Исследование планеты Венера космическими аппаратами - Авиация и космонавтика - Скачать бесплатно
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Реферат по дисциплине:
«Введение в ракетно-космическую технику»
на тему:
«Исследования планеты Венера
Космическими аппаратами»
ГРУППА: 06 – 104.
ВЫПОЛНИЛ: Мильяненко Григорий.
ПРОВЕРИЛ:_____________________
2000
СОДЕРЖАНИЕ (ПЛАН)
1. Вступление________________________________________________________2
2. Краткие сведения (история) развития ракетно-космической техники________3
3. Первый опыт исследования ближайших небесных тел космическими
аппаратами_________________________________________________________3
4. Данные о планете Венера до начала космических исследований___________5
5. Исследования планеты Венера автоматическими межпланетными станциями____7
6. Обобщения и выводы по результатам исследований____________________14
7. Заключение______________________________________________________26
Исследование планеты Венера космическими аппаратами.
Земля – колыбель человечества, но человек
не может оставаться в колыбели вечно.
Константин Циолковский.
Исследование ближайших к Земле планет солнечной системы автоматическими
межпланетными станциями явилось логическим продолжением развития ракетно-
космической техники во второй половине XX столетия. Появившись на свет
около двух тысяч лет тому назад, как следствие изобретения пороха, ракета
прошла длинный путь от петард и фейерверков, через боевые реактивные
снаряды и межконтинентальные баллистические носители ядерных боеголовок до
носителей межпланетных автоматических станций и космический кораблей. В
точном соответствии с предсказаниями основоположника космонавтики К.Э.
Циолковского, она сначала робко выглянула за пределы земной атмосферы, а
затем двинулась на завоевание околосолнечного пространства.
И двинулась довольно резво. Достаточно взглянуть на хронологию основных
событий ранней космической эпопеи, чтобы почувствовать весь драматизм того
времени.
Да, это была драма. А иначе и быть не могло, ведь начало стремительного
развития ракетной техники пришлось на окончание второй мировой войны и
самый разгар последовавшей за ней «войны холодной». Это было соревнование
двух общественно-политических систем: «передовой» - социалистической и
«загнивающей» – капиталистической. Две сверхдержавы спешили преуспеть в
создании ракетно-ядерных потенциалов для устрашения друг друга. Но это была
скрытая под водой, секретная часть айсберга. Не менее важным было и
престижное соревнование в освоении космоса – кто первей:
- выведет на орбиту первый искусственный спутник Земли;
- запустит в космос человека;
- дотронется до Луны;
- достигнет ближайших планет солнечной системы.
Считалось, что первенство в этих достижениях демонстрирует преимущество
той или иной социально-политической системы. Поэтому средств на достижение
этих целей не жалели. Это позже придет понимание той простой истины, что
изучение и освоение Космоса – очень дорогостоящая и обременительная задача
даже для таких сверхдержав, как СССР и США, и что освоение космоса – задача
интернациональная. Появятся программы совместных полетов «Аполлон – Союз»,
международные экипажи отправятся на советскую станцию «Мир», полетят на
американских космических челноках, и, наконец, усилия большинства передовых
стран объединятся в создании международной космической станции «Альфа». Но
это будет потом.
А тогда, в самый разгар «холодной войны», политики и власть имущие для
доказательства преимуществ своей системы, денег на «победы» в космосе не
жалели.
20 февраля 1956 года в СССР были успешно проведены испытания
баллистической ракеты Р-5М с ядерной боеголовкой.
21 августа 1957 года была успешно испытана новая баллистическая ракета Р-
7 – будущий носитель первых и многих последующих космических аппаратов.
Стрельнули из казахстанских пустынь и достали до Камчатки. Дальность полета
этой ракеты позволяла преодолевать океаны и достигать других континентов.
