16 и 17 мая 1969 года две советские автоматические межпланетные станции достигли Венеры. ТАСС — о неимоверных трудностях в изучении ближайшей планеты
Сейчас мы знаем, что на Венере сложно продержаться хотя бы сутки (рекорд пока составляет 127 минут и принадлежит "Венере-13"). Но самые первые аппараты проектировались в расчете на гораздо менее суровые условия. Советский "Зонд-1", построенный в 1964 году, даже был способен приводниться, поэтому имел датчик для определения периода волн в гипотетическом венерианском океане. А шкала барометра на "Зонде-1" заканчивалась на отметке 6,9 атмосфер — давление больше 7 атмосфер казалось конструкторам совершенно невероятным.
Первые аппараты отправляли в надежде найти пригодные для жизни условия, перед стартом их стерилизовали, чтобы не занести на Венеру земную жизнь. О том, что эта жизнь погибнет сама еще до посадки, ученые не догадывались вплоть до полета "Венеры-4". Та впервые смогла мягко войти в атмосферу, начала спуск с передачей данных о давлении... И ее рассчитанный на 20 атмосфер корпус треснул задолго до посадки.
Автоматическая межпланетная станция "Венера-4" во время испытаний, 1967 год
Источник изображения: © П. Гарашев/ТАСС
Атмосфера Венеры на 96,5% состоит из углекислого газа, на 3,47% — из азота, остальное — незначительные примеси, а кислорода нет вообще. Давление на поверхности равно давлению на глубине около 910 метров под водой в земных океанах: фактически "воздух" над Венерой представляет собой полужидкий-полугазообразный океан.
На высоте 50–65 км атмосферное давление и температура практически такие же, как на поверхности Земли. Условия в этой области больше всего напоминают привычные для людей, даже больше, чем в пустынях Марса. Некоторые ученые даже предлагали колонизировать верхние слои венерианской атмосферы.
Селфи спустя месяц не снимешь
Если "Венеру-4" раздавило неожиданно, то "Венеру-5" и "Венеру-6" ровно полвека назад расплющило в строгом соответствии с планом полета. Было ясно, что давление слишком велико. На основе данных с предшествующих аппаратов ученые придерживались оценки "около 90 атмосфер и 470 °С".
Схема автоматической межпланетной станции "Венера-5", 1969 год
Источник изображения: © ТАСС
Этим станциям не успевали сделать особо прочный корпус, но он и не требовался. Ученые оборудовали оба аппарата только приборами для изучения атмосферы. Кроме барометра, термометра и газоанализатора, на борту стоял также фотометр для измерения уровня освещенности. Из-за сплошной многоуровневой облачности там оказалось довольно мрачно, несмотря на относительную близость к Солнцу. "Венеру-5" и однотипную "Венеру-6" раздавило, когда давление выросло примерно до 25 атмосфер.
Добраться до поверхности удалось только "Венере-7". Когда 15 декабря 1970 года она совершила посадку, предварительные оценки блестяще подтвердились. Аппарат получил титановый корпус, рассчитанный уже не на 25, а на 180 атмосфер, чтобы уж наверняка выдержать самое высокое давление на планетах земной группы (на Юпитере и других планетах-гигантах оно еще выше, но там нет твердой поверхности).
Обеспечить сколь-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.
Человек может жить при температурах до 40 °С и на короткое время заходить в места, где сухой воздух нагрет до сотни с небольшим, как в бане. Обычные потребительские процессоры для компьютеров не любят перегрева свыше 70 °С. Промышленная электроника самого живучего класса Military обычно работает при 125 °С, но достигается это за счет строгого контроля качества и улучшенного теплоотвода, а не из-за радикального усовершенствования. Дальнейшего повышения температуры никакие полупроводниковые компоненты не выдерживают.
Автоматическая межпланетная станция "Венера-7" в монтажно-испытательном корпусе, 1970 год
Источник изображения: © ТАСС
Повышение температуры заставляет молекулы двигаться быстрее — в результате тонкая структура внутри кремниевого кристалла разрушается. Даже экспериментальные образцы микросхем рассчитаны максимум на 300 °С, 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 1970-х, а сейчас в типичных чипах насчитывают от десятков миллионов транзисторов. Кроме того, нужны столь же термостойкие аккумуляторы. Даже изоляция для проводов в венерианских условиях должна быть из специальных материалов: привычный ПВХ плавится уже при 200 °С.
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 приборов пришлось отказаться, а разгонный блок ракеты "Молния-М" специально доработали, увеличив его топливные баки.
Старт ракеты-носителя с автоматической межпланетной станцией "Венера-7", 1970 год
Источник изображения: © Кадр из фильма "К планете загадок"/ТАСС
Не нужно забывать о давлении. Люди давно умеют создавать сосуды, которые выдерживают повышенное давление, — на первый взгляд, проблемы нет. Обычный кислородный баллон для газосварки выдерживает (правда, изнутри) 150 атмосфер — только вот такие стальные баллоны при объеме 40 л весят 65 кг; чуть лучше соотношение у баллонов для аквалангов. Замена стали на композиционные материалы снижает вес, но прочность стеклопластика при нагреве до венерианских значений снижается в несколько раз. Словом, и тут есть инженерные задачи без простого решения.
На Марс сложно сесть из-за разреженной атмосферы, зато после посадки некоторые аппараты проработали на Красной планете свыше десяти лет. Венера такого не допускает: там нельзя провести месяц за работой, а потом выставить перед собой манипулятор, сделать селфи и закинуть его на Землю. Экспедиции на Венеру до сих пор остаются уделом роботов-самоубийц — автоматов, которые проработают считаные часы и погибнут без особых шансов на обнаружение экспедициями будущего.
Вернемся не раньше 2026-го
После того как ученые получили общее представление об условиях на Венере, интерес к планете упал. Искать жизнь земного типа оказалось напрасной затеей. Облака из капелек серной кислоты и ураганные ветра, давление и температура — все 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.
"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 °С), но из жидкости там только микрокапли серной кислоты, и нет источников микроэлементов, которые необходимы даже наиболее самостоятельным микробам", — объяснил Михаил Никитин, научный сотрудник НИИ ФХБ им. А.Н. Белозерского МГУ, автор книги "Происхождение жизни: от туманности до клетки".
За "Венерой-14" — последней миссией с посадочным модулем в советской программе изучения планеты — последовали спускаемые аппараты двух станций "Вега" (уникальный проект, в рамках которого станции посетили и Венеру, и комету Галлея). После 1985 года человечество под венерианские облака не заглядывало. Планета изучалась исключительно с орбиты или когда какой-нибудь аппарат просто пролетал мимо в сторону Меркурия или Солнца.
Автоматическая межпланетная станция "Вега", 1984 год
Источник изображения: © Валентин Кузьмин, Альберт Пушкарев/ТАСС
С 2006 по 2015 годы вокруг Венеры работал европейский спутник "Венера-Экспресс", а ранее, с 1990 по 1994 годы, 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.
Компьютерное изображение вулкана на Венере, построенное на основании данных с нескольких космических аппаратов
Источник изображения: © NASA/JPL
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 малоперспективно. Работать на ее поверхности очень сложно, и делать это ради изучения венерианской геологии кажется не столь уж целесообразным делом.
Проекты по изучению Венеры — например, российская миссия "Венера-Д" — с 2000-х 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, но случится это в лучшем случае летом 2026-го, а то и позже.
Алексей Тимошенко, научно-популярный сайт "Чердак"
