Воскресенье, 26.03.2017
Космическая погода на текущий час
Вход в систему не произведен
 Войти /  Регистрация

Секция Совета РАН по космосу

Космические аппараты Венера-9 и Венера-10


Назначение

АМС «Венера-9» и «Венера-10» предназначались для исследования планеты Венера с орбиты искусственного спутника планеты и с помощью спускаемых аппаратов (СА) на его поверхности.

Космические аппараты

Автоматические межпланетные станции «Венера-9» и «Венера-10» были аппаратами нового типа, созданными на основе станций «Марс-2 - 7» с необходимыми доработками и соответствующим научном оборудованием на борту. 

Основной силовой элемент КА - блок баков, на нижнем днище которых закреплены РД, на верхнем - приборный отсек, выполненный в форме тора. В верхней части КА находится переходник для крепления СА. В приборном отсеке размещены системы управления, терморегулирования и др.

СА имеет прочный корпус сферической формы (рассчитан на внешнее давление 10 МПа), покрытый внешней и внутренней теплоизоляцией. В верхней части к СА крепится аэродинамическое тормозное устройство, в нижней - торовое посадочное устройство.

В СА установлены приборы радиокомплекса, оптико-механическое ТВ устройство, аккумулятор, блоки автоматики, средства терморегулирования, научные приборы.

СА помещен внутри теплозащитного корпуса сферической формы (диаметром 2,4 м), защищающего его от высоких температур на всем участке торможения. 

СА был оснащен комплексом научной аппаратуры, включающим панорамный телефотометр для изучения оптических свойств и получения изображения поверхности в месте посадки; фотометр для измерения световых потоков в зеленых, желтых и красных лучах и в двух участках ИК лучей; фотометр для измерения яркости атмосферы в ИК спектре и определения химического состава атмосферы методом спектрального анализа; датчики давления и температуры; акселерометры для измерения перегрузок на участке входа в атмосферу; масс-спектрометр для измерения химического состава атмосферы на высоте 63-34 км; анемометр для определения скорости ветра на поверхности планеты; гамма-спектрометр для определения содержания естественных радиоактивных элементов в венерианских породах; радиационный плотномер для определения плотности грунта в поверхностном слое планеты. 

Выполнение программы полета

  • Автоматическая межпланетная станция «Венера-9» была запущена 8 июня 1975 года ракетой-носителем «Протон-К» с космодрома Байконур, а «Венера-10» - 14 июня 1975 года. 
  • Масса автоматической станции «Венера-9» - 4936 кг. 
  • Масса автоматической станции «Венера-10» - 5033 кг. 
  • Масса спускаемого аппарата - 1560кг. 

В полёте с «Венерой-9» и «Венерой-10» было проведено две коррекции траектории. За двое суток до подлёта к Венере от космических станций были отделены спускаемые аппараты.

22 октября 1975 года спускаемый аппарат станции «Венера-9» вошёл в атмосферу планеты под углом 20-23°. После спуска - сначала на парашюте, а затем с помощью тормозного аэродинамического щитка - СА совершил мягкую посадку на освещенной Солнцем, но невидимой с Земли стороне Венеры. В ходе спуска проводились научные измерения атмосферы, в том числе облачного слоя, которые сразу же передавались на орбитальный аппарат. Спустя 2 минуты после посадки начиналась передача телевизионной панорамы. Это были первые в мире фотографии, переданные с поверхности другой планеты. 

Изображение получалось в видимых лучах с помощью телефотометра - системы, по принципу действия напоминающей механическое телевидение. Место посадки «Венеры-9» представляло собой россыпь довольно крупных камней. Возраст поверхности такого типа не может быть большим (106-107 лет) и, следовательно, Венера является геологически активной планетой. На станции «Венера-9» и «Венера-10» были установлены приборы для измерения плотности поверхностных пород и содержания в них естественных радиоактивных элементов. В местах посадки «Венеры-9» и «Венеры-10» плотность близка к 2,8 а/см3, а по уровню содержания радиоактивных элементов можно заключить, что эти породы близки по составу к базальтам - наиболее широко распространенным изверженным породам земной коры. Передача информации со спускаемого аппарата длилась 53 минуты. 

