У науково-дослідному відділі історії авіації і космонавтики Державного політехнічного музею ім. Бориса Патона при КПІ ім. Ігоря Сікорського демонструється унікальний експонат з історії космонавтики – технологічна копія спускного апарату автоматичної міжпланетної станції «Венера-4», яка здійснила космічний політ за маршрутом: Земля (12.06.1967) – Венера (18.10.1967).
Коротка історія експоната
У 1978 році виставковий комітет президії Академії наук СРСР передав Меморіальному будинку-музею С.П. Корольова в Житомирі зразки космічної техніки, які до цього представлялись на виставці у м. Пхеньян (КНДР). Серед них був і спускний апарат (СА) автоматичної міжпланетної станції (АМС) «Венера-4» (технологічна копія). На той час у цьому музеї не було окремого приміщення, експонати зберігались в дерев’яних ящиках майже під відкритим небом… Щоб їх не втратити, вони почали передаватися до інших музеїв України. СА «Венера-4» у 1979 році потрапив до Київського планетарію.
Початковий вигляд експоната
У 2008 році СА «Венера-4» був переданий та став постійним експонатом відділу історії авіації і космонавтики Державного політехнічного музею. Сталося це завдяки активній позиції ветерана космодрому Байконур, заступника директора Київського планетарію, а в подальшому — завідувача даного відділу — Болтенка Олександра Сергійовича (1942-2020).
Сучасний вигляд — у відділі історії авіації і космонавтики ДПМ
Експонат представляє собою металевий корпус кулевидної форми діаметром 103 см, вкритий шаром теплоізоляційного матеріалу. У верхній його частині — дві пари елементів кріплення парашутної системи. На жаль відсутні деякі елементи конструкції: антени радіовисотоміру та передавача телеметричної інформації. Всередині відсутнє наукове обладнання. Але за зовнішнім виглядом, матеріалами та конструкцією експонат повністю аналогічний оригіналу. Демонструє принцип гравітаційної стабілізації на поверхні планети за принципом «ляльки-неваляшки». Це унікальний експонат — єдиний в Україні.
Спускний апарат АМС «Венера-4» 18 жовтня 1967 року вперше у світі передав перші прямі дані про фізико-хімічні параметри таємничої венеріанської атмосфери та, можливо, здійснив першу м’яку посадку на поверхню цієї планети, на жаль – в неробочому стані. Міжпланетна станція була розроблена на Машинобудівному заводі ім. С.О. Лавочкіна під керівництвом Головного конструктора Георгія Миколайовича Бабакіна. В день успішної посадки він, зокрема, сказав: «… Точна копія «Венери-4» стояла у нас на підприємстві в спеціальній барокамері, де підтримувався високий вакуум. Вона відслужила нам добру службу. Коли з’являлися хоча б найменші якісь непорозуміння з тим, що відбувається у польоті, то ми перевіряли обстановку в таких самих умовах на «двійнику» в барокамері. Ми могли передавати на цю станцію будь-які команди, і робили все те, що і з реальною машиною». Крім того, були зроблені технологічні макети для наземних випробувань: відділення СА від орбітального відсіку; робота парашутної системи при посадці на сушу та, навіть, воду; робота в барокамері та на вібростенді. Саме спускний апарат однієї із цих «копій-макетів» тепер є експонатом відділу історії авіації та космонавтики Державного політехнічного музею.
Коротка історія дослідження «сестри» Землі — планети Венера
Планета Венера на земному небі є третьою по яскравості після Сонця та Місяця, тому вона в давнину і отримала назву древньоримської богині краси та любові… Це небесне тіло Сонячної системи за розмірами та масою найбільш наближене до нашої планети: маса – 0,82 маси Землі; розмір – 0,95 земного.
У 1761 році М.В. Ломоносов, у процесі спостереження в телескоп за проходженням планети по диску Сонця, відкрив, що на Венері є потужна атмосфера. Оскільки Венера ближча до Сонця ніж Земля, довгий час уявлялося, що на планеті більш теплий клімат і є умови для різноманітного життя.
Таке уявлення трималось понад 170 років, допоки у 1932 році на Венеру був спрямований потужний телескоп обсерваторії Маунт-Вільсон (США) з чутливим інфрачервоним спектрографом. Дослідження показали, що атмосфера планети майже цілком складається з вуглекислого газу, а очікуваних водяних парів не було виявлено. Тоді із чого ж складаються суцільні венеріанські хмари, які повністю вкривають поверхню планети?
