Комплекс научной аппаратуры. 

Для выполнения главной целевой задачи – радиокартографирования поверхности Венеры на борту КА серии 4В2 установлена БКРС «Полюс В», разработанная в ОКБ МЭИ под руководством А.Ф. Богомолова, в составе РЛБО и радиовысотомера.

Все приборы КА, занятые картированием поверхности, осуществляют наблюдения и измерения в радиодиапазоне. Известно, что плотный слой атмосферы Венеры, простирающийся до высоты 35 км, «прозрачен» для радиоволн длиной свыше 2÷3 см. Стержнем радиотехнического комплекса стал радиолокатор бокового обзора. Радиоволны, посылаемые передатчиком, формируются антенной радиолокатора и беспрепятственно достигают поверхности, «высвечивая» на ней эллипс размером по продольной оси 100 - 150 км. Чтобы обеспечить в этой зоне разрешение 1,5÷2 км, луч радиолокатора отклонен от вертикали приблизительно на 10°.

Периодически излучаемые импульсы определенной длительности достигают ее ближней и дальней границ, отраженные от них сигналы поступают на приемник в разное время. Там они разделяются на составляющие, каждая из которых несет информацию об отдельной полосе наблюдаемой поверхности (около 7000 км) вдоль направления движения. Дальнейшее деление по доплеровской частоте позволяет получить изображение с максимальным разрешением 1,5 х 1,5 км. Яркость отдельных деталей поверхности зависит от ее наклона и физических свойств.

Процесс преобразования излучаемых импульсов в изображение со столь высоким разрешением очень сложен, однако его упрощение привело бы к значительному увеличению размеров антенны радиолокатора - до 60÷80 м, что было технически нереализуемо.

В процессе съемки радиолокационная информация записывается на магнитофоны аппаратуры долговременного запоминания (АДЗ) емкостью 100 Мбит. Воспроизведение информации с АДЗ – после окончания сеанса съемки на том же витке.

Конечная информация для построения радиоизображений поступает с борта КА в двух видах. В одном случае, используя бортовую корреляционную обработку, получают данные, по которым, после их запоминания и передачи на Землю, непосредственно на приемной станции строятся изображения наблюдаемого рельефа поверхности. В другом - вся исходная информация записывается на бортовой магнитофон и посылается на Землю для детальной обработки.

Радиовысотомер предназначен для получения профилей поверхности Венеры (вдоль трассы полета аппарата) с точностью различения перепадов высот до 50 м. 

Аппаратура «Омега-В», также разработанная в ОКБ МЭИ, решает самостоятельные научные задачи, не связанные напрямую со съемкой:

определение диэлектрической проницаемости грунта в локальных районах вдоль трассы полета;

оценка плотности вещества поверхностного слоя планеты толщиной до нескольких метров;

определение подповерхностной температуры и поиск термальных источников на поверхности Венеры.

Радиотелескоп «Омега» представляет собой 4-канальный поляризационный радиометр (тепловой локатор), работающий в диапазоне от 10 до 20 см и предназначенный для измерения интенсивности и поляризации радиоизлучения поверхности Венеры.

Кроме вышеперечисленной целевой научной аппаратуры, на борту КА установлены и другие научные приборы, предназначенные для изучения Венеры с орбиты ее искусственного спутника и для исследования межпланетного пространства.

Во время перелета к «утренней звезде» и при приближении к ней с помощью прибора КС‑18‑6В, разработанного НИИЯФ МГУ, проводились измерения галактических и солнечных протонов, регистрировались потоки космических лучей и наблюдалась радиационная обстановка. Информация с прибора записывалась на бортовой магнитофон каждые 4 часа вне сеансов связи.

После переноса сроков запуска межпланетных космических аппаратов серии 4В2 с запланированного 1981 года на 1983 года появился резерв массы, который использован для установки на борт прибора ФС-1/4 (инфракрасного Фурье-спектрометра), разработанного и изготовленного в Германской Демократической Республике при участии ученых из ИКИ АН СССР. Этот прибор предназначен для получения данных о химическом составе и физических характеристиках атмосферы Венеры. Сам Фурье-спектрометр может работать как в режиме записи на ЗУ со скоростью 3072 бита в секунду с последующим воспроизведением, так и в режиме непосредственной передачи со скоростью 8192 бита в секунду.

Наличие на борту штатных передатчиков дециметрового и сантиметрового диапазонов непрерывного излучения дало возможность проводить эксперименты по радиопросвечиванию атмосферы Венеры, а также солнечной короны и околосолнечной плазмы, особенно в период «захода» планеты за Солнце.

РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЕКТА 

Старту аппаратов 4В2 предшествовал запуск 23 марта 1983 года астрофизической обсерватории «Астрон», также разработанной в НПО имени С.А. Лавочкина на базе межпланетных аппаратов типа 4В. Уже первые недели полёта «Астрона» показали, что расчётная динамическая модель объекта с учётом дополнительных панелей солнечной батареи не соответствует реальности. Упущение заключалось в том, что после установки дополнительных панелей КА перестает быть абсолютно твёрдым телом и это вызывает существенное, по сравнению с расчетным, повышение расхода рабочего тела при работе системы ориентации. 

Ситуация была промоделирована в НПО имени С.А. Лавочкина на аналоговой вычислительной машине. В результате выработаны рекомендации по управлению КА «Астрон», а для КА серии 4В2 изготовлены новые газовые сопла с диаметрами выходных отверстий согласно уточненным расчетам. Кроме того, в контур управления ориентации введена линия задержки, что позволило избежать автоколебаний. 

При первом включении сантиметрового передатчика на «Астроне» выявилась схемная ошибка при подключении его к антенне. Такая же ошибка допущена и на обоих аппаратах 4В2, что грозило невозможностью передачи радиолокационной информации на Землю. Её оперативно устранили до старта «Венер». 

Оба космических аппарата серии 4В2 (КА «Венера-15, -16») успешно прошли всесторонние наземные испытания и стартовали с космодрома Байконур в июне 1983 года. 

КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ «ВЕНЕРА-15» 

Общая масса КА «Венера-15» – 5250 кг, масса топлива – 2443 кг. Масса комплекта целевой аппаратуры: БКРС «Полюс В» – 298,6 кг, «Омега» – 22,95 кг. 

Старт ракеты-носителя «Протон-К» с КА «Венера-15» произведен с космодрома Байконур 2 июня 1983 года в 5 часов 38 минут 39,88 секунды. Старт к Венере осуществлен с промежуточной околоземной орбиты. Импульс второго включения двигателя блока ДМ, обеспечивший выведение станции «Венера-15» на межпланетную траекторию, составил 3725,6 м/с. 

По результатам траекторных измерений с целью парирования ошибок выведения 10 июня 1983 года проведена первая коррекция траектории КА «Венера-15». Импульс коррекции составил 6,376 м/с, при этом двигатель проработал на малой тяге 4,685 секунды, затратив на коррекцию 15,7 кг топлива. 

До отъезда основного состава ГОГУ из Евпатории проведены тестовые включения прибора «Фурье-спектрометр» и БКРС. Сначала воспроизведены с магнитофонов АДЗ тестовые изображения, записанные на них на Земле; в начале июля - включения всего БКРС. 2 июля 1983 года включен типовой сеанс №11. В ходе этого сеанса в результате программных разворотов на гироплатформе антенна радиовысотомера была направлена на Землю. После наведения антенны включен передатчик БКРС для излучения зондирующего сигнала. Этот сигнал принимался антенной ТНА-1500 в Медвежьих озерах. Уровень сигнала соответствовал расчетному значению. 

6 июля 1983 года включен типовой сеанс №7, предназначенный для проведения радиолокационной съемки Венеры. Сигнал также принимался в Медвежьих озерах. Однако в отличие от сеанса №11 здесь после программных разворотов производилось еще программное склонение, которое позволило получить срез диаграммы направленности РЛБО. 

После завершения работ по проверке БКРС «Полюс В» сеансы связи с КА на перелете стали проводиться примерно 1 раз в 5 суток. В ходе сеансов проводились траекторные измерения и сброс телеметрической информации, как в режиме непосредственной передачи, так и при воспроизведении бортовых магнитофонов, в том числе с записанной на них информацией с прибора КС 18 6В. 

В августе и сентябре были проведены тестовые включение прибора ФС-1/4 с записью информации на ЗУ. 

В сентябре-октябре на «Венере-15» вдруг начали пропадать метки ПВУ «1 час», «1 сутки» и «3 суток». По этим меткам не только производилась запись ТМ-информации на магнитофон, но также запускался счетчик включения особо важных сеансов таких, как «Коррекция», «Торможение» и «Лоцирование». Кроме того, каждый час блоком программных уставок отрабатывались программные углы подвижек полей зрения солнечного и звездного приборов для отслеживания изменения углов Солнце – объект – Земля и Солнце – объект – Канопус. В принципе, включение сеансов и подвижку полей зрения астроприборов можно проводить и по командам с Земли, но при этом снижается надежность управления. Достаточно не пройти команде на включение сеанса «Лоцирование» (типовой сеанс №7), и съемка Венеры будет загублена, а в карте образуется пробел. 

К середине октября метки из ПВУ стали снова выходить регулярно, однако наблюдаемый ранее сбой сказался на формировании программы работы с КА на орбите Венеры. 

1 октября 1983 года, за 9 суток до выхода на орбиту, проведена вторая коррекция траектории, при этом импульс коррекции составил 2,1 м/с. 

