометров Арнольд Сергеевич Селиванов вместе с заместителем по научной работе Научно-исследовательского института приборостроения (НИИП) Михаилом Сергеевичем Рязанским убедили Келдыша не писать в проекте сообщения ТАСС о возможности получения панорамы поверхности, переименовав телефотометры в контрастомеры.
Изменился и способ передачи информации. Если ранее станции слали данные прямиком в Центр дальней космической связи в Евпатории, теперь они транслировались через орбитальный аппарат: такая схема позволяла увеличить скорость передачи и осуществлять её из мест, которые не видно с Земли.
Орбитальный блок создавался на основе «марсианской» станции М-71. Его цилиндрический корпус был образован из баков, заполненных несимметричным диметилгидразином и азотным тетраоксидом. Под корпусом находился ракетный двигатель с возможностью повторного запуска КТДУ-425А. Система управления и научные приборы располагались в герметичном тороидальном отсеке, прикреплённом к основанию цилиндра. По обеим сторонам цилиндра смонтировали панели солнечных батарей с размахом 6,7 м, однако, учитывая близость Венеры к Солнцу, их площадь уменьшили по сравнению с батареями М-71.
Научное оборудование, размещённое на орбитальном аппарате, было довольно разнообразным: панорамные камеры ультрафиолетового диапазона, инфракрасный спектрометр и радиометр, фотополяриметры, трёхкомпонентный магнитометр, электростатический анализатор плазмы, ловушки заряженных частиц, бистатический радар, фотокамеры для съёмки верхнего слоя облаков и т.д.
Станция 4В №660, получившая название «Венера-9», была успешно запущена 8 июня 1975 года. За ней 14 июня последовала 4В №661 под именем «Венера-10». В ходе полёта были проведены коррекции.
20 октября спускаемый аппарат «Венеры-9» отделился от орбитального, после чего последний выполнил манёвр уклонения, который увёл его с траектории попадания. 22 октября ещё раз включился двигатель, и впервые у Венеры появился собственный спутник. Сразу же была установлена связь с системой входа посадочного аппарата через ретранслятор спутника, и тот начал падение на планету. Со скоростью около 7 м/с он совершил посадку на дневной стороне Венеры в точке с координатами 31,01 с.ш. и 291,63 в.д.; зенитный угол Солнца составлял 33°. Место посадки располагалось на откосе с наклоном от 15 до 20°. При этом сработали пиропатроны, сбрасывая защитные крышки с телефотометров, включились галогенные лампы, через 16 секунд развернулись штанги радиационных плотномеров. Аппарат начал работу, а сеанс связи продолжался в течение 53 минут, пока спутник не ушёл из зоны радиовидимости.
Температура на поверхности в месте посадки составляла 455±5 °С, давление — 85±3 бар, а измеренная скорость ветра менялась от 0,4 до 0,7 м/с. Фотометры зарегистрировали подъём пыли после посадки, но она быстро осела. К сожалению, была снята панорама только с одной стороны аппарата, поскольку крышка, закрывавшая камеру с противоположной стороны, не отделилась. Тем не менее, полученный чёрно-белый снимок был первым изображением, переданным с поверхности другой планеты. Конструктор и испытатель ракетно-космической техники Юрий Маркович Зарецкий, публиковавшийся под псевдонимом Юрий Марков, вспоминал:
«Обычно спокойный, уравновешенный, Мстислав Всеволодович Келдыш был сильно взволнован. Ещё вчера не знали, приедет ли он в Центр управления полётом на посадку «Венеры-9»: академик лежал дома больной. Ему позвонил председатель Государственной комиссии: «Мстислав Всеволодович! Получена панорама…» Не прошло и часа, как академик появился в ЦУПе. Перед ним положили еще «тёпленькую» («первую в истории космонавтики», так потом напишут) панораму венерианской поверхности.
К Келдышу подошёл заместитель главного конструктора:
— Как вы оказались правы, Мстислав Всеволодович!