У 1940 році було створено теорію «парникового» ефекту і за її розрахунками температура на поверхні Венери могла сягати +135 С. За таких умов будь-які сподівання на існування там життя виявилися марними…
У 1956 році провели перші спостереження Венери за допомогою радіотелескопа Морської дослідної лабораторії США з метою визначення температури планети. Отримано досить розбіжні результати – від +42С до +467 С.
З 1957 року розпочалися «космічні перегони» між Радянським Союзом та США в освоєнні космічного простору і першою планетою Сонячної системи, до якої планувалося відправити міжпланетні станції, стала саме Венера. Для проєктування спускних апаратів на її поверхню необхідно було знати структуру венеріанської атмосфери, особливо величину атмосферного тиску – необхідних даних, про які взагалі не існувало відомостей, а від цього залежала міцність конструкції СА.
У 1961 році на базі Каліфорнійського технологічного інституту у м. Пасадіна (США) відбулася спеціальна наукова конференція з метою обговорення параметрів атмосфери Венери. Попри тривалі дискусії вчених, створити правдоподібну теорію структури її атмосфери так і не вдалося…
В таких умовах американці вирішили обмежитися дослідженнями Венери з прольотних траєкторій, а радянські конструктори пішли на великий ризик – створення спускних апаратів на її поверхню.
Історія дослідження планети Венера за допомогою АМС налічує кілька етапів, на яких були прикрі невдачі та видатні досягнення. Безумовно одне – спускний апарат «Венера-4» є першопрохідником її таємничої атмосфери.
Перший етап дослідження
Під керівництвом Головного конструктора ракетно-космічної техніки Сергія Павловича Корольова в ОКБ-1 з 1959 року було започатковано створення універсальних автоматичних міжпланетних станцій серії «ЗМВ» – «Земля-Марс-Венера».
12 лютого 1961 року вперше у світі радянський апарат «Венера-1» з навколоземної орбіти вирушив у подорож до іншої планети. На його борту знаходились прилади для вивчення міжпланетного простору. Кінцевою метою була жорстка посадка на поверхню Венери. Але, через конструктивно-технологічні недоліки, на 7-му добу польоту, зв’язок зі станцією був втрачений. Через 3 місяці польоту – 19 травня 1961 року мовчазна АМС пролетіла на відстані 100 тисяч кілометрів від Венери та вийшла на геліоцентричну орбіту навколо Сонця.
Американському апарату «Mariner-2», створеному в Лабораторії реактивного руху на замовлення NASA, повезло більше: у грудні 1962 року він пройшов на відстані майже 35 тисяч кілометрів від Венери та передав дані про відсутність у неї магнітного поля та екстремально високу температуру її атмосфери.
АМС «Венера-1» (СРСР)
Космічний зонд «Mariner-2» (США)
Не щастило і наступним радянським АМС: «Зонд-1», 1964 р. – втрата зв’язку через місяць польоту; «Венера-2», 1965 р. – відмова системи керування на підльоті до Венери, і лише АМС «Венера-3» у березні 1966 року вперше у світі досягла поверхні іншої планети, здійснивши жорстку посадку та доправивши туди металевий вимпел із зображенням Державного герба СРСР. В результаті цих польотів жодних прямих даних про тиск, температуру та хімічний склад атмосфери Венери отримати не вдалося…
Другий етап дослідження
З 1965 року у СРСР проєктування та виробництво АМС передається з ОКБ-1 С.П. Корольова до Машинобудівного заводу ім. С.О. Лавочкіна під керівництво Головного конструктора Георгія Миколайовича Бабакіна.
Тут починається створення АМС серії «Венера» нового покоління. А достовірних даних про параметри атмосфери планети, як і раніше – немає… В таких умовах було прийняте рішення, що тиск на поверхні Венери ймовірно складає 10 земних атмосфер і проєктування розпочалося з двократним запасом міцності спускного апарата — на 20 атмосфер.
АМС «Венера-4» перед відправкою на космодром Байконур
Конструкція АМС «Венера-4»
АМС «Венера-4» складалася з орбітального відсіку з коригуючим двигунним пристроєм та спускного апарату.
Орбітальний відсік призначався для забезпечення міжпланетного перельоту: зв’язок з Землею, астроорієнтація, корекція траси, терморегулювання, енергозабезпечення.