10 октября 1983 года, спустя 130 суток после старта, включен двигатель, который, проработав 269,6 секунды, обеспечил выход КА «Венера-15» на орбиту искусственного спутника Венеры со следующими параметрами: высота в перицентре 904,5 км, в апоцентре 64687 км, наклонение 87,5°, период обращения 23 часа 26 минут 49,6 секунды. Тормозной импульс составил 1144,5 м/с, при этом было затрачено более полутора тонн топлива (1667,67 кг). 

Следует отметить, что из-за несогласованности баллистиков и разработчиков программного обеспечения БЦВМ САУ было выбрано наклонение орбиты, не адекватное направлению программного склонения КА в сеансе съемки. В результате при штатной съемке оставалась неохваченной полярная область Венеры. Выяснилось это только перед торможением КА. 

Практически сразу после выхода на орбиту начались проверки БКРС и прибора ФС-1/4. Уже 12 ноября на «Венере-15» в районе перицентра включен типовой сеанс №14 для стабилизации КА на гироплатформе. В сеансе включался «Фурье-спектрометр» в режиме записи на ЗУ ЭА-035. Эти включения повторены в последующие 3 суток, причем 15 ноября через несколько часов после окончания типового сеанса №14 был включен типовой сеанс №11 для передачи на Землю зондирующего сигнала. 

16 октября 1983 года – проведена первая съемка поверхности Венеры. 

Проверочные включение БКРС и прибора ФС-1/4 показали их нормальную работу, однако из-за возобновившегося пропуска часовых меток ПВУ, прохождение которых в результате было запрещено 14 ноября по команде с Земли, «Венера-15» получила роль дублёра «Венеры-16» на случай возможных сбоев, а также при проведении профилактик. В остальное время планировалось проводить эксперимент «Фурье-спектрометр», а также радиопросвечивание атмосферы Венеры (при наличии радиотени) и околосолнечной плазмы. 

Исходя из этих предпосылок, были спланированы коррекции орбит двух аппаратов. После проведения коррекций 17 октября (импульс – 19,2 м/с) и 2 ноября (импульс – 18,2 м/с) сформирована рабочая орбита «Венеры-15» с высотой в перигее 873 км, в апогее ~65000 км и с периодом 23 часа 57 минут 26 секунд. Широта перицентра орбиты составила 62° северной широты. Одно из основных требований к баллистическим параметрам орбиты – расположение перицентра орбиты в зоне радиовидимости наземных пунктов. Поскольку «Венера-15» должна была дублировать «Венеру-16», то плоскость ее орбиты была развернута коррекциями относительно плоскости орбиты другой машины на ~ 4°27', что позволило закрывать «окна» в картографировании, возникающие каждый месяц в течение трех дней профилактики наземных средств. При суточном вращении планеты относительно плоскости орбиты 1,5° «Венера-15» на трое суток позже «Венеры-16» проходила над теми же районами планеты. А после профилактики достаточно было четырех сеансов съемки, проведенных «Венерой-15». 

Собственно радиолокационная съемка поверхности Венеры проводилась в районе перицентра. Обычно съемка начиналась на широте 80° за северным полюсом Венеры. Аппарат проходил вблизи него и, двигаясь примерно вдоль меридиана, заканчивал съемку на широте 30°. При каждом сеансе съемки получалась полоса изображения поверхности Венеры длиной около 7500 км и шириной около 120 км, что соответствовало 16-минутной съемке. Длина полосы определялась рабочим диапазоном высот радиолокационной системы (от 1000 до 2000 км). С каждым витком снимаемая площадь наращивалась за счет вращения планеты вокруг своей оси на 1,5° каждые сутки, при этом соседние полосы частично перекрывали друг друга. 

В частности с помощью «Венеры-15» удалось закрыть белое пятно на карте – северный полюс планеты. Была разработана оригинальная схема, при которой ось Х смотрит не в подспутниковую точку, а отклоняется от плоскости орбиты на 20°. В этом случае след радиолокатора проходил через северный полюс. Правда, вся полоса была при этом сильно искривлена, но ведь из нее и нужен-то был всего лишь небольшой кусочек. Работы эти проводились, начиная с января 1984 года. Кроме того, 25 ноября 1983 года «Венера-15» провела съемку района посадки станции «Венера-9». 

После проведения первой орбитальной коррекции уже с 19 октября 1983 года стал регулярно включаться «Фурье-спектрометр». Всего же на «Венере-15» до 14 декабря 1983 года проведено 49 сеансов измерений, из них два сеанса с разворотом КА с помощью гироплатформы. Дальнейшей работе помешало отключение прибора от вторичных источников питания на «Венере-15». В последующем удалось восстановить дежурный режим прибора, однако запустить режим измерения так и не удалось. 

После поломки Фурье-спектрометра «Венера-15» использовалась только для дублирования «Венеры-16», а также для проведения экспериментов по радиопросвечиванию атмосферы Венеры и околосолнечной плазмы. 

