АМС Венера-7

    Космические программы «Венеры-4, -5 и -6» стали крупным успехом Советского Союза. Они выполнили основную задачу, передав первую подробную информацию о свойствах атмосферы во время спуска на парашютах, для чего они, собственно, и были разработаны, но из-за неожиданно очень глубокой, горячей и плотной атмосферы до поверхности Венеры спускаемые аппараты дожить не смогли. Дискуссия об условиях на поверхности по итогам полетов «Венеры-4» и «Маринера-5» завершилась позднее, чем было необходимо, чтобы успеть модифицировать спускаемые аппараты «Венера-5» и «Венера-6» с расчетом на полученные значения температуры и давления на поверхности Венеры. Было, тем не менее, решено их запустить с тем, чтобы получить дополнительные данные об атмосферных условиях, с чем оба аппарата отлично справились.

Художественное представление полета Венеры-7

ВЕНЕРА-7

    Советский Союз решил достигнуть поверхности Венеры, воспользовавшись окном запуска 1970 года (табл.). Теперь советские ученые располагали надежными доказательствами того, что на поверхности Венеры давление достигает почти 100 бар, а температура превышает 470 °С. Однако инженеры, будучи свидетелями долгих научных споров, проявили осторожность и разработали новый спускаемый аппарат, способный выдержать 180 бар и 540 °С в течение 90 минут. Дополнительная потребная масса привела при этом к сокращению числа научных приборов.

Космические станции, запущенные на Венеру в 1970 году
1-я космическая станция	«Венера-7» (ЗВ №630)
Назначение станции     Страна /Производитель     Ракета-носитель     Дата/Космодром     Дата посадки на Венеру     Результат	Посадочный аппарат для исследования атмосферы и пов-cти Венеры     СССР/НПО имени Лавочкина     «Молния-М»     17 августа 1970 г./05:38:22 (Байконур)     15 декабря 1970 г.     Успех, проведены первые измерения на поверхности Венеры
2-я космическая станция	«Космос-359» (ЗВ №631)
Назначение станции     Страна /Производитель     Ракета-носитель     Дата/Космодром     Дата посадки на Венеру     Результат	Посадочный аппарат для исследования атмосферы и пов-cти Венеры     СССР/НПО имени Лавочкина     «Молния-М»     22 августа 1970 г./05:06:09 (Байконур)     Нет     Аппарат остался на околоземной орбите
Космические станции, запущенные на Венеру в 1970 году

    Первая космическая станция стартовала успешно, а при запуске второй произошел отказ ракеты-носителя. Посадочная станция «Венера-7» впервые достигла поверхности в рабочем состоянии и тем самым стала первым в мире успешным планетным посадочным аппаратом. Этот громадный успех пришел после семнадцати запусков аппаратов на Венеру в период 1960-1970 годов, три из которых, начиная с исторического полета «Венеры-4», по существу открыли атмосферу планеты, измерив параметры, состав и структуру ее атмосферы, и предвосхитили совершение мягкой посадки. Достижение этой цели потребовало много настойчивых усилий, но эта настойчивость в конце концов окупилась. В это же самое время первый луноход бороздил поверхность Луны.

Космическая станция «Венера-7»

ВЕНЕРА-7

    Орбитальный аппарат
    Орбитальный аппарат был таким же, как у «Венеры-4», «Венеры-5» и «Венеры-6», но оснащался меньшим числом приборов, с учетом большей массы спускаемого аппарата. В связи с увеличением почти на 100 кг массы спускаемого аппарата по сравнению со спускаемыми аппаратами «Венеры-5, -6» пришлось максимально облегчить орбитальный отсек. С него была снята вся научная аппаратура за исключением счетчика космических частиц КС 18 4М. Но даже после этого масса всего аппарата (1180 кг) оказалась на 50 кг больше массы «Венеры-5, -6», а значит, превышала возможности носителя «Молния-М». Грузоподъемность носителя удалось увеличить доработкой баков разгонного блока (он получил обозначение НВЛ), что дало возможность добавить 140 кг топлива.

    Посадочный модуль
    Как отмечалось выше, спускаемый аппарат претерпел существенные изменения. В частности, система входа в атмосферу приобрела более выраженную яйцеобразную форму, чтобы обеспечить лучшую теплозащиту и вместить новый амортизатор. Вместо прежней полусферы с плоской крышкой использовалась новая сферическая капсула с противодавлением, для повышения прочности. Капсула была изготовлена из титана, а для минимизации числа слабых мест в ней было сделано минимально возможное число отверстий и сварных швов. Тепловая изоляция была выполнена из стеклопластика в виде ячеек сот, заполненных стекловатой для уменьшения конвективной теплопередачи, которые одновременно выполняли роль дополнительного амортизатора при соприкосновении аппарата с поверхностью планеты.
    Датчики температуры и давления располагались на внешней части оболочки под верхним люком. Конструкция прошла испытания в новой, специально созданной в НПО им. Лавочкина термобарокамере при давлении 150 бар и температуре 540 °С.

