Все новости

Страна кислотных туч. Экспедиции на Венеру до сих пор являются уделом роботов-самоубийц. Но настанут и другие времена

Ровно полвека назад, 16 и 17 мая 1969 года, советские автоматические межпланетные станции «Венера-5» и «Венера-6», запущенные в январе 1969-го, достигли атмосферы Венеры и совершили плавный спуск на ее поверхность. Сегодня «Чердак» вспоминает историю исследования Венеры и пробует понять, почему интерес к этой планете на порядок меньше нашего интереса к другому соседу Земли — Марсу. Собеседники «Чердака» из академической сферы отметили гипотезу о наличии жизни на ее поверхности как «безумную, но имеющую место».

Пятьдесят лет назад, 16 и 17 мая 1969 года, две советские автоматические межпланетные станции — «Венера-5» и «Венера-6» — достигли Венеры. Оба аппарата успешно вошли в атмосферу и начали плавный спуск, но ни один не смог добраться до поверхности в работоспособном виде.

Ученые и конструкторы даже не рассчитывали достичь поверхности. К этому моменту было уже ясно, что давление венерианской атмосферы слишком велико — исследователи на основе данных с предыдущих аппаратов придерживались оценки «около 90 атмосфер и 470 градусов Цельсия». «Венеру-5» вместе с однотипной «Венерой-6» раздавило на отметке около 25 атмосфер, а добраться до поверхности удалось только «Венере-7».

Когда последняя 15 декабря 1970 года совершила посадку, предварительные оценки блестяще подтвердились. «Венера-7» получила титановый корпус, рассчитанный уже не на 25, а на 180 атмосфер, чтобы уж наверняка справиться с самой плотной атмосферой среди планет земной группы. Обеспечить сколько-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.

Планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Венера ближе всего по размерам, но на ней самые тяжелые условия
Описание
Планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Венера ближе всего по размерам, но на ней самые тяжелые условия

На Марс сложно сесть из-за разреженной атмосферы, однако после посадки некоторые аппараты проработали на Красной планете свыше десяти лет. Венера такого не допускает: там нельзя провести месяц за активной работой, а потом выставить перед собой манипулятор, сделать селфи и закинуть его на Землю. Экспедиции на Венеру до сих пор являются уделом роботов-самоубийц — автоматов, которые готовы проработать считанные часы и погибнуть без особых шансов на обнаружение экспедициями будущего.

Справка «Чердака»
За 53 года исследования Венеры лишь несколько аппаратов сумело сесть на поверхность этой планеты. Дольше всех (целых 127 минут) на венерианском грунте проработал спускаемый аппарат «Венеры-13». Два советских аэростатных зонда (
«Вега-1» и «Вега-2») продержались в атмосфере на высоте примерно 55 километров по 46 часов каждый. 
С полным списком всех автоматических межпланетных станций, посланных к Венере, можно ознакомиться здесь.

Так в чем проблема?

Человек может жить при температурах до сорока градусов Цельсия и на короткое время заходить в места, где сухой воздух нагрет до сотни с небольшим — последнее соответствует условиям сауны. Процессоры для компьютеров в обычном «потребительском» исполнении не любят перегрева свыше 70 ℃, а промышленная электроника выдерживает до сотни с небольшим — 125 ℃ в исполнении Military (наиболее «живучего» класса) у многих производителей. Дальнейшего повышения температуры никакие полупроводниковые компоненты не выдерживают, тем более что переход от обычной электроники к промышленной основан не на радикальном усовершенствовании, а на более строгом контроле качества вкупе с улучшением теплоотвода.

Повышение температуры заставляет молекулы двигаться быстрее, и в результате тонкая структура внутри кристалла разрушается. Даже экспериментальные образцы микросхем рассчитаны максимум на 300 ℃, 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 семидесятых, а сейчас типичные чипы насчитывают от десятков миллионов и выше. Кроме того, нужны столь же термостойкие аккумуляторы, и даже изоляция для проводов в венерианских условиях должна быть из специальных материалов: привычный ПВХ плавится уже при 200 ℃.

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 запланированных приборов пришлось отказаться, а разгонный блок ракеты «Молния-М» специально доработали, увеличив его топливные баки.

«Венера-7»
Описание
«Венера-7»

Создавать сосуды, которые выдерживают повышенное давление, люди давно умеют — на первый взгляд как раз в этом отношении проблемы нет. Самый обычный кислородный баллон для газосварки выдерживает (изнутри, правда) 150 атмосфер, только вот такие баллоны при объеме в 40 литров имеют массу в 65 килограммов (чуть лучше соотношение у баллонов для аквалангов). Замена стали на композиционные материалы снижает вес, однако стеклопластик при нагреве до венерианских значений теряет прочность в несколько раз, так что и тут есть ряд инженерных задач без простого решения.

Разбитые надежды

Сейчас мы знаем, что на Венере сложно продержаться хотя бы сутки (рекорд пока составляет 127 минут, «Венера-13»). Но самые первые венерианские зонды проектировались в расчете на гораздо менее жесткие условия. Так, советский «Зонд-1», построенный в 1964 году, был рассчитан даже на приводнение, поэтому среди всех прочих приборов имел датчик, призванный определить период волн в гипотетическом венерианском океане. А барометр на той же самой станции имел шкалу до 6,9 атмосфер — давление больше 7 атмосфер казалось конструкторам совершенно невероятным.

