| |||||||||||||
| Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы! |
|
Исследование Солнечной Системы - Венера
| |||||
 Исследователи |
|||||
АС серии "Венера" |
|
Венера - кривое зеркало Земли
Космические исследователи Венеры "Венера-1" - "Венера-8"
В середине XX века ученые, используя новые методы дистанционных исследований, получили важные данные о природе некоторых планет. Но Венера оставалась непознанной, так как ее поверхность была скрыта от наблюдений сплошным облачным покровом. В то же время эта планета, по размерам и плотности незначительно отличающаяся от Земли и ближайшая к ней, привлекала внимание ученых из-за возможного существования там каких-либо форм жизни. На основании наблюдений надоблачной атмосферы и облачного слоя планеты ученые составили три гипотетические модели Венеры: парниковую, эолосферную и ионосферную. Условия на планете по этим моделям значительно отличались: по давлению - от 0.3 кг/ см2 до 5 кг/ см2; по температуре - от 75њС до 325њС. По ионосферной модели Венера напоминала доисторическую Землю с большими водными бассейнами, а по другим - выжженную безжизненную пустыню. Для получения данных об условиях на Венере необходимо было доставить на нее приборы, либо, в крайнем случае, установить их на КА, пролетающий вблизи планеты. Однако автоматических межпланетных станций (АМС) еще не существовало и для их создания нужно было решить сложнейшие научно-технические проблемы, а для разработки СА - получить данные по атмосфере Венеры.
Первые попытки исследования Венеры с помощью межпланетных станций были предприняты в ОКБ-1 под руководством С.П.Королева. В конце 1965 г., ощущая нехватку сил своего коллектива для разработки новых важных проектов, Сергей Павлович передал работы по созданию АМС для исследования Луны и планет на Машиностроительный завод (МЗ; ныне - НПО) им. С.А.Лавочкина. В феврале 1966 г. к Венере подлетали АМС 'Венера-2', -3, созданные еще в ОКБ-1. Полагая, что эти станции смогут уточнить параметры атмосферы Венеры, лавочкинцы приступили к формированию задач и принципов построения АМС нового типа для широкого исследования планет, выводимых новой мощной РН 'Протон' с разгонным блоком (РБ) 'Д'. По планете Венера они предполагали провести картографирование поверхности с орбиты ИСВ в различных диапазонах электромагнитного спектра, а также исследовать химический состав, механические свойства, агрегатное состояние, освещенность поверхности и получить ее фотографию с помощью аппаратуры, установленной на СА. Планировалось провести детальное изучение атмосферы планеты, включая исследования с помощью аэростатных зондов. Однако из-за досадной ошибки в технологии нанесения лакокрасочного покрытия на радиаторы системы терморегулирования (СТР), температура в отсеках АМС 'Венера-2', -3 на заключительном этапе полета значительно увеличилась, и связь со станциями была потеряна.
Исследование планеты провести не удалось, и в апреле 1966 г. постановлением Правительства МЗ им. С.А.Лавочкина было поручено изготовить и в июне 1967 г. запустить аналоги АМС 'Венера-2', -3 с устранением обнаруженных в полете недостатков. До старта оставалось 13.5 месяцев. Планы по созданию станций нового типа пришлось отложить, сосредоточив все силы на выполнении постановления. Несмотря на сжатые сроки и новизну задачи лавочкинцы предложили изменить конструкцию АМС, установив вместо газожидкостной системы терморегулирования (СТР) более простую, надежную и легкую газовую. Специалисты ОКБ-1, прикомандированные к конструкторскому бюро МЗ им. С.А.Лавочкина, единодушно выступили против изменений проекта, подкрепляя свое мнение невозможностью отработки новой СТР из-за отсутствия в стране действующих термовакуумных камер. Главный конструктор МЗ им. С.А.Лавочкина Г.Н.Бабакин, рассмотрев все аргументы, принял решение о применении на изделии В-67 (заводской индекс 'Венера-4') новой системы.
