Внеземное воздухоплавание
Когда в 1967 году советский аппарат «Венера-4» проник под облачной покров планеты, ученых поразило, сколь враждебна человеку на ней среда. Оказалось, что давление у поверхности Венеры приближается к ста атмосферам, а температура превышает 450 градусов. Это примерно как на километровой океанской глубине, куда не погружаются обычные подводные лодки, но с температурой выше плавления свинца. Поскольку в ту эпоху исследователи все еще надеялись найти на ближайших к Земле планетах жизнь, их ждало разочарование: существование жизни в известном нам понимании в таких условиях бессмысленно даже обсуждать.
Более того, такой среды не выдерживают и автоматические аппараты. Советские посадочные зонды могли работать лишь до того момента, пока жар не преодолел теплоизоляцию и не достиг внутренних структур аппарата. На это требовался примерно час или чуть меньше, и потому полноценного долгосрочного научного исследования, как на Луне или на Марсе, провести было нельзя.
Из высокого атмосферного давления, однако, вытекает другое следствие. Любое находящееся в жидкости тело стремится всплыть с силой, равной весу вытесненной жидкости, и то же самое справедливо для газов. Благодаря этому принципу способны плавать воздушные шары и дирижабли, поскольку конструкторы максимизируют их объем при минимальном весе. Но чем плотнее газ, тем более крупную корзину с полезной нагрузкой сможет унести надутый баллон того же размера. Иными словами, самое подходящее транспортное средство для исследования Венеры — это дирижабль или воздушный шар.
Тефлоновый воздушный шар
Понимая это, в начале 1980-х годов советские ученые совместно с французами начали разработку миссии «Венера-84», построенной вокруг большого воздушного шара. Проект аппарата получил именование ПАС (плавающая аэростатическая станция), но между собой ученые называли его «Монгольфьер на Венеру».
«Аэростат должен был летать (плавать) на высоте облаков, 50-55 километров. В какой-то степени этот аппарат похож на неуправляемый дирижабль, но с учетом венерианских условий — более сложен», — рассказывал ранее «Газете.Ru» покойный академик Михаил Маров, научный руководитель советских венерианских миссий.
По проекту, ПАС имела общую массу 220 кг и состояла из тефлонового баллона диаметром 10 метров (в надутом виде) и подвешенной к нему гондолы с научным оборудованием общей массой 50 кг. Это очень много. Для сравнения, на марсоходе Curiosity, имеющим размеры и массу автомобиля, размещено 80 кг научных приборов, в связи с чем его проект обоснованно именуется «Марсианская научная лаборатория».
В отличие от посадочных миссий, «Монгольфьер» плавал в зоне умеренной температуры, и потому был бы ограничен в сроках работы лишь зарядом аккумуляторов. Его должно было хватить на время до пяти земных суток. Связь с «Монгольфьером» поддерживалась через орбитальный ретранслятор, он же играл ключевую роль в измерении скорости дрейфа аппарата. Это решало важнейшую задачу — понять, как на деле устроена атмосферная циркуляция Венеры.
Проект был международным. СССР должен был предоставить сам космический аппарат для перелета, систему спуска и торможения, а также средство развертывания аэростата. Французский Центр космических исследований в Тулузе должен был разработать и построить сам аэростат вместе с гондолой.
Запуск миссии был запланирован на 1984 год и официально приурочен к 200-летию изобретения братьями Монгольфье воздушного шара. Этим планам не суждено было сбыться.
Шарик сдулся
В конце 1970-х годов мировое научное сообщество обсуждало скорое прибытие во внутреннюю Солнечную систему кометы Галлея — самой яркой кометы из всех короткопериодических и единственная, видимая невооруженным глазом. Впервые в космическую эпоху она прибыла в район Земли и Венеры в 1986 году, а следующего момента пришлось бы ждать больше полувека.
Ученые давно мечтали получить изображение кометного ядра, и лучшего шанса, чем прибытие кометы Галлея, не было. Французы разработали для изучения химического состава ядра специальный спектрометр, но для его работы нужно было максимально приблизиться к объекту, хотя бы на миллион километров. Поэтому Франция договорилась с США, что спектрометр установят на американский космический аппарат. В 1979 году, однако, американцы из проекта вышли. Тогда Советский Союз предложил французам установить их прибор на «Венеру-84». Минимальное расстояние между кометой и Венерой было не менее 40 млн км, но это все равно неизмеримо ближе, чем до Земли. Пока эту идею прорабатывали, выяснилось, что в программу миссии можно внести изменения, сделать у Венеры гравитационный маневр и организовать встречу с кометой.