Ракета была названа межконтинентальной. Чуть позже, в 1960 году, местом
падения головных частей этого носителя был объявлен малопосещаемый район в
центральной части Тихого океана на удалении 12500 километров от места
старта. Этим достигались две цели: перенести районы падения головных частей
ракет подальше от населенных мест и продемонстрировать «вероятному
противнику» дальность и точность ракетных стрельб. Время пуска и точные
координаты района падения головных частей сообщались заранее, чтобы оттуда
успели уйти (если они там были) случайные рыбаки или другие суда, на смену
которым спешили снаряженные всевозможной аппаратурой американские
наблюдатели в надежде что-нибудь разглядеть, запеленговать,
сфотографировать, а если повезет – и выловить. К концу пятидесятых создание
ракетно-ядерных щитов («дубинок») у обеих сверхдержав в основном было
отработано.
4 октября 1957 года Советский Союз вывел на орбиту первый искусственный
Спутник Земли. Человечество «робко выглянуло» за атмосферу, наступило время
«дотронуться» до других небесных тел.
Первой, как и следовало ожидать, была Луна – ближайшая соседка и
естественный спутник Земли. Первый Лунник ушел со старта 2 января 1959
года, в точно назначенное траекторщиками время – это был первый в истории
космонавтики астрономический пуск, когда надо было учитывать взаимное
положение небесных тел. Но ... в Луну не попали, промазали. 4 января 1959
года Лунник пролетел примерно в 5 – 6 тысячах километров от Луны (диаметр
Луны 3476 километров) и стал маленькой искусственной планетой где-то между
орбитами Земли и Марса. При этом были получены новые сведения о составе
заряженных частиц в радиационных поясах Земли, замерена интенсивность
первичных космических лучей, рентгеновского и гамма – излучения в
межпланетном пространстве, регистрировались метеорные частицы. Но в Луну не
попали.
Второй Лунник стартовал 12 сентября 1959 года с отклонением от
расчетного времени старта менее одной секунды и достиг Луны 14 сентября в 0
ч. 2 мин. 24 сек. с отклонением от центра лунного диска на 800 километров.
С учетом преодоленного расстояния (350 тыс. км.) ни одна ракета в мире
никогда не летала с такой точностью. В Луну попали и довольно точно.
На очереди стоял ответ на извечно мучивший всех астрономов вопрос: как
выглядит обратная сторона загадочной Селены?
Экспедиция, которая должна была дать ответ на этот вопрос, была
подготовлена в рекордно короткие сроки – 4 октября 1959 года «Луна-3»
начала свой полет. Старт прошел без замечаний. Через два дня, проходя над
невидимой частью Луны, автоматическая станция сориентировалась по небесным
светилам и направила объективы своих фотоаппаратов на лунный затылок.
Передача изображения невидимой стороны Луны была выполнена при подлете
станции к Земле. 7 октября 1959 года человечество получило «снимок века» –
фотографию обратной стороны загадочного ночного светила.
На очереди были Марс и Венера. Что мы знали об этих планетах за всю
предыдущую историю их наблюдения?
Ближайший сосед Земли со стороны, противоположной Солнцу, выделяется
своим красным цветом. Вероятно поэтому древние римляне дали планете имя
бога войны Марса. Марс удален от Солнца примерно на 228 млн. км. По
удаленности от Земли Марс занимает третье место после Луны и Венеры.
Оттого, что Марс бывает от Земли сравнительно недалеко его можно хорошо
рассмотреть в телескоп. Было установлено, что весь свой путь вокруг Солнца
Марс проходит за 687 дней, или за 1 год и 11 месяцев. Поскольку Марс и
Земля движется в одну и ту же сторону, Земля каждые 2 года и 50 дней
обгоняет Марс на целый оборот.
Диаметр Марса невелик, почти вдвое меньше диаметра Земли. Так как
атмосфера на Марсе очень разрежена и в ней мало воды, облака в ней
отсутствуют и он очень удобен для оптических наблюдений. В телескопы виден
довольно крупный диск с красноватым оттенком, большая часть поверхности
покрыта пятнами желтого или красноватого цвета названных материками. На
фоне материков довольно четко выделяются темные пятна названные морями.
Позже выяснилось, что воды в этих морях нет, но названия «моря» и «заливы»
на картах Марса сохранились, только теперь их понимают также условно, как и
«моря» на Луне.
