Zdjęcie w tle: wewewegrafikbaydeh (Reimund Bertrams)
Opis programu
Wenera (ros. Венера – Wenus) to sowiecki program kosmiczny, którego celem było zbadanie zagadkowej wówczas planety Wenus. Niepewność dotycząca ciśnienia panującego na powierzchni tej planety była wówczas poważna. Autorzy publikacji, nawet zakładając wysoką temperaturę powierzchni, szacowali wartość ciśnienia na kilka do kilkuset atmosfer. Co więcej, skład chemiczny atmosfery był nieznany. Nie wiadomo było również jak zmieniała się temperatura w troposferze Wenus. Odpowiedź na powyższe pytania stała się celem programu Wenera. Dostarczył on kompleksowej, wyczerpującej podstawy pod późniejsze wyobrażenia natury Wenus i dużo informacji na temat właściwości jej atmosfery. Realizowany był w latach 1961–1983. Miejscem startu sond był kosmodrom Bajkonur w Kazachstanie.
1961: Wenera 1
Wenera 1 – pierwsza sonda sowieckich misji na Wenus, a tym samym pierwsza wysłana w kierunku Wenus w historii. Ważyła 635 kilogramów, stabilizowana była ruchem obrotowym i posiadała różnoraką aparaturę, w tym magnetometr, liczniki Geigera oraz wykrywacze mikrometeorytów. Głównym jej celem było zbadanie promieniowania korpuskularnego i pola magnetycznego między Ziemią a Wenus oraz w jej otoczeniu. Tak jak u wielu poprzedników Wenery, dzięki azotowi wnętrze sondy było pod ciśnieniem około jednej atmosfery, co umożliwiało instrumentom pracę w stałej temperaturze.
W drodze na Wenus lokalizator Słońca przegrzał się. Wskutek braku łączności nie można było przeprowadzić manewrów korekcyjnych. Dwie naukowe sesje telemetryczne przeprowadzono pomyślnie na odległościach 30 tys. km i 170,000 tys. km – zmierzono wtedy promieniowanie kosmiczne w magnetopauzie. Z powodzeniem pobrano dane naukowe z sondy w ramach trzeciej sesji telemetrycznej.
Dane dotyczące pól magnetycznych, promieniowania kosmicznego i wiatru słonecznego zostały upublicznione.
Makieta Wenery 1 w Muzeum Kosmonautyki w Moskwie
Budowa Wenery 1
1965: Wenera 2 i Wenera 3
Sonda Wenera 2 miała na celu przelecieć obok Wenus, dostarczając obrazy, a dodatkowo kontynuować badania pola magnetycznego. Przypominała misje Zond-2 i Zond-3 – system aparatów oraz spektrometry nadfioletu były identyczne. Ważyła 963 kg. Początkowe umieszczenie sondy na międzyplanetarnej trajektorii było tak precyzyjne, że nie wymagała żadnej korekcji kursu.
Kiedy zbliżała się do Wenus, przegrzanie spowodowało problemy z radiokomunikacją. Jeden z raportów zasugerował, że przyczyną był wadliwy radiator. Niestety, mimo tego, że sonda prawdopodobnie przeprowadziła swoje badania naukowe i wykonała fotografie, nie była w stanie wysłać wyników na Ziemię.
Wenera 3 miała przeprowadzić te same eksperymenty co Wenera 2, na jej pokładzie był jednak jeszcze dodatkowy zewnętrzny sensor promieniowania kosmicznego. Ponadto kolejnym celem sondy było zbadanie gęstości i temperatury atmosfery za pomocą lądownika. Do momentu zderzenia z planetą nawiązano kontakt z sondą 63 razy. Nie otrzymano żadnych danych z lądownika. Był to pierwszy obiekt stworzony przez człowieka, który dotarł do powierzchni planety innej niż Ziemia.
Wenera 3
1967: Wenera 4
Wenera 4 zmierzyła w atmosferze Wenus obecność czterech gazów, które uważano za występujące w znaczących ilościach: dwutlenku węgla, azotu, tlenu i pary wodnej. Dwie jednostki analizujące skład chemiczny atmosfery zawierały w sumie 11 eksperymentów. Pierwszym odkryciem Wenery 4 był wywiewany przez wiatr słoneczny wodór w egzosferze Wenus. Sonda zmierzyła również temperaturę (271°C) oraz ciśnienie na powierzchni (18,5 atm).
