Венера — снова «русская планета»: суперзонд из Новосибирска сможет выжить в этом аду целых 100 дней!
Всего в нескольких десятках миллионов километров от Земли лежит мир, больше похожий на ад из Библии, чем на планету. Это Венера, чья поверхность, скрытая под непроницаемой пеленой облаков из серной кислоты, раскалена до 467 °C. Воздух, если, конечно, его так можно назвать, давит здесь с силой в 93 атмосферы. Это то же самое, что погрузиться в земной океан на глубину в километр.
Неудивительно, что эти условия вкупе с невероятно агрессивной средой делают поверхность Венеры самым сложным местом для работы космических аппаратов в Солнечной системе. Но советские инженеры в свое время смогли справиться даже с этой преисподней. Наши аппараты пока единственные, кто смог приземлится на раскаленную планету и даже прислать оттуда фотографии.

Самый качественный на сегодня фотоснимок поверхности Венеры. Сделан советским зондом «Венера-14»
Прошли десятилетия, и Россия возвращается на Венеру уже на новом уровне развития. Новосибирские ученые создали суперзонд, который сможет жить и работать в венерианской атмосфере целых 100 дней. В остальном мире о таком пока и не мечтают. Однако обо всем по порядку.
Да, Венера — это настоящий филиал ада, но, к счастью, не везде. На высоте 50 километров, в слое, который ученые называют тропопаузой, начинается… рай. Перемены по сравнению с поверхностью тут просто разительные. По данным, которые в свое время собрали советские зонды «Венеры» и американские «Пионеры», здесь царит буквально земной климат. Температура опускается до комфортных 20—37 °C, а давление становится равным давлению на уровне моря на нашей планете.

Сравнительные размеры (слева направо) Меркурия, Венеры, Земли и Марса
Скажем больше, этот узкий слой венерианской атмосфере — это единственное место за пределами Земли, где человек мог бы находиться без скафандра. Мог бы, но не будет, потому что воздух здесь имеет ядовитый состав, а облака состоят из серной кислоты.
Но для аппаратов это место — просто небесный оазис. Именно поэтому ученые Сибирского государственного университета науки и технологий имени Решетнева предлагают отправить сюда уникальную миссию — аэростатный зонд-долгожитель.
Но путь к этому оазису — сложнейшая баллистическая задача. Миссия будет начинаться на орбите Венеры, где по круговой траектории на высоте 300 км станет двигаться космический аппарат-носитель. В нужный момент от него отделится спускаемый модуль. Краткий, но мощный импульс от четырех ракетных двигателей на твердом топливе с общей тягой в 4,5 кН сбросит этот модуль с орбиты и переведет его на эллиптическую орбиту.

Общий вид спускаемого аппарата
Расчеты, выполненные с помощью специального программного обеспечения, показывают: вход в атмосферу на высоте 120 км станет самым суровым испытанием. Аппарат, подобно метеору, будет испытывать перегрузки до 25.3 g. Его движение описывается системой дифференциальных уравнений, учитывающих сопротивление ядовитой атмосферы и мощную гравитацию Венеры. Когда скорость снизится до 245 м/с, в работу вступит парашют, который будет гасить энергию падения.

Раскрытие парашюта
Но это будет лишь предварительный этап. На 3103 секунде полета, на высоте 58 км, произойдет кульминация: отстрел парашюта и верхней крышки. В этот момент из специального торового баллона, прикрепленного к нижней части аппарата, в сложенную оболочку аэростата начинает поступать гелий. Всего за 96 секунд шар наполняется. К моменту достижения высоты 50 км он уже готов к полету.

Заполнение шара аэростата гелием
Финальный аккорд — отстрел массивной нижней крышки с пустым баллоном и отработавшими двигателями. Сбросив 160 килограммов балласта, аэростат плавно всплывет на свою рабочую высоту — 53 километра, где его будет ждать долгая вахта.
Поразительно, но российским инженерам удалось решить главную проблему — утечку гелия. Как известно, этот легкий газ неизбежно просачивается сквозь любую, даже самую совершенную оболочку. Расчеты показывают, что потери составят около 2,5% в сутки. Без компенсации аппарат будет медленно терять высоту и через несколько дней погрузится в смертоносные нижние слои атмосферы, где его ждет неминуемая гибель.

