Семь глаз «Экспресса»

И вот недавно Европа стала полноправным членом «клуба исследователей Венеры»: 9 ноября 2005 года с космодрома Байконур с помощью российской ракеты-носителя «Союз» был запущен первый европейский космический аппарат для детального изучения Венеры — Venus Express. Надо сказать, что подготовка к запуску не обошлась без накладок. Буквально перед самым вывозом ракеты-носителя на стартовую площадку под обтекателем, закрывающим аппарат, были обнаружены посторонние предметы. Оказалось, что это фрагменты теплоизоляции разгонного блока «Фрегат». Данный блок выводится на околоземную орбиту вместе с аппаратом и затем в нужный момент придает ему импульс для полета к Венере. Чтобы удалить мусор, который мог повредить научную аппаратуру, пришлось демонтировать зонд и отложить запуск на две недели. А заодно и выплатить за это неустойку Европейскому космическому агентству.

Аппарат Venus Express создан на базе той же платформы, что и Mars Express, работающий в настоящее время на орбите Марса. Различия между ними состоят в основном в средствах связи и теплозащите. Последняя играет для Venus Express особенно важную роль, ведь Венера в полтора раза ближе к Солнцу, чем Марс, а значит, поток солнечного тепла у нее в четыре раза интенсивнее.

Четыре из семи научных приборов Venus Express являются модификациями аналогичных инструментов, установленных на марсианском «Экспрессе». Так, анализатор космической плазмы ASPERA-4 был адаптирован под более агрессивную среду в окрестностях Венеры. То же самое можно сказать и про планетарный Фурье-спектрометр инфракрасного диапазона PFS для изучения верхних слоев атмосферы, и сканирующий спектрометр SPICAV, способный получать спектры и строить изображения в диапазонах от инфракрасного до ультрафиолетового. В создании этих двух приборов принимали участие российские специалисты из Института космических исследований РАН. Версия SPICAV для Венеры дополнена специальным блоком SOIR для изучения атмосферы Венеры при просвечивании ее Солнцем в моменты, когда оно скрывается за диском планеты и появляется из-за него. Таким способом можно определить состав венерианской атмосферы на разных высотах.

Один из важнейших инструментов Venus Express — универсальная широкоугольная камера VMC (Venus Monitoring Camera), работающая в диапазонах от ультрафиолета до ближнего инфракрасного излучения. В ее конструкции использованы технические решения, которые ранее применялись при разработке камеры высокого разрешения HRSC на аппарате Mars Express и системе инфракрасного наблюдения OSIRIS на автоматической межпланетной станции Rosetta, стартовавшей в 2004 году навстречу комете Чурюмова—Герасименко. Кстати, со станции Rosetta позаимствованы (с модификациями, конечно) и остальные три научных прибора Venus Express: магнитометр MAG, аппаратура для радиозондирования VeRa и сканирующий спектрометр VIRTIS, способный наблюдать все слои атмосферы Венеры и строить тепловые карты ее поверхности.

Заимствование приборов из одной миссии в другую является характерной чертой для современных космических исследований. Разработка аппаратуры является труднейшей научно-инженерной задачей, которая дополнительно осложняется тем, что новый прибор невозможно испытать в тех условиях, где ему предстоит работать. Если для каждого полета создавать все приборы заново, это будет не только очень дорого, но еще и ненадежно. Любая ошибка в конструкции, в технологии сборки или тестирования может превратить инструмент в никуда не годный кусок железа. Поэтому межпланетные космические полеты служат не только своей основной исследовательской задаче, но и всегда рассматриваются как испытания бортовой аппаратуры, которая затем совершенствуется и устанавливается на новые межпланетные станции.

Venus Express летел к цели пять месяцев и прибыл к Венере 11 апреля 2006 года, став ее искусственным спутником. Выход на орбиту является самым ответственным событием (кроме старта) в межпланетных миссиях. Из-за задержки, с которой приходят радиосигналы к Земле и обратно до планеты, специалисты Центра управления не могут вмешаться и скорректировать маневр.