— При чём тут я? Это вы прекрасно сработали. Поздравляю вас. <…>
Что мы ожидали увидеть? Согласно авторитетным суждениям — сглаженный неконтрастный рельеф (как результат мощной ветровой и химической эрозии). А тут — камни! Острые, плоские, со свежими изломами. Значит, планета молода! В геологическом отношении живая! Вероятно, там и сейчас грохочут вулканы, содрогается «земля».
Глядя на эти обожжённые камни, я не мог не вспомнить без улыбки сахарный замок, который монтировали на «Венере-4»: дескать, если станция приводнится в океан, замок растворится, и антенна, раскрывшись, приподнимется над волнами».
25 октября на планету, в точке с координатами 15,42° с.ш. и 291,51° в.д. (на расстоянии около 2200 км от предшественника), сел спускаемый аппарат «Венеры-10». Зенитный угол Солнца составлял 27°, а поверхность была довольно плоской. Однако посадка пришлась на неровный скальный массив, из-за чего аппарат накренился на 8°. Связь с ним продолжалась 65 минут. Температура у поверхности оказалась 464 °С, давление — 91±3 бар, скорость ветра менялась от 0,8 до 1,3 м/с.
Как и в предыдущем случае, крышка камеры не отделилась, поэтому посадочный аппарат «Венера-10» тоже передал только одно чёрно-белое панорамное изображение, охватывающее 180°. Поверхность на панораме «Венеры-10» оказалась более гладкой с большим числом сильно эродированных камней в форме блинов и следами лавы. Хорошо просматривался горизонт, в атмосфере не было пыли. Данные гамма-спектрометров и измерения отражательной способности позволили предположить, что оба аппарата оказались на молодых вулканических щитах с лавой, близкой по составу к толеитовым базальтам. Породы Венеры оказались плотнее, чем на Луне или Марсе.
За успешное осуществление сложнейшей миссии в космосе причастные к разработке станций 4В получили правительственные награды. Главный конструктор Сергей Крюков удостоился ордена Октябрьской революции и стал лауреатом Государственной премии СССР. Однако вскоре он оставил свой пост из-за развала проекта экспедиции по доставке марсианского грунта. В декабре 1977 года бюро возглавил аэромеханик Вячеслав Михайлович Ковтуненко, ранее занимавшийся ракетными комплексами под руководством Михаила Кузьмича Янгеля. Ему предстояло сделать следующий шаг в изучении Венеры — получить цветные панорамы и провести бурение её поверхности.
Разноцветная Венера
Баллистические условия для нового «штурма» соседней планеты в ближайшие годы были хуже, чем в 1975 году, поэтому перед создателями очередной партии станций встала серьёзная проблема: запустить одной ракетой орбитальный и посадочный аппараты не получалось. Можно было бы использовать в качестве ретранслятора станцию на пролётной траектории, без выхода на орбиту, но в таком случае длительность связи составила бы не более получаса — вдвое меньше, чем требовалось. В качестве варианта рассматривали предложение использовать остронаправленную антенну: пролётная станция сначала нацеливала бы её на место посадки аппарата, после чего принимаемый сигнал записывался на запоминающее устройство; затем станция ориентировалась бы на Землю и передала собранные данные. Однако в таком случае исключалась возможность контроля спускаемого аппарата. После долгого перебора различных траекторий и возможных мест посадки удалось подобрать вариант, обеспечивающий необходимое время приёма — как минимум час.
Другой проблемой стала установка газового хроматографа и масс-спектрометра, которые были необходимы для детального изучения атмосферы Венеры. Оба прибора имели заборные устройства, и размещение их внутри прочного корпуса спускаемого аппарата ослабляло конструкцию. В конце концов, их смонтировали во внешнем отсеке, но это привело к необходимости существенно уменьшить размеры парашютного контейнера и, следовательно, отказаться от основного трёхкупольного парашюта, оставив только тормозной. Понятно, что сократилось и расчётное время спуска, и для проведения измерений в требуемом объёме нужно было заметно доработать радиосистему в сторону увеличения скорости передачи с 256 бит/с до 3072 бит/с. Кроме того, на орбитальных аппаратах заменили четыре аналоговых видеомагнитофона на два цифровых ёмкостью по 40 Мбит каждый.
