В МАИ раскрыли подробности перспективного проекта России «Венера-Д»

МАИ — одно из учреждений, которое играет ключевую роль в проекте «Венера-Д». Это будущая российская автоматическая межпланетная станция для изучения Венеры. Аппарат может стать первым с 1984 года венерианским зондом, запущенным Россией. Об истории советских исследований Венеры и о потенциальных открытиях на этой планете рассказал один из разработчиков космического аппарата «Венера-Д», профессор института № 6 «Аэрокосмический» МАИ Виктор Воронцов.

«Каждые 2-3 года — пуск!»

— Давайте начнём с истории вопроса. «Венера-Д», она же «Венера Долгоживущая», должна стать первым за 45 лет отечественным космическим аппаратом, который достигнет второй планеты от Солнца. На каком наследии он базируется? И чем вызвано возвращение интереса к Венере в России — в чём важность проекта и что именно предполагается найти в атмосфере, грунте, окрестностях планеты?

— Немного о времени и Венере. Первая советская автоматическая межпланетная станция (АМС) к Венере полетела в феврале 1961 года, за два месяца до полёта Юрия Гагарина. Она была создана в КБ Сергея Королёва. Первые космические аппараты, успешно достигшие Венеры и побывавшие на её поверхности, были разработаны в ОКБ, возглавляемым Бабакиным.

Поражает интенсивность полётов в первые десятилетия исследования Венеры в Советском Союзе: за 23 года было запущено 18 космических аппаратов, совершено 10 успешных посадок на поверхность планеты. Каждые 2-3 года — пуск!

Профессор института № 6 «Аэрокосмический» МАИ Виктор Воронцов. Фото из личного архива

Последней и, по мнению многих специалистов, наиболее успешной и значительной, стала экспедиция проекта «Вега-1,2» («Венера-17,18»). Декабрь 1984 — запуск; июнь 1985 — посадка на поверхность и дрейф аэростатов в атмосфере Венеры; 1986 — полёт к комете Галлея. Венерианские аэростаты стали первыми в мире атмосферными летательными аппаратами на другой планете, что ставит их в один ряд с первыми в мире посадочными аппаратами на Луну, Марс, Венеру, первым луноходом, доставкой грунта с Луны.

С тех пор (в следующем, 2024 году будет 40 лет), в нашем Отечестве ни одного космического аппарата к Венере не было запущено!.. К Марсу, собственно, тоже. Разумеется, отправляли в космос и «Марс-96», и «Фобос» в 2011 году, но они не были успешными — к сожалению.

Нельзя сказать, что всё это время работы по венерианским проектам не велись. Во-первых, после успешного осуществления проекта «Вега», прорабатывался проект «Веста», в котором также предполагалось решение трёх задач: исследование Венеры с помощью посадочного аппарата, теперь уже двух аэростатных зондов, и полёт к астероиду «Веста». Кроме этого, рассматривались и другие технические средства контактных исследований, в частности «зонд—ветролёт», использующий естественные условия в плотной атмосфере планеты, а именно — наличие в ней сильного ветра.

Во-вторых, прорабатывались проблемные вопросы осуществления длительных исследований Венеры и возможности обеспечения живучести посадочных аппаратов на поверхности планеты, а также увеличения длительности функционирования атмосферных зондов. В-третьих, продолжались изыскательные работы по формированию проектного облика будущих подвижных поверхностных лабораторий, планетоходов и т.д.

Надо отметить, что Федеральной Космической Программой России было предусмотрен проект «Венера-Д» («Долгоживущая») с запуском КА в 2016 году. Ограничения (мягко говоря) с финансированием в постсоветские годы, последующие «секвестирования» программы, неудача с «Фобосом», переориентация на программу исследования Марса, отказ от проекта по созданию сети метеорологических мини-станций на Марсе в пользу совместного с ЕКА проекта «Экзомарс» (по доставке европейского марсохода), другие обстоятельства — всё вместе привело к изменению сроков осуществления венерианской программы. Если говорить прямо, её и не было: был проект «Венера-Д», ну и ещё, гипотетически, — «Венера-Глоб» (по аналогии с «Луна-Глоб»).