Jej lądowanie nie powiodło się. Ciśnienie atmosferyczne mogło uszkodzić kapsułę na wysokości 22 km, jednak bardziej prawdopodobnym jest wyczerpanie się baterii podczas. Ostatecznie już wtedy zniszczona sonda uderzyła w powierzchnię planety.
Makieta Wenery 4 w Muzeum Kosmonautyki w Moskwie
Radziecki znaczek pocztowy przedstawiający Wenerę 4
1969: Wenera 5 i Wenera 6
Wenera 6 została wystrzelona pięć dni po Wenerze 5. Obie sondy wykonały odczyty chemiczne, jedna przy ciśnieniu 0,6 atm i 5 atm, druga – 2 atm i 10 atm. Podały zawartość pary wodnej w atmosferze (<1%), a dodatkowo doprecyzowały zawyżony przez Wenerę 4 pomiar występowania cząsteczek tlenu w atmosferze Wenus – okazało się, że jest on w niej praktycznie nieobecny.
Sondy były podobne budową do Wenery 4, lecz zwiększono wytrzymałość konstrukcji lądownika, a zmniejszono powierzchnię głównego spadochronu. Ulepszenia okazały się jednak niewystarczające. Ciśnienie wywierane na sondy na powierzchni planety wynosiłoby 92,2 kg/cm2. Obie sondy wytrwały powyżej 50 minut, osiągając wysokości, na których panuje temperatura blisko 320°C i ciśnienie 27 atm. Zostały rozerwane przez ciśnienie, a potem ugotowane w wysokiej temperaturze.
Wenera 5 (po lewej) oraz Wenera 2 (po prawej) w Ogólnorosyjskim Centrum Wystawowym
1970: Wenera 7
Po nieudanych próbach lądowania na Wenus radzieccy naukowcy byli zdeterminowani, aby osiągnąć swój cel. W fazie testowej przystosowano komorę ciśnieniową do ciśnienia 150 atmosfer oraz temperatury 540°C. Przebudowany lądownik posiadał mało miejsca na przyrządy naukowe. Prawdopodobnie zawierał termometry, barometry oraz wysokościomierz radarowy. Zastosowano w nim mechanizm hamowania aerodynamicznego. Spadochron, wykonany z termoodpornego włókna, otwierał się samoczynnie.
Wenera 7 to pierwszy zbudowany przez człowieka pojazd, który pomyślnie wylądował na innej planecie. W momencie lądowania na powierzchni sygnał spadł do 3% mocy, potem powrócił na około sekundę i ostatecznie pozostał przy 3% na kolejne 23 minuty, zanim ustał całkowicie. Zmierzona temperatura na powierzchni zawiera się w przedziale od 457°C do 474°C.
Dotychczasowe pomiary prędkości oraz obliczenia aerodynamiczne ujawniły, że przy dużych wysokościach na Wenus występuje szybki wiatr wsteczny, znacznie szybszy od ruchu obrotowego planety. To zjawisko dalej pozostaje zagadkowe, jednak współczesne symulacje komputerowe wskazują na to, że te cyrkulacje powoduje absorpcja ciepła słonecznego przez chmury w troposferze.
Sowiecki znaczek pocztowy przestawiający lądowanie Wenery 7
1972: Wenera 8
Charakterystyka chmur i geologii Wenus wówczas nadal pozostawały otwartą kwestią. Misje od Wenery 4 do 6 odpowiedziały na pytania dotyczące temperatury, ciśnienia i składu chemicznego atmosfery planety, jednak dokładny skład chmur wciąż był tajemnicą. Znano już wtedy warunki na Wenus, zatem Wenera 8 mogła pomieścić więcej aparatury naukowej, m.in. spektrometr gamma, który potwierdził obecność pierwiastków promieniotwórczych – uranu (0,0002%), potasu (4%) i toru (0,00065%) – oraz fotometr, mający za zadanie zmierzenie procentowej ilości światła słonecznego na różnych wysokościach.
Otrzymano 27 stopni naświetlenia wraz z 9 pomiarami temperatury. Wspomniane pomiary potwierdziły, że przyszłe aparaty będą w stanie uchwycić widoki na Wenus. Lądownik funkcjonował na powierzchni planety przez 50 minut.