Орбитальный аппарат «Венеры-9», затормозившись в перицентре подлетной траектории, вышел на орбиту искусственного спутника Венеры с периодом ~ 48 часов. 

23 октября 1975 года произошло разделение орбитального и спускаемого аппарата станции «Венера-10» и увод орбитального отсека на пролетную траекторию. 

25 октября 1975 года спускаемый аппарат автоматической станции «Венера-10» совершил мягкую посадку на освещенной стороне планеты в 2200 км от точки посадки «Венеры-9». В местах посадки СА температура и давление у поверхности составили 460°С и 90 атм. Со спускаемого аппарата на Землю были переданы телевизионные изображения поверхности Венеры. Время работы СА на поверхности Венеры составило 65 минут. Орбитальный отсек станции «Венера-10» тем временем также вышел на орбиту вокруг Венеры. 

После отделения СА космические аппараты были переведены на пролётные траектории, а затем выведены на орбиты искусственных спутников планеты. Для передачи научной информации была реализована необходимая баллистическая схема, обеспечившая требуемое пространств, взаимное положение орбитального отсека и СА. Информация, полученная каждым СА, передавалась на свой орбитальный модуль, ставший к этому времени ИСВ, и ретранслировалась на Землю. 

Оба орбитальных аппарата после завершения работы со спускаемыми аппаратами провели комплексные исследования планеты Венера и околопланетного пространства, включая фотографирование облачного покрова.

В программе работы аппаратов были предусмотрены научные эксперименты:

Для проведения исследований, как на трассе перелета, так и на орбите искусственного спутника Венеры, на орбитальном аппарате установлены научные приборы:

     - трехкомпонентный магнитометр - СГ-70 для измерения магнитного поля по трассе перелета и вблизи планеты,

     - прибор - РИЭП-2801МВ для измерения потоков электронов и протонов на трассе перелета и у планеты,

     - прибор - КМ-75В для измерения интенсивности и энергетического спектра протонов,

     - прибор - КС-18-5М для регистрации космических излучений и радиационных поясов планеты,

     - измеритель параметров верхней атмосферы - ВПМВ-75,

     - инфракрасный спектрометр - ИСМВ-75 для измерения интенсивности полос поглощения атмосферных газов и отражательной способности облачного слоя,

     - инфракрасный радиометр - ИРВ-75 для измерения температуры облачного слоя,

     - ультрафиолетовый спектрометр - УФС-3 для определения газового состава и плотности атмосферы,

     - радиочастотный радиометр - РА-75 для определения диэлектрической проницаемости, поляризации и температуры поверхности планеты,

     - передатчик - 15П24Б (λ=8 см) для проведения эксперимента «Дисперсия», подключенный к остронаправленной антенне.

Помимо указанных научных приборов, на борту КА «Венера-9» установлены две оптико-механические телекамеры, работающие в ультрафиолетовом диапазоне и предназначенные для изучения структуры верхней части облачного слоя Венеры и атмосферной циркуляции.

За основу телекамеры была взята уже опробованная на «Лунах» и луноходах панорамная оптико-механическая камера. Отличия: 

- зеркало качалось только в одной плоскости, а развертка изображения по другой оси происходила за счет орбитального движения аппарата,

- для проведения эксперимента по съемке облачного слоя использован фотоприемник в виде фотоэлектронного умножителя с сурьмяно-калиево-цезиевым фотокатодом. 

Каждая телекамера имеет свой светофильтр: УФС-6 в первой камере и ФС-6 – во второй. Вследствие этого, камеры отличаются областью спектральной чувствительности в УФ-диапазоне 0,345-0,38 мкм и в фиолетовом диапазоне 0,355-0,445 мкм, что и требуется для съемки облачного покрова Венеры.

