книги из ГПНТБ / Два чуда космической техники специальный выпуск

сдерживает «пыл» этих частиц, делает их более «спокойными» и тем самым снижает уровень тепловых шумов. После такого малошумящего усилителя эстафету уже может принять обычная электроника.

По мере приближения станции к Венере возникли специфические трудности, с которыми до сих пор никогда еще мы не сталкивались. Дело в том, что все с той же целью борьбы с шумами мы стремим­ ся сузить полосу частот, пропускаемых в «горло» приемника. Это требует очень точной настройки. При подходе к планете, когда станция вошла в область сильного притяжения, начала резко уве­ личиваться скорость ее движения. А, как известно, при этом меняется и частота принимаемого сигнала.

На командном пункте находилась группа баллистиков, которая по величине смещения частоты от нормы определяла скорость стан­ ции и уточняла орбиту. В соответствии с их данными мы корректи­ ровали программу перестройки параметров приемника так, чтобы он мог ловить непрерывно менявшийся по частоте сигнал станции. Нуж ­ но было успевать менять программу так, чтобы все время работал автомат. Оператор мог бы не справиться с задачей, если бы скорость вдруг начала очень быстро расти и соответственно быстро менялась бы частота. А потерять финишный сигнал, который несет необычай­ но ценную информацию, было бы, конечно, крайне обидно.

Но, главное, надо было как можно точнее предсказать момент отделения спускаемого аппарата. Ведь тогда должен был начать работать другой передатчик. Наземный приемник надо было быстро перестроить по частоте на прием другой радиостанции.

Вот здесь требовалось искусство и, если хотите, самообладание оперативной группы. Если начать перестройку раньше времени, то пропадет информация, которую передает орбитальная станция. Если промедлить, то можно прозевать начало работы аппарата, впервые опускающегося на поверхность загадочной планеты. Задача еще усложнилась тем, что после достаточно сильного сигнала направ­ ленной антенны нужно было сразу приспособиться к приему гораздо более слабого сигнала спускаемого аппарата. С этой задачей мы успешно справились.

Беседу записал Б. КОНОВАЛОВ

54

ПОСЛЕДНИЕ ЧАСЫ СТАРЫХ ТАЙН

Д втоматическая станция «Венера-4» была предназначена для про- ** ведения широкой серии экспериментов в межпланетном и около­ планетном пространстве, в результате которых ученые получили воз­ можность разрешить одну из интереснейших проблем астрономии. Речь идет об уточнении физических параметров Венеры. Ведь до сих пор человечеству не было известно, что скрывается под мощным об­ лачным слоем нашей ближайшей космической соседки. И если о Марсе мы знаем достаточно, чтобы судить по крайней мере о воз­ можности наличия там жизни (хотя бы в примитивных формах), то о Венере, которая подходит к нам ближе, чем Марс, мы с этой точ­ ки зрения не знали практически ничего. Диапазон оценок различных ученых по температурам, давлению и химическому составу атмосфе­ ры Венеры настолько широк, что экзобиологи могут выдвигать са­ мые разнообразные гипотезы относительно жизни на Венере, начиная от полного отсутствия любых ее форм и кончая существованием до­ вольно развитой цивилизации, которая, быть может, и «не подозре­ вает», что плотный облачный покров скрывает от нее Солнце, звезды и Землю.

Таким образом, Венера являлась, пожалуй, самой загадочной пла­ нетой Солнечной системы, причем разгадка некоторых из ее тайн могла оказаться самой неожиданной. Но для того, чтобы разрешить эти проблемы, обычного арсенала земных средств астрономам оказа­ лось недостаточно. И вот приборы для регистрации физических па­ раметров Венеры были установлены на космическом аппарате «Вене­ ра-4», который осуществил посадку на планету 18 октября 1967 года. Доставка научной аппаратуры в заданный район космического про­ странства примерно за 80 млн. км от Земли — чрезвычайно сложная задача, при решении которой конструкторам приходилось преодоле­ вать многочисленные трудности, связанные со специфическими усло­ виями работы систем и агрегатов станции в дальнем космосе, с обеспечением надежности их функционирования, с неизвестными в настоящее время радиационными и магнитными явлениями в космо­

55

се. По большинству из этих проблем уже имелся опыт, полученный при пусках предыдущих АМ С, но некоторые из них пришлось ре­ шать, полагаясь в основном на инженерную интуицию конструкто­ ров. К сожалению, на Земле не все решения можно проверить, поэто­ му единственный выход — анализировать работу автоматического ап­ парата в реальных условиях полета, когда он уже находится в кос­ мосе. Поэтому в Советском Союзе и запускались АМС типа «Зонд», предназначенные не для полетов к планетам, а, в первую очередь, для отработки различных элементов космических аппаратов.