Такая возможность заинтриговала академика Роальда Сагдеева, бывшего в ту пору директором Института космический исследований. Сагдеев всю жизнь специализировался на физике плазмы, и плазма кометного хвоста представляла для него исключительный интерес. Поэтому он предложил отменить «Венеру-84» и запустить вместо нее миссию «Вега» (Венера-Галлей). Этот аппарат дал бы возможность исследовать Венеру с пролетной траектории во время гравитационного маневра и дальше бы направился к комете.
Решение было спорным. Например, ученые Института геохимии в Венере были заинтересованы больше, чем в комете. Тогда, в качестве компромисса, в состав «Веги» предложили включить маленький посадочный аппарат и аэростат со скромной полезной нагрузкой, который бы можно было сбросить на пролете.
Компромисс привел к тому, что гигантский десятиметровый монгольфьер «сдулся» до трехметрового шарика, а гондола с научными приборами была урезана до 5 кг. Такой маленький аппарат, по оценке Марова, больше не представлял большого научного интереса, и главной целью миссии теперь считалась комета. Поэтому французские разработчики «Монгольфера» в бешенстве вышли из проекта и поначалу отказались от дальнейшего сотрудничества.
«Воздушный шарик» СССР теперь предстояло делать в одиночку, хотя Сагдеев позже уговорил французов предоставить для советского аппарата часть компонентов научных приборов, которые разрабатывались для «Венеры-84». Зато к проекту удалось привлечь больше международных участников, в том числе США. Американцы предложили свои радиотелескопы для измерения скорости аэростата в атмосфере, а Чикагский университет предоставил прибор для исследования частиц пыли. Это вызвало вопросы у американских военных, которые, на пару с ЦРУ, в те годы любой ценой пытались предотвратить утечку технологий в СССР. Американскому научному руководителю пришлось бдительных военных обманывать, говоря, что все детали для прибора он купил в ближайшем радиомагазине.
Отмена «Венеры-84» стала трагедией для Марова, который много лет исследовал эту планету.
«Я считаю, что во многом вина за отмену лежит на моем хорошем друге Жане Бламоне — руководителе проекта с французской стороны. Он дрогнул и, совершенно зря, дал себя уговорить отказаться от «Монгольфьера». Годы работы впустую, хотя пропало не все. Ряд нефелометрических приборов для изучения облаков Венеры я потом использовал на посадочных «Венера-9» и «Венера-10».
Комета вместо Венеры
«Вега-1» стартовала 15 декабря 1986 года, а практически идентичная «Вега-2» — 21 декабря. Через полгода аппараты достигли Венеры, сбросили посадочные аппараты и аэростатные зонды. Несмотря на «усыхание» в размерах, на них все равно поместился комплекс приборов для метеорологических исследований и нефелометр (прибор для химического анализа рассеянных частиц). Что более важно, зонды позволили исследовать потоки ветра за счет измерения их скорости с Земли.
Но главным достижением аппаратов «Вега» стало сближение с кометой Галлея и исследования ее ядра. Оказалось, что это объект размерами 8х8х16 км, с которого непрерывно испаряется лед со скоростью 40 тонн в секунду. Так же удалось получить первое в истории его изображение. Минимальное сближение в марте 1986 года составило примерно 8 тыс. км. Это произошло примерно одновременно с посещением кометы европейским аппаратом «Джотто».
Следующий шанс для изучения кометы Галлея появится в 2061 году, а вот запуски к Венере можно делать регулярно. Так, в начале 2030-х годов NASA запустит к ней аппарат DAVINCI (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging — глубокое атмосферное венерианское изучение благородных газов). Его диаметр будет всего метр, но благодаря миниатюризации научных приборов и ускорению их работы он впервые сделает фотографии поверхности планеты в полете во время спуска на парашюте, что позволит построить их 3D-модели. Примерно в тот же срок может быть запущена российская «Венера-Д», но ее судьба неясна из-за нехватки финансирования.