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.

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.



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.



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.



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.



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.



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.



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.