Марс, как и Земной шар, вращается вокруг своей оси и наклон его оси
такой же, как и у Земли. Продолжительность суток на Марсе тоже близка к
Земным и составляет 24 ч. 37 мин. Из-за наклона марсианской оси на нем
также бывает смена времен года и таяния полярных белых шапок. Поскольку
Марс находится гораздо дальше от Солнца, чем Земля, солнечные лучи там
светят и греют в 2,5 раза слабее, чем на Земле. Поэтому даже на экваторе
Марса в самый жаркий полдень почва нагревается лишь до 10є – 20є тепла, а
по ночам там всегда бывают очень сильные морозы. Зимой на Марсе температура
доходит до 60є – 70є ниже нуля.
Ввиду того, что Земля и Марс движутся вокруг Солнца не по окружности, а
по эллипсу и с разными скоростями, они то удаляются, то приближаются друг к
другу. Минимальное расстояние от Земли до Марса равное всего 55 млн. км.
называется великим противостоянием и повторяется каждые 15 – 17 лет.
Взаимное расположение планет очень важно с точки зрения энергетических и
временных затрат при запуске к ним автоматических межпланетных станций. Для
каждой из планет существуют свои оптимальные даты старта, именуемые
«окнами». Эти «окна» повторяются через определенное время: для Марса –
через 25 месяцев, для Венеры – через 19 месяцев и т.д.
10 октября 1960 года к Марсу стартовала первая ракета с научной
аппаратурой. Но... до Марса не долетела, а упала где-то в Сибири.
14 октября 1960 года – повторный старт к Марсу – и опять неудача, ракета
не вышла на орбиту.
А к началу нового 1961 года уже были готовы два первых межпланетных
автомата для полета к Венере.
А что было известно человечеству до начала космической эры об этой
второй по порядку от Солнца планете, именуемой еще «вечерней или утренней
звездой»?
Красавица неба, «вечерняя и утренняя звезда» не раз была воспета поэтами
и композиторами, описана в произведениях великих писателей, изображена на
картинах знаменитых художников. По силе блеска Венера – третье светило на
небе после Солнца и Луны, и ее можно видеть иногда даже днем в виде белой
точки на небе.
За 250 лет визуальных и оптических наблюдений за планетой было
установлено, что орбита Венеры лежит внутри Земной орбиты и она обегает
вокруг солнца за 224 дня, или 7,5 месяцев. Венера сравнительно большая
планета, она лишь ненамного меньше Земного шара. В период великих
противостояний она приближается к Земле на расстояние всего до 40 млн.
километров. Это самое близкое к нам крупное небесное тело после Луны. Но,
несмотря на то, что в телескопе Венера кажется очень большой, гораздо
больше, чем Луна для невооруженного глаза, разглядеть на ней ничего
невозможно. Видимая поверхность этой планеты всегда белая, однообразная и
на ней ничего не видно кроме неопределенных тусклых пятен. Это происходит
потому, что Венера покрыта плотной атмосферой и всегда затянута белым
облачным покровом, который мы и видим, рассматривая Венеру в телескоп. Об
этой планете можно сказать, что по размерам и по массе она близка к Земле,
на ней очень тепло, гораздо теплее, чем на Земле, потому что она ближе к
Солнцу. И еще установлено, что в атмосфере Венеры много углекислого газа.
А что же находится под этим облачным покровом на самой поверхности
Венеры? Есть ли там материки, моря, океаны, горы, реки – ответа на эти
вопросы оптическая астрономия дать не могла.
Кое-что прояснила радиоастрономия, получившая бурное развитие после
второй мировой войны. В начале шестидесятых радиолокационные исследования
Венеры позволили установить наличие рельефа и установить период вращения
планеты вокруг своей оси. Венерианские сутки оказались длинными – 243 ± 0,5
земных. Но главная неожиданность заключалась в том, что направление
вращения Венеры оказалось обратным орбитальному вращению планеты – солнце
восходит на западе! Это было совершенно неожиданно, потому что остальные
планеты вращаются вокруг своей оси согласно своему движению вокруг Солнца.