Эти однострочные оптико-механические передающие камеры, установленные соосно на орбитальном аппарате «Венера-9», обеспечивают съемку со скоростью развертки 2 строки в секунду с разложением 500 элементов при угле обзора 30º. Работа камер осуществляется в режиме автоматического регулирования чувствительности по уровню выходного сигнала. Запись с нее производится на видеомагнитофон. Передача изображений на Землю производится по сантиметровому каналу в режиме времяимпульсной модуляции со скоростью 512 изм/с или 1024 изм/с.

Для повышения надёжности передачи на Землю информации со спускаемых аппаратов и видеоизображений с телефотометров предусмотрена перепись информации с видеомагнитофона на телеметрический магнитофон с последующим воспроизведением его по дециметровой радиолинии.

На посадочных аппаратах:

На посадочном аппарате были установлены следующие научные приборы общей массой 35,5 кг:

     - панорамный телефотометр для изучения оптических свойств и получения изображения поверхности в месте посадки,

     - фотометр – ИОВ-75 для измерения световых потоков в пяти спектральных интервалах в диапазоне длин волн от 0,5 до 1,0 мкм,

     - фотометр - ИПВ-75 для измерения яркости атмосферы в трех спектральных интервалах,

     - нефелометр, предназначенный для измерения рассеивающей способности атмосферы,

     - датчики давления и температуры - ИТД-75,

     - датчики перегрузки - Зубр для измерения ускорений, возникающих на участке аэродинамического торможения,

     - масс-спектрометр для измерения химического состава атмосферы,

     - анемометр - ИСВ для определения скорости ветра на поверхности планеты,

     - гамма-спектрометр для определения содержания естественных радиоактивных элементов в поверхностном слое Венеры,

     - радиационный плотномер для определения плотности грунта в поверхностном слое.

В качестве телекамеры использованы оптико-механические телевизионные устройства или телефотометры по типу тех, что устанавливались на «Луне-9» и «Луне-13», а также на луноходах и посадочных аппаратах марсианских станций «М-71» и «М‑73», хотя официально они были названы измерителями контраста поверхности (контрастомерами), а слово «изображение» нигде не упоминалось. 

По своей конструкции контрастомеры выполнены как панорамные камеры оптико-механического типа – телефотометры. Отличаются они от своих предшественников, прежде всего, условиями их работы. Сделана специальная защита камеры, составляющая единое целое с конструкцией посадочного аппарата. Съемка поверхности производится через цилиндрический стеклянный иллюминатор, внутри которого установлены сканирующее зеркало и элементы его привода. Другие элементы камеры – объектив, поворотное зеркало, диафрагма и светоприемник, а также электронные и электромеханические блоки, находятся внутри корпуса камеры.

Для снижения тепловых потоков и увеличения времени работы телефотометра корпус камеры имеет несколько герметичных отсеков. Они наполнены теплопоглотителем из тригидрата азотнокислого лития, обладающего высокой удельной теплоемкостью и температурой плавления ~30°C. Таким образом температура камеры стабилизируется на приемлемом уровне.

Окна телефотометров сделаны из кварцевого стекла. В ходе всего перелета и вплоть до посадки окна защищены крышками, сброс которых предусмотрен после контакта с поверхностью.

Обзор поверхности, окружающей спускаемый аппарат, в угле 40×180° осуществляется за счет двух движений сканирующего зеркала: вращения вокруг оси панорамирования и качания в плоскости, проходящей через эту ось.

Чтобы обеспечить передачу как близлежащих, так и удаленных участков поверхности (вплоть до горизонта в крайних зонах панорамы), центральная ось телефотометра наклонена на 50° вниз к вертикальной оси посадочного аппарата. Предусмотрено попадание в поле зрения в центральной части панорамы края посадочного устройства, на который нанесена специальная индикаторная раскраска. Поскольку условия освещенности на поверхности к тому времени были изучены недостаточно, а контрасты неизвестны вообще, для повышения надежности телевизионного эксперимента снаружи посадочного аппарата установлены низко расположенные источники искусственного освещения – два небольших прожектора на галогенных лампах накаливания, работавших без какой-либо защиты.