Для подтверждения ее работоспособности на предприятии началась разработка термовакуумной камеры с имитатором Солнца и космического пространства. Проблема создания СА по-прежнему осложнялась отсутствием достоверных сведений о параметрах атмосферы Венеры - от правильного выбора расчетных условий работы аппарата в значительной степени зависела возможность получения информации с планеты. В этой области Г.Н.Бабакин был особенно проницателен. Утверждая основные положения по венерианскому СА, предусматривающие его работу по максимальной модели при давлении 5 кг/см2 (около 5 атм), он собственноручно дописал: 'Проработать возможность посадки СА при Р = 10 атм'. Во исполнение этого требования конструкция аппарата была разработана лавочкинцами заново с использованием новейших технических и технологических решений. В состав СА был введен демпфер колебаний аппарата на участке входа в атмосферу Венеры и радиовысотомер. Постановление СМ СССР предусматривало создание пролетной и посадочной станций, использующих унифицированный орбитальный отсек (ОО) с различными полезными нагрузками - научным отсеком (НА) и спускаемым аппаратом. Их экспериментальная отработка, требовавшая много сил и времени, в условиях сжатых сроков могла привести к ошибкам и нежелательным последствиям. Нам было известно, что США планировали в 1967 г. провести исследования Венеры с пролетной траектории АМС Mariner и не разрабатывали станцию с СА, поскольку (как позже стало известно) на данном этапе не считали целесообразным решать сложнейшие проблемы по обеспечению живучести аппарата в атмосфере Венеры. Отечественные специалисты и ученые, напротив, считали, что, в условиях острой состязательности между странами в этой области, приоритетные результаты можно получить только при успешном выполнении программы исследований на поверхности Венеры.
Н.А.Морозов, аэродинамик МЗ им. С.А.Лавочкина, проведя серию расчетов по входу в атмосферу и снижению СА на парашюте, показал, что гарантированное время до соприкосновения аппарата с поверхностью составит не менее 10 мин даже в случае, если давление атмосферы на Венере будет меньше давления по минимальной (ионосферной) модели. Эти расчеты и напряженная обстановка, связанная с изготовлением двух типов АМС, подтолкнула автора, который тогда был ведущим конструктором МЗ им. С.А.Лавочкина по аппаратам для исследования дальнего космоса, к идее 'сыграть ва-банк' - разработать и изготовить станции только в варианте с СА и обеспечить всестороннюю наземную отработку для достижения высокой надежности и получения приоритетных результатов. Эту идею подкрепляли положительные результаты испытаний приборов СА на перегрузку 350 единиц с использованием план-шайб металлорежущих станков, а также строительство центрифуги для испытаний полностью собранного аппарата на аналогичную перегрузку, начатое в соответствии с планом экспериментальной отработки АМС. После тщательного рассмотрения всех аспектов предложения Г.Н.Бабакин принял решение о разработке станции только в варианте с СА и известил об этом министерство. Это решение позволило уменьшить объем работ в ОКБ и на производстве и ускорить изготовление и проверки аппаратов для экспериментальной комплексной отработки (включая испытания парашютной системы и посадки СА на грунт и воду), которая началась уже осенью 1966 г. В январе 1967 г. на МЗ им. С.А.Лавочкина было закончено строительство первой в СССР термовакуумной камеры с имитаторами Солнца и космического пространства. Испытания в камере аналога летной станции подтвердили работоспособность новой СТР. С нетерпением мы ожидали завершения строительства центрифуги для испытаний СА, так как трудно было представить, как поведут себя межблочные монтажи при расчетных перегрузках, когда их вес вырастет в 350 раз. В конце апреля 1967 г. первая в мире центрифуга для испытаний СА массой до 500 кг на перегрузки до 450 единиц была введена в строй на МЗ им. С.А.Лавочкина. После испытаний аналога летного СА на перегрузку 350 единиц и последующего вскрытия были обнаружены значительные разрушения: сломаны разъемы кабельной сети, разрушены узлы ее крепления. Срочно разработали документацию по устранению дефектов. Первого мая, в нарушение канонов советского времени, по особому распоряжению главного инженера А.П.Милованова ряд рабочих и ИТР вместо демонстрации пришли на завод и приступили к доработкам экспериментального и летных СА. Повторные испытания аппарата на центрифуге после доработки прошли без замечаний.