Разрешение снимков повысили с 517×115 пикселей и 64 градаций серого цвета (как на «Венере-9» и «Венере-10») до 1000×211 и 512 градаций серого. Съёмку планировалось осуществлять через несколько светофильтров, чтобы потом синтезировать цветное изображение. Кроме того, специалисты собирались провести детальное изучение состава венерианской поверхности, для чего на посадочный аппарат установили заборное устройство, рентгено-флуоресцентный анализатор «Арахис» и прибор для измерения физико-механических характеристик грунта — динамический пенетрометр ПрОП-В.
9 сентября 1978 года в космос отправилась станция «Венера-11» (4В1 №360), а 14 сентября к ней присоединилась «Венера-12» (4В1 №361). 19 декабря, за двое суток до подлёта к планете, от второй отделился спускаемый аппарат. Через четыре дня аналогичную процедуру повторила первая станция.
21 декабря посадочный аппарат «Венеры-12» вошёл в атмосферу соседней планеты и сел на скорости 8 м/с в точке с координатами 17,7° ю.ш. и 294° в.д.; он передавал данные с поверхности 110 минут. 25 декабря то же самое проделал аппарат «Венеры-11», совершивший посадку поблизости — в районе с координатами 14° ю.ш. и 299° в.д.; передача информации продолжалась 95 минут.
Все четыре телефотометра, установленные на них, успешно отработали, но каждый из них передавал только чёрный фон — снова не сбросились защитные крышки! Хотя проблема предыдущих станций была изучена, а процедуру доработали, результат оказался прямо противоположным ожидаемому. Эксперимент по анализу грунта тоже оказалась сорван. Данные о поверхности удалось получить только при помощи атмосферных спектрометров, но они сводились к малосодержательному выводу: в районе посадки «Венеры-11» она значительно светлее, чем у «Венеры-12». Юрий Зарецкий писал в мемуарах:
«Тогда же произошёл анекдотический случай. 22 декабря газеты под торжественными заголовками типа: «Новый шаг в исследовании планет», «Новый успех советской науки» — дали информацию: «Спускаемый аппарат автоматической станции «Венера-12» — на поверхности планеты» и репортажи. Заголовки соответствовали действительности. Но о том, что два важных эксперимента не получились, умалчивалось. Ведь о программе экспериментов, как было принято тогда, заранее ничего не сообщалось. И вдруг «Гудок» — газета с большим тиражом и широкой «географией» — извещает своих читателей о «самом интересном»: есть панорамные снимки, взят венерианский грунт! Понятно, как это произошло. Текст был заготовлен газетой заранее, а при выпуске по ошибке не вычеркнули два абзаца».
Впрочем, у специалистов была возможность реабилитироваться. Следующий запуск двух станций планировался на 1980 год, но его сдвинули «вправо», чтобы, наконец, решить проблему крышек, защищавших телефотометры. Испытания различных вариантов конструкции шло широким фронтом: для проверки вносимых изменений на предприятии изготовили восемнадцать экспериментальных аппаратов. Сброс крышек тестировали 78 раз, причём перед проведением отстрела спускаемый аппарат нагревали до 450 °С и сбрасывали с высоты, имитируя посадку. Полностью изменили способ забора грунта: если раньше разработчики полагались на вакуумирование, то теперь тот должен был доставляться в камеру при помощи пиропатрона. Кроме того, на станциях решили установить микрофоны, чтобы «послушать» звуки «адской» планеты.
Старт станции «Венера-13» (4В1М №760) состоялся 30 октября 1981 года. 4 ноября за ней последовала «Венера-14» (4В1М №761). Коррекции траектории первой из них заставили специалистов поволноваться: телеметрия показывала быстрое падение температуры в баллонах с азотом — возможно, при выведении сорвало маты экранно-вакуумной теплоизоляции. Началось затвердевание резиновых прокладок, а через образующиеся при этом микротрещины утекал газ, необходимый для системы ориентации. Теперь во время перелёта требовалось экономить каждый оставшийся грамм азота и при очередных сеансах связи тщательно проверять его запасы в системе.