Опыт работы с «зондами» и АМ С «Венера-2» и «Венера-3» был исключительно ценным и полностью учитывался при разработке и создании АМ С «Венера-4».

Но сконструировать и вывести объект в космос — это еще далеко не все. Надо было преодолеть длинный (свыше 4 месяцев) путь по эллиптической траектории с такими важнейшими этапами, как кор­ рекция и припланетный участок.

Коррекция позволяет компенсировать те неизбежные ошибки, ко­ торые возникают при выведении аппарата на траекторию полета к планете. После того как с достаточно высокой степенью точности оп­ ределяется траектория аппарата, с помощью электронных вычисли­ тельных машин рассчитывается потребная величина корректирую­ щего импульса и наиболее благоприятный момент осуществления кор­ рекции. Учитывая все это, можно сделать вывод, что послать авто­ матический аппарат к Венере все-таки проще, чем «охотнику попасть в глаз мухе, сидящей от него на расстоянии нескольких десятков мет­ ров»,— любимое сравнение некоторых авторов популярных статей. Пуля — неуправляемый снаряд. Охотник не может подкорректиро­ вать ее движение после того, как она вылетела из ружья. Без кор­ рекции полет АМС к планете почти такое же безнадежное меро­ приятие, как и стрельба из ружья мухе в глаз. Почти, потому что история космонавтики знает уникальный пример, когда выведение на траекторию полета к планете было настолько точным, что и без коррекции обеспечивался пролет аппарата на заданном расстоянии. Речь идет об автоматической межпланетной станции «Венера-2», ко­ торая прошла на расстоянии 24 000 км от планеты Венера. Проведе­

56

ние коррекции траектории — ответственная задача ученых и инженсров, осуществляющих управление полетом «Венеры-4» на межпланет­ ной траектории.

Как и у всех предыдущих наших аппаратов дальнего космоса, система энергопитания АМ С «Венера-4» состояла из панелей солнечг ных элементов и буферного химического аккумулятора, который во время сеансов связи отдавал электроэнергию, а потом снова подза­ ряжался от солнечных батарей. Такая система в настоящее время яв­ ляется оптимальной для дальних космических аппаратов, так как позволяет наиболее легко и надежно преобразовывать в электриче­ ство энергию солнечного излучения. Но интенсивность солнечного из­ лучения непостоянна — она обратно пропорциональна квадрату рас­ стояния от Солнца. Соответственным же образом изменяются и ха­ рактеристики солнечных батарей. Поэтому примерно на втором ме­ сяце полета пришлось изменить режим работы солнечных элементов.

И, наконец, самый ответственный этап полета — припланетный участок. Здесь очень важно, чтобы припланетный сеанс связи начался в определенное время и при определенном расположении АМ С, Ве­ неры и Земли. И если обычный «штатный» сеанс можно сдвигать по времени в довольно широких пределах, то начало припланетного се­ анса ограничено было жестким диапазоном времени. Законы небесной механики действуют неумолимо.

Завершающий этап — обработка полученной научной и техниче­ ской информации. Данные о функционировании различных систем и агрегатов АМ С позволят в дальнейшем конструировать более совер­ шенные космические аппараты, потому что пока накоплен еще очень малый опыт полетов в дальний космос, и запуск каждого аппарата — технический эксперимент, показывающий, правильно ли решены кон­ структорами те или иные проблемы. Важно еще и то, что мы получи­ ли чрезвычайно ценные данные об атмосфере планеты Венера. Нали­ чие этой информации позволит в дальнейшем более уверенно плани­ ровать программу полетов в дальний космос и, несомненно, проли­

17

ТРИУМФ ЭЛЕКТРОНИКИ

Лаборатория-автомат передала сигналы с Венеры. Дерзкая задача решена. Не так давно решение ее казалось фантастически слож­

ным не только людям, не причастным к науке, но и ученым. Слиш­ ком много проблем стояло на пути, и слишком сложны они были,

стояния, настолько слаб, что его обнаружение можно сравнить с вылавливанием одной-единственной рыбешки в огромном океане. Не­ сколько лет назад в мире не было средств для приема столь слабых сигналов, хотя в те времена электроника находилась на чрезвычай­ но высокой ступени развития. Даже позднее, после запуска первых спутников и ракет, долгое время рекорд дальней радиосвязи далеко не доходил до одного миллиона километров.