Поскольку за счет воздействия на аппарат солнечного притяжения высота в перицентре орбиты постепенно увеличивалась, а по ТЗ она не должна превышать 1250 км, то для поддержания параметров орбиты в заданных пределах пришлось их корректировать включением двигательной установки. 

12 января 1984 года проведена первая из коррекций, выполненных с этой целью (импульс 43,2 м/с). Всего было проведено три таких коррекции. Ввиду невозможности съемки в эти периоды, перед сеансами коррекции съемка велась двумя аппаратами. 

Тогда же в январе 1984 года в связи с уменьшением угла Солнце-объект-Земля была выдана команда на расчековку крепления и переброс остронаправленной антенны на 60°. Однако на «Венере-15» она не дошла до концевика. Опытным путем установили, что «недолёт» составил 6°. Соответствующую поправку внесли в программу отработки углов солнечного и звездного приборов, и работа продолжалась в прежнем ритме. 

9 апреля 1984 года проводилась очередная коррекция орбиты «Венеры-15». Включение двигателя «встряхнуло» аппарат, антенна прошла недостающие 6 градусов и встала на упор. 

В марте-апреле 1984 года аппарат на каждом витке «скрывался» от Земли в тени Венеры – заходил в так называемую радиотень. Заходы и выходы из радиотеней были использованы для работы по просвечиванию атмосферы планеты «Венерой-15». 

По мере уменьшения угла Солнце – объект – Земля, то есть, по мере приближения момента захода Венеры за Солнце по отношению к Земле, который состоялся 15 июня 1984 года, стали регулярно проводиться сеансы по радиопросвечиванию околосолнечной плазмы в двух частотных диапазонах: сантиметровом и дециметровом. 

10 июля 1984 года было завершено выполнение запланированной для обоих аппаратов программы полета, заключающейся в решении основной целевой задачи – картографировании северного полушария Венеры. 

После этого работа продолжалась по факультативной программе. До конца июля проводился эксперимент по радиопросвечиванию околосолнечной и межпланетной плазмы. В августе-октябре 1984 года продолжены работы по просвечиванию атмосферы Венеры, начатые в период прохождения радиотени в марте-апреле 1984 года. 

30 декабря на «Венере-15» зафиксировано полное израсходование рабочего тела (азота) системы ориентации. Это привело к тому, что в сеансе, проведенном 5 января 1985 года, зафиксировано неориентированное положение аппарата, отсутствие заряда и почти пустая буферная батарея. 

7 января «Венера-15» на связь не вышла. 

Программа ЛКИ «Венерой-15» выполнена, в основном, в роли аппарата-дублера, обеспечившего полноценное выполнение задачи, поставленной в экспедиции аппаратов серии 4В2. 

КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ «ВЕНЕРА-16» 

Общая масса КА «Венера-16» - 5300 кг, из которых 2520 кг составляло топливо. Масса комплекта целевой аппаратуры: БКРС «Полюс В» – 298,6 кг, «Омега» – 22,95 кг. 

Старт ракеты-носителя «Протон-К» с КА «Венера-16» произведен с космодрома Байконур 7 июня 1983 года в 5 часов 49 минут 47,5 секунды. Старт к Венере осуществлен с промежуточной околоземной орбиты. Импульс второго включения двигателя блока ДМ, обеспечивший выведение «Венеры-16» на межпланетную траекторию, составил 3695,6 м/с. 

По результатам траекторных измерений с целью парирования ошибок выведения 15 июня 1983 года была проведена первая коррекция траектории КА «Венера-16». Импульс коррекции составил 26,775 м/с, при этом двигатель прора¬ботал на малой тяге 15,4 секунды, затратив на коррекцию 54,2 кг топлива. 

Первой коррекции предшествовала закладка уставок в БЦВМ САУ. В ходе этого сеанса неожиданно пропало электричество на всем НИП-16. Причина – короткое замыкание и пожар на трансформаторной подстанции. Через 2 часа последствия пожара были ликвидированы, и уставки благополучно заложены на борт КА. 

После коррекции проведены тестовые включения прибора «Фурье-спектрометр» и БКРС. При этом сначала воспроизвели с магнитофонов АДЗ тестовые изображения, записанные на них на Земле. В начале июля были проведены включения всего БКРС. 

3 июля 1983 года на «Венере-16» включен типовой сеанс №11. В ходе этого сеанса в результате программных разворотов на гироплатформе антенна радиовысотомера была направлена на Землю. После наведения антенны включен передатчик БКРС для излучения зондирующего сигнала. Сигнал принимался антенной ТНА-1500 в Медвежьих озерах. Как и в случае с «Венерой-15» уровень сигнала соответствовал расчетному значению. 