Венера. Снимок 2021 года
Решение этой проблемы — в остроумной системе дозаправки, скрытой в недрах зонда. Ее сердце — сдвоенный сосуд Дьюара, настоящий космический термос. В нем гелий хранится в жидком состоянии при температуре, близкой к абсолютному нулю — 4.2 К (-268.95 °C).
По мере того как гелий утекает из основного шара, жидкий гелий в сосуде постепенно испаряется. Датчики давления отслеживают малейшие изменения в оболочке аэростата, и в нужный момент электрический клапан подает новую порцию газа. Эта замкнутая система позволяет зонду поддерживать плавучесть в течение рекордных 100 суток, что сравнимо со сроком работы марсоходов.
Не менее важна и «анатомия» самого зонда. Его основу составляет силовая рама, к которой крепятся все элементы: научная аппаратура, сосуд с гелием и оболочка шара. Прочностной анализ, проведенный для девяти различных титановых сплавов, показал, что оптимальным материалом является сплав Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-0,25Si. Он сочетает в себе феноменальную прочность и минимальный вес, что позволило создать раму массой всего 35.4 кг, способную выдержать все нагрузки спуска.
Хочется надееться, что Венера снова станет «русской планетой». Ведь именно советские аппараты «Венера» первыми в истории человечества пробили кислотные облака, достигли поверхности и передали данные. «Венера-7» в 1970 году была первым в истории успешным спуском на поверхность. «Венера-9» и «Венера-10» прислали фотографии, уже находясь на Венере. Потом еще были «Вега-1» и «Вега-2» с их аэростатными зондами, которые в 1985 году доказали: в облаках Венеры можно летать.
Добро пожаловать в ад!
Неудивительно, что эти условия вкупе с невероятно агрессивной средой делают поверхность Венеры самым сложным местом для работы космических аппаратов в Солнечной системе. Но советские инженеры в свое время смогли справиться даже с этой преисподней. Наши аппараты пока единственные, кто смог приземлится на раскаленную планету и даже прислать оттуда фотографии.

Самый качественный на сегодня фотоснимок поверхности Венеры. Сделан советским зондом «Венера-14»
Прошли десятилетия, и Россия возвращается на Венеру уже на новом уровне развития. Новосибирские ученые создали суперзонд, который сможет жить и работать в венерианской атмосфере целых 100 дней. В остальном мире о таком пока и не мечтают. Однако обо всем по порядку.
Да, Венера — это настоящий филиал ада, но, к счастью, не везде. На высоте 50 километров, в слое, который ученые называют тропопаузой, начинается… рай. Перемены по сравнению с поверхностью тут просто разительные. По данным, которые в свое время собрали советские зонды «Венеры» и американские «Пионеры», здесь царит буквально земной климат. Температура опускается до комфортных 20—37 °C, а давление становится равным давлению на уровне моря на нашей планете.

Сравнительные размеры (слева направо) Меркурия, Венеры, Земли и Марса
Скажем больше, этот узкий слой венерианской атмосфере — это единственное место за пределами Земли, где человек мог бы находиться без скафандра. Мог бы, но не будет, потому что воздух здесь имеет ядовитый состав, а облака состоят из серной кислоты.
Но для аппаратов это место — просто небесный оазис. Именно поэтому ученые Сибирского государственного университета науки и технологий имени Решетнева предлагают отправить сюда уникальную миссию — аэростатный зонд-долгожитель.
Полет к венерианскому раю
Но путь к этому оазису — сложнейшая баллистическая задача. Миссия будет начинаться на орбите Венеры, где по круговой траектории на высоте 300 км станет двигаться космический аппарат-носитель. В нужный момент от него отделится спускаемый модуль. Краткий, но мощный импульс от четырех ракетных двигателей на твердом топливе с общей тягой в 4,5 кН сбросит этот модуль с орбиты и переведет его на эллиптическую орбиту.

Общий вид спускаемого аппарата
Расчеты, выполненные с помощью специального программного обеспечения, показывают: вход в атмосферу на высоте 120 км станет самым суровым испытанием. Аппарат, подобно метеору, будет испытывать перегрузки до 25.3 g. Его движение описывается системой дифференциальных уравнений, учитывающих сопротивление ядовитой атмосферы и мощную гравитацию Венеры. Когда скорость снизится до 245 м/с, в работу вступит парашют, который будет гасить энергию падения.

Раскрытие парашюта
Но это будет лишь предварительный этап. На 3103 секунде полета, на высоте 58 км, произойдет кульминация: отстрел парашюта и верхней крышки. В этот момент из специального торового баллона, прикрепленного к нижней части аппарата, в сложенную оболочку аэростата начинает поступать гелий. Всего за 96 секунд шар наполняется. К моменту достижения высоты 50 км он уже готов к полету.