На этот раз все прошло гладко. Отработав 50 минут, основной двигатель снизил скорость аппарата относительно Венеры на 15% — с 8 до 6,8 км/с — и вывел ее на сильно вытянутую эллиптическую орбиту. В наиболее удаленной точке орбиты от центра планеты (апоцентре) Venus Express уходил на расстояние 220 тысяч километров от Венеры — это больше половины расстояния от Земли до Луны , а в самой близкой точке своей орбиты (перицентре) аппарат проходил на высоте всего 250 километров от поверхности планеты.

Вскоре благодаря тонким коррекциям орбиты перицентр был опущен еще немного ниже, так что аппарат стал погружаться в самые верхние слои атмосферы за счет аэродинамического трения, раз за разом понемногу сбавляя скорость и понижая высоту апоцентра. Через месяц после прибытия к Венере Venus Express перешел на рабочую орбиту с параметрами: высота апоцентра — 66 000 километров, высота перицентра — 250 километров, период обращения — 24 часа. Такой период удобен для регулярной связи с Землей: сблизившись с планетой, аппарат собирает научную информацию, а удалившись от нее, проводит 8-часовой сеанс связи, передавая в среднем каждый раз около 250 мегабайт информации. Еще одна важная особенность орбиты Venus Express — она практически перпендикулярна экватору Венеры, и поэтому аппарат имеет возможность детально исследовать полярные районы планеты.

К сожалению, отрапортовать о безупречной готовности зонда к работе не удалось. Как раз, когда аппарат вышел на рабочую орбиту, было объявлено, что один из основных приборов, спектрометр PFS, не может навестись на Венеру. Как выяснилось, заклинило зеркало, которое должно переключать «взгляд» прибора с эталонного источника (на борту зонда) на планету. По словам ведущего разработчика спектрометра Витторио Формизано, «PFS — это мощный, но очень деликатный инструмент. Механические деформации микронной величины — меньше размера бактерии — могут полностью нарушить его работу». После ряда попыток обойти сбой инженеры смогли повернуть зеркало на 30 градусов, но этого оказалось мало для работы прибора, и в конце концов его пришлось выключить. Так Venus Express лишился одного из своих семи глаз, а вместе с ним и способности детально изучать химический состав атмосферы планеты.

Компоновка основных научных приборов Venus Express

Аппараты СССР и США, достигшие окрестностей Венеры

1ВА «Венера-1» 12.02.1961

Первый в истории полет КА к Венере. Связь потеряна на пятый день

Mariner 2 27.08.1962—14.12.1962

Первый пролет Венеры. Установлено: отсутствие магнитного поля, медленное обратное вращение планеты, высокая температура и давление на поверхности

3МВ-1 «Зонд-1» 02.04.1964, потеря связи 30.05.1964

3МВ-4 «Венера-2» 12.11.1965—27.02.1966

Пролет в 24 000 км от поверхности, но безрезультатно из-за потери связи

3МВ-3 «Венера-3» 16.11.1965—01.03.1966

Впервые достигла Венеры, доставила вымпел СССР. Исследования не выполнены из-за потери связи

В-67 «Венера-4» 12.06.1967—18.10.1967

Парашютный спуск в атмосфере до высоты 28 км. Первые прямые измерения температуры, давления и состава атмосферы

Mariner 5 14.06.1967—19.10.1967

Пролет на расстоянии 4 100 км. Измерения заряженных частиц, плазмы, УФ-излучения, радиозондирование атмосферы

В-69 «Венера-5» 05.01.1969—16.05.1969

Парашютный спуск в атмосфере до высоты 18 км на ночной стороне планеты. Измерения параметров атмосферы

В-69 «Венера-6» 10.01.1969—17.05.1969

Повтор программы «Венеры-5»