В 2021 году как известно. Роскосмос выделял 318 миллионов рублей на первый этап создания первой российской автоматической станции для исследования планеты Венера. Согласно контракту на разработку технического предложения между госкорпорацией и НПО имени Лавочкина, в рамках создания станции под названием «Венера-Д» планировалось потратить 318,2 миллиона рублей до марта 2023 года. После 2022 года, как все знают. Многое изменилось.
Давно прошла информация о реформировании миссии к этой планете. И смещении сроков. Миссию к Венере собираются организовывать не в три этапа, а в два этапа:
1) 1 этап. 2031 год. Пуск миссии «Венера-Д» ( «Венера долгоживущая»).
Состав аппаратов:
1а) Орбитальный модуль (ОМ),
1б) Спускаемый аппарат (СА) разделен на:
- Посадочный модуль (ПМ),
- Демонстрационный модуль (ДемМ),
- Атмосферный модуль(АтМ),
2) 2 этап. После 2034 года. Пуск миссии «Венера-В» («Венера возвращаемая»).
Состав аппаратов дополнительно включает в себя:
2а)Перелетный модуль (ПЕРЕЛ.М)
2б)Аэростатный модуль(АЭРО.М). Надувной тор.
2в)Десантный и возвратный аппарат. (ДесА и ВА).
Эти аппараты должны доставить грунт с Венеры на Землю.
Пишу в свободной форме и пишу так, как понимаю это я . Потому что я тоже человек и могу, как и все ошибаться. Прежде чем писать дальше. Я должен себе позволить несколько сокращений:
РН-ракетоноситель;
ДУ-двигательная установка;
ДМ-названии серии разгонных блоков для тяжелых РН;
СА-спускаемый аппарат;
ПМ-посадочный модуль;
ДемМ-Демонстрационный модуль;
АтМ -Атмосферный модуль;
ГЗУ-грунтозаборное устройство;
КНА -комплекс навигационной аппаратуры;
РДУ-ракетная двигательная установка.
Разберем все 2 пуска более подробно:
Старт первого этапа миссии «Венера-Д» планируется с космодрома Восточный в 2031 году. На экологически чистом носителе Ангара А5/Блок ДМ по аналогии с РН Протон-К/ Блок ДМ. Связка аппаратов будет на тонны меньше Советских миссий. К этим годам должны довести до ума серийное производство РБ ДМ для РН Ангара. Связка аппаратов «Венера-Д» с адаптером РБ Фрегат представлена на рис. 1:
Как видно из рис. 1. Орбитальный модуль (ОМ) напоминает коробочку. Которая относит мысли к миссии японского космического агентства (JAXA) Акацуки. А спускаемый аппарат (СА) теперь переделан на более легкую версию, напоминающий конусный спускаемый аппарат с тепловым экраном (см рис.1).
Разберем более подробно спускаемый аппарат (СА). На разрезе (рис. 2) видно как скомпонованы посадочный модуль, атмосферный и демонстрационные модули.
Посадочный модуль (ПМ) показан в центре капсулы.
Первым этапом. Во время вхождения в плотную атмосферу Венеры спускаемая капсула или спускаемый аппарат (СА) должен отработать щит теплового экрана (ТЭ). Далее. После огневой отработки ТЭ. По центрам отбрасываются сегменты щита (см. рис 1 и 2). Далее "юбка" отбрасывается по бокам, оголяя посадочные опоры ПМ для спуска.
Вторым этапом. На спуске уже в атмосфере. На высотах примерно более 70 км. На тросах опускается ПМ. В этот момент начинают отработку 4 прибора верхнего остека ПМ:
- МТК-В — Метеокомплекс для измерения вертикальных профилей основных параметров атмосферы на высотах 70-0 км. Давления и Температуры,...
- ВХМ — Хромато-масс-спектрометр для измерения вертикальных профилей состава атмосферы, летучих соединений и благородных газов, состава аэрозоля на высотах 70-0 км
- ИСКРА-В — Перестраиваемый многоканальный лазер-инфракрасный спектрометр (см.рис.3) с разрешением 10-3 см-1 для измерения вертикальных профилей основных атмосферных составляющих:
- серная кислота (H2SО4),
- угарный газ (CO),
- углекислый газ (СО2),
- сероуглерод (CS2),
- вода (H2O),
- фосфин (РН3)
и изотопов:
углерода (12C и 13C,...),
кислорода (16O,17O,18O,...)
серы (32S,33S,34S,36S),
водорода/дейтерия (11Н; 21Н;31Н)
- НЕФАС — Нефелометр для изучения структуры облачного аэрозоля(см.рис.3).
Вот такая конфигурация "Чаши вверх дном" (см. рис.2), то есть легкой капсулы без ТЭ после опускания ПМ на тросе. Должна продемонстрировать возможность управляемой посадки ПМ в необходимую точку на поверхности Венеры. Причем чем дольше эта "чаша" будет оставаться в плотной атмосфере Венеры, тем точнее будет управляемая посадка в нужную точку поверхности. Высотомер демонстратора должен показать контроль горизонтальной посадки.
