Артефакт великой эпохи, или Когда «Венера» упадет на Землю

Ад на поверхности Венеры. Графика NASA

⇡#Утренняя звезда в центре внимания

Так получилось, что Советскому Союзу при исследовании планет космическими аппаратами лучше всего удались миссии автоматов к Луне и Венере. Отчасти это было связано с тем, что отечественная аппаратура не отличалась большим ресурсом. Это естественным образом ограничило интересы наших ученых небесными телами, до которых можно было добраться быстро, – Луной, Венерой и Марсом. С Марсом не задалось, а вот победы лунных и венерианских зондов дали много мировых приоритетов.

Как и вся практическая космонавтика, полеты к планетам Солнечной системы начали в СССР автоматические межпланетные станции, созданные в Опытном конструкторском бюро №1 (ОКБ-1) под руководством С. П. Королева. Запуски проводились с помощью четырехступенчатой ракеты-носителя «Молния» различных модификаций, в составе которой был разгонный «Блок Л» (четвертая ступень). В отличие от первых лунных станций, которые могли летать достаточно часто, аппараты к планетам следовало пускать в периоды оптимального расположения Земли, Солнца и небесного тела—цели.

Запуски автоматических межпланетных станций проводились с помощью четырехступенчатых ракет-носителей “Молния”. Фото “Роскосмоса”

Первые два зонда – серии 1ВА – стартовали к Венере в феврале 1961 года. Один из-за отказа разгонного блока остался на промежуточной околоземной орбите, второй смог улететь к цели и получил название «Венера-1». Аппарат, через две недели переставший отвечать на сигналы с Земли, смог пройти в каких-то 100 тыс. км от нашей космической соседки.

В 1962-1965 годах в том же направлении запускались более совершенные автоматические станции – три зонда серии 2МВ и шесть серии 3МВ. Из-за отказов ракет-носителей и разгонных блоков лишь три попытки можно считать успешными – «Зонд-1» прошел в 110 тыс. км от цели, «Венера-2» уменьшила промах до 24 тыс. км, а «Венера-3» наконец-то попала, врезавшись в атмосферу Утренней звезды.

Поскольку ОКБ-1 переключилось на реализацию крайне сложной задачи, связанной с подготовкой пилотируемой лунной экспедиции, в апреле 1965 года создание автоматических аппаратов для исследования небесных тел передали Машиностроительному заводу (МЗ) имени С. А. Лавочкина. Специалисты под руководством Г. Н. Бабакина изменили систему терморегулирования перелетного (орбитального) блока и полностью переделали спускаемый аппарат станции серии 3МВ.

Устройство автоматических станций типа 3МВ для полета к Венере

В июне 1967 года СССР запустилк небесной соседке две станции. Одна осталась на околоземной орбите, получив название «Космос-167», вторая ушла к цели, став «Венерой-4» и в октябре того же года смогла около полутора часов транслировать информацию о венерианской атмосфере, спускаясь в ней под парашютом.

Достичь поверхности не удалось, разработчики просчитались: на основании косвенных данных они заложили в спускаемый аппарат двукратный запас прочности, рассчитав его на давление 20 атмосфер. Их теоретическая модель атмосферы давала оценку в 10 атмосфер «на уровне моря». Но жестокая газовая «вуаль» раздавила оболочку на высоте 26 км от поверхности.

Условия на планете оказались гораздо более враждебными, чем предполагали советские ученые и инженеры. Однако «Венера-4» позволила построить новую модель атмосферы, согласно которой давление на поверхности могло достигать 150 атмосфер, а температура +540 ℃.

Увы, учесть эти результаты к следующему астрономическому окну не успевали: «Венера-5» и «Венера-6» улетели в мае 1969 года заведомо обреченными на гибель. Но улучшенная парашютная система позволила им глубже (примерно до высоты 12 км от поверхности) проникнуть в толщу газовой оболочки и получить новые научные данные об атмосферных условиях.