12 июня 1967 г. ракета 'Молния' (четырехступенчатый вариант 'Союза' с разгонным блоком 'Л') вывела станцию 'Венера-4' на межпланетную траекторию. Вторая АМС, стартовавшая 17 июня 1967 г., не вышла на межпланетную траекторию из-за отказа РБ. 18 октября 1967 г., преодолев расстояние свыше 300 млн км, 'Венера-4' вошла в зону притяжения планеты. Начался заключительный сеанс связи. По темпу нарастания частоты принимаемого с ОО сигнала ощущалось стремительное увеличение - под действием поля тяготения Венеры - скорости встречи с планетой. Но вот сигнал пропал - набегающий атмосферный поток нарушил ориентацию параболической антенны станции на Землю. В тот же момент бортовая автоматика выдала команду на отделение СА. В небольшом зале Евпаторийского центра управления полетом наступила тишина: все замерли в ожидании сигнала. Томительно медленно электронные часы отсчитывали секунды. Наконец по громкой связи услышали радостный крик: 'Есть сигнал с СА!' Через несколько минут начала поступать информация: 'Давление 0.05 атм, температура минус 33њС, содержание СО2 в атмосфере около 90%' - и после небольшой паузы: 'Информация с радиовысотомера в сбое'. Это наш специалист Р.Прядченко, глядя на пролетающую по столу бесконечную ленту с двоичными символами, визуально - не только 'персоналок', но и простых электронных калькуляторов тогда еще не существовало - выделяла нужный канал, превращала двоичные символы в число и по заполненным тарировочными характеристиками довольно точно сообщала значение параметра. Давление и температура продолжали нарастать. Уже пройден расчетный уровень 10 кг/см2, снижение СА продолжалось. '18 атм, сигнал пропал', - сообщили по громкой связи. Что случилось? От чего разрушился корпус СА - от сверхрасчетного внешнего давления или от удара о поверхность? Доктор ф.-м. наук М.Я.Маров, проведя экспресс-анализ полученных данных, показал, что три точки сбойной информации радиовысотомера абсолютно точно ложатся на полученную кривую изменения давления атмосферы Венеры по времени. В этом случае давление атмосферы у поверхности могло составить 18-20 кг/см2. Получалось, что сигнал мог прекратиться из-за разрушения корпуса СА при соприкосновении с поверхностью. Гипотеза автора, что давление у поверхности может быть больше, не нашла поддержки, тем более что на следующий день Mariner провел исследования Венеры с пролетной траектории и, по его данным, давление у поверхности могло составлять 20 кг/см2. Несмотря на эти события автор продолжил обработку информации с 'Венеры-4' с целью определения возможной величины давления у поверхности. Результаты анализа оказались ошеломляющими: давление атмосферы у поверхности Венеры могло составлять 120-150 кг/см2! Ученые скептически отнеслись к этим оценкам. Однако автор, уверенный в результатах, при разработке материалов по объекту В-70 (заводской индекс АМС 'Венера-7') предложил разрабатывать СА этой станции на давление атмосферы 150 кг/см2.