Радиотелескопы подтвердили также, что на Венере гораздо жарче, чем у нас на
Земле, но цифры специалисты называли самые разные. И уже совсем ничего
определенного никто не мог сказать по поводу химического состава
венерианской атмосферы и ее давления. А это едва ли не главные
характеристики, по которым можно судить, похожа Венера на Землю или нет?
Вот если бы дотянуться до таинственной планеты рукой, разместить на ее
поверхности приборы и фотоаппараты... Ответы на эти и самый главный вопрос
– есть ли не Венере жизнь, – могла дать только практическая космонавтика. И
штурм начался.
Первый старт к Венере состоялся 4 февраля 1961 года. Все шло
благополучно до момента схода с орбиты спутника. Но межпланетная станция
вместе с последней ступенью весом в 6483 кг. с орбиты спутника Земли так и
не сошла – не включилась четвертая, разгонная ступень ракеты-носителя.
12 февраля 1961 года состоялось новое открытие трассы Земля – Венера – в
сторону «планеты под чадрой» стартовала станция «Венера-1». Но тогда, в
1961 году, вымпел с гербом СССР на загадочную планету так и не попал –
подвела автоматика. Сначала перегрелся солнечный датчик, а перегреваться он
не должен. Командный пункт в Крыму, чтобы снизить температуру, выключил
аппаратуру станции. Выключили и приемник, понадеявшись, что бортовое
программное устройство в запланированное время сеанса связи снова включит и
приемник и передатчик. Но «програмник сдох» и «Венера-1» замолчала теперь
уже навсегда. По расчетам баллистиков на 97 день своего полета станция
прошла примерно в 100 тысячах километров от поверхности таинственной
планеты.
Неудачи преследовали и американцев. В июле 1962 года их «Маринер-1»,
нацеленный на Венеру, сразу после старта стал забирать куда-то вбок:
неисправимый отказ системы управления.
Но второй «Маринер» в декабре того же года сработал хорошо. Он пролетел
всего в 35 тысячах километров от Венеры и передал данные о ее магнитном
поле, температуре, отсутствии радиационных поясов. Это был первый опыт
непосредственного изучения другой планеты космическим автоматом.
В первые годы межпланетных стартов удач было немного. После запуска
«Маринера-1» в августе – сентябре 1962 года Королев предпринимает еще три
попытки послать станцию к Венере и все они окончились неудачами. Весной
1964 года две другие «Венеры» тоже не выполнили свою программу. Одну из
станций ТАСС нарек «Космосом-27», другую «Зондом-1». Изданная уже в 1985
году энциклопедия «Космонавтика» стыдливо сообщила, что этот «Зонд» «по
конструкции имел много общего с космическим аппаратом «Венера-2»». Да,
общего было немало, а сказать точнее – они были похожи друг на друга как
две капли воды.
И все-таки, несмотря на все эти печальные старты, забегая вперед, надо
сказать, что в исследованиях Венеры Советский Союз в конце концов добился
замечательных успехов. Специалисты отмечали, что именно с Венерой нам везет
больше, в то время как американцы получили отличные результаты в полетах к
Марсу. Эта необъяснимая закономерность прослеживается вплоть до девяностых
годов XX века.
В межпланетных полетах автоматов Королева видится нечто трагическое. Да,
он удовлетворил свое «великое честолюбие», о котором говорил Феоктистов. Он
первым послал межпланетные станции к Марсу и к Венере, но ни одна из этих
станций, запущенных при его жизни, не смогла обрадовать его полным
выполнением своей программы. Он не дожил до того дня, когда с полным
основанием мы смогли назвать станции межпланетными, не узнал о мягкой
посадке на Марс, не увидел панорам раскаленной Венеры. В 1965 году он успел
запустить «Венеру-2» и «Венеру-3», но когда они долетели до планеты, его
уже не было. Полет космического аппарата к планете Венера при
наивыгоднейших условиях старта занимает от трех до четырех месяцев.