    Цель полета состояла в наискорейшем достижении поверхности при сохранении работоспособности капсулы спускаемого аппарата, чтобы она не смогла сильно нагреться за время спуска и ее время жизни на поверхности было бы максимально возможным. Использовался всего один парашют, изготовленный из четырех слоев отечественной ткани - стеклонитрона. При первом раскрытии он был зарифован, т.е. ограничен шнуром, обернутым вокруг стренг, чтобы площадь его купола не превышала 1,8 м². Это было существенно меньше, чем площадь основного парашюта в предыдущих запусках (на «Венере-4» его площадь была 2,8 м²), чтобы обеспечить более быстрое снижение в плотной атмосфере. Но шнур, ограничивающий площадь парашюта, был создан из материала, который расплавлялся глубоко в атмосфере при температуре 200 °С, после чего парашют раскрывался полностью, так что площадь его увеличивалась до 2,5 м², чтобы обеспечить мягкую посадку. Парашют должен был выдержать высокую температуру у поверхности. С целью увеличения времени жизни на поверхности капсула предварительно, до ее отделения от орбитального аппарата, охлаждалась до температуры -8 °С. Полное расчетное время жизни спускаемого аппарата на поверхности Венеры составляло 90 минут *.

ВЕНЕРА-7

* В связи с изменением состава научной аппаратуры спускаемого аппарата и циклограммы ее функционирования потребовалось увеличить емкость аккумуляторной батареи. Вместо кадмий-никелевой была установлена свинцово-цинковая батарея. За 15 суток до подлета к Венере по команде с Земли производился ее заряд от солнечных батарей. Для измерения высот в диапазоне 25-1 км был установлен новый радиовысотомер.

ВЕНЕРА-7

    Стартовая масса: 1180 кг (спускаемый аппарат - 490 кг).


    Орбитальный аппарат:.
    1. Детектор заряженных частиц солнечного ветра.

Спускаемый аппарат автоматической межпланетной станции «Венера-7». Макет 1:1

ВЕНЕРА-7

    Спускаемый/посадочный аппарат:
    1. Датчики температуры и давления ИТД.
    2. Радиовысотомер.
    3. Гамма-спектрометр ГС-4 для определения типа поверхностных пород планеты.
    4. Акселерометр ДОУ-1М для измерения максимального ускорения на участке торможения и спуска.

Спускаемый аппарат космической станции «Венера-7»

ВЕНЕРА-7

    Вследствие дополнительных ограничений на массу с учетом очень высокого давления, космическая станция оснащалась всего одним детектором заряженных частиц солнечного ветра, а устройства для определения состава атмосферы и фотометр для измерения собственного свечения атмосферы из состава научной аппаратуры спускаемого аппарата пришлось исключить. Барометры анероидного типа могли измерять давление в диапазоне от 0,5 до 150 бар, а термометры сопротивления работали в диапазоне температур от 25 до 540 °С. Плотность измерялась при помощи акселерометра во время входа в атмосферу. Для определения типа поверхностных пород использовался гамма-спектрометр.

Системы и научное оборудование спускаемого аппарата космической станции «Венера-7»:     1 - антенна,     2 - парашют,     3 - замок верхней крышки люка,     4 - внутренний теплоизоляционный экран,     5 - теплоизоляционные слои,     6 - коммутатор,     7 - корпус высокого давления,     8 - амортизатор,     9 - радиопередатчик,     10 - опорное соединительное кольцо с космической станцией