Заполнение шара аэростата гелием
Финальный аккорд — отстрел массивной нижней крышки с пустым баллоном и отработавшими двигателями. Сбросив 160 килограммов балласта, аэростат плавно всплывет на свою рабочую высоту — 53 километра, где его будет ждать долгая вахта.
Русский прорыв на «русской планете»
Поразительно, но российским инженерам удалось решить главную проблему — утечку гелия. Как известно, этот легкий газ неизбежно просачивается сквозь любую, даже самую совершенную оболочку. Расчеты показывают, что потери составят около 2,5% в сутки. Без компенсации аппарат будет медленно терять высоту и через несколько дней погрузится в смертоносные нижние слои атмосферы, где его ждет неминуемая гибель.

Венера. Снимок 2021 года
Решение этой проблемы — в остроумной системе дозаправки, скрытой в недрах зонда. Ее сердце — сдвоенный сосуд Дьюара, настоящий космический термос. В нем гелий хранится в жидком состоянии при температуре, близкой к абсолютному нулю — 4.2 К (-268.95 °C).
По мере того как гелий утекает из основного шара, жидкий гелий в сосуде постепенно испаряется. Датчики давления отслеживают малейшие изменения в оболочке аэростата, и в нужный момент электрический клапан подает новую порцию газа. Эта замкнутая система позволяет зонду поддерживать плавучесть в течение рекордных 100 суток, что сравнимо со сроком работы марсоходов.
Не менее важна и «анатомия» самого зонда. Его основу составляет силовая рама, к которой крепятся все элементы: научная аппаратура, сосуд с гелием и оболочка шара. Прочностной анализ, проведенный для девяти различных титановых сплавов, показал, что оптимальным материалом является сплав Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-0,25Si. Он сочетает в себе феноменальную прочность и минимальный вес, что позволило создать раму массой всего 35.4 кг, способную выдержать все нагрузки спуска.
Хочется надееться, что Венера снова станет «русской планетой». Ведь именно советские аппараты «Венера» первыми в истории человечества пробили кислотные облака, достигли поверхности и передали данные. «Венера-7» в 1970 году была первым в истории успешным спуском на поверхность. «Венера-9» и «Венера-10» прислали фотографии, уже находясь на Венере. Потом еще были «Вега-1» и «Вега-2» с их аэростатными зондами, которые в 1985 году доказали: в облаках Венеры можно летать.
- Дмитрий Алексеев
- vk.com, journals.eco-vector.com, wikipedia.org
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Очередной миф Николая Карамзина полностью развеян российскими археологами
Оказалось, что Иван Грозный не убивал супругу своего младшего брата. Напротив, с княгиней Ульянией Углицкой случалась куда более таинственная и запутанная...
Самая запрещенная русская сказка: почему «Курочку Рябу» не любили ни цари, ни руководители СССР?
Чтобы эту историю можно было рассказывать советским детям, ее сюжет пришлось изменить самым радикальным образом. Но, может быть, это и к лучшему...
Американский «Чернобыль-80»: эта катастрофа едва не изменила всю историю США
Эксперты говорят: лишь счастливая случайность не позволила взорваться заряду в 600 (!) раз мощнее хиросимской бомбы...
Тайна гибели сибирского «Титаника»: почему некоторые детали катастрофы 1921 года неизвестны даже сейчас?
Поразительно, но тогда судьи единогласно оправдали капитана парохода. Так кто же тогда был виновником этого страшного происшествия?...
Японец 26 лет ждал, пока раскроют убийство его жены. Часть 2. Расплата
Как наука отменила срок давности у преступления? И какая тайна осталась не раскрытой?...
Гениальное ДНК-«мошенничество»: ученые раскрыли секрет рыбы, которая плевать хотела на главные законы биологии
100 000 лет успешного клонирования: амазонская моллинезия просто... копирует себя. И при этом удивительно успешно ремонтируют поврежденные гены, насмехаясь над...
Почему на Иран обрушился черный дождь и насколько он опасен?
Экологи говорят: агрессивные действия США и Израиля поставили под угрозу здоровье миллионов людей по всей планете...
Японец 26 лет ждал, пока раскроют убийство его жены
Как новейшие технологии помогли сдвинуть с места нераскрываемое дело...
Главный секрет человеческого дыхания: ученые рассказали, почему мы дышим «вахтовым методом»
Эксперты предупреждают: из-за особенности организма многие люди не смогут попасть в космос. Но решение все-таки есть...
43 000 черепков открыли тысячелетние тайны Древнего Египта
Почему глиняная библиотека Атрибиса потрясла весь археологический мир?...
Раскрыта главная тайна антарктического льда: ученые узнали, как и кем была взломана природная защита Шестого континента
Похоже, той Антарктиде, которую мы знаем, приходит конец. Впрочем, это не точно...