Несмотря на это, проводились научно-исследовательские работы (при очень «скромном» финансировании) по формированию проектного облика перспективного космического аппарата для длительных исследований планеты Венера. Предполагались длительные исследования с помощью орбитального аппарата (3–5 лет), повышенной длительности функционирование атмосферных (аэростатных) зондов (7–10 суток) и, можно сказать, незначительно увеличенной длительности исследования на посадочном аппарате (2-3 часа). В настоящее время, кстати, прорабатывается возможность большего увеличения длительности исследований.

Первые разведчики — автоматические межпланетные станции для полётов к Венере — решили одну из главных на то время задач: определили состав и характеристики атмосферы и поверхности.

Перед учёными встал новый вопрос: почему «сестра Земли» так сильно отличается от неё? Почему давление и температура у поверхности почти в 100 раз больше?! Значит там жизнь невозможна? Ни в какой форме? Да, наверное, сверхгорячая атмосфера «остудила пыл» исследователей... Но нет. Только на время.

Пожалуй, неправильно говорить, что произошло «резкое возвращение интереса к Венере», интерес был и есть, но... Действительно, после первых публикаций учёных Института космических исследований о результатах цифровой обработки снимков, полученных «Венерами» под номерами 9,10 и 13,14, и обнаружения подвижных (?) объектов возле посадочного аппарата интерес к исследованиям Венеры возрос. И более того — снова возник вопрос о возможности существования жизни на планете, несмотря на высокие давление и температуру. А ведь на Земле, и при больших значениях этих параметров среды, в океанских глубинах и в разломах земной коры есть жизнь...

Вслед за этими публикациями появились новые. А возможна ли жизнь, если не на поверхности, то в облачном слое, на высотах, где условия приближены к земным: около одной атмосферы, около тридцати градусов?.. Да ещё обнаружили газ — фосфин, который может являться продуктом жизнедеятельности бактерий. Да, были опровержения, но интересно же...

Короче говоря, важность проекта «Венера-Д» безусловна. Аргументов много:

• Продолжать исследование ближайшей к нам планеты надо. Всё-таки, несмотря на множество экспедиций, знаем мы о Венере немного;
• Особенно ценные контактные исследования посадочными аппаратами проводились в основном в экваториальных районах. А интересны и полярные области, области тессер, кратеры, горы и т.п.;
• Панорамные снимки хороши, но съёмки камерами с различным разрешением, различных областей, с разных высот и т.д., могут дать новую информацию и пищу для анализа и размышлений;
• Сказанное выше касается и забора грунта в различных структурах, а также его анализа на месте, а в перспективе и на Земле;
• Явление суперротации атмосферы Венеры, подтверждённое первыми венерианскими аэростатами, всё ещё необъяснимо. Новые длительные аэростатные эксперименты с дрейфом на разных высотах и на разных широтах, возможно, прояснят некоторые вопросы.
• Не вдаваясь в подробности научных исследований и их приборную реализацию, стоит отметить важность технической осуществимости, учитывая длительный перерыв в экспедициях и необходимость отработки новых проектных решений и т.д.

— Человечество в гораздо большей степени озабочено Марсом и гипотетической возможностью его колонизации. Почему Венера остаётся в тени — только ли из-за гораздо более агрессивных условий среды? Или есть другие причины?

— Да, интерес к Марсу в настоящее время и у научной общественности, и у далёких от науки людей проявляется в большей степени, чем к Венере. В какой-то степени это традиционно. И в песне поётся: «И на Марсе будут яблони цвести», и докладчик-астроном в «Карнавальной ночи» говорит: «Есть жизнь на Марсе, нет ли жизни на Марсе — это науке неизвестно» (и, кстати, неизвестно до сих пор).

Венерианский пейзаж

Но вот теперь можно то же самое сказать и о Венере. Конечно, условия агрессивные, но и на Марсе не очень-то земные: атмосферы почти нет, да и холодно очень. Но дело не в этом. Представляется правильным, всё же, планомерное, продуманное и всенаправленное изучение окружающего нас Мира. Начиная с ближайших наших соседей, планет Земной группы, а затем и планет-гигантов. Решение вопросов сравнительной планетологии поможет человечеству лучше узнать и свою родную планету.

