Покорение Венеры: как современные технологии помогут исследовать эту опасную планету.

Высокотемпературная электроника и долговечные аппараты

Первое серьезное испытание, с которым столкнулись исследовательские аппараты Венеры в прошлом веке, заключалось в невозможности длительной работы на поверхности этой враждебной планеты. Максимум – два часа в условиях экстремальных температур (в среднем 470°С) и давления (90 земных атмосфер), после чего электроника выходила из строя. За этот короткий промежуток времени аппараты успевали передать несколько фотографий и данные о грунте, выбуренном в месте посадки.

Для более продолжительных исследований необходимо было создать более устойчивую к экстремальным температурам электронику – самой уязвимой частью спускаемых аппаратов. И такая электроника уже была разработана: как ни странно, она является ламповой. С этой технологии началось развитие компьютерной техники в середине прошлого века, и только она подходит для длительной работы в условиях венерианского ада.

«Как можно понять, это простейшие вычислительные машины, которые значительно уступают по вычислительным мощностям обычным смартфонам, но они имеют шанс функционировать месяц или даже несколько месяцев на Венере, что особенно важно для мониторинга сейсмической активности», – отмечает эксперт.

Знания о геологии Венеры до сих пор были крайне фрагментарными и несистемными. Автоматические аппараты прошлого века приземлялись случайным образом и анализировали грунт, фотографируя поверхность только в точке посадки. Тогда ученым удалось установить, что поверхность планеты состоит из базальта (фактически – застывшей лавы), однако что скрывается в недрах планеты до сих пор остается загадкой. А без данных о слоях пород под поверхностью невозможно восстановить геологическую историю Венеры и, как следствие, ответить на самый важный вопрос в изучении планеты: почему ближайшая к Земле планета стала безжизненной и что произошло в далеком прошлом Венеры?

В значительной степени на поиск ответа на этот вопрос могут повлиять именно сейсмологические исследования долговечного спускаемого аппарата.

Дело в том, что для сейсмических исследований требуется много времени. Чувствительные приборы, сейсмографы, ожидают активности планеты или результата падения на ее поверхность какого-либо тела (астероида, метеорита): такие события могут произойти завтра, через неделю, месяц или даже несколько месяцев. И здесь как раз очень пригодился бы автоматический долговечный исследовательский аппарат на ламповой электронике.

Конечно, существует и другой, более быстрый, но сложный вариант: искусственно вызвать активность планеты, подорвав на ней мощный, возможно, ядерный заряд. Но такой заряд необходимо доставить и закопать под грунт, чтобы не повлиять на климат Венеры. Более того, для этого нужно установить несколько датчиков в различных частях планеты, чтобы воссоздать трехмерную картину геологических слоев. Это более сложный и затратный путь. Однако он с большой вероятностью смог бы дать ответ на фундаментальный вопрос планетологов: почему на Венере отсутствует магнитное поле, как на Земле?

Умные квадрокоптеры и венерианская атмосфера

На данный момент атмосферу Венеры изучали с помощью аэростатов. В рамках миссии «Вега» (1984-1986) аэростаты продемонстрировали свою эффективность в руках ученых: они не только смогли собрать ключевые данные о состоянии атмосферы (температура, скорость ветра, давление), но и оказались настоящими долгожителями по сравнению со спускаемыми аппаратами: двое суток против двух часов. Причина проста: в верхних слоях атмосферы Венеры как температура, так и давление близки к земным уровням.

Однако недостатком классических аэростатов является неуправляемый характер полета, что приводит к случайности в сборе данных. В то же время всего несколько лет назад применение управляемого беспилотника вертолетного типа на Марсе показало свою эффективность: малыш Ingenuity за три года исследовал площадь в 17 километров, тогда как марсоход Opportunity за 15 лет смог преодолеть не более 50 километров.