1975: Wenera 9 i Wenera 10
Z nieznanych początkowo powodów Sowieci nie skorzystali z okna startowego w 1973 r. Wszystko stało się jasne, kiedy zaprezentowano zupełnie nowe sondy kosmiczne. Były znacznie masywniejsze od poprzedników oraz składały się z orbitera i lądownika. Dwa dni przed dotarciem na Wenus orbitery oddzielały się od reszty sondy i pozostawały na orbicie jako pierwsze sztuczne satelity Wenus. Z kolei lądownik pozostawał na kursie.
Lądownik, aby przesłać zdjęcia na Ziemię potrzebował światła oraz łączności radiowej, zatem musiałby znajdować się po jasnej stronie Wenus, która z kolei jest poza zasięgiem. Rozwiązano tą niedogodność poprzez umieszczenie orbitera, który poruszał się na wysoko ekscentrycznej orbicie, bezpośrednio nad miejscem lądowania, innymi słowy „zasłonięto” lądownik orbiterem. W podobny sposób działały satelity telewizyjne, które umiejscowione były na orbicie okołoziemskiej nad Związkiem Radzieckim.
Po lądowaniu Wenery 9 densytometr gamma uruchomiono, a zasłonki ochronne na aparatach zostały zdjęte. Niestety zasłonki jednego z aparatów nie udało się w pełni usunąć. Drugi aparat zeskanował 174° panoramy, a potem zmienił kierunek i objął 124°. Orbiter znalazł się poza zasięgiem radiowym i przekaz telemetryczny zakończył się po 53 minutach przebywania na powierzchni, mimo poprawnego działania lądownika.
Densytometr wskazał 2,88 g/cm3, spektrometr gamma wykrył niższy poziom radiacji w porównaniu do wyników przesłanych przez Wenerę 8. Gęstość oraz zawartości litu, uranu i toru w powierzchni planety wskazywały na bazalt.
W przypadku Wenery 10 znowu zawiodła zasłonka aparatu, jednak udało się zeskanować 63° i 17° panoramy, a w przeciwnym kierunku 184°. Transmisja danych zakończyła się po 65 minutach.
Densytometr Wenery 9
Replika Wenery 9 w Muzeum Historii Kosmonautyki
1978: Wenera 11 i Wenera 12
Sowieccy naukowcy ponownie nie skorzystali z okna startowego w 1977 roku przygotowując się do następnej misji. Opracowali serie eksperymentów mających na celu analizę atmosfery, chmur oraz skał powierzchniowych Wenus. W dodatku w tym samym czasie powstały również wysokiej rozdzielczości kolorowe aparaty.
Wenera 11 wylądowała na powierzchni Wenus, gdzie panowała temperatura 452°C i ciśnienie 92,6 atm. Utrzymała łączność radiową przez 95 minut, aż do momentu utracenia zasięgu przez orbiter. W trakcie zniżania do lądowania dostarczyła szczegółowych informacji na temat spektralnego i przestrzennego rozkładu światła. Fotometr 360° wykazał, że rozpraszanie powoduje zmianę barwy nieba na coraz bardziej pomarańczową. W podczerwieni widoczne były linie absorpcyjne wody i dwutlenku węgla. Wenera 12 zastała temperaturę 468° C i ciśnienie 93,6 atm. Transmitowała dane przez 110 minut. Orbitery kontynuowały badania w przestrzeni międzyplanetarnej.
Zostały wykonane trzy doświadczenia analizujące skład chemiczny atmosfery i chmur. Wykorzystywały spektrometr mas, dzięki czemu uniknięto zanieczyszczeń, jakie przytrafiły się w Wenerze 9. Zamiast pobierania gazu przez mikroskopijny otwór, zastosowano zawór wlotowy, który otwierał się na dużą powierzchnię w niezwykle krótkich przedziałach czasowych.
Chromatograf gazowy zmierzył ilości występujących związków chemicznych w zupełnie inny sposób, mianowicie przez różnicowanie tempa dyfuzji za pomocą starannie dobranych nieszczelnych tworzyw. Trzecie badania chemiczne gromadziły próbki chmur filtrując je oraz mierzyły widmo rentgenowskie wzbudzonej fluorescencji. Detektory błysków gamma KONUS połączone były z detektorem na satelicie okołoziemskiej Prognoz. Użyto ich w celu utworzenia sieci triangulacyjnej lokalizującej zagadkowe nieokresowe błyski promieniowania.