Космические станции «Венера-2» и «Венера-3» стартовали в середине ноября
1965 года и прибыли в район Венеры лишь в марте 1966 года, когда Королева
уже не было. Так свет звезды, вспыхнувшей при нашей жизни, в конце концов,
приходит к нам, но уже не застает нас.
О чем же поведали своим создателям космические аппараты «Венера-2» и
«Венера-3»? Судя по тому, что никаких сообщений в прессе по этому поводу не
было, поставленных целей эти станции не достигли. Космический аппарат
«Венера-2» прошел на расстоянии 24 тысяч километров от планеты, сообщив
некоторые данные о космическом пространстве. Космический аппарат
«Венера-3», стартовавший 16 ноября 1965 года, через 3,5 месяца впервые в
истории космонавтики достиг другой планеты. Это был первый в истории
человечества межпланетный перелет. Следует, однако, отметить, что даже эти
«неудачные» экспедиции к планете Венера дали огромный опыт в управлении
полетом космических кораблей на межпланетных трассах. Можно прямо сказать,
что они подготовили почву для успешного выполнения поставленных задач
последующим космическим экспедициям к «утренней звезде».
С 1967 года начинается регулярное исследование Венеры с помощью
спускаемых аппаратов. 12 июня 1967 года стартовала автоматическая
межпланетная станция (АМС) «Венера-4» неся на борту спускаемый аппарат. 18
октября 1967 года АМС «Венера-4» достигла окрестностей Венеры, было
выполнено разделение орбитального отсека и спускаемого аппарата и
парашютный спуск последнего в венерианскую атмосферу. Впервые на Землю была
передана информация с другой планеты. С помощью специально разработанных
газоанализаторов, смонтированных на спускаемом аппарате «Венера-4», впервые
были отобраны и проанализированы пробы атмосферных газов и установлено, что
главным компонентом атмосферы является углекислый газ (? 90%). Помимо этого
аппарат составил высотный профиль температуры, в значительной мере
подтверждавший данные радиоастрономии. На орбитальном отсеке с помощью УФ-
фотометра были проведены измерения состава солнечного спектра, позволившие
установить существование водородной короны в атмосфере Венеры. Продолжалось
изучение магнитного поля Венеры. На высоте 23 км над поверхностью планеты,
где температура была 325єС, а давление 17,6 кг/см2, спускаемый аппарат
разрушился.
Через сутки после «Венеры-4» в околопланетном пространстве Венеры
появился американский космический аппарат «Маринер-5», приблизившийся к
планете на расстояние 4100 километров. Было осуществлено радиозондирование,
построен вертикальный разрез ионосферы и нейтральной атмосферы вплоть до
уровня 5 атм.
5 января 1969 г. стартовала «Венера-5», а 10 января - «Венера -6». 16 и
17 мая того же года они вошли в атмосферу Венеры и провели исследование ее
глубоких слоев. Были уточнены данные о параметрах атмосферы, полученные
станцией «Венера-4». В химическом составе венерианской атмосферы оказалось
97% углекислого газа. Хотя спускаемые аппараты станции «Венера-5» и «Венера-
6» имели более прочную конструкцию, все же и они не выдержали огромного
давления и разрушились на высоте 20 км над поверхностью.
Лишь спускаемому аппарату следующей советской космической станции
«Венера-7» , имевшему усовершенствованную конструкцию, впервые в истории
космонавтики удалось пересечь всю толщу венерианской атмосферы и достичь
поверхности планеты. Станция была запущена 17 августа 1970 года, а 15
декабря спускаемый отсек совершил посадку. В течение всего времени спуска и
23-х минут после посадки отсек передавал информацию о параметрах атмосферы.
В месте посадки температура оказалась около +500єС, а давление порядка 100
атмосфер (как на километровой глубине земного океана).
Автоматическая станция «Венера-8» стартовала 27 марта 1972 года с
промежуточной околоземной орбиты. Через 117 суток полета, 22 июля 1972
года, станция достигла окрестностей Венеры и отделила от себя спускаемый
аппарат. На всех траектории спуска и на поверхности планеты были выполнены
замеры скорости ветра. Была зафиксирована сложная динамика атмосферы и
движения облаков. Наиболее интенсивные ветры были отмечены на высотах более
40 км (до 100 м/с). На поверхности планеты ветры очень слабые и не
превышают 1-2м/с. В месте посадки СА на поверхность планеты было
зафиксировано давление в 90 раз выше, чем на Земле, а температура –
+470єС.