Дьявол в деталях

— Приходится слышать утверждения, что между советскими аппаратами и современными лежит технологическая пропасть — но в чём конкретно она заключается? Что «увидит» «Венера-Д», о чём не могли сообщить многочисленные советские зонды?

— Утверждение, что «между советскими аппаратами и современными лежит технологическая пропасть» не совсем корректно. Безусловно, в перспективном космическом аппарате «Венера-Д» используются новые проектно-конструкторские решения, которые были наработаны в последние годы. Особенно это касается орбитально-перелетного модуля, который создаётся на принципах унификации — с возможностью использования для полётов и к Марсу, и к Луне, и к Венере, и к другим небесным телам. Собственно говоря, такой же подход был реализован и в советской Программе космических исследований.

Конечно, применяется новая элементная база, новые системы управления, связи и т.д. Проводится и будет проводиться, как обычно, большой объём экспериментальной отработки и т.п. Развитие и модернизация идут своим чередом. Как известно, не всё так гладко было и в последовательном (стоит подчеркнуть!) процессе реализации венерианской программы даже в советское время. Настойчивость, планомерность, устойчивость финансирования, опыт разработчиков, да и политическая воля, можно сказать, способствовали достижению целей на каждом этапе продвижения по пути исследования ближайшей к нам планеты.

Фотоснимок Венеры, сделанный советской «Венерой-13»

Что касается спускаемых и посадочных аппаратов, а также нового технического средства исследований — аэростатного зонда (двух зондов), то очень многие проектно-конструкторские решения не устарели, и могут быть использованы в перспективном аппарате. Парашютный спуск хорошо отработан. Впервые применённая система ввода аэростатного зонда в действие и сама конфигурация дрейфующей аэростатной станции, также может послужить прототипом для нового проекта. В этой области отечественные разработки приоритетны и востребованы зарубежными специалистами, о чём можно долго говорить отдельно.

«Многочисленные советские зонды» сообщили нам огромный объём информации, и значительно улучшили знания о Венере, её атмосфере и поверхности. Но не всё мы знаем и понимаем. И, как говорится, чем больше узнаём — тем больше новых вопросов возникает. Единственный способ получить ответы — больше и чаще летать!

Кстати, в советское время запускали по два космических аппарата, с небольшой разбежкой по времени. Потом, начиная с «Марса-96» перешли на однопусковую схему — по-видимому, из соображений экономии. Что в результате? Потеряли один аппарат — и всё, закончились исследования.

А что «увидит» Венера-Д, покажет сама Венера-Д, если мы оснастим её необходимыми техническими средствами, приборами, фото и видеокамерами. Хотелось бы поближе, с разных ракурсов и разные виды посмотреть. Это только посмотреть и проанализировать, а ещё бы и «пощупать и попробовать», извините за выражение. Очень много интересного впереди!

— Действительно много! Но до Венеры путь не близкий. Сможет ли «Венера-Д» сообщить что-то ценное, находясь ещё по дороге к планете (как, к примеру, солнечный зонд «Паркер»)?

— Трудно сказать. Пока ещё рассматриваются различные сценарии полёта к планете. Может быть, будет использован гравитационный манёвр с пролётом мимо другого небесного тела. Может быть, в составе космического аппарата будет не один орбитальный аппарат, а, например, ещё один-два субспутника, что позволит проводить радиопросвечивание атмосферы, плазменные эксперименты и др. Об этом думают учёные, физики, экспериментаторы.

О партнёрах и «партнёрах»

— Насколько осложнило реализацию проекта фактическое дезертирство американцев? Означает ли это увеличение финансирования из российского бюджета или отказ от некоторых элементов аппарата?

— Изначально проект «Венера-Д» был чисто российским. Опыт международного сотрудничества, особенно, в проекте «Вега», продемонстрировал преимущества совместной работы. В то же время опыт разработок показал, что в случае ухода из проекта другой стороны (страны), мы можем вполне справиться с задачей и сами. И всё же, конечно, разделить бремя финансового обеспечения проекта всегда полезно.