Спускний апарат був призначений для вивчення венеріанської атмосфери та здійснення м’якої посадки на поверхню планети. Він складався з двох відсіків – парашутного та приладного.
Для посадки призначалися два парашути: гальмівний (2,2 кв.м.) та основний (55 кв.м.), виготовлені із термостійкої тканини, що витримувала температуру до +450С. Уведення їх в дію забезпечувалось спеціальними датчиками тиску та перевантаження. Зовні СА був вкритий потужним багатошаровим теплозахистом на основі асботекстоліту.
Вага спорядженого СА – 385 кг.
Компоновочна схема спускного апарату АМС «Венера-4»
1. Зовнішня теплоізоляція.
2. Опорна рама.
3. Корпус.
4. Система розкриття антен радіовисотоміру.
5. Теплообмінник.
6. Антена радіозв’язку з Землею.
7. Антена радіовисотоміру.
8. Блок системи керування та наукові прилади.
9. Акумулятор.
10. Внутрішня теплоізоляція.
11. Амортизатор.
Наукова апаратура спускного апарату.
Основним завданням місії АМС «Венера-4» було визначення параметрів атмосфери Венери під час спуску на її поверхню.
Хімічний склад атмосфери визначався спеціальним газоаналізатором, до складу якого входило 11 патронів, споряджених різними активними речовинами-поглиначами, що вступали в реакцію з певними хімічними компонентами, перед усім це — вуглекислий газ, вода, кисень та азот. На визначених висотах в патрони уводились проби атмосфери і вони герметизувались. За величиною зміни тиску у кожному патроні визначались тип хімічної речовини та її кількість.
Вимірювання атмосферного тиску, щільності та температури атмосфери за висотою здійснювалось за допомогою спеціальних датчиків, що були скомпоновані у єдиний блок.
Газоаналізатор
Блок датчиків тиску, щільності, температури
Вимірювання параметрів атмосфери передбачалось здійснювати на фіксованих висотах: 26 – 14 – 9 – 4,5 – 2 км над поверхнею планети. Для цього слугував спеціальний радіовисотомір, що видавав команди на увімкнення датчиків.
Передача інформації на Землю здійснювалась безпосередньо зі спускного апарата через окрему спіралевидну антену, в конус діаграми направленості якої повинна потрапити Земля. Це означало, що СА, при будь яких умовах, повинен знаходитись на поверхні Венери вертикально, для чого слугувала система його гравітаційної стабілізації по принципу «ляльки-неваляшки».
Схема польоту
АМС «Венера-4» була запущена з космодрому Байконур 12 червня 1967 року ракетою-носієм «Молнія-М». Через дві доби, 14 червня, США розпочали свою другу венеріанську місію — з космодрому на мисі Канаверал ракетою-носієм “Atlas-Agena D” до Венери був запущений космічний зонд «Mariner 5». У ті часи, в СРСР для надійності, запускалися по два аналогічних апарати. 17 червня була запущена ще одна АМС «Венера-5», але через відмову розгінного блока станція не вийшла на міжпланетну траєкторію, залишившись на земній орбіті.
29 липня, на відстані 12 мільйонів кілометрів від Землі, було проведено корекцію траєкторії АМС «Венера-4» і через 128 діб польоту – 18 жовтня, станція наблизилась до планети.
О 4-й годині ранку за всесвітнім скоординованим часом АМС знаходилась на відстані 15000 км від Венери та була захоплена її гравітаційним полем. 04.25. – остання команда з Землі: увімкнути програмно-часовий пристрій для подальшої автоматичної роботи. 04.34. – зникнення сигналу з орбітального відсіку, що свідчило про порушення його стабілізації та початку руйнування при входженні в атмосферу Венери. Відразу був отриманий сигнал зі спускного апарату, що був слабший у 5 разів. Це свідчило, що СА почав самостійний спуск в атмосфері планети.
На цей момент відстань від Землі до Венери складала 78 мільйонів кілометрів. Управління та прийом інформації забезпечувалися Центром далекого космічного зв’язку поблизу м. Євпаторія у Криму. Антенна система ЦДКЗ важить близько 1500 т. Її треба було переміщувати з неабиякою точністю, адже помилка лише в одну секунду дуги давала промах на відстані до Венери в 300 км. Чутливість приймальної антени дивовижна – вона здатна вловити енергію від сірника на відстані більшій ніж від Землі до Місяця.