Спуск станции “Венера-5” в атмосфере. Рисунок из “Ежегодника Большой советской энциклопедии”

Готовясь к следующей миссии, инженеры МЗ имени Лавочкина создали еще более прочную конструкцию спускаемого аппарата, способную 90 минут противостоять давлению 180 атмосфер и температуре до +540 °C.

«Венера-7», запущенная в августе 1970 года, стала первым в мире зондом, совершившим посадку на другую планету, 33 минуты проработав в атмосфере и 20 минут на поверхности и передав на Землю большой объём данных. Оказалось, что объятия газовой оболочки Утренней звезды чуть холоднее, чем предполагали перед этим полётом: температура «на уровне моря» составляла от 455 до 475 ℃, а давление от 80 до 100 атмосфер.

Снижение требований по прочности позволило облегчить спускаемый аппарат примерно на 40 кг и установить на станцию дополнительные приборы. Комплект научной аппаратуры состоял из шести инструментов. На орбитальном блоке стоял детектор космических лучей, а на спускаемом аппарате – прибор для фиксации температуры и давления, фотометры, измеряющие освещённость в атмосфере и на поверхности, гамма-спектрометр, выявляющий радиоактивные элементы в грунте, анализатор атмосферного аммиака и акселерометр. Ряд измерений (например, скорость ветра) проводил бортовой радиовысотомер.

Облегчение корпуса спускаемого аппарата станции позволило установить дополнительные научные приборы. Кадр из фильма “Автоматические межпланетные станции “Венера-7” и “Венера-8”, рассекреченного Госкорпорацией “Роскосмос”

Предыдущие попытки посадки предпринимались в венерианскую ночь, когда Земля стояла высоко в небе. Теперь при пуске двух станций пытались сесть по обе стороны утреннего терминатора, когда Земля будет ниже к горизонту.

Научные задачи предусматривали определение физико-химических характеристик атмосферы, измерение освещенности, а также сбор данных о природе и структуре поверхностного слоя грунта. На подлете предполагалось изучить уровень радиации, плотность водорода и дейтерия в околопланетном космическом пространстве и в верхних слоях атмосферы Утренней звезды.

Во время стартового окна в марте 1972 года к Венере отправились два зонда, имеющие заводской индекс 3В №670 и 3В №671.

Первый стартовал 27 марта 1972 года, вышел на промежуточную орбиту и после нормального срабатывания разгонного блока ушел к цели. Перелет длился 117 суток, и 22 июля станция, получившая название «Венера-8», достигла цели: спускаемый аппарат выполнил спуск в атмосфере, совершил мягкую посадку на освещённой части планеты, неподалёку от утреннего терминатора, и проработал на поверхности рекордное время – целых 55 минут.

Спускаемый аппарат “Венеры-8” совершил мягкую посадку и проработал на поверхности планеты 55 минут. Рисунок из “Ежегодника Большой советской энциклопедии”

«Венера-8» выполнила программу полета полностью – пожалуй, впервые за время советских исследований Утренней звезды. Ученые получили новые данные о составе атмосферы и облачного слоя (взвесь микрокапель серной кислоты в последнем объясняла аномально высокое альбедо планеты), о структуре и химическом составе грунта (в месте посадки он оказался рыхлым, но по составу напоминал земные граниты). Выявились широтные ветра, дующие в направлении вращения планеты. Прозрачность атмосферы ниже границы облачного слоя менялась слабо. В районе посадки освещённость соответствовала земным сумеркам в пасмурный день и по мере ухода в сторону венерианского полудня росла в пять-шесть раз.

⇡#Осколок венерианской программы

Как упоминалось выше, большинство советских межпланетных аппаратов, как правило, запускались парами, с разницей в несколько дней. В условиях, когда надёжность бортовых систем зондов оставляла желать лучшего, а ракета-носитель и разгонный блок отказывали чуть ли не в половине запусков, такое решение лишним не было. Только двум «близняшкам» из всех станций первых поколений, отправленных к Утренней звезде – «Венере-5» и «Венере-6», – удалось вместе покинуть сферу действия Земли и достичь Венеры. Дублеры остальных терялись.