7 июля 1983 года включен типовой сеанс №7, предназначенный для проведения радиолока-ционной съемки Венеры. Сигнал также принимался в Медвежьих озерах. В результате программного склонения КА получен срез диаграммы направленности РЛБО. 

После завершения работ по проверке БКРС «Полюс В» сеансы связи с КА на перелете стали проводиться примерно 1 раз в 5 суток. В ходе сеансов проводились траекторные измерения и сброс телеметрической информации, как в режиме непосредственной передачи, так и при воспроизведении бортовых магнитофонов, в том числе с записанной на них информацией с прибора КС 18 6В. 

В августе и сентябре проведены тестовые включения прибора ФС-1/4 с записью информации на ЗУ. 

За 9 суток до выхода на орбиту 5 октября 1983 года проведена вторая коррекция траектории, при этом импульс коррекции составил 9,05 м/с. 

Спустя 129 суток после старта, 14 октября 1983 года КА «Венера-16» вышел на орбиту искусственного спутника планеты. При этом на торможение затрачено больше топлива (1754,3 кг), поскольку требовалось погасить большую скорость (1216,7 м/с), нежели чем для «Венеры-15». Полученная орбита несколько отличалась от орбиты «Венеры-15»: высота в перицентре 977,3 км, в апоцентре 67078 км, период обращения 24 часа 34 минуты 16,8 секунды. 

Вскоре после выхода на орбиту ИСВ, 16 октября 1983 года в районе перицентра включен типовой сеанс №14 для стабилизации КА на гироплатформе. В сеансе включался «Фурье-спектрометр» в режиме записи на ЗУ. 

20 октября 1983 года проведена первая съемка планеты КА «Венера-16». 

Проверочные включение БКРС и прибора ФС-1/4 показали их нормальную работу, хотя на «Венере-16» наблюдался пропуск отдельных кадров с прибора ФС-1/4 из-за нарушения в движении зеркала интерферометра, в то время как у «Венеры-15» таких проблем не было. 

Исходя из результатов проверочных включений полезной нагрузки и состояния бортовой аппаратуры, основным аппаратом для картографирования Венеры выбрана «Венера-16», которой была отведена главная роль по проведению картографирования Венеры. 

Поскольку «Венера-16» стала основной машиной и должна была опережать «Венеру-15» при прохождении одних и тех же районов планеты, плоскость ее орбиты разворачивать не требовалось, и для формирования рабочей орбиты ограничились одной коррекцией, проведенной 22 октября 1983 года. При этом импульс коррекции составил 14,3 м/с. 

В результате коррекции сформирована рабочая орбита с параметрами: высота в перицентре – 944 км, в апоцентре – 65336 км, период обращения – 23 часа 57 минут 51 секунда. Таким образом, обеспечивалось прохождение перицентра «Венерой-16» на ~3 часа позже «Венеры-15», чтобы их сеансы не мешали друг другу. 

После формирования и «завязки» орбиты началась работа по выполнению основной задачи полета – картографированию северного полушария Венеры. С помощью «Венеры-16» с 1 по 5 ноября была проведена внеплановая съемка области Метиды, а уже с 11 ноября 1983 года начались регулярные съемки, и продолжались они в течение одного венерианского года (243 земных суток) до 10 июля 1984 года. 

После отказа Фурье-спектрометра на «Венере-15» проведено несколько включений (всего 10 раз) прибора ФС 1/4 на «Венере-16». Однако из-за поломки привода зеркала интерферометра эти работы вскоре прекратились. 

С учётом штатного функционирования бортовой аппаратуры радиолокационная съемка поверхности Венеры проводилась регулярно и практически без перерыва. Перерывы наступали только на время профилактики наземных средств, а также на период проведения коррекций орбиты с целью поддержания её параметров в заданных пределах. Всего было проведено две коррекции орбиты космического аппарата «Венера-16», первая из которых состоялась 8 января 1984 года (импульс 41 м/с). Как уже ранее говорилось, перед сеансами коррекции съемка велась двумя аппаратами. 

Тогда же в январе был проведен переброс остронаправленной антенны на угол 60°. В отличие от «Венеры-15» эта операция прошла штатно. 

В последующем в результате потери трех дней на заход Венеры за Солнце и еще двух дней на восстановление ориентации КА получился информационный пробел на формируемой карте Венеры. Поэтому 21 июня 1984 года проведена коррекция траектории полета «Венеры-16», с помощью которой плоскость орбиты развернули назад на 18° (импульс – 450 м/с). Ситуация как бы вернулась на 12 дней назад, и тем самым образовавшийся пробел был «закрыт». 

После выполнения основной задачи полета работа аппаратами продолжалась по факультативной программе. До конца июля проводился эксперимент по радиопросвечиванию околосолнечной и межпланетной плазмы. В августе-октябре 1984 года были продолжены работы по просвечиванию атмосферы Венеры, начатые «Венерой-15» в период прохождения радиотени в марте-апреле 1984 года. 