Устойчивая связь с таким удаленным объектом, как «Вене­ ра-4», передача на станцию команд управления, получение четкой телеметрической информации — это триумф советской радиотехники и электроники, обеспеченный многими научными и промышленными коллективами. И конечно же, в этом достижении результат фунда­ ментальных физических исследований многих ученых, исследований, на основе которых родилась такая область, как квантовая элек­ троника— основа сверхдальней космической радиосвязи.

Не менее сложна была и задача астронавигации. Электронные штурманы, ориентируясь на далекие небесные светила, обеспечивали ориентацию станции в пространстве.

И конечно же, блестяще решены задачи автоматического управ­ ления. Стоит ли говорить, что не только сбои, но и ничтожные ошибки в работе хотя бы одного из многих электронных автоматов (а они выполняли целые серии разнообразных и тонких операций) могли свести на нет весь этот изумительный многомесячный экспе­ римент.

Итак, задача решена. Непосредственно из атмосферы планеты получена ценная информация, с которой познакомился каждый культурный человек. Страна Советов открыла новую страницу в истории цивилизации. И очень хотелось бы, чтобы каждый, кто за­

А кадем ик А . ПРОХОРОВ

плане:та

ЗАГАДОК

ЗАВЕСА ПРИОТКРЫТА

П* лавной задачей программы исследований было определение фи­ зических характеристик атмосферы планеты. Немногим более де­ сяти лет назад ученые были убеждены, что температура на поверхно­ сти Венеры и атмосферное давление почти такие же, как на Земле. Венеру и Землю часто называли планетами-сестрами. Их размеры, масса, количество тепла, получаемого от Солнца, близки, и это по­ зволило надеяться, что близки и условия на поверхности Венеры, скрытой от непосредственного наблюдения густым облачным слоем. Однако, когда на Венеру навели чувствительные радиотелеско­ пы, оказалось, что она в широком диапазоне длин волн (прозрачных

для облаков) излучает, как тело, нагретое до 300—400° по Цельсию. Высокие температуры влекут за собой и высокие давления, воз­ можно, до нескольких десятков атмосфер. Жизнь при таких усло­ виях исключена.

Понятно, что это обескураживающее открытие было встречено с недоверием. Были выдвинуты теории, объяснявшие повышенную интенсивность радиоизлучения другими явлениями — главным обра­ зом излучением ионосферы. Теории эти носят очень искусственный характер и не принимаются, как правило, всерьез, однако объяснить высокую температуру поверхности тоже нелегкое дело. Поэтому важнее всего накопить максимум наблюдательных данных о пла­ нете, и одним из важнейших и кардинальных методов является об­ следование ее с помощью межпланетных станций, способных при­ близиться к ней, провести измерения с минимального расстояния на пролете или войти в атмосферу.

Запуск межпланетных станций, однако, сам требует знания ря­ да основных сведений о планете, в частности об ее атмосфере. По­ этому космические полеты являются важным стимулом развития

61

наблюдений планет наземными методами. В последние годы назе­ мная планетная астрономия коренным образом перевооружилась. Ра­ диотелескопы и радиолокаторы, оснащенные чувствительнейшими квантовыми усилителями и гигантскими антеннами, оптические те­ лескопы с инфракрасными приемниками и совершенной спектраль­ ной аппаратурой — вся эта мощная техника направляется на полу­ чение новой информации о физических характеристиках планет. Все, что можно узнать о планетах с Земли, мы должны узнать в бли­ жайшие годы — это позволит более целеустремленно и эффективно использовать в дальнейшем межпланетные станции. Планетная астрономия вступила сейчас в эпоху великих открытий, с ней происходит то же, что с географией в эпоху Колумба и Магел­ лана.

Для иллюстрации напомним кратко новые факты о Венере, ко­ торые стали известны благодаря усилиям ученых различных стран в последние годы. О температуре поверхности мы уже говорили, но это далеко не все. Использование радиолокации позволило опреде­ лить направление и период вращения Венеры.