В феврале 1974 года околопланетное пространство Венеры пересек
американский космический аппарат «Маринер-10» (максимальное приближение к
планете составило 5784 километра). На нем была установлена телевизионная
аппаратура, позволившая получить несколько тысяч доброкачественных
изображений диска с разрешением 130 километров, что вдвое превосходило
возможности наземных наблюдений. Анализ этих снимков, выполненных с
применением УФ-фильтров, впервые позволил получить представление о
циркуляции атмосферы Венеры: выявлена глобальная симметрия структуры
облачного покрова относительно экватора и подтверждено четырехсуточное
вращение «УФ-деталей» в направлении, противоположном вращению планеты.
Радиозатменные эксперименты на КА «Маринер-10» позволили определить
электронную плотность дневной и ночной ионосферы и выявить ее структуру, а
также получить новые температурные профили нижней атмосферы в интервале 50
– 100 километров. На «Маринер-10» вновь проводились измерения магнитного
поля и оценки параметров гравитационного поля Венеры. Последние послужили
основой для создания представлений о большой мощности венерианской
литосферы.
АМС «Венера-9» и «Венера-10» были запущены соответственно 8 и 14 июня
1975 года, а 22 и 25 октября того же года их спускаемые аппараты достигли
поверхности планеты, а сами станции стали первыми искусственными спутниками
Венеры. Телевизионные камеры спускаемых аппаратов впервые в истории
космонавтики передали на Землю панорамные телевизионные изображения
поверхности другой планеты. Кроме этого при спуске измерялась плотность,
давление и температура атмосферы, количество водяного пара, проведены
нефелометрические измерения частиц облаков, измерения освещенности в
различных участках спектра. Для измерений характеристик грунта помимо
гамма-спектрометра использовался радиационный плотномер. Искусственные
спутники позволили получить телевизионные изображения облачного слоя,
распределение температуры по верхней границе облаков, спектры ночного
свечения планеты, провести исследования водородной короны, многократное
радиопросвечивание атмосферы и ионосферы, измерение магнитных полей и
околопланетной плазмы. На станциях второго поколения информация со
спускаемых аппаратов предавалась на орбитальный аппарат, а затем
ретранслировалась на Землю. Это привело к значительному увеличению
количества получаемой информации.
На телевизионных панорамах поверхности были видны выходы коренных пород
наряду с эродированным материалом; развалы камней могут быть результатом
смещений в коре и служить подтверждением тектонической активности на
Венере. В целом поверхность Венеры - это горячая сухая каменистая пустыня.
9 и 14 сентября 1978 г. соответственно стартовали межпланетные
космические станции «Венера-11» и «Венера-12». Спускаемые аппараты этих
станций совершили мягкую посадку, зафиксировав в невысоких слоях атмосферы
многократные электрические разряды - предположительно вспышки молний.
Интенсивность электрических разрядов, регистрировавшаяся по частоте
следования низкочастотных импульсов оказалась во много раз выше, чем на
Земле. Очевидно вблизи поверхности Венеры возникают электрические поля с
напряженностью в сотни кВ/м. Высокая грозовая активность предположительно
объясняется наличием действующих вулканов на поверхности Венеры. Отделив
спускаемые аппараты, станции продолжали всестороннее исследование
космического пространства.
Одной из наиболее насыщенных и успешных космических программ был
осуществленный в декабре 1978 года учеными США проект «Пионер-Венера». Его
основные результаты были опубликованы в двух выпусках журнала «Science» и
«Journal of Geophysical Research». На борту выведенного на околопланетную
орбиту искусственного спутника Венеры и орбитального модуля, от которого
были отделены и совершили жесткую посадку 4 спускаемых аппарата-зонда, было
установлено более 30 различных приборов и устройств, выполнивших
исследования структуры и химического состава нижней атмосферы и
|