«В некотором смысле на Венере квадрокоптерам будет работать более комфортно. Марсианский вертолет имел крайне малую подъемную массу, поскольку в атмосфере Красной планеты воздух почти отсутствует. Ему приходилось вращать винт очень быстро. На Венере такой проблемы нет. Здесь вертолету не потребуется много усилий для создания хорошей подъемной силы, так как воздух плотный и вязкий. В результате полет будет сопровождаться меньшей нагрузкой на двигатель и, соответственно, меньшим расходом топлива. Вертолет сможет спокойно летать, можно даже сказать, медленно дрейфовать, перелетая с места на место и аккуратно поднимая даже большие грузы», – делится мнением Иван Рудой.

Главной проблемой для беспилотника на Венере остаются экстремальные температуры на поверхности, так как любой двигатель, будь то электрический или тепловой, нуждается в охлаждении. Поэтому такой беспилотник сможет летать только на большой высоте, в 50-70 километров, где температура приближается к земной. Причем, если на Земле на такой высоте вертолет не сможет летать из-за разреженного воздуха, то на Венере, где и на самом верху атмосфера плотная, все наоборот.

Еще более перспективная идея – запустить не один вертолет, как это было на Марсе, а сразу тысячи маленьких беспилотников, например, размером с ладонь. Самоуправляемые малыши могут разбежаться по различным точкам планеты и собрать наиболее полную информацию об атмосфере в целом. Проживут такие вертолеты недолго, максимум пару дней, так как при таких размерах у них не будет мощных аккумуляторов и надежных двигателей, но за короткий срок своей жизни они смогут собрать данные с тысяч различных точек одновременно. Это позволит создать онлайн-карту атмосферных процессов на Венере и, возможно, раскрыть одну из тайн планеты: круговорот серы в венерианской природе.

Однако для согласованной работы такого количества дронов потребуется запуск целой серии спутников, фактически создание венерианского аналога ГЛОНАСС или GPS, а также оснащение малышей искусственным интеллектом, который обеспечит автономность и управляемость при сборе данных.

Аэростат также может найти свое применение, если его сделать управляемым, подобно дирижаблю, оснастив двигателем. В этом случае получится не только более живучий, но и экономичный беспилотник, ведь аэростату не нужно затрачивать энергию на подъем, тогда как беспилотному вертолету приходится постоянно работать винтами, чтобы не упасть. Соответственно, дольше работает двигатель, меньше расход топлива.

Исследование с орбиты и современная электроника

Гораздо более доступный, дешевый и привычный способ изучения Венеры – с орбиты. Автоматические орбитальные аппараты прошлого работали достаточно долго, например, «Магеллан», венерианская карта которого ученые используют до сих пор, продержался на орбите больше четырех лет. Положение Венеры также способствует работе таких кораблей: из-за близости к Солнцу на них не требуется устанавливать столько солнечных батарей, как, к примеру, на Марсе.

Главная проблема таких аппаратов – неизбежное сход с орбиты. Чтобы сделать более качественные снимки, необходимо снижаться до границы с атмосферой. Воздушное сопротивление замедляет вращение вокруг орбиты, и аппарат со временем начинает просто «проваливаться» вниз. Поэтому станциям приходится корректировать орбиту, то есть возвращаться обратно в космос за счет включения двигателей. Это похоже на то, как дельфин, чтобы не утонуть, вынужден постоянно всплывать, чтобы глотнуть воздух. Однако когда топливо для двигателей у орбитального аппарата заканчивается, он сходит с орбиты и гибнет. И если нашу МКС можно постоянно «разгонять» с помощью регулярно отправляемых с Земли кораблей, то постоянно поддерживать на орбите венерианский аппарат – слишком дорого.

Однако сейчас, с появлением высокоточной электроники, можно продлить жизнь орбитальным аппаратам, ведь если летать на более высокой, полностью безатмосферной орбите, такой аппарат не будет снижаться и сможет проработать десятки лет.

Современная высокоточная электроника также может помочь сделать исследования планеты более качественными. Например,