книги из ГПНТБ / Кузьмин, А. Д. Физика планеты Венера

130Гл. IV. СТРУКТУРА НИЖНЕЙ АТМОСФЕРЫ

Аи — азимуты Земли и скорости ветра. Угол £ равен планетоцентрическому углу между местом спуска СА и субтерральной точкой. Отсюда ясно, что горизон­ тальная компонента вносит тем больший вклад и соответ­ ственно измеряется тем точнее, чем больше угол £. При этом

присутствовать заметная меридиональная составляющая. Оценка вертикальной скорости производится тем точнее, чем меньше угол £ и чем ближе район спуска СА к субтер­ ральной точке (см. рис. 23). Соответственно, по измере­ ниям радиальной скорости «Венеры-4», «Венеры-7» и «Ве­ неры-8» могли непосредственно определяться как верти­ кальная, так и горизонтальная компоненты скорости вет­ ра, а в случае «Венеры-5» и «Венеры-6» — только верти­ кальная компонента.

но разрешить несколькими способами *), основанными на вычислении осредненной вертикальной скорости спус­ ка СА только по измерениям температуры и давления

предельно возможные интенсивности восходящих или нисходящих токов на участках спуска СА.

Воспользовавшись уравнениями гидростатики (IV.3), квазиравномерного спуска аппарата в атмосфере (IV.5)

итермическим уравнением состояния для идеального га­ за (IV.4) (которое справедливо с точностью до 2—3% для С02 в диапазоне измеренных значений температуры

идавления атмосферы), а также пренебрегая сомножи­

телем (1 — —— ) в уравнении (IV.5), учитывающим

\РСА /

при больших плотностях влияние выталкивающей силы, получаем линейное дифференциальное уравнение вида

ляемая аэродинамическими и конструктивными парамет­ рами спускаемого аппарата и зависящая также от ц,

RT

Н— ---- высота однородной атмосферы и г) = v — v'.

*) Такое разделение нельзя, конечно, провести для турбулент­ ных пульсаций скорости ветра. Здесь при необходимости приходит­ ся пользоваться гипотезами о структуре турбулентности (например, изотропии).

5*

с удовлетворительной точностью с вычисленным значе­ нием А при CJM = 2,25 • 10—3 кг”1, что соответствует конструктивным параметрам аппарата и парашюта. Для «Венеры-5, 6» осредненные по совокупности измерений различными приборами экспериментальные точки еще

Рис. 48. Результаты измерений температуры и давления на АМС «Венера»

более удовлетворительно укладываются на прямые ли­ нии. Тангенс угла их наклона (см. рис. 48) хорошо согла­ суется со значением А, соответствующим отношению CJM = 1,7*10~3 кг~1. Значения ц ограничены на ос­ новной части измерительного диапазона величиной 1] < 0,1 -ь 0,2 м/сек, а на начальном участке спуска они ока­ зываются заметно больше (ц ^ 1 м/сек). Здесь, однако, могут существенно сказываться относительные погреш­ ности измерений (наиболее сильно проявляющиеся в оценках производных), поэтому получаемые значения вертикальных токов следует рассматривать в качестве мажорирующих оценок.

Еще в большей степени это относится к рассмотрению в тех же? координатах результатов измерений «Венеры-7»,

ношении характере спуска, с несколькими фазами, кото­ рым соответствует заметное изменение коэффициента А. Это изменение можно, в принципе, отнести как за счет вертикальных движений, так и за счет изменения аэро­ динамических характеристик. С изменением аэродинами­ ческих характеристик связаны, в частности, изменения наклонов кривых на рис. 48, отвечающие программной разрифовке парашюта при спуске аппаратов «Венеры-7» и «Венеры-8». В тех областях, где получаемые по экспери­ ментальным точкам значения А соответствуют расчетным *)

[CJM = (1,08 -г- 2,23) • 10- 3 кг~г для «Венеры-7» и (1,44 -г- 2,23) • 10~'3 кг" 1 для «Венеры-8»), величины верти­ кальных токов оцениваются значениями ц <С 1,5 м/сек.

Перейдем теперь к более полным количественным оценкам скоростей атмосферных движений, полученным Кержановичем и др. [66, 67, 377, 378].