Первые аппараты отправляли в надежде найти пригодные для жизни условия и даже стерилизовали перед стартом, чтобы не занести на Венеру земную жизнь. О том, что эта жизнь погибнет без всяких дополнительных мер еще до посадки, ученые не догадывались вплоть до полета «Венеры-4». Та впервые смогла мягко войти в атмосферу, начать спуск с передачей данных о давлении, и... ее рассчитанный на 20 атмосфер (двукратный запас прочности, как тогда казалось) корпус треснул задолго до посадки. А «Венеру-5» и «Венеру-6» уже расплющило в строгом соответствии с планом полета: этим станциям не успевали сделать особо прочный корпус, но он и не требовался. Ученые оснастили обе «Венеры» исключительно приборами для изучения атмосферы, причем кроме барометра, термометра и газоанализатора на борту стоял также фотометр для измерения уровня освещенности. Из-за сплошной многоуровневой облачности на Венере оказалось довольно мрачно, даже несмотря на относительную близость к Солнцу.

«Венера оказалась в стороне от мейнстрима — изучения Марса, Луны и спутников Юпитера, — пояснил «Чердаку» Лев Зеленый, руководитель Института космических исследований РАН. — После посещения европейским орбитальным аппаратом «Венера-экспресс» и аэростатными зондами «Веги» планету особо не изучали. Но там много всего интересного — полярные вихри, суперротация (атмосфера вращается быстрее самой планеты — прим. «Чердака»), динамика атмосферы в целом».

Искать жизнь земного типа на Венере оказалось, вероятно, 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.

СПРАВКА «Чердака»
Атмосфера планеты на 96,5% состоит из углекислого газа и на 3,47% из азота. Остальное — незначительные примеси (кислорода нет вообще). На высоте 50—65 км атмосферное давление и температура практически такие же, как на поверхности Земли. Это делает верхние слои атмосферы Венеры наиболее похожими на земные в Солнечной системе — даже больше, чем на поверхности Марса. Некоторые ученые даже предлагали верхние слои атмосферы в качестве подходящего места для исследования и колонизации.

Атмосферное давление на поверхности равно давлению на глубине около 910 метров под водой в земных океанах — фактически нижние 5 км тропосферы представляют собой полужидкий-полугазообразный океан.

«Высокая температура и отсутствие жидкостей на поверхности Венеры исключают 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 градусов), но из жидкости там только микрокапли серной кислоты, и нет источников микроэлементов, которые необходимы даже самым самостоятельным микробам», — пояснил «Чердаку» Михаил Никитин, научный сотрудник НИИ ФХБ им. А.Н. Белозерского МГУ, автор книги «Происхождение жизни: от туманности до клетки».

В то же время руководитель ИКИ РАН академик Лев Зелёный отметил гипотезу о наличии жизни на поверхности как «безумную, но имеющую место». Он пояснил, что она не является приоритетной для ученых, однако отправка на планету нового аппарата с хорошим оборудованием позволит заодно навести окончательную ясность и в этом вопросе. «Наши коллеги из института катализа Сибирского отделения РАН вместе с нами предположили, что могут быть и химические основы для жизни в условиях очень высоких температур и давлений, ведь жизнь не обязана быть белковой. Но, повторюсь, это лишь догадка и основные наши задачи — совсем иные», — прокомментировал «Чердаку» гипотезу о венерианских организмах Лев Зелёный.

Вулкан Сапас Монс на поверхности Венеры
Описание
Вулкан Сапас Монс на поверхности Венеры

После того как ученые получили общее представление об условиях на Венере, интерес к планете, разумеется, упал. За «Венерой-14» последовали спускаемые аппараты двух станций «Вега» (уникальный проект, который посетил и Венеру, и комету Галлея), но после 1985 года человечество под венерианские облака не заглядывало. Планета изучалась исключительно с орбиты или вовсе с пролетной траектории, когда какой-либо иной аппарат просто пролетал мимо в сторону Меркурия или Солнца.

С 2006 по 2015 год вокруг Венеры работал европейский спутник «Венера-экспресс», а ранее, с 1990 по 1994 год, 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.

Венера отличается рекордно плотной и горячей атмосферой, быстрыми ветрами и обилием застывшей лавы. 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 не очень перспективно. Работать на ее поверхности очень сложно и делать это ради изучения венерианской геологии кажется не столь уж целесообразным делом.

В то же время, по словам Льва Зелёного, изучение Венеры позволит понять то, почему разошлись судьбы планет-близнецов земной группы. «Изначально Марс, Земля и Венера были достаточно похожи, все имели океаны, но потом Венера оказалась в ситуации климатической неустойчивости. Океан испарялся, водяной пар запускал парниковый эффект, и Венера разогревалась еще сильнее. Потом вода из атмосферы исчезла, ее снесло солнечным ветром, так как планета не имеет магнитного поля и напрямую подвержена действию летящих от Солнца частиц. Как именно это произошло и какова была история Венеры, мы пока не знаем», — пояснил «Чердаку» ученый.

«Венера-Д»
Описание
«Венера-Д»

Проекты по изучению Венеры (например, российская миссия «Венера-Д») с нулевых 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, однако пока что сроком запуска называется промежуток «после 2025 года», не ранее лета 2026 года в самом оптимистичном варианте.

Основной модуль «Венеры-Д», по словам руководителя ИКИ, продержится немногим дольше советских предшественников, но зато будет иметь современную оптику и быструю систему передачи данных на Землю. «Мы получим намного больше, ведь прошлые аппараты — это уровень семидесятых годов. Кроме того, участие коллег из NASA обогатит весь проект: они сделают маленькие зонды, которые высадятся отдельно. У них очень простое оборудование, однако его проще защитить от перегрева, и поэтому те приборы смогут проработать до 50 дней, проследив динамику атмосферы и собрав сеймографические данные», — рассказал Лев Зелёный.

 Алексей Тимошенко