Район падения спускаемого аппарата “Венеры-8” по данным американского радиолокационного аппарата Magellan. Фото NASA

Как мы помним, «Венера-8» тоже имела дублёра – объект 3В №671, стартовавший 31 марта 1972 года. Он вышел на низкую опорную орбиту и включил разгонный блок, чтобы направить объект к Венере. Двигатель запустился, но из-за ошибки таймера проработал 125 секунд вместо требуемых 243. Изменение скорости всего на 1,5 км/с вместо желаемого значения 3,4 км/с привело к тому, что космический аппарат вышел на эллиптическую орбиту с высотой перигея 205 км, апогея 9805 км и наклонением 52,2°. Станцию обозначили в открытой печати спутником «Космос-482».

Высокий апогей не дал объекту зарыться в земную атмосферу и быстро сгореть. Эллиптическая орбита постепенно скручивалась по спирали, перигей и апогей неравномерно снижались (второй значительно быстрее первого), но спутник обращался вокруг Земли. Крутится он и до сих пор: вход в атмосферу прогнозируется в период с 2022 по 2025 годы. Как само наличие аппарата, так и его странное поведение стали причиной пристального внимания со стороны мирового сообщества астрономов-любителей.

Недавно рассекреченные «Роскосмосом» документы показывают, что дублёр не превратится в простой орбитальный мусор. Поскольку ресурс станции 3МВ рассчитывался примерно на полгода, ее решили использовать для исследования радиационных поясов, которые «Космос-482» пересекал благодаря высокому апогею.

График изменения высоты перигея и апогея орбиты спутника “Космос-482”. https://www.indiatoday.in/science/story/venus-mission-vanera-kosmos-482-crash-earth-roscosmos-soviet-space-mission-nasa-1956041-2022-05-30

7 апреля 1972 года, через неделю после запуска 3В №671, руководитель Научно-исследовательского института ядерной физики Московского госуниверситета (НИИЯФ МГУ) академик Сергей Вернов направил письмо главному конструктору МЗ имени Лавочкина Сергею Крюкову и учёному секретарю Межведомственного научно-технического совета по космическим исследованиям (МНТС по КИ) Академии наук СССР Михаилу Марову, отмечая: «Траектория, на которую выведен объект, пересекает радиационные пояса. В связи с этим наша аппаратура... установленная на борту... может быть использована для получения информации о радиационной обстановке на траектории движения объекта». В связи с этим Сергей Николаевич предложил до 15 апреля 1972 года провести два сеанса связи с объектом, а при условии продолжения работ с «Космосом-482» выполнять измерения с записью на запоминающее устройство с периодичностью раз в сутки.

Еще через две недели, 28 апреля 1972 года, состоялось заседание Госкомиссии, которая рекомендовала произвести разделение спускаемого аппарата и орбитального отсека… после чего дальнейшие работы с этим объектом прекратить». Дату разделения решили выбрать отдельно, а затем согласовать с Госкомиссией «в рабочем порядке».

Подготовка автоматической станции 3МВ на ММЗ имени С. А. Лавочкина. Фото “Роскосмоса”

⇡#Эксперты спорят

Запуск и судьба «Космоса-482» привлекли внимание независимых наблюдателей, поскольку объект успел «наследить».

По итогам запуска 31 марта 1972 года в каталоге Командования воздушно-космической обороны Северной Америки (North American Aerospace Defense Command — NORAD) – объединённой системы аэрокосмической обороны США и Канады – было внесено сразу четыре объекта, а через три месяца к ним добавился пятый.

Первой, с номером 5920 (международное обозначение 1972-023B) идентифицировали третью ступень ракеты-носителя «Молния-М». Она сошла с орбиты уже 1 апреля 1972 года.

Вторым опознали блок обеспечения запуска (БОЗ) четвертой ступени, которому присвоили номер 5921 (1972-023C). Это решетчатая ферма-переходник между ступенями, на которой расположены пороховые двигатели, включаемые для осадки компонентов топлива к заборным устройствам четвертой ступени, и шесть шар-баллонов газореактивной системы ориентации и стабилизации этой ступени. После срабатывания БОЗ ферма сбрасывалась для снижения массы и интенсивно тормозилась в верхних слоях атмосферы. Как предполагается, она сошла с орбиты 2 апреля 1972 года.