Завершение работы КА «Венера-16» некоторым образом связано с появлением в околопланетном пространстве Венеры еще одного советского исследовательского зонда – КА «Вега-1». 13 июня 1985 года возникла нештатная ситуация, связанная с потерей вновь прибывшим аппаратом трехосной ориентации. С Земли на борт «Веги-1» была передана команда, способствующая восстановлению режима ПСЗО. 

Из-за совпадения рабочих частот командных приемников одновременно включился режим поиска звезды и на «Венере-16», которая оказалась в пределах диаграммы направленности наземной передающей антенны. 

«Веге-1» переданная команда помогла восстановить трехосную ориентацию, а вот «Венера-16» при попытке также построить ПСЗО израсходовала последние остатки азота. Ситуация с «Венерой-16», уже выполнившей свою научную программу, отошла на второй план – группе управления куда важнее было привести в рабочее состояние аппарат, реализующий в это время один из важнейших этапов своей экспедиции, и обеспечить штатное «вхождение» в подобный же этап еще одного вновь прибывшего аппарата – КА «Вега-2». 

Сеанс связи с КА «Венера-16» был назначен на 18 июня, однако аппарат на связь не вышел. 

РЕЗУЛЬТАТЫ ПОЛЕТА 

Программа ЛКИ «Венерой-15» выполнена, в основном, в роли аппарата-дублера, обеспечившего полноценное выполнение задачи, поставленной в экспедиции аппаратов серии 4В2. 

Практически все бортовые системы обоих аппаратов отработали надежно. Даже система автономного управления и БЦВМ, для которых пришлось существенно увеличить гарантийный ресурс, отработали почти без замечаний. Правда, 9 февраля 1984 года уже после окончания съемки не было выключения системы автономного управления на КА «Венера-16». Пришлось отключать ее по команде с Земли, но на последующую работу это не повлияло. Единственный сбой БЦВМ, приведший к отмене сеанса съемки, произошёл 1 апреля 1984 года. Возникший пробел компенсировала «Венера-15». 

Формально запланированная программа съемки была завершена 10 марта 1984 года. Однако за это время была снята только половина северного полушария Венеры – около 60 млн. км ². Учитывая прекрасное состояние бортовых систем, было принято решение о продолжении радиолокационного картографирования планеты еще на 4 месяца. 

Наиболее критическим стал для выполнения целевой задачи заход Венеры за Солнце, который состоялся 15 июня 1984 года. Уже в начале мая 1984 года начал расплываться спектр дециметрового сигнала, что привело к необходимости уменьшения скорости передачи телеметрии по дециметрам. В конце мая дециметровый сигнал вообще рассыпался и исчез на фоне помех от Солнца. Правда, команды в дециметровом диапазоне на борт проходили устойчиво. 

Сантиметровый сигнал в гораздо меньшей степени был подвержен влиянию Солнца, поэтому с помощью сантиметрового передатчика передавалась не только радиолокационная информация со скоростью 100 кбод, но обычная телеметрическая информация со скоростью 3072 бода. 

Однако по мере приближения к Солнцу нарастало число сбоев в информации. Вследствие этого решено было с 14 по 16 июня 1984 году сеансы не проводить, и устроить профилактику наземных средств. К тому же во время захода расстояние до Венеры было максимальным – 260 млн. км. 

В ожидании этого события было обеспечено проведение сеансов съемки Венеры двумя аппаратами с 10 по 13 июня, причем информация уже не воспроизводилась, а записывалась на разные комплекты и разные дорожки АДЗ. Кроме того, после окончания последней съемки оба аппарата были переведены в режим постоянной солнечной ориентации. 

После выхода Венеры из-за Солнца и окончания профилактики 17 июня произведена попытка включить бортовые передатчики и получить на Земле сигнал. Ответа с обоих КА получено не было. Только на другой день, 18 июня, задействовав передатчик антенны П2500 и подняв его мощность до 80 кВт, удалось войти в связь с аппаратами. 

После построения трехосной ориентации, воспроизведения записанной на АДЗ радиолокационной информации и закладки уставок в БЦВМ САУ были продолжены работы по картографированию поверхности Венеры.

ТЕХНИЧЕСКАЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ НОВИЗНА 

Для картографирования поверхности Венеры с помощью космических аппаратов 4В2 технически оказалось возможным создать радиолокационную станцию с синтезированной апертурой с фактическим разрешением 1-2 км. 

Для раздельного восприятия элементов поверхности Венеры размером 1-2 км с высоты 1000-2000 км, на что рассчитана радиолокационная аппаратура станций 4В2, пространственное разрешение должно быть примерно таким, какое дал бы невооруженный глаз при наблюдении поверхности Венеры с той же высоты, если бы над ней не было плотного облачного слоя. Обычные радиоантенны не могут обеспечить ту пространственную разрешающую способность, какую дают оптические приборы, вследствие много большей длины волны. Поэтому для получения необходимого пространственного разрешения применен метод радиолокации с «синтезом искусственного раскрыва антенны» (с «синтезом апертуры»), который для исследования Венеры с космического аппарата использовался впервые. 