Новые разработки или достижения зарубежных специалистов, например, в части высокотемпературной электроники для Венеры, конечно, интересны и востребованы. Поэтому российская сторона всегда приветствовала участие зарубежных коллег в проектах и предлагала сотрудничество.

Так было и с «Венерой-Д». По обоюдному желанию и инициативе учёных института космических исследований РАН с российской стороны и команды специалистов НАСА с американской стороны была создана Объединённая Рабочая Научная Группа (ОРНГ). Она несколько лет прорабатывала предложения для совместного проекта. Роскосмос поддержал инициативу, но от обоюдного финансирования проекта американская сторона всячески уклонялась, считая, что их разработки и будут их вкладом в проект.

На тот момент предварительный проектный облик российского космического аппарата был сформирован. В его состав входили: 1) орбитальный аппарат и 2) спускаемый аппарат (в который в свою очередь входят посадочный аппарат и два аэростатных зонда). Американцы попросили рассмотреть возможность доставки к Венере манёвренной атмосферной платформы (проще говоря, надувного самолёта) достаточно больших габаритов и массы. Плюс — нескольких малых долгоживущих станций с высокотемпературной электроникой, которые могли бы проработать на поверхности, по их утверждению, два месяца (сначала заявлялся даже год).

Специалисты НПО Лавочкина были привлечены к этой работе и показали, что технически это реализуемо. Как говорится, «аппетит приходит во время еды» — быстро появились новые предложения по включению в состав КА ещё двух небольших американских модулей и американского аэростатного зонда... Далее, как известно, ситуация изменилась, и совместный российско-американский проект, который уже получил название: «Вместе к Венере» прекратил своё существование.

Мы возвращаемся к Российскому проекту «Венера-Д», и можем использовать те резервы массы, которые были предусмотрены для дополнительных элементов миссии, уже в собственных целях. К слову сказать, переход к ракетам-носителям тяжёлого класса позволяет это сделать.Однако, вопрос международного сотрудничества остаётся открытым и можно вспомнить о предложениях возможного участия китайской стороны в проекте «Венера-Д» — «Венера-Дружба»! Китайцы брались за разработку субспутника, подобного тому, что устанавливали на КА «Фобос», причём — в отличие от американцев — с финансированием, по контракту. Кроме того, были предложения о разработке китайского аэростата. Как мы знаем, у них есть опыт разработки такого рода технических средств. Почему бы и нет?

На пределе возможностей

— Срок активной жизни аппарата на Венере не превышает нескольких часов. Какие именно данные учёные смогут получить с поверхности планеты, пока аппаратура не сгорит? И планируется ли увеличение срока жизни посадочного модуля?

— В ходе проведения научно-исследовательских работ был сформирован не только предварительный проектный облик перспективного аппарата, но и предварительный состав научной аппаратуры и даже определены массово-габаритные характеристики приборов, их энергопотребление и «живучесть» в экстремальных условиях.

Возможности системы обеспечения теплового режима посадочного аппарата, конечно, ограничены. Продолжаются работы по поиску новых решений, новых материалов и т.д. Сейчас представляется возможным увеличить время работы на поверхности с двух до трёх часов, т.е. в 1,5 раза — и это не предел.

«Венера-Д». Фото: НПО имени Лавочкина)

Желательно увеличить время работы, но и трёх часов может хватить, по мнению ряда учёных, для получения достаточно большого объёма информации. Есть интерес к проведению экспериментов не в одном месте посадки, а в нескольких, что может стать новой задачей в организации схемы экспедиции. Ну, и опять же, должны быть продолжены работы по созданию высокотемпературной электроники. Если есть такие разработки у зарубежных специалистов — то почему мы не можем добиться того же? Время ещё есть.

— Возможно ли, что «Венера-Д» опровергнет (или наоборот — подтвердит) какие-то устоявшиеся теории о Венере, её происхождении, строении и, может быть, потенциальном терраформировании? Стоит ли такая цель и если да — то каких конкретно теорий она касается?