В январе 1969 г. на межпланетные траектории вышли АМС 'Венера-5', -6. Осуществить намеченную цель - их посадку на поверхность планеты - не удалось: корпуса СА, рассчитанные на внешнее давление 25 кг/см2, были раздавлены атмосферой Венеры при давлении 27 кг/см2. Радиовысотомеры разработки НИИ РТА на обоих аппаратах не работали, и мы не смогли определить ни оставшийся путь до поверхности, ни величину максимального давления атмосферы. Для решения этого вопроса ученые дополнительно рассмотрели материалы по Венере и пришли к заключению, что давление атмосферы у поверхности не может превышать 60 кг/см2. Возвращаясь из института Геологии и аналитической химии, где проходило заключительное совещание, я напомнил Г.Н.Бабакину о результатах анализа полета СА 'Венера-4' и предложениях о создании СА В-70 на давление 150 кг/см2. Вероятно, и он сомневался в достоверности цифры по давлению 60 кг/см2 (около 60 атм), так как сразу ответил: 'Нужно разрабатывать СА на разрушающее давление 180 атм'. Естественно, что при разработке проекта мы не могли игнорировать официально утвержденную модель атмосферы Венеры и должны были обеспечить посадку СА как при давлении 60 кг/см2, так и при давлении 150 кг/см2. В обычных условиях спуск и посадка с использованием парашюта при давлении выше расчетного не вызывает проблем. В горячей же атмосфере Венеры, в случае применения парашюта, рассчитанного на посадку при давлении 60 кг/см2, при снижении в более плотной атмосфере СА должен был перегреться и выйти из строя еще на участке спуска. Оригинальный выход из этого положения нашли специалисты НИИ парашютно-десантных средств. Они предложили вводить парашют в зарифованном виде, обеспечивая быстрый спуск СА до слоя атмосферы с температурой 200њС. По достижении этой температуры рифовочный шнур расплавляется - и купол парашюта полностью раскрывается, обеспечивая необходимые условия посадки СА при давлении 60 кг/см2. Расчеты показали, что введение участка быстрого спуска СА исключает его перегрев при снижении до давления атмосферы 150 кг/см2. Очень сложной оказалась проблема создания СА, способного работать на раскаленной поверхности Венеры при внешнем давлении 150 кг/см2. На Земле сосуды с таким внутренним давлением газа допускаются к эксплуатации только в нормальных климатических условиях (НКУ) с обязательной сертификацией службой котлонадзора. В инструкциях по эксплуатации категорически запрещается ударять по таким сосудам. Корпус же венерианского СА должен был работать не при внутреннем, а наружном давлении 150 кг/см2, и не в НКУ, а при температуре свыше 540њС, да еще сохранять работоспособность после посадки с перегрузкой до 100 единиц, т.е. выдерживать удар по корпусу силой 50 тонн! Поистине адские условия!
Конструкторы, прочнисты и технологи МЗ им. С.А.Лавочкина под руководством зам. главного конструктора В.Е.Ишевского блестяще решили эту сложную проблему, предложив изготавливать корпус аппарата с переменной толщиной стенок из двух титановых поковок с высокоточной механической обработкой поверхностей. Для проверки работоспособности СА в этих условиях на предприятии была построена уникальная, не имеющая аналогов в мире, камера высокого давления. Она позволяла испытывать аналог летного СА с полной имитацией воздействия на него атмосферы Венеры, как по составу, так и по темпу нарастания давления и температуры вплоть до 150 кг/см2 и 540њС. АМС 'Венера-5', -6 замерили большие скорости ветра в атмосфере Венеры. При посадке со сносом связь с Землей могла прекратиться из-за опрокидывания СА. Мнения проектантов по способам решения этой проблемы разделились. Одни предлагали конструкцию аппарата диаметром 1 м с нанесенной на прочный корпус теплозащитой. Станцию с таким СА можно было вывести на межпланетную траекторию с помощью РН 'Молния', но лишь при реализации ряда неординарных решений. Другие считали, что такой СА может опрокинуться, и предлагали прочный корпус установить в теплозащитной сфере диаметром 2.4 м, полагая, что аппарат такой формы обладает большей устойчивостью. Подобная АМС могла быть выведена на межпланетную траекторию только мощной РН 'Протон' с блоком 'Д'. При посадке со сносом существует две фазы движения сферического СА: сначала он скользит по поверхности и катится, а затем только катится. Теоретических разработок по динамике движения СА не существовало, и споры оппонентов носили в основном эмоциональный характер. Для решения проблемы пришлось глубоко заняться теорией. Согласно расчетам, выполненным по полученной формуле, для изделия В-70 был принят СА меньшего диаметра, который при прочих равных условиях оказался более устойчив. За счет упрочнения корпуса СА масса станции выросла на 100 кг, что превышало возможности РН 'Молния'.