Метод синтезированной апертуры основан на том, что расположенная на космическом аппарате антенна перемещается в пространстве. Обрабатывая отраженные сигналы одновременно, синтезируют антенну во много раз длиннее той, что была на космическом аппарате. Соответственно возрастает пространственное разрешение по направлению трассы космического аппарата. Разрешение, достигнутое обработкой сигналов радиолокационной станции космических аппаратов 4В2, можно было получить при длине антенны 70 метров, в то время как ее длина составляла всего 6 метров. В направлении, перпендикулярном трассе, разрешение достигается, как обычно, за счет модуляции зондирующего сигнала, позволяющей разделять отраженные сигналы по времени их прихода к антенне. 

При выборе длины волны радиолокационной системы руководствовались тем, что при заданном размере антенны (в том числе и синтезированной) с укорочением длины волны ширина луча уменьшается и, следовательно, растет разрешение. С другой стороны, на длинах волн короче 10 см резко падает мощность отраженных сигналов вследствие поглощения электромагнитного излучения в атмосфере Венеры, через которую проходят радиоволны, зондирующие поверхность. В конечном итоге, для БКРС «Полюс-В» была выбрана длина волны 8 см. 

Для картографирования Венеры в ОКБ МЭИ под руководством А.Ф. Богомолова был разработан новый вид радиолокационной системы, совмещающий в себе радиолокационную станцию с синтезированной апертурой и радиовысотомер. С помощью переключателя к передатчику и приемнику периодически подключаются то антенна радиолокационной станции с синтезированной апертурой, то антенна радиовысотомера. Длина волны системы порядка 8 см, на которой атмосфера Венеры практически прозрачна. Мощность передатчика равна 80 Ватт. 

Прием и регистрация отраженных сигналов, запаздывающих относительно излученного сигнала, производятся в паузе по окончании импульса передатчика. Зарегистрированная порция сигналов используется затем для построения кадра радиолокационного изображения или получения одного измерения высоты. За 16 минут съемки регистрируется около 3200 порций сигналов. Излучение и прием через каждую из антенн следуют через 0,3 секунды. Таким образом, в обоих режимах передатчик, приемник, а также регистрирующая аппаратура общие, в то время как антенны разные. 

НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ 

Радиолокационные изображения Венеры получали различными способами и до запуска КА «Венера-15, -16». Например, с помощью мощных наземных радиотелескопов. Их разрешающая способность колеблется от 4 до 20 км, причем изображения с разрешением 4 км охватывают 4 процента всей площади планеты, а с разрешением 20 км - до 50 процентов, не распространяясь только на экваториальную и полярные области. 

Благодаря предыдущим экспериментам появилась детальная карта физических условий, существующих на поверхности, в атмосфере и околопланетном пространстве. В то же время ученые не располагали обычной географической картой Венеры, хотя такие карты Луны, Марса и даже Меркурия созданы. Трудность здесь в том, что атмосфера Венеры непрозрачна и препятствует прямому фотографированию ее поверхности с искусственных спутников. Карта планеты крайне необходима, например, для изучения ее климата, атмосферной циркуляции, структуры гравитационного поля. Она дает возможность распространить данные, полученные в местах посадки спускаемых аппаратов, на другие области планеты и выбрать новые интересные районы для детального исследования. Решение всех этих вопросов поможет понять эволюцию планет Солнечной системы, позволит восстановить прошлое и заглянуть в будущее нашей планеты. 

Космические аппараты «Венера-15» и «Венера-16» с радиолокационной системой для картографирования планеты вышли на орбиты спутников Венеры в середине октября 1983 года. 

За 8 месяцев — с 11 ноября 1983 года, когда началась регулярная съемка, по 10 июля 1984 года — снято все северное полушарие Венеры от полюса до 30° с.ш. общей площадью 115 млн. км ² с разрешением на местности порядка 0,9-2,5 км в зависимости от высоты полета. Это составляет четвертую часть от общей площади поверхности Венеры. 

Одновременно с радиолокатором работал высотомер с точностью измерения высоты около 30 метров. На Землю был передан большой объем научной информации, позволивший после соответствующей обработки получить радиолокационные карты поверхности Венеры, построить профили поверхности вдоль трасс полета спутников и гипсометрическую карту отснятой поверхности. На полученных изображениях видны горные хребты, кратеры, плоскогорья, складки и разломы венерианской коры. Были обнаружены многочисленные результаты тектонической активности Венеры. 