Третьим объектом, с номером 5922 (1972-023D) был сам разгонный «Блок-Л», а четвертым (точнее говоря, стоящим впереди по обозначению, с номером 5919 (1972-023A), называли спутник «Космос-482». Ступень вошла в атмосферу 20 февраля 1983 года.

Устройство разгонного “Блока Л”. Рисунок РКК “Энергия”

Любопытно, что через 30 лет после запуска, в августе 2002 года, Министерство иностранных дел Новой Зеландии рассекретило материалы, из которых следует, что около часа ночи по местному времени 3 апреля 1972 года многочисленные наблюдатели на Южном острове сообщили, что видели в небе вспыхивающие объекты, после чего на территорию страны в районе города Ашбертон упали пять титановых сфер диаметром 38 см и массой 13,6 кг каждая. Спустя шесть лет аналогичную сферу нашли в районе города Эйффелтон, в 20 км от Ашбертона. Отмечалось, что «к счастью, упавшие объекты не причинили никакого вреда жителям этого района».

Такие события для Новой Зеландии не уникальны – неподалёку расположено «кладбище» космических аппаратов, сводимых с орбиты в малосудоходную зону Тихого океана.

Шар-баллоны были маркированы цифрами и буквами на кириллице, из-за чего последовал запрос в Советский Союз. В ответ советские власти официально заявили, что «фрагменты прибыли не из СССР», что формально было абсолютно верно – они прибыли из космоса! Судя по всему, сферы располагались на ферме БОЗ спутника «Космос-482».

Одна из сфер, упавших в Новой Зеландии. Источник https://www.rnz.co.nz/national/programmes/afternoons/audio/2018804932/space-balls-on-display-in-ashburton

Четвёртый объект сошёл с орбиты 5 мая 1981 года, однако пятый вел себя странно. Его обнаружили 5 июля 1972 года, зарегистрировали под номером 6073 (1972-023E) и долгое время считали фрагментом ракеты-носителя «Молния-М». Будь так, фрагмент быстро бы вошел в атмосферу, однако объект остается на орбите уже полвека.

После долгих дискуссий сообщество астрономов-любителей решило, что 6073 – не что иное, как спускаемый аппарат несостоявшейся «Венеры». Дата его обнаружения более или менее подходит к сроку расчётного завершения миссии перелёта к Венере, а значит, и к сроку временных ограничений на ресурс систем.

Столь длительное нахождение объекта на околоземной орбите не вызывает удивления, его баллистический коэффициент (произведение площади миделя на коэффициент лобового сопротивления, делённое на удвоенную массу) весьма мал – это компактное, но очень увесистое тело, которое быстро пролетает верхние слои атмосферы в перигее и медленно тормозится.

Тем не менее версия разделения «Космоса-482» на орбитальный блок и спускаемый аппарат столкнулась с контраргументом в виде снимка, опубликованного в 2011 году на сайте Анатолия Зака russianspaceweb.com – объект выглядел целым! Снимок был сделан астрофотографом Ральфом Вандебергом (Ralf Vandebergh). Однако виднейший российский аналитик Игорь Лисов привёл довод в пользу того, что на орбите остался именно спускаемый аппарат. За эту гипотезу говорит оценка баллистического коэффициента и яркости объекта, характерных для шара.

Наземный снимок «Космоса-482», сделанный астрофотографом Ральфом Вандебергом, и его сопоставление с устройством станции “Венера-8”

В мае 2022 года астроном-любитель Марко Лангбрук (Marco Langbroek) подтвердил гипотезу Лисова, указав на ряд нестыковок в доводах о том, что остающийся объект – фрагмент ракеты-носителя или спускаемый аппарат в связке с частью орбитального блока. Кроме баллистического моделирования астроном воспользовался данными измерения эффективной площади рассеивания объекта 6073, имеющими значения от 0,7 до 1,3 м². Они соответствуют телу диаметром примерно от 0,96 до 1,29 м, а это, скорее, «чистый» спускаемый аппарат, без каких-либо остатков орбитального блока.