Naukowcy przygotowujący lądownik Wenery 11 do startu
Znaczek pocztowy upamiętniający misje Wenera 11 i 12
1981: Wenera 13 i Wenera 14
Te misje miały na celu dokończyć zadania Wenery 11 i 12 oraz przeprowadzić nowe eksperymenty. Orbiter otrzymał nieco zmniejszony zestaw badań, posiadał magnetometr i detektory wiatru słonecznego. Uaktualniono badania promieniowania kosmicznego Wenery 11. Nowe odsłony eksperymentów SNEG i KONUS przewidywały szczegółowe badania słonecznych i galaktycznych błysków gamma.
Podobnie jak w przypadku Wenery 11, pozostanie Wenery 13 na orbicie było niemożliwe, więc orbiter przeleciał obok planety przekazując sygnały telemetryczne. Kamery lądowników zarówno Wenery 13, jak i 14 zadziałały bez problemów. Zrobiły najlepsze kiedykolwiek zdjęcia Wenus. Aparaty cykloramiczne wysłały ujęcia o wysokości 252 pikseli. W przeciwieństwie do regularnych kamer każdy piksel był odczytem fotometrycznym na niezniekształconej sferycznej projekcji o wymiarach 37° × 180°. Projekt kamery przypominał tę z Wenery 9, natomiast zawierał 4 filtry kolorowe dla różnych skanów powierzchni.
Wenera 13 ujrzała łagodne wzgórza z warstwami kamieni i gleby. Rosyjscy geolodzy stwierdzili, że prawdopodobnie jest to najbardziej powszechny rodzaj ukształtowania terenu na Wenus, czyli równiny. Są to najstarsze równiny wulkaniczne, powstałe 750 milionów lat temu. Z kolei Wenera 14 ujrzała płaski, kamienisty obszar, gdzie nie występowała gleba.
Poznawanie powierzchni Wenus sprawia trudności spowodowane ekstremalnie wysoką temperaturą oraz miażdżącym ciśnieniem atmosferyczne. Wenera 13 ustanowiła rekordowy czas działania na powierzchni, wynoszący ponad 2 godziny.
Lądownik Wenery 13 był 100 kg cięższy w porównaniu do tego z misji Wenery 9. Zwiększono żywotność i moc baterii oraz zaplanowano więcej badań. Dodatkowe termometry, barometry i nefelometry pomogły w kształtowaniu rzetelnego modelu budowy chmur i atmosfery na Wenus. Wyniki pochodzące z trzynastu radzieckich przeglądów i próbników stanowią większość naszej dzisiejszej wiedzy na ten temat.
1983: Wenera 15 i Wenera 16
Były to pierwsze sondy wykorzystujące radar z syntetyczną aparaturą do sfotografowania innej planety. Ich misje zrewolucjonizowały nasze wyobrażenie o Wenus odkrywając dużą część tego, co współcześnie wiadomo o geomorfologii tej planety.
Te dwie identyczne sondy zaprojektowano do okrążania Wenus i zmapowania 25% północnej części planety z rozdzielczością rzędu 1-2 kilometrów.
Satelity zostały umieszczone na eliptycznych orbitach biegunowych. Podczas zbliżenia przez 16 minut zbierano dane od bieguna północnego do równoleżnika 30°. Uchwycone wycinki miały wymiary 120 km szerokości na 17500 km długości. Otrzymano 3200 ujęć radarowych, sumarycznie 8,1 megabajtów, nie licząc danych wysokościomierza i spektroskopów IR. Związek Radziecki nie posiadał światowej sieci nadawczo-odbiorczej (takiej jak np. DNS), więc sondy musiały poruszać się po 24-godzinnych orbitach zsynchronizowanych radiową linią widoczności z Eupatorią (Krym). Dokonano kilku korekt kursu, aby utrzymać satelity na orbicie.
Mapa uzyskana dzięki danym z Wenery 15 i 16
Pojedyncze ujęcia zostały połączone w mozaiki tworzące kompletne mapy bieguna północnego Wenus. Skompletowano katalog 27 mozaik metodą odwzorowania stożkowego (LCC). Zestawienie danych wysokościomierza i radaru pozwoliło rosyjskim kartografom i geologom stworzyć pierwsze mapy Wenus, które ukazywały powierzchnię na tyle szczegółowo, aby dało się precyzyjnie zbadać geomorfologię planety.
Okazało się, że Wenus bardzo różni się od naszej planety. W większości pokryta jest polami lawy i wulkanami tarczowymi połączonymi z siecią grzbietów liniowych (ang. linear ridge networks) oraz koronami (ang. circular coronae).