— Возможно, что «Венера-Д» даст новую информацию, даже обязательно даст, и могут быть новые открытия, а может быть и новые загадки. Только новые экспедиции, новые методы исследований, новые технические возможности помогут лучше узнать планету и уточнить, а может быть и действительно поменять «устоявшиеся» теории.

Потенциально терраформирование Венеры возможно, но такой цели в настоящее время никто не ставит. Хотя, энтузиасты такого развития событий имеются. Есть такая книга — «Запасная планета», это как раз о Венере. Должны быть, однако промежуточные этапы освоения планеты, и вполне технически осуществимые. Скорее всего — не на первых этапах новой венерианской программы, а чуточку позже.

К примеру — создание плавающих в облачном слое планеты станций, сначала автоматических, а потом и обитаемых. Есть много публикаций и даже фильмов на эту тему. Есть проекты по пилотируемым полётам и работе людей на поверхности в экстремальных условиях с соответствующей защитой и оборудованием. Но пока это скорее твёрдая научная фантастика.

О тех, кто на Земле

— Для тех, кто хочет успеть принять участие в проекте — какие учреждения играют в его реализации ключевую роль, кроме, разумеется, МАИ? И каких специалистов вам недостаёт? Успеют ли молодые люди, которые только сейчас поступают в ВУЗы, посидеть «за рычагами» миссии, или их ждёт только следующая — «Венера-Глоб»?

— Очень большую роль в проекте играет ИКИ РАН, как ведущий академический институт — у него большой научный потенциал и замечательная команда учёных. Причём как старшего поколения — с опытом работ по аналогичным проектам — так и молодых специалистов. То же самое можно сказать и о специалистах Роскосмоса и ведущего предприятия отрасли — НПО Лавочкина, безусловно с кооперацией.

Конечно, как всегда, есть трудности. Ветераны уходят, не всегда к ним внимательно относятся, теряется опыт, но вопросы и необходимость культивирования наставничества остаются. Процесс подготовки молодых специалистов в вузах непрерывен.

В Московском авиационном институте, к примеру, в институте № 6 «Аэрокосмический», начиная с первого курса (введения в специальность) и до пятого, обязательно даются знания о космических аппаратах для планетных исследований. Исследований Венеры в частности. Студенты пишут рефераты, курсовые, дипломные работы на эти темы. Проходят практику на предприятиях, знакомятся с инженерной работой.

В этом году завершился этап разработки технического предложения по проекту «Венера-Д». По техзаданию НПО Лавочкина в МАИ проводилась Научно-исследовательская работа по разработке математической модели аэростатного зонда для проекта «Венера-Д». Уже несколько выпускных квалификационных работ бакалавров и дипломных проектов по специалитету были выполнены по венерианской тематике, текущей и перспективной. Аспиранты готовят диссертационные работы по этому направлению.

Так что процесс идёт. Молодые ребята уже работают и по «Венере-Д», и по «Глобу», и по «Грунту», и смотрят дальше.

— Тогда будем обоснованно оптимистичны и представим, что миссия достигла цели. Орбитальный модуль вращается вокруг планеты, спускаемый передал весь запланированный массив данных. В чём будет самый главный успех?

— Самым главным успехом миссии будет, если она состоится! Если будут успешно выполнены все технические и научные задачи. Будет здорово, если появятся новые данные, подтверждающие предположения и теории. Будет здорово, если появятся новые вопросы, которые можно будет поставить перед следующими космическими аппаратами. Будет здорово, если мы вернёмся к планомерному изучению Сестры Земли и сможем вынести полезную информацию для лучшего понимания процессов, происходящих на нашей планете.

Прийти в восторг и захлопать в ладоши люди могут, если оценят новые успехи и достижения. И, конечно, если будут открытия. Главный вопрос, на который до настоящего времени нет ответа — есть ли жизнь на других планетах? Пусть не такая же как на Земле, но просто — жизнь?

И если появятся данные о биологической активности на поверхности или в облаках Венеры — это будет открытие.