Лангбрук также подтвердил информацию Лисова о слабом изменении яркости объекта. Эти два фактора позволяют утверждать, что на орбите – спускаемый аппарат несостоявшейся «Венеры», а не что-то иное.

⇡#Когда он вернется?

В настоящее время функции NORAD выполняет Космическое командование США (United States Space Command — USSPACECOM), которое продолжает регистрировать объект 6073 (1972-023E). За полвека его орбита сильно эволюционировала. На 1 мая 2022 года апогей снизился до 198, а перигей – до 1957 км. Скорость снижения перигея по мере торможения верхней атмосферой будет нарастать, и в обозримом будущем аппарат вернётся на Землю.

Эволюция орбиты спутника “Космос-482”. Источник: https://www.indiatoday.in/science/story/venus-mission-vanera-kosmos-482-crash-earth-roscosmos-soviet-space-mission-nasa-1956041-2022-05-30

Оценки конфигурации объекта на орбите на основе фото Ральфа Вандеберга предсказывали падение в 2019 году. Этого не произошло, что лишний раз подтверждает всё более крепнущую гипотезу Игоря Лисова, подтвержденную Марко Лангбруком. Какие же сроки реальные?

На длительность нахождения «шарика» на орбите влияют не только параметры последней: раз в 11 лет, в пик солнечной активности, атмосфера Земли «вспухает» и ее плотность на больших высотах растет. В эти периоды аппарат тормозится интенсивнее. Следующий пик активности Солнца ожидается в июле 2025 года. Возможно, именно тогда последний фрагмент «Космоса-482» и сойдёт с орбиты. Что может произойти с самим аппаратом при возвращении на Землю и какие последствия оно повлечет?

Пока ясно только одно – зона возможных районов падения ограничена 52° северной и 52° южной широты. Более точно место падения можно будет предсказать лишь на последних витках его жизни. Полутонный аппарат способен выдерживать перегрузку свыше 330 единиц, а его мощная теплозащита могла бы противостоять венерианской плазме с температурой 12 000 °С!

Но откроется ли парашют, проведший в космосе полвека под воздействием вакуума и радиации?

Спускаемый аппарат “Венеры-8” и станция типа 3МВ в музее НПО имени Лавочкина

С одной стороны, историк космонавтики Павел Шубин вспоминает, что при наземных испытаниях стеклотканевые стропы и ткань парашюта расплавились в рыхлую массу при имитации нагрева в присутствии кислорода, однако выдержали тестирование в автоклаве без кислорода и штатно сработали в венерианской атмосфере. Вроде бы в земной атмосфере, насыщенной кислородом, парашютная ткань начнет стекловаться.

С другой стороны, надо помнить, что на Венере парашют раскрывался при температуре окружающего газа около 400 °С. На Земле на высоте раскрытия парашюта воздух гораздо холоднее. Кроме того, предполагается, что на 3ВА парашют вводился по командам специальной системы, а не сам по себе. Вряд ли за полвека эта система сохранит работоспособность (даже источники тока, скорее всего, уже давно «выдохлись»). Без парашюта спускаемый аппарат, входящий в атмосферу под малым углом, затормозится до скорости равновесного падения, которая может составлять – в зависимости от аэродинамических данных шара – до 200 м/с. Учитывая заложенные в него характеристики надежности, аппарат, скорее всего, без ущерба для себя преодолеет плотные слои атмосферы, он может разрушиться при ударе о грунт, но до этого момента долетит целым. Это означает, что ущерб, который может нанести падение полутонного аппарата со скоростью около 700 км/ч, будет локализован только местом падения. Где же именно окажется это место можно будет рассчитать довольно точно, но, увы, только непосредственно перед началом падения объекта.

В отличие от метеорита, разрушающегося при проходе через атмосферу, спускаемый аппарат долетит до земли целым