На рисунке 2 не совсем четко показан посадочный модуль. Поэтому необходимо вынести его в отдельный рисунок 3.
Вот такой рисунок 3. Я нашел в сети. Грунтозаборное устройство (ГЗУ) тут неправильно показано. Оно должно быть расположено на верхней поверхности посадочной опоры. Так оно должно быть снабжено буром с керном, который будет в трубе уводить частицы в специальные отсеки для анализа. Судя по рисунку расстояния для бурения не хватает.
Посадочный модуль (ПМ) в своем составе имеет следующие инструменты:
- ТВС-ВД — Комплекс камер: посадочная (1), микроскопическая (1) и панорамные (5) для характеризации поверхности в районе посадки
- РДРФС — Рентгеновский дифракционный и флюоресцентный спектрометр для исследования элементного и минералогического состава поверхности, детектирования воды, связанной в веществе коры
- ЛМС — Лазерный масс-спектрометр для исследования элементного и изотопного состава поверхности, изучения локальных геологических процессов, взаимодействия поверхности и атмосферы
- МИМОС II — Мессбауэровский масс-спектрометр для анализа минералогического состава поверхности, фаз железа
- АГНЕССА — Активный гамма- и нейтронный спектрометр для регистрации радиоизотопов калия, урана, тория, исследования элементного состава поверхности до глубины 0.5 м (алюминий, магний, железо, кислород, натрий, кремний, углерод)
Тормозной щиток (см рис.3) вместе с Антеннами ПМ служит как бы усилителями сигнала для связи с ретранслятором спутником, с орбитальным модулем (ОМ) (см рис.1), летающим вокруг планеты за ее атмосферой. Орбитальный модуль собран на основе космической платформы Навигатор. Судя по рисунку 1 и 4 и чертежу РБ Фрегат и платформе Навигатор . Ширину платформы согласно рисунку 4. Принимаем 2 м.
Баки подпитки маршевых двигателей как известно из компоновки рисунка 1 центральные. Приведем полноценное расположение приборов на рис. 5.
Рассмотрим и уместим состав орбитального модуля (ОМ) из источника:
- СВЕТ — Комплекс из двух приборов: Фурье-спектрометра и 5-канального радиометра для мониторинга трехмерной термической структуры атмосферы на дневной и ночной стороне на высотах 0-100 км, динамики, термических приливов и теплового баланса; состава и структуры облаков, вертикальных профилей газов, образующих облака, SO2 и H2O на высоте 55-75 км; серной кислоты и серных соединений под облаками
- ВОЛНА — Картирующий ультрафиолетовый надирный и лимбовый спектрометр для исследования ультрафиолетового поглотителя, картирования оксида и диоксида серы, озона и других веществ; изучения структуры и состава верхней мезосферы, свечения оксида азота, угарного газа, кислорода
- ВИКА — Инфракрасный спектрометр для исследования состава атмосферы (углекислый газ, вода, тяжелая вода, угарный газ, соляная кислота, плавиковая кислота, сероуглерод, фосфин), вертикальной термической структуры атмосферы и облаков, свечения кислорода
- ИВОЛГА — Гетеродинный инфракрасный спектрометр сверхвысокого разрешения для изучения надоблачной динамики, структуры мезосферы и термосферы на высотах 80-180 км
- ВМК-ВД — Четыре соосных мониторинговых камеры (0.365-1 мкм) для изучения динамики и строения верхнего и среднего облачного слоя, распределения УФ-поглотителя на дневной стороне, излучения поверхности на 1 мкм на ночной стороне
- СОНЭТ-В — Фотометр для детектирования и мониторинга электрической активности в облачном слое
- ПЛАЗМА-В — Спектрометры ионов, электронов и нейтральных частиц для исследования состава и интенсивности потока убегающих ионов; захвата ионов солнечным ветром; взаимодействия солнечного ветра и ионосферы Венеры; передачи момента и энергии ионосфере от солнечного ветра; потоков межпланетных ионов
- Эксперимент по радиопросвечиванию атмосферы Венеры с использованием сигнала X-диапазона с Земли и бортового приемопередатчика дли изучения термической структуры и динамики тропосферы и мезосферы на высотах 35-95 км, термического строения термосферы
Тут необходимо отметить, что на место демонстрационного модуля (см. рис.2) могут быть уложены надувные аэростатные модули с приборами следующих видов:
Научные эксперименты на Аэростатных модулях:
«Большой» аэростатный модуль
Высота дрейфа 56 км, масса КНА 15 кг
- МЕТЕО-А3 — Метеокомплекс, включающий ультрафиолетовый спектрометр и инфракрасную камеру, для исследования динамики атмосферы, термической структуры, вариаций атмосферных параметров
- АЛС — Перестраиваемый многоканальный лазерный ИК-спектрометр для изучения основных атмосферных составляющих (O2, CO, CO2, OCS, H2O] и их изотопов (C, O, S, D/H)
- ПХМС — Хромато-масс-спектрометр для исследования состава атмосферы, летучих соединений и благородных газов, состава аэрозоля
«Малый» аэростатный модуль
Высота дрейфа 54 км, масса КНА 4 кг
- МЕТЕО-А3 — Метеокомплекс для исследования динамики атмосферы, термической структуры, вариаций атмосферных параметров
- НЕЛИДА — Нефелометр — счетчик частиц для исследования структуры облачного аэрозоля
- ГРОЗА — Радиочастотный и инфразвуковой детектор для изучения электрической и сейсмической активности
Старт второго этапа миссии «Венера-В» планируется с космодрома Восточный после 2035 годов. На носителе Ангара А5/КВТК. Так как ПН увеличивается. Следовательно и РБ должен быть другой. Точную дату я не могу сказать. Все может измениться. Какая же схема возврата будет у этой миссии? Можно только гадать. Так как НПО им. С.А. Лавочкина не разглашает свои технические предложения и эскизные проработки. Но можно порассуждать и об этой миссии. В источниках словосочетания демонстрационный модуль тут не просто так лежит. В этой этимологии слова: "демонстрация" лежит экспериментальная отработка и доказательство жизнеспособности идеи. Как видно сверху капсулы «Венеры-Д» из рис. 2. В демонстрационном модуле присутствуют 2хДУ, расположенные в защитных теплоизоляционных кольцах. Высота Конуса спускаемой капсулы маленькая (см. рис.2). Значит высоту спускаемой капсулы можно увеличить примерно до 6 м.