Параметры орбит космических аппаратов «Венера-15» и «Венера-16» были выбраны таким образом, чтобы снять часть северного полушария Венеры, включающую Землю Иштар, Область Бета, Равнину Аталанты, некоторые сведения о которых были известны в результате полета орбитального аппарата «Пионер-Венера», а также полярную область к северу от широты 75°, которая оставалась вообще неисследованной. Эта задача была выполнена. 

В результате этой работы получено наиболее детальное из всех существующих изображение Гор Максвелла и окружающей области. В центре находится огромное образование Патера Клеопатры. Диаметр этого кратера составляет 95 км. Внутри него второй кратер диаметром 55 км. Внутренний кратер смещен к северозападу относительно центра внешнего, где их края почти совпадают. Анализ профиля высот по трассе, пересекающей Патеру Клеопатры, показывает, что внешний кратер имеет глубину 1,5 км, а дно внутреннего опущено еще на 1 км. 

С запада и юго-запада район Патеры Клеопатры окружен параллельными горными хребтами, тянущимися на сотни километров. Здесь в 200 км к западу от центра кратера находится самая высокая точка Венеры, возвышающаяся над средним уровнем на 11,5 км. Эта точка была зафиксирована профилографом аппарата «Венера-16» 14 января 1984 года. С запада горные хребты сдавлены массивной плитой Плато Лакшми высотой 5 — 6 км. С востока от кратера рельеф носит более хаотичный характер. Непосредственно вокруг кратера рельеф сглажен, по-видимому, выбросом при ударе метеорита, образовавшего кратер, и выглядит более светлым. 

С юга к Горам Максвелла примыкает край Равнины Седны. К северу Горы Максвелла переходят в извивающийся «жгут», плавно переходящий на севере в равнину. На равнинах видны небольшие вулканы, а на Плато Лакшми они огромны. Например, вулканическая кальдера Колетт имеет размер 100 х 75 км. От нее исходит радиальная система застывших лавовых потоков. Обнаружен лавовый поток длиной 300 км. На поверхности Венеры обнаружены интересные образования — овоиды. Это очень крупные, диаметром от 150 — 200 до 500 — 600 км, кольцевые структуры, развитые на вулканических равнинах. Они разнообразны по строению, но обычно очерчиваются системами концентрически параллельных или дугообразных гряд. Обнаружен также специфический тип венерианской местности, названный «паркет», и еще много неожиданного и интересного. Полученная карта представляет собой бесценный материал для специалистов-планетологов и позволит многое узнать о механизмах образования планет, и в частности Земли. 

Используя данные, переданные радиовысотомером и радиотеплолокатором, о наклоне и свойстве венерианской поверхности, удалось установить, как они влияют на яркость радиоизображений. 

Методом двухчастотного радиопросвечивания определялось, как с высотой меняется концентрация электронов в дневной и ночной ионосфере Венеры, а также в межпланетной и околопланетной плазме. 

На «Венере-15» проведено 49 сеансов измерений с использованием Фурье-спектрометра ФС 1/4, еще десять сеансов проведено на «Венере-16». Этот эксперимент проводился в рамках программы «Интеркосмос» совместно институтами Академии наук СССР и ГДР. С помощью спектрального прибора впервые с орбиты искусственного спутника измерено тепловое излучение планеты. Ранее на советских аппаратах «Венера-9,10» и американском «Пионер-Венера» использовались приборы с фильтрами. 

Всего же с обоих аппаратов было получено более 1500 спектров. Измерялась температура облачного слоя в районе его верхней границы, исследовались распределение малых примесей в атмосфере, в частности водяного пара, а также динамика атмосферы. 

Спектры регистрировались в диапазоне примерно 280-1.600 см ^-1 с разрешением 5 или 7,5 см ^-1 по волновому числу и до 60 км по пространству (на уровне облачного слоя Венеры). При их анализе была установлена зависимость температуры от высоты в интервале примерно 60-90 км. Впервые в спектре теплового излучения Венеры были зафиксированы линии вращательной полосы Н2О, расположенные в области 280-475 см ^-1. Поглощение излучения вблизи полосы 1.360 см ^-1, возможно связано с фундаментальной полосой U3 молекулы SO₂. Так как спектры фиксировались по всей трассе полета вблизи перицентра, удалось получить горизонтальные поля температур и давлений на различных высотах. В частности, было обнаружено, что атмосфера выше 60 км на широтах 70-80° теплее, чем на широте 50°, разность температур составляет 5-20° К; дневные температуры на широте 50° почти совпадают с ночными; профиль на широте 70° характеризуется значительной инверсией на высоте около 65 км. 

Уже по тому, чем сегодня располагают специалисты: изображениям горных хребтов, долин и впадин, высокогорных плато, следов мощных метеоритных ударов, застывших потоков лавы, можно судить о строении Венеры и Земли, делать выводы о геологической эволюции нашей родной планеты.

Перейти в галерею 

Публикации