На диске Венеры не наблюдается устойчивых деталей ни в видимых, ни в инфракрасных лучах, поэтому о вращении Венеры долгое время не удавалось узнать ничего определенного. Радиоло­ кационный метод заключается в том, что в направлении Венеры посылается мощный сигнал в очень узкой и стабильной полосе ча­ стот. При вращении планеты приближающийся к нам край плане­ ты увеличивает частоту отраженного сигнала, удаляющийся — умень­ шает (это тот же эффект Допплера, который резко меняет тон па­ ровозного гудка, когда мимо нас проходит поезд). В результате отраженный сигнал размывается по частоте, и по величине размы­ тия можно определить скорость вращения. Так как осевое враще­ ние складывается с орбитальным, а направление орбитального дви­

62

советским и американским измерениям около 250 земных суток. На­ помним, что период орбитального движения Венеры (венерианский год) составляет 225 земных суток. Складываясь, эти два движения приводят к тому, что Солнце в течение венерианского года дважды восходит и заходит на венерианском горизонте.

Радиолокация показала, что на поверхности Венеры существуют области с различным коэффициентом отражения радиоволн и накло­ ном к горизонту. Наличие этих неоднородностей позволило прокон­ тролировать и уточнить период вращения. Последние наблюдения дали новый неожиданный результат: по-видимому, вращение Вене­ ры синхронизовано с движением Земли. Когда Венера находится в нижнем соединении, проходя мимо нее на ближайшем расстоянии, она обращена к Земле всегда одной и той же стороной.

Много нового дали и оптические наблюдения, прежде всего спектральные наблюдения в ближней инфракрасной области. Уже давно, более тридцати лет назад, было установлено, что в атмо­ сфере Венеры много углекислого газа, однако было не ясно, являет­ ся ли он основной компонентой атмосферы или составляет всего несколько процентов. Количественный спектральный анализ атмо­ сферы Венеры сильно затруднен тем обстоятельством, что спек­ тральные линии формируются внутри облачного слоя: фотон, прежде чем поглотиться или выйти наружу, путешествует, отра­ жаясь последовательно от многих частиц облачного слоя, испыты­ вая что-то вроде Броуновского движения. Анализ совокупности спектральных наблюдений, как собственных, так и проведенных другими, привел автора в последнее время к убеждению, что угле­ кислый газ составляет значительную долю венерианской атмосферы..

Очень важный вклад был совсем недавно сделан французскими учеными (Пьер и Жапин Конн), которые с помощью новой очень тонкой спектроскопической методики, обеспечивающей небывало вы­ сокую чувствительность, получили инфракрасный спектр Венеры с более высоким разрешением, чем ранее удавалось получить спектр Солнца (с аппаратурой обычного типа|). Эти результаты опублико­ ваны лишь частично, но уже первые сообщения вызвали изумление специалистов: в атмосфере Венеры найдены следы паров соляной и

63

этих веществ может указывать на сильную вулканическую деятель­ ность.

Французские ученые уверенно подтвердили присутствие в ат­ мосфере Венеры и следов угарного газа, полосы которого отмеча­ лись в спектре Венеры ранее, но на пределе чувствительности, так сказать, с оговорками. Угарный газ может в принципе образовы­ ваться при фотохимическом разложении углекислого газа под дей­ ствием ультрафиолетовой солнечной радиации, но детальный анализ показывает, что наблюдаемое количество угарного газа не может быть объяснено этим процессом и, по-видимому, угарный газ в атмо­ сфере Венеры имеет также вулканическое происхождение. Здесь необходимо сделать некоторое разъяснение. По современным пред­ ставлениям атмосфера Земли и других планет земной группы (Ве­

происхождение: они выделялись из твердой оболочки, после того как планеты уже сформировались, сконденсировались из допланетного газо-пылевого облака. В этом смысле и такие компоненты, как азот, столь обильный в нашей атмосфере, и углекислый газ, имеют вулканическое происхождение. Но их химическая активность (особенно азота) низка, поэтому они, будучи выделены в результате сильной вулканической деятельности на заре существования плане­ ты, могут сохраняться длительное время, не связываясь химически или находясь в химическом равновесии с твердой оболочкой. Дру­ гое дело — вещества химически активные: угарный газ в наблюдае­ мом количестве и кислоты. Их присутствие может быть объяснено только при наличии очень интенсивной вулканической деятельности сейчас, в нашу эпоху.

Высказывалось даже предположение, что высокая температура на поверхности Венеры может объясняться большим потоком тепла изнутри планеты, связанным с вулканическими процессами, но это кажется мало вероятным. Скорее всего поверхность планеты греется ее мощной атмосферой, пропускающей рассеянное солнечное излу­

64