Пришлось максимально облегчить ОО, увеличить емкость топливных баков блока 'Л', а также снять с РБ телеметрическую систему, контролирующую его работу в полете. Однако это были еще не все проблемы. Выяснилось, что закупленный ранее в ФРГ термостойкий стеклонитроновый материал для изготовления парашютной системы кончился, и приобрести его новую партию не удалось. Заместитель председателя комиссии Президиума СМ СССР по военно-промышленным вопросам Б.А.Комиссаров организовал в Кремле совещание ученых и специалистов-материаловедов. Выступивший д.т.н. из Клинского объединения 'Химволокно' сообщил, что у него имеется опытная установка, на которой можно изготовить за год... 0.5 кг нитронной нити, работоспособной до 400њС. Но при давлении атмосферы 150 кг/см2 расчетная температура атмосферы Венеры должна составлять 541њС! Далее взявший слово профессор из Калининского института сказал: 'Мы можем сшить нити' - и, увидев недоуменное выражение моего лица и предугадав реплику 'Нити должны сплетаться, а не сшиваться', добавил: 'Так у нас называется химический процесс, позволяющий увеличить термостойкость нити более чем на 100њС'. Заслушав затем специалистов по производству нити, изготовлению из нее парашютного материала в необходимом ассортименте и убедившись, что все звенья технологической цепочки готовы решить проблему, Б.А.Комиссаров дал указание Клинскому объединению 'Химволокно' передать наработанную нитронную нить по технологической цепочке для освоения технологии работ и срочно протиражировать опытные установки для наработки нитрона в необходимом количестве. Так и родился советский стеклонитрон... 15 декабря 1970 г. СА станции 'Венера-7' совершил спуск в атмосфере планеты и впервые достиг ее поверхности. Оказалось, что давление здесь составляет 100 кг/см2 при температуре 475њС! Первая задача исследований Венеры была решена. Для решения следующей - получения панорамы места посадки СА - нужны были данные по уровню освещенности, которые можно было получить только при посадке на 'светлую' сторону планеты. Однако по законам небесной механики в момент прилета АМС освещенная поверхность Венеры видна с Земли в виде узкого серпа, как в завершающей стадии старения Луны. Баллистикам МЗ им. С.А.Лавочкина, ЦНИИмаш и ИПМ нужно было использовать новейшие достижения в науке для обеспечения посадки на эту поверхность.
СА предыдущих станций, входящие в атмосферу Венеры на ночной стороне, были оборудованы малонаправленной антенной с грушевидной диаграммой направленности, при которой передача информации на Землю, находящуюся в районе зенита, при отклонениях продольной оси аппарата от вертикали не нарушалась. Так как при посадке на освещенную сторону Венеры Земля наблюдалась под углом 60њ, на СА требовалось установить антенну с воронкообразной диаграммой. Для надежной передачи информации с поверхности наши специалисты разработали дополнительную дискообразную антенну с четырьмя складывающимися лепестками, которая после посадки СА катапультировалась из парашютного отсека. Лепестки открывались и не позволяли антенне стать на ребро. Торцы диска являлись излучателями, а установленный внутри него гравитационный переключатель после фиксации антенны включал на излучение верхнюю сторону. 22 июля 1972 г. СА станции 'Венера-8' впервые совершил мягкую посадку на освещенную поверхность Венеры, определил уровень освещенности, характер поверхностных пород и провел ряд других исследований. Полетом этой станции завершился этап рекогносцировочных исследований планеты. Эти работы получили высокую оценку. Газета The New York Times от 13.09.72 писала: 'Успех советских ученых в использовании станций 'Венера' можно смело отнести к величайшим техническим достижениям нашего века'. Успешное завершение этого этапа было предопределено проницательностью Г.Н.Бабакина и принятыми им решениями, так как при создании станций В-67 в двух вариантах, как было предусмотрено постановлением Правительства, станция с СА, имеющая большую массу, должна была стартовать второй. В этом случае, вместо ошеломляющих результатов станции 'Венера-4', впервые передавшей на Землю информацию с другой планеты, пришлось бы довольствоваться исследованиями с пролетной траектории. А СА 'Венеры-7', рассчитанный по утвержденной модели на давление 60 кг/см2, неминуемо был бы раздавлен атмосферой до достижения поверхности планеты. Автор: В. ПЕРМИНОВ,
| ||||||||||||||||||||||||
 |
|
|
|