Телефотометры установлены с двух диаметрально противоположных сторон посадочного аппарата для обеспечения съемки круговой панорамы. Каждый из двух телефотометров имеет угол обзора 40×180º, при этом число элементов в строке составляет 115, а всего в панораме содержится 517 строк. Каждый элемент изображения мог иметь 64 степени яркости. Светоприемником являлся фотоэлектронный умножитель типа ФЭУ-114 с чувствительностью в видимом и ближнем ИК-диапазоне. 

Научные результаты

Научная программа выполнена в намечаемом объеме:

     - впервые в мировой практике получены панорамные телевизионные изображения с поверхности другой планеты; 

     - в процессе спуска измерены плотность, давление, температура атмосферы Венеры, количество в ней водяного пара, проведены нефелометрические измерения частиц облаков, измерения освещенности в различных участках спектра;

     - измерены характеристики грунта (помимо гамма-спектрометра использовался радиационный плотномер); 

     - искусственные спутники (одновременно работающие ОА «Венеры-9» и «Венеры-10») позволили получить телевизионные изображения облачного слоя, распределение температуры по верхней границе облаков, спектры ночного свечения планеты, провести исследования водородной короны, многократное радиопросвечивание атмосферы и ионосферы, измерение магнитных полей и околопланетной плазмы.

На панорамах, составленных из телевизионных изображений, переданных с посадочного аппарата «Венеры-9» (детали которого попали на передний план), видны выходы коренных пород; развалы камней могут быть результатом смещений в коре и служить подтверждением тектонической активности на Венере. 

Анализ изображений, полученных с двух аппаратов («Венера-9» и «Венера-10»), показал, что поверхность планеты в местах посадок напоминает каменистую пустыню со следами физического и химического выветривания, а также относительную геологическую молодость ландшафта. Определение содержания радиоактивных элементов по гамма-спектрам, а также плотности грунта позволили сделать предположение о базальтоидном составе пород.

В двух независимых экспериментах измерялась скорость ветра. С помощью, установленных на ПА анемометров были произведены непосредственные изме­рения скорости ветра на поверхности Венеры. В течение всего времени работы на поверхности средняя скорость ветра в районах посадки ПА «Венера-9» и «Венера-10» составляла 0,5—1 м/с. По изменению доплеровской составляющей сигнала бортовых радиопередатчиков ПА была определена горизонтальная компонента скорости ветра, которая меняется с высотой и вблизи высоты 50 км достигает ~ 60 м/с.

Совместный анализ результатов измерений, проведенных фотометрической и нефелометрической аппаратурой, показал, что облака в атмосфере Венеры простираются на большую глубину и, вероятно, образуют несколько слоев. Основной облачный слой, имеющий конденсационное происхождение, находится выше 49 км. Сами облака довольно прозрачные, существенно менее плотные, чем земные. Верхняя граница облачного слоя расположена на высоте около 63–68 км. По данным о доплеровском смещении частоты передаваемого со спускаемого аппарата радиосигнала определялась скорость ветра и атмосферная турбулентность на разных высотах.

Большое внимание привлекло обнаружение гроз и молний в слое облачности на планете. Данные оптических измерений показали, что энергетические характеристики венерианских молний в 25 раз превосходят параметры земных молний.

С помощью, установленных на «Венере-9» оптико-механических панорамных камер проводились съемки облачного покрова Венеры в ультрафиолетовом и смешанном – ультрафиолетовом+фиолетовом диапазонах. В течение двух месяцев после выхода на орбиту Венеры было проведено 17 сеансов съемки облачного слоя Венеры. Расстояние до планеты при съемке составляло от 6500 до 30 000 км и соответственно разрешение менялось от 6,5 до 30 км. Съемка проводилась двумя соосными камерами в режиме постоянной солнечно-звездной ориентации аппарата. Для расширения возможностей наблюдения в процессе проведения эксперимента использовались развороты и стабилизация КА на гироплатформе. 