А вместо Посадочного модуля по принципу схемы возврата Луна-16.
- Десантный модуль (ДесМ) Представляющий из себя ничто иное как капсулу с грунтом
- Возвратный аппарат (ВА).Представляющий из себя ничто иное как РДУ возврата высотой до 6 м. То есть ракету для возврата.
Перелетный модуль отделяемый в последний момент от орбитального модуля (см. рис.1). Представляющие из себя Аэростат Тороидальной Формы (АТФ) с жидкостной ракетой внизу. Это дополнительная операция по возврату грунта.
Новая схема возврата:
1-м этапом. Во время вхождения в плотную атмосферу Венеры спускаемая капсула или спускаемый аппарат (СА) должен отработать щит теплового экрана (ТЭ). Далее. После огневой отработки ТЭ. По центрам отбрасываются сегменты щита (см. рис 1 и 2). Далее "юбка" отбрасывается по бокам, оголяя посадочные опоры ПМ для спуска.
2-м этапом. На спуске уже в атмосфере. На высотах примерно более 70 км. На тросах аккуратно опускаются защищенные: пустая капсула возврата и РДУ возврата с тв.топливом (см. рис. 2).
3-м этапом. После спуска и посадки. Происходит бурение колонковым буром и забор грунта, на подобии Грунтозаборного устройства Луны-16. И отправка бурового снаряда с грунтом в шарообразный десантный модуль, установленный на ракете.
4-м этапом. Происходит отделение переплетного модуля от Орбитальной станции (ОС). И спуск ракеты на высоту около 70 км. И надувание Аэростата тороидальной формы (АТФ).
5-м этапом. Происходит включение твердотопливной ракеты РДУ возврата и подъем капсулы с грунтом с поверхности Венеры на расстояние около 70 км.
6-м этапом. На высоте 70 км. Происходит отделение капсулы с грунтом таким образом, чтобы попасть в кольцо АТФ. Причем перелетный модуль необходимо лавировать и научить ловить шарообразную капсулу. Это что-то напоминает игру в гольф. Только в качестве лунки тут выступает центр тор кольца аэростатного модуля.
7-м этапом. Под действием гравитации. Происходит спуск по центральной части аэростата шарообразной капсулы с грунтом в средний отсек ракеты, которая расположена ниже торообразного аэростата. И фиксация и закрытие среднего отсека ракеты.
8-м этапом. Происходит отделение и включение двигателя ЖРД ракеты под торообразным аэростатом. И выход на низкую около венерианскую орбиту ракеты с капсулой и грунтом.
9-м этапом. Происходит ловля капсулы с грунтом орбитальным модулем (ОМ) по принципу Mars Sample Return в конце.
10-м этапом. Происходит возврат орбитального модуля к Земле к 2039-40 году.
Выводы. Новые перспективы планирования:
Предложенная схема возврата грунта Венеры ставит перед учеными и инженерами несколько вопросов:
1) Стоит ли запускать Аэростаты тороидальной формы (АТФ) в атмосферу Венеры во время возврата грунта? Не лучше ли запустить данный вид аэростата отдельной миссией до возврата грунта?
2) Какова должна быть схема защиты Возвращаемого аппарата на поверхности Венеры? И включится ли при 500 градусов и 100 атмосферах ракетный двигатель?
3)В случае неудачной попытки ловли капсулы с грунтом вне центра АТФ. Можно ли капсулу как-то сохранить на поверхности Венеры?
Источники:
2)О работах по созданию автоматической станции для исследования Венеры
3) Россия предпримет попытку доставить на Землю с Венеры образцы грунта