После вычитания вертикальной компоненты скорости спуска, рассчитанной согласно (IV.6) или (IV.8), отличие доплеровской частоты и радиальной скорости от нуля может быть связано только с воздействием ветра или ого­ воренными ранее систематическими погрешностями из­ мерений.

На рис. 49 показаны полученные в экспериментах на АМС «Венера-4—6» доплеровские разности без компенсации температурного ухода задающих генераторов. Нулевому значению частоты отвечает нулевая скорость ветра. Время осреднения составляет 6 сек для «Венеры-4» (рис. 49, а) и 10 сек для «Венеры-5» и «Веперы-6» (рис. 49, б, в).

*) Хотя участок спуска «Венеры-7» вблизи поверхности (после

8П34Ш) также имеет сложный в динамическом отношении характер, он может быть использован в анализе динамики атмосферы, так как скорость спуска на этом участке относительно нулевой в момент по­ садки можно рассчитать с приемлемой точностью. Дело в том, что хотя изменение коэффициента аэродинамического сопротивления Сх здесь не известно, наиболее вероятно, что оно было незначитель­ ным. На это указывает, во-первых, монотонное изменение осредненной скорости СА на этом участке, а во-вторых, незначительное от­ носительное увеличение числа Рейнольдса (менее 15%) при его большой абсолютной величине (Be ~ 2,7-107). При столь больших числах Рейнольдса движение становится автомодельным, и вели­ чина Сх перестает зависеть от скорости, что подтверждается эк­ спериментальными данными.

vR, м/г.ик

Рис. 49. Изменение радиальной компоненты скорости GA и д в зависимости

от времени для AMG «Венера-4, -5, -6» (а, б, в). Для «Венеры-5, -6» указана вер­

тикальная компонента скорости u u, поскольку « д — u v. Пунктир — расчет­

ный температурный уход задающего генератора, соответствующий наиболее вероятному (J) и предельным (2 и з ) значениям [377].

i:s6 Гл. IV. СТРУКТУРА НИЖНЕЙ АТМОСФЕРЫ

Хорошо видно, что изменение частоты сигнала, при^ нимавшегося в течение первых 20—23 минут с «Венеры-4», в отличие от «Венеры-5, 6», носило резко выраженный не­ монотонный характер. Мало вероятно, чтобы такое изме­ нение было связано с собственными вариациями частоты

достичь максимума порядка 40—50 м/сек на высоте около

измерявшаяся скорость содержит значительную меридио­ нальную компоненту, положительным значениям которой соответствует направление ветра от полюса к экватору. Если, тем не менее, принять во внимание широтную со­

ставляющую и отнести измеренный профиль uh (h) за счет зонального ветра, его скорость в максимуме должна бы достигать не менее 30 м/сек в направлении от антисолнечной точки к утреннему терминатору, что совпадает с нап­ равлением собственного вращения планеты.

Оценки скорости ветра по данным измерений радиаль­ ной скорости в эксперименте на «Венере-7» сделаны толь­

тору. Дальнейшее поведение профиля uh (h) можно интер­

сти без изменения направления. Это связано с тем, что при­ сутствующая систематическая погрешность может сдви­

нуть как целое кривые на рис. 51, что отмечалось в рабо­ те [377]. В этом случае скорость ветра должна быть вы­ ше. Последующие измерения на «Венере-8» делают такое предположение более оправданным. Они подтверждают Ь,км также реальность указании на возрастание скорости ветра до ~100м/сек на высотах 52—Ъ^км, которые следовали из изме­ рений радиальной скорости СА «Венеры-7» на начальном уча­

тока на этой высоте не превысили бы 0,5 м/сек (максимум 1 м/сек). Приведенные оценки не выходят, однако, сколь­ ко-нибудь заметно за пределы предполагаемого поля оши­ бок измерений.

Наиболее полные и точные измерения скорости .ветра осуществлены в эксперименте на станции «Венера-8». Вы­ сотный профиль скорости ветра, представляющий собой

ифлуктуационнаяСОД м/сек)

инеточности расчетов vv, согласно уравнениям (IV.6)

и(IV.8) (от 0,5 м/сек у по­

равлении от субтерральной точки к СА (азимут этого направления, отсчитываемый от направления на северный полюс мира, 0 ~ —115°), то положительным значениям uh должна соответствовать близкая к зональной компонента ветра, направленная от утреннего терминатора на днев­ ную сторону (т. е. в сторону собственного вращения пла-