Включение камер осуществлялось или по датчику, когда в его поле зрения попадала освещенная часть планеты, или по моменту времени, заложенному во временной счетчик с Земли, а выключение – по метке программно-временного устройства примерно через 40 минут после включения. Съемка производилась преимущественно камерой с УФ-фильтром, так как ряд сеансов, проведенных камерой с фиолетовым фильтром, показал, что снимки за ним обладают очень малым контрастом и не содержат новой информации по сравнению со снимками в УФ-области.

В результате проведенных с помощью «Венеры-9» съемок облачного слоя Венеры получены данные, свидетельствующие об общей стабильности характера циркуляции и повторяемости облачных структур. В ходе эксперимента наблюдалось большинство основных видов облачных образований, зафиксированных «Маринером-10», а также обнаружен ряд ранее ненаблюдавшихся облачных структур.

В ходе полета ОА «Венеры-9» и «Венеры-10» в октябре-ноябре 1975 года и в марте 1976 года выполнено 50 сеансов радиопросвечивания атмосферы Венеры с помощью штатного передатчика ДМ-диапазона (32 см) и передатчика «Дисперсия» (8 см). Кроме того, проведен эксперимент по бистатическому радарному зондированию поверхности Венеры, когда излучаемый космическим аппаратом сигнал отражался от поверхности Венеры и принимался наземными средствами. Таким образом,  исследовано 55 районов вблизи краев видимого диска планеты с горизонтальным разрешением порядка 10 км. С помощью бистатической локации обнаружены районы, как с гористым, так и с равнинным рельефом.

С борта искусственного спутника планеты проводилось изучение процессов, происходящих при взаимодействии солнечного ветра с Венерой. Впервые были получены одновременные данные о концентрациях и температурах электронов и ионов по обе стороны ударной волны около Венеры.

Проводились и измерения магнитного поля. Хотя собственного магнитного поля планета не имеет, однако с помощью магнитометра было исследовано поведение магнитного поля, связанного с потоками солнечной плазмы. 

На перелётно - орбитальных аппаратах:

Результаты полета

Впервые были переданы панорамные телевизионные изображения с другой планеты, На панорамах, составленных из телевизионных изображений, переданных со спускаемого аппаратов «Венеры-9» и «Венера-10», видны выходы коренных пород; развалы камней могут быть результатом смещений в коре и служить подтверждением тектонической активности на Венере. 

На спускаемых аппаратах измерены плотность, давление, температура атмосферы, количество водяного пара, проведены нефелометрические измерения частиц облаков, измерения освещенности в различных участках спектра. Для измерений характеристик грунта помимо гамма-спектрометра использовался радиационный плотномер. 

«Венера-9» и «Венера-10» измерили освещенность у поверхности. Эти измерения показали, что 5-10% солнечной энергии достигает поверхности планеты в виде излучения, рассеянного облаками. Искусственные спутники позволили получить телевизионные изображения облачного слоя, распределение температуры по верхней границе облаков, спектры ночного свечения планеты, провести исследования водородной короны, многократное радиопросвечивание атмосферы и ионосферы, измерение магнитных полей и околопланетной плазмы. Большое внимание привлекло обнаружение гроз и молний в слое облачности на планете. Данные оптических измерений показали, что энергетические характеристики венерианских молний в 25 раз превосходят параметры земных молний. 

Главными достижениями межпланетных станций «Венера-9» и «Венера-10» стали: 

  • Первая в мире съемка панорамы поверхности Венеры. 
  • Первые в мире искусственные спутники Венеры.

Перейти в галерею

Публикации по прибору ИОВ 75 

Публикации по прибору ИПВ 75

Публикации ГЕОХИ

Изображения облаков Венеры с КА Венера 9 (распакуйте архив). 

 

 


Армиллярная сфера

(от лат. armilla - кольцо) Настольное приспособление, состоящее из подвижных обручей и дисков. Оно предназначено для наглядного представления небесной сферы, а также точек, линий и плоскостей, которые... [далее]

Rambler's Top100