Inne misje
Radzieckim sondom, które nie opuściły orbity okołoziemskiej zaczęto nadawać nazwę Kosmos niezależnie od pierwotnego założenia misji i przynależności do programu kosmicznego.
Niektóre misje zakończone niepowodzeniem spowodowanym głównie awariami rakiet nośnych nie otrzymały nazwy Wenera. Są to:
Tiażołyj sputnik – pierwsza sowiecka próba wysłania sondy w kierunku Wenus. Główny silnik członu ucieczkowego w przeciągu 0,8 sekundy po włączeniu przestał działać. Powodem było wystąpienie kawitacji w pompie tlenu i tym samym jej uszkodzenie.
Sputnik 19, Sputnik 20, Sputnik 21 – sondy nie opuściły orbity okołoziemskiej. W pierwszej wymienionej sondzie zawiniła zbyt krótka praca ostatniego członu rakiety, w drugiej nieotwarcie się zaworu paliwa, a w trzeciej – eksplozja spowodowana nie zamknięciem się zaworu odcinającego ciekły tlen, przez co nastąpiła kawitacja i uszkodzenie pompy tlenu.
Kosmos 96 – niepowodzenie spowodowało przerwanie przewodu paliwowego wskutek czego jedna z komór silnika wybuchła. Eksplozja uszkodziła próbnik, odrywając co najmniej sześć części, co uniemożliwiło skierowanie rakiety na poprawną trajektorię.
Kosmos 167 – również nie udało się skierować sondy w kierunku Wenus, powodem było nieschłodzenie turbopompy przed startem.
Kosmos 359 – nastąpiła awaria czwartego stopnia rakiety nośnej.
Kosmos 482 – nieprawidłowo ustawiony czasomierz spowodował przedwczesne odcięcie etapu B, uniemożliwiając sondom ucieczkę z orbity Ziemi. W rezultacie sonda porusza się wokół Ziemi na wydłużonej orbicie. Przewiduje się, że do roku 2025 pozostałości statku wejdą w ziemską atmosferę.
Grafika ukazuje zmianę orbity Kosmosu 482 na przestrzeni lat.
Sputnik 19
Wenera-D
Wenera-D to zaplanowana rosyjska misja na Wenus. Główne cele naukowe misji mogą obejmować analizy chemiczne atmosfery na wysokościach mniejszych od 20 km oraz wykonanie fotografii podczas zniżania do lądowania. Dodatkowe zadania mogłyby uwzględniać badania atmosfery na wysokościach 20-60 km. Umożliwiłoby to naukowcom przestudiowanie składu mineralnego warstwy powierzchniowej oraz przeprowadzić precyzyjne pomiary temperatury, ciśnienia i strumieni promieniowania. Wspomniane badania są niezwykle ważne, gdyż dostarczą nam wgląd we właściwości dynamiczne atmosfery.
Podobieństwo między Wenus a Ziemią jest głównym argumentem za kontynuowaniem badań nad tą planetą, ponieważ mogą one pomóc w lepszym zrozumieniu przeszłości i przyszłości Ziemi.
Wenera-D przeprowadzi badania składu chemicznego i właściwości fizycznych atmosfery na wysokościach poniżej 60 km nad powierzchnią. Podczas lądowania na ciemnej stronie wykonane zostaną fotografie w podczerwieni zaczynając na wysokościach 40-45 km. Planowane jest również przeprowadzenie długoterminowych operacji z wykorzystaniem instrumentów naukowych znajdujących się na powierzchni planety.
Głównym konstruktorem podzespołów jest Ławoczkin S.A. we współpracy z Imperial Porcelain Factory. Programem naukowym kieruje Russian Space Research Institute. Początek misji datowany jest najwcześniej na 2024 rok.
Korekta – Matylda Kołomyjec
- sciencedirect.com: Mikhail Marov; Venus: A perspective at the beginning of planetary exploration
- pl.wikipedia.org: Program Wenera
- esa.int: Venera-D
- mentallandscape.com: Don P. Mitchell; Inventing The Interplanetary Probe
- mentallandscape.com: Don P. Mitchell; Plumbing the Atmosphere of Venus
- mentallandscape.com: Don P. Mitchell; First Pictures of the Surface of Venus
- mentallandscape.com: Don P. Mitchell; Drilling into the Surface of Venus
- mentallandscape.com: Don P. Mitchell; Radio Science and Venus
_(Memorial_Museum_of_Astronautics).JPG){kind=link}
_(1).JPG){kind=link}
.jpg){kind=link}