27 февраля нормально прошло отделение спускаемого аппарата «Венеры-13», а 1 марта он совершил посадку на скорости 7,5 м/с, один раз подпрыгнул и замер на холмистой возвышенности в точке с координатами 7,55° ю.ш. и 303,69° в.д. Зенитный угол Солнца составлял 36°, а передача данных продолжалась 127 минут. В месте посадки были зафиксированы температура 465 °С и давление 89,5 бар.
Крышки телефотометров были сброшены штатно, и на экранах строчка за строчкой появилось чёткое изображение. За всё время трансляции с двух камер были переданы 22 панорамы: восемь чёрно-белых, пять через красный, пять через зелёный и четыре через синий светофильтры. Причём синий светофильтр оказался бесполезным: поглощение в этой части спектра было столь велико, что на панорамах удалось разглядеть только сброшенную крышку телефотометра.
Тем временем начались проблемы с «Венерой-14». За восемь суток до подлёта к планете, в соответствии с программой, была проведена коррекция траектории для обеспечения вхождения спускаемого аппарата в атмосферу. При этом проявилась нестабильность в работе двигательной установки, из-за чего место посадки оказалось в 400 км от расчётного района. За двое суток до прибытия к Венере, после разделения аппаратов станции, выяснилось, что перицентр подлётной параболы почти на 10 000 км ближе к Венере, чем требовалось. Следовательно, скорость пролёта орбитального аппарата будет больше, а время приёма информации меньше.
По предварительным оценкам, получение данных можно было осуществлять 17 минут после посадки с запасом по мощности и ещё 32 минуты без запаса. На передачу одной панорамы с поверхности уходило 13 минут, для синтеза цветного изображения, помимо чёрно-белого изображения, нужно было получить три панорамы через светофильтры, а информация с грунтозаборного устройства транслировалась в течение четырёх минут. То есть требовалось как минимум 56 минут. Специалисты решили сократить программу исследований насколько возможно.
5 марта спускаемый аппарат «Венеры-14» успешно сел на скорости 7,5 м/с в области низколежащей равнины, в точке с координатами 13,055° ю.ш. и 310,19° в.д. Зенитный угол Солнца в месте посадки составлял 35,5°, температура — 470 °С, давление — 93,5 бар. Передача данных с поверхности длилась 57 минут. Единственный отказ научной аппаратуры на «Венере-14» выглядел анекдотично: прибор ПрОП-В уткнулся в сброшенную крышку телефотометра.
На панорамных изображениях, полученных спускаемыми аппаратами, были хорошо видны плоские слоистые камни с тёмным грунтом между ними, и ландшафт, который напоминает дно земного океана.
Посадочный аппарат «Венеры-13» взял образец грунта объёмом 2 куб. см, а «Венеры-14» — объёмом 1 куб. см, причём каждый из них был поднят с глубины 3 см. Анализ в первом случае выявил богатый калием базальт редкого типа, во втором — базальт с низким содержанием калия, сходный с материалом земных подводных океанических хребтов. Более низкое содержание серы по сравнению с данными «Венеры-13» свидетельствовало о том, что место посадки «Венеры-14» моложе. Прибор ПрОП-В, установленный на «Венере-13», показал, что несущая способность грунта аналогична тяжёлым глинам или утрамбованному мелкозернистому песку.
Помимо панорам и данных о составе грунта, удалось впервые получить звуки с другой планеты. На синтезированной записи слышно, как сразу после посадки аэродинамический шум затухает, потом срабатывают пиропатроны, сбросившие крышки, а одна из них несколько раз подскакивает. Посторонние шумы трудно различить на фоне рёва буровой установки, сверлящей грунт. Удалось зафиксировать только один странный раскат, связанный непосредственно с Венерой, но никто не может сказать, что там было: падение камня или далёкий гром?
