Роботы-самоубийцы. 35 лет назад к Венере полетели последние советские станции

15 и 21 декабря 1984 года две советские автоматические межпланетные станции «Вега-1» и «Вега-2» были отправлены к Венере. ТАСС — о неимоверных трудностях в изучении ближайшей планеты.

В римской мифологии Венера — богиня красоты, любви и плодородия, но планета, носящая её имя, — сущая преисподняя. Это сейчас мы знаем, что на Венере технике сложно выдержать хотя бы сутки (рекорд пока составляет 127 минут и принадлежит «Венере-13»), а людям лучше вообще не соваться. Но самые первые аппараты проектировались в расчете на гораздо менее суровые условия. Советский «Зонд-1», построенный в 1964 году, даже был способен приводниться, поэтому имел датчик для определения периода волн в гипотетическом венерианском океане. А шкала барометра на «Зонде-1» заканчивалась на отметке 6,9 атмосферы — давление больше 7 атмосфер казалось конструкторам совершенно невероятным.

Первые аппараты отправляли в надежде найти пригодные для жизни условия, перед стартом их стерилизовали, чтобы не занести на Венеру земную жизнь. О том, что эта жизнь погибнет сама ещё до посадки, ученые не догадывались вплоть до полета «Венеры-4». Та впервые смогла мягко войти в атмосферу, начала спуск с передачей данных о давлении… И ее рассчитанный на 20 атмосфер корпус треснул задолго до посадки.

Атмосфера Венеры на 96,5% состоит из углекислого газа, на 3,47% — из азота, остальное — незначительные примеси, а кислорода вообще нет. Давление на поверхности равно давлению на глубине около 910 метров под водой в земных океанах: фактически «воздух» над Венерой представляет собой полужидкий-полугазообразный океан.

На высоте 50–65 км атмосферное давление и температура практически такие же, как на поверхности Земли. Условия в этой области больше всего напоминают привычные для людей, даже больше, чем в пустынях Марса. Некоторые ученые даже предлагали колонизировать верхние слои венерианской атмосферы.

Селфи спустя месяц не снимешь

Если «Венеру-4» раздавило неожиданно, то «Венеру-5» и «Венеру-6» ровно полвека назад расплющило в строгом соответствии с планом полета. Было ясно, что давление слишком велико. На основе данных с предшествующих аппаратов ученые придерживались оценки «около 90 атмосфер и 470 °С».

Этим станциям не успевали сделать особо прочный корпус, но он и не требовался. Ученые оборудовали оба аппарата только приборами для изучения атмосферы. Кроме барометра, термометра и газоанализатора на борту стоял также фотометр для измерения уровня освещенности. Из-за сплошной многоуровневой облачности там оказалось довольно мрачно, несмотря на относительную близость к Солнцу. «Венеру-5» и однотипную «Венеру-6» раздавило, когда давление выросло примерно до 25 атмосфер.

Добраться до поверхности целой удалось только «Венере-7». Когда 15 декабря 1970 года она совершила посадку, предварительные оценки блестяще подтвердились. Аппарат получил титановый корпус, рассчитанный уже не на 25, а на 180 атмосфер, чтобы уж наверняка выдержать самое высокое давление на планетах земной группы (на Юпитере и других планетах-гигантах оно ещё выше, но там нет твердой поверхности).

Обеспечить сколь-нибудь длительное выживание электроники на Венере было нереально, поэтому конструкторы ограничились установкой теплоизоляции из стекловаты. Та позволила «Венере-7» выстоять целых 20 минут после посадки и почти час с момента входа в атмосферу.

Человек может жить при температурах до 40 °С и на короткое время заходить в места, где сухой воздух нагрет до сотни с небольшим, как в бане. Обычные потребительские процессоры для компьютеров не любят перегрева свыше 70 °С. Промышленная электроника самого живучего класса Military обычно работает при 125 °С, но достигается это за счет строгого контроля качества и улучшенного теплоотвода, а не из-за радикального усовершенствования. Дальнейшего повышения температуры никакие полупроводниковые компоненты не выдерживают.

Повышение температуры заставляет молекулы двигаться быстрее — в результате тонкая структура внутри кремниевого кристалла разрушается. Даже экспериментальные образцы микросхем рассчитаны максимум на 300 °С, 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 1970-х, а сейчас в типичных чипах насчитывают от десятков миллионов транзисторов. Кроме того, нужны столь же термостойкие аккумуляторы. Даже изоляция для проводов в венерианских условиях должна быть из специальных материалов: привычный ПВХ плавится уже при 200 °С.

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

Не нужно забывать о давлении. Люди давно умеют создавать сосуды, которые выдерживают повышенное давление, — на первый взгляд, проблемы нет. Обычный кислородный баллон для газосварки выдерживает (правда, изнутри) 150 атмосфер — только вот такие стальные баллоны при объеме 40 л весят 65 кг; чуть лучше соотношение у баллонов для аквалангов. Замена стали на композиционные материалы снижает вес, но прочность стеклопластика при нагреве до венерианских значений снижается в несколько раз. Словом, и тут есть инженерные задачи без простого решения.

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

Вернемся не раньше 2026-го

После того как ученые получили общее представление об условиях на Венере, интерес к планете упал. Искать жизнь земного типа оказалось 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.

«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 °С), но из жидкости там только микрокапли серной кислоты и нет источников микроэлементов, которые необходимы даже наиболее самостоятельным микробам», — объяснил Михаил Никитин, научный сотрудник НИИ ФХБ им. А.Н. Белозерского МГУ, автор книги «Происхождение жизни: от туманности до клетки».

За «Венерой-14» — последней миссией с посадочным модулем в советской программе изучения планеты — последовали спускаемые аппараты двух станций «Вега» (проект был уникальный: станции посетили и Венеру, и комету Галлея). После 1985 года человечество под венерианские облака не заглядывало. Планета изучалась исключительно с орбиты или когда какой-нибудь 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.

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 малоперспективно. Работать на ее поверхности очень сложно, и делать это ради изучения венерианской геологии кажется не столь уж целесообразным делом.

Проекты по изучению Венеры — например, российская миссия «Венера-Д» — с 2000-х годов неоднократно откладывались и перерабатывались, теперь запуск состоится не раньше 2029 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. В октябре NASA выбрало десять проектов по изучению планет, авторам которых велели проработать детали миссии. Среди них — экспедиция к Венере ориентировочной стоимостью $2 млрд, главная цель которой — поиск следов исчезнувшей жизни: раньше условия на планете могли быть более благоприятными. Финальный отбор состоится в 2023 году. Тогда же к Венере может отправиться индийская миссия «Шукраян-1» с орбитальными и спускаемыми аппаратами. Правда, правительство страны ещё не решило судьбу проекта.

Венера не забыта. Но новостей оттуда придется ждать долго.

На обложке: Фото © NASA/JPL