Посещение Венеры - одна из самых больших инженерных головоломок в космонавтике. Давайте обсудим уникальные условия этой планеты и подумаем, как можно было бы организовать экспедицию по ее просторам.
На Венере царят условия, которые традиционно считаются невыносимыми, как для присутствия человека, так и для продолжительной работы техники. Температура у поверхности достигает отметки в 450 градусов Цельсия при давлении, превышающем 90 земных атмосфер. Атмосфера планеты практически целиком состоит из углекислого газа, непригодного для дыхания, и в ней содержатся пары агрессивной серной кислоты. На определенных высотах эти пары формируют целые кислотные облака, делая планету поистине "адским местечком" - большинство привычных материалов будут постепенно разрушаться в такой среде. К тому же, в такой чудовищной атмосфере должны быть штормовые ветра, верно?
Несмотря на все эти экстремальные условия, некоторые оптимистично настроенные исследователи предлагают использовать автоматические научные аэростаты, и даже строить целые воздушные базы на этой планете. Они просто безнадежные романтики, буквально грезящие воздушными замками, или за этими предложениями стоят логичные основания?
При попытке представить себе условия на других планетах, мы часто опираемся на аналогии с Землей. В глубине души мы надеемся, что экспедиции на другие планеты будут напоминать нам деятельность на родной планете, где можно прочно стоять на твердом грунте, а воздух, даже если он не пригоден для дыхания, хотя бы не будет враждебным и убивающим. Однако, Венера, заставляет нас пересмотреть наши стереотипы мышления. Дело в том, что ее плотную атмосферу стоит воспринимать скорее как океан, чем как "воздух".
Нижние слои атмосферы настолько плотные, что больше напоминает жидкость, чем газ. На Земле, конечно, мы видим четкое разделение между водным океаном и лежащим над ним воздухом, но на Венере такой границы нет - плотный углекислый газовый океан внизу постепенно перетекает в более привычную для нас "воздушную" атмосферу с увеличением высоты.
Атмосфера Венеры напоминает жидкость не только из-за высокой плотности. На Земле, мы привыкли к изменчивости погодных условий: ветра меняют свое направление и силу, порой внезапно и непредсказуемо. Но Венера представляет собой мир, где весь атмосферный слой равномерно движется в одном направлении, охватывая всю планету. Представьте себе один единственный могучий ветер, который круглосуточно и круглогодично дует с "запада" на "восток". Весь газовый слой планеты движется как единое целое. Хотя внутри этого масштабного потока могут присутствовать локальные колебания и "волны", в целом, атмосфера Венеры удивительно стабильна и предсказуема. Такое движение ее газовой оболочки называется суперротацией, и оно делает вторую от Солнца планету уникальной среди остальных известных.
Если вы будете наблюдать за Венерой из ближнего космоса, вам покажется что она ощутимо вращается. Однако, на самом деле, по сравнению с абсолютным большинством планет в нашей Солнечной системе, ее "твердь" практически стоит на месте. Её физическое вращение настолько медленное, что один день на Венере занимает почти 243 земных дня. Для сравнения: на Земле экватор вращается со скоростью 465_м/с, в то время как на Венере - всего 1,6_м/с.
Но почему же визуально, из ближнего космоса, это выглядит не так? Причина в том, что поверхность скрыта от глаз под слоем упомянутого газового океана, который стабильно "течет" в одном и том же направлении. На экваторе, скорость этого течения достигает 100_м/с (360_км/ч), что и можно наблюдать невооруженным взглядом с орбиты.
На самом деле, этот видимый верхний слой венерианского воздуха и предлагается рассматривать как виртуальную "поверхность океана", на которой могли бы функционировать наши исследовательские аппараты. Это обусловлено тем, что все перечисленные вначале "невыносимые" климатические условия актуальны только для приповерхностных областей. Если же мы представим, как всплываем в газовом океане Венеры все выше и выше, картина будет выглядеть все более обнадеживающей.
Давайте сравним. Температура и давление в нижних слоях атмосферы Венеры чрезмерно велики, однако при поднятии на высоту 50-60 км, условия становятся менее враждебными. Температура здесь опускается до приемлемых 20-30 градусов Цельсия, а давление становится сопоставимо с земным. Итак, на большой высоте над поверхностью располагается зона, которая может считаться наиболее подходящей для человека и его техники. Но как нам найти устойчивую опору на этой высоте? На Венере даже самые возвышенные горы не превышают 11 км в высоту, что явно меньше наших потребностей.
Возникает вопрос: а действительно ли нам нужна твердая почва для исследования и освоения этой планеты?