ВЕНЕРА-7

    «Венера-7» была успешно запущена 17 августа 1970 года, а 2 октября и 17 ноября была успешно проведена коррекция на промежуточном участке траектории полета. Второй запуск 22 августа не удался, так как не запустилась четвертая ступень ракеты-носителя «Протон» и станции не удалось покинуть низкую околоземную орбиту. Причиной стали проблемы с выдачей команд системой управления и сбой в системе питания разгонного блока, что привело к позднему зажиганию двигателя, который затем отключился всего через 25 секунд. Этот космический аппарат, названный «Космосом-359», вошел в атмосферу Земли 6 ноября. Активная фаза полета «Венеры-7» началась при подлете к планете 12 декабря, когда аккумуляторы спускаемого аппарата зарядились от солнечных батарей космической станции. Был включен и охлажден до -8 °С внутренний приборный отсек.
    15 декабря в 04:58:44 по Всемирному времени от орбитального аппарата отделился спускаемый аппарат, который вошел в атмосферу со скоростью 11,5 км/с на высоте 135 км. Когда он снизился до 54 км, его скорость замедлилась до 200 м/с и при давлении 0,7 бар, как раз над облачным слоем, был выпущен парашют. Спускаемый аппарат передавал данные на протяжении 35 минут, погружаясь все глубже в атмосферу. В 05:34:10 по Всемирному времени он опустился на поверхность и вел передачу еще в течение 23 минут. Место посадки находилось на 5° ю. ш. и 351° в.д., посадка произошла в 4:42 по солнечному времени Венеры, при этом солнечный зенитный угол составлял 117°.
    Этот успех стал очевидным не сразу, и первоначально считалось, что спускаемый аппарат не смог достичь поверхности, поскольку 35 минут спуска проходили на скорости выше расчетной. Дело в том, что вначале, через 13 минут спуска на зарифованном парашюте, расплавился шнур, ограничивающий его площадь, и парашют раскрылся полностью, как и было задумано. Но шесть минут спустя парашют порвался, и в течение нескольких минут скорость снижения возрастала, а сам аппарат раскачивался все сильнее, по мере того, как расширялись дыры в парашюте. За несколько минут до момента касания поверхности парашют вышел из строя и аппарат совершал свободное падение. Обо всем этом свидетельствовала запись доплеровского сдвига несущей частоты радиопередатчика.

График доплеровского сдвига частоты спускаемого аппарата Венера-7

ВЕНЕРА-7

    Спускаемый аппарат совершил посадку на поверхность на скорости 16,5 м/с, сигнал пропал в шумах, и вначале казалось, что аппарат разрушился. Поэтому об успехе «Венеры-7» не было сделано немедленного объявления. Ситуацию осложнило и то, что из-за сбоя телеметрического коммутатора информация в процессе спуска передавалась не со всех бортовых приборов. Основной информацией служили данные измерений температуры атмосферы. Напряженный анализ полученных данных группой экспертов, которую М.В. Келдыш поручил возглавить Михаилу Марову, проводился в течение всех новогодних праздников. Была полностью восстановлена картина спуска и получены высотные профили параметров атмосферы, включая распределение давления по высоте. Повторное изучение записанных данных позволило обнаружить на фоне шумов слабые сигналы посадочного аппарата, которые он передавал с поверхности. Интенсивность сигнала снизилась до уровня 3% при ударе, затем на одну секунду интенсивность восстановилась, а после того снова снизилась до 3%, оставаясь на этом уровне на протяжении 23 минут, до момента отключения. Аппарат должно быть подпрыгнул при ударе и пришел в состояние покоя под углом наклона 50° к вертикали, отведя тем самым диаграмму направленности своих антенн в сторону от Земли, что привело к резкому снижению мощности передаваемых сигналов. Члены команды экспертов во главе с Михаилом Маровым были воодушевлены этим открытием и полученными результатами. Может быть, посадка «Венера-7» и не была грациозной, но она стала первой в советской и мировой планетных программах.
    Орбитальный аппарат «Венеры-7» передал результаты измерений верхних слоев атмосферы и ионосферы до того, как разрушился, войдя в атмосферу.


    Спускаемый аппарат «Венеры-7» измерил температуру атмосферы от высоты 55 км до поверхности, но из-за сбоя телеметрического коммутатора данных о давлении и показаниях радиовысотомера получено не было. Первоначально опасались даже, что переданные значения температуры были температурой внутри аппарата, но, к счастью, они оказались атмосферными и с привлечением соотношений термодинамики, аэродинамики спуска и в сочетании с данными доплеровских измерений оказалось также возможным построить профили давления вплоть до поверхности. Доплеровские измерения сдвига несущей частоты радиопередатчика спускаемого аппарата позволили получить высотные профили горизонтальной скорости и направления ветра в атмосфере в интервале высот 0-55 км.
    В согласии с предыдущими аналогичными измерениями на спускаемых аппаратах «Венера-4, -5 и -6» оказалось, что скорость ветра растет с высотой, а его направление совпадает с обратным направлением вращения планеты вокруг своей оси. Такой характер скорости ветра в подоблачной атмосфере хорошо совпадал также с данными наземных астрономических наблюдений за движением облаков в ультрафиолетовом диапазоне длин волн и свидетельствовал о наличии суперротации атмосферы Венеры. На поверхности измеренная скорость ветра составляла менее 2,5 м/с, достигая десятков метров на высоте около 50 км. Последние показания датчика температуры при посадке были между 457 и 474 °С, последнее значение отвечало условиям на поверхности. Ему соответствовало вычисленное поверхностное давление атмосферы 92 бар. Данные о характере поверхностных пород получить не удалось из-за вышедшего из строя коммутирующего устройства. Вместе с тем данные о доплеровском сдвиге частоты в момент касания поверхности в совокупности с тем фактом, что спускаемый аппарат выдержал удар при большой скорости, свидетельствовали о том, что грунт был более жестким, чем песок, но не жестче, чем пемза.