На самом деле, любая конструкция, "заякоренная" и неподвижная относительно венерианского грунта, была бы скорее проблемой, чем преимуществом. Дело в том, что несмотря на озвученные благоприятные условия, ветра на этой высоте превращаются в настоящий ураган, достигая скорости до 100_м/с. Логичным шагом будет не привязываться к "дну газового океана" вовсе - а дрейфовать на его поверхности. Скорость ветра относительно нас, в таком случае будет почти нулевой, что снимет вопрос борьбы с ним. Подхваченный воздушным потоком, наш аппарат будет стабильно обращаться вокруг планеты, совершая один полный оборот над поверхностью примерно за 4 земных дня.
Если бы мы хотели изучать планету, полностью покрытую водой, мы бы использовали плавучие средства, а наши космические аппараты были бы предназначены для посадки на воду. Точно так же, для исследования Венеры, мы можем использовать аэростаты, способные "приводняться" в плотную атмосферу планеты, даже не достигая негостеприимной поверхности. Это может показаться инженерной задачей на грани фантастики, но на самом деле, все необходимые технологии уже отработаны по отдельности. Космическая техника, исторически, уже использовала как технологию морского и воздушного старта, так и реактивную посадку на плавучие платформы. Все это может быть адаптировано, и применено для посещения Венеры.
Все изложенное выше не является лишь умозрительными заключениями, оторванными от реальности. Примеры подобных миссий и концепций уже существуют. Еще в 1980-х СССР запустил к Венере аппараты серии ВЕГА, которые включали в себя аэростаты для исследования верхних слоев венерианской атмосферы. В NASA также рассматривались концепции таких миссий, например проект HAVOC.
Советские космические зонды ВЕГА:
Этот проект включал в себя два межпланетных зонда, ВЕГА-1 и ВЕГА-2, которые были направлены на исследование Венеры и кометы Галлея в 1984-1986 годах. Каждый из зондов включал в себя орбитальный модуль и посадочный аппарат. Эти посадочные аппараты не только достигли поверхности, но и выпустили аэростаты для исследования верхних слоев атмосферы. Эти простые по конструкции "воздушные шары" стали первыми объектами, созданными человеком, совершившими полет в атмосфере другой планеты.
Научные данные, полученные благодаря миссиям ВЕГА, были бесценными. Зонды передали на Землю уникальные изображения Венеры, а также собрали информацию о химическом составе воздуха, давлении и температуре - из нижних и верхних слоев атмосферы. Не менее важными были и данные о комете Галлея, которые помогли учёным лучше понять природу и происхождение комет.
Проект HAVOC:
Один из необычных проектов, предложенных NASA для исследования Венеры, называется HAVOC (High Altitude Venus Operational Concept, концепт серии венерианских аэростатов для функционирования на большой высоте). Этот проект представляет собой крупномасштабную стратегию космических миссий, целью которых является посещение и изучение Венеры с помощью воздушных кораблей легче воздуха.
Техническая реализация HAVOC предполагает использование серии дирижаблей, способных работать в условиях высоких слоев атмосферы, где температура и давление становятся комфортны для нормального функционирования техники и работы людей. По задумке, эти дирижабли предназначены для выполнения как беспилотных научных миссий, так и пилотируемых экспедиций. Возврат экипажа с Венеры на орбиту предполагается за счет воздушного старта ракеты, с самого дирижабля.
Главная ценность проекта HAVOC заключается в возможности длительного нахождения в атмосфере Венеры, что позволит получить невиданный ранее объем данных о её геологической истории, климате и возможных процессах в атмосфере. Несмотря на то что проект остается на стадии концепции, он демонстрирует новый, креативный подход к исследованию других планет и может стать отправной точкой для будущих миссий к Венере.
В заключение стоит сказать, что сегодняшние приоритеты в космических исследованиях уклоняются в сторону посещения Луны и Марса, как наиболее простых и доступных мишеней. Это делает Венеру менее предпочтительной целью. Тем не менее, исключать ее из списка планет для "космической экспансии" - было бы ошибкой. Наши технологические возможности действительно позволяют нам проводить, как минимум, длительные автоматические беспилотные миссии, с большим шансом на успех. И как известно, там, где может безопасно пройти робот, есть надежда для осуществления первых шагов человека.
В рамках данной статьи мы затронули только некоторые моменты, связанные с исследованием Венеры. Есть множество других плюсов и минусов, таких как легкодоступность солнечной и ветровой энергии для преобразования ее в электричество, или необходимость в высокотехнологичных защитных материалах, устойчивых к парам серной кислоты. Все это требует отдельного рассмотрения.
Однако, учитывая всё сказанное, уже сейчас можно утверждать, что если человечество решит интенсивно исследовать вторую от Солнца планету, это, вероятнее всего, будет реализовано через "приводнение" техники в её газовом океане. При этом, спуск к поверхности станет отдельным большим вызовом, больше похожим на глубоководные миссии.
А вот что необходимо для посадки на Луну:
Прим.: Друзья, мы заметили техническую проблему связанную с просмотром GIF-анимаций с ПК-платформ. Если Вы замечаете у себя подобную проблему - дайте знать об этом в комментариях.