Спускний апарат увійшов атмосферу на швидкості понад 11 км/с, розпочалося аеродинамічне гальмування, при якому перевантаження сягало 300 одиниць. Це був перший у світі контрольований вхід в атмосферу планети з другою космічною швидкістю. Коли вона зменшилась до 210 м/с, на висоті 61-65 км спрацювала парашутна система. Почалися вимірювання та передавання даних на Землю. На висоті 26-28 кілометрів, коли тиск перевищив 20 атмосфер, наукові прилади апарату вийшли з ладу. Ймовірно, він здійснив м’яку посадку, але вже в неробочому стані.
Наступного дня, 19 липня, американська АМС «Mariner-5» пройшла на відстані 3990 км від поверхні Венери (майже половина її радіусу), дистанційно підтвердивши лише гарячу та щільну атмосферу планети.
На прес-конференції, що відбулася після завершення експерименту, Президент АН СРСР академік М.В. Келдиш оголосив, що «… станція «Венера-4» повністю виконала ту програму, яка була призначене для цього космічного апарату». Тобто проводились вимірювання до самої поверхні планети на протязі 94 хвилин спуску на парашутах. Подальший аналіз телеметрії показав, що передавання даних припинилося через 34 хвилини після розкриття парашутів – раніше, ніж апарат досягнув поверхні. Передчасне припинення передачі сигналів спочатку пояснювалось тим, що СА зайняв невигідне положення на поверхні планети, що унеможливило передачу інформації на Землю. Вдалося встановити, що весь спуск та посадка здійснювались на нічній стороні планети поблизу екватора на відстані 1500 км від термінатора (межі між освітленою та нічною частинами планети).
Результати місії
Головним результатом польоту станції «Венера-4» стало проведення перших прямих вимірювань температури, щільності, тиску і хімічного складу атмосфери Венери. Виявилося, що вона складається переважно з вуглекислого газу (96,5%) та азоту (3,5%). Хоча апаратура вийшла з ладу передчасно, за динамікою змін вдалося вирахувати, що планета вкрита суцільними хмарами, які складаються з парів сірчаної кислоти. Верхня межа хмарності знаходиться на висоті 70 км, нижня – 48 км. Такі фізичні умови сприяли виникненню «парникового» ефекту, який спонукав «пекельні» умови на поверхні: температура сягає +462 градуси Цельсія, атмосферний тиск у 92 рази перевищує земний (відповідає глибині океану 900 м).
Ще один, не прямий, але досить важливий результат місії АМС «Венера-4» — вона проклала шлях на поверхню планети іншим апаратам, зробленим набагато міцнішими і здатними витримати вже відомі фізико-хімічні характеристики атмосфери. Розпочалися наступні етапи дослідження:
— 15 грудня 1970р. — перша у світі м’яка посадка працюючого апарату на поверхню (АМС «Венера-7»);
— 8 червня 1975р. — передані на Землю перші чорно-білі фотографії поверхні (АМС «Венера-9»);
— 1 березня 1982р. та 5 березня 1982р. — передані на Землю перші у світі (і поки що – єдині) кольорові фото з поверхні планети (АМС «Венера-13 та «Венера-14).
З того часу жодного земного апарата на поверхні Венери не було…
Фото з поверхні Венери, передані АМС «Венера-13» після цифрової обробки.
Участь Державного політехнічного музею ім. Б. Патона у 42-му Симпозіумі наукового приладобудування (42nd Scientific Instrument Symposium (SIS), 18 — 22 September 2023, Palermo, Italy)
Цей унікальний експонат Державного політехнічного музею був представлений учасникам 42-го Міжнародного Симпозіуму наукового приладобудування, що відбувся в університеті м. Палермо (о. Сицилія, Італія) у вересні 2023 року. Тема симпозіуму — «Крізь віки, культури, поняття: інструменти в колекціях, книгах, архівах». Щорічні симпозіуми організовуються Комісією з наукових приладів — Scientific Instrument Commission (SIC). Метою SIC є підтримка досліджень в історії наукових інструментів, а також збереження та документування колекцій таких інструментів, та їх використання в рамках загальної історії науки. Симпозіуми проводяться в різних куточках світу, зазвичай там, де є значущі колекції наукових приладів, чи дослідницькі та освітні центри.
Вперше від України в цьому заході взяв участь наш музей – молода наукова співробітниця ДПМ Гергана Іванова підготувала презентацію та зробила доповідь про АМС «Венера-4» в рамках сесії симпозіуму — «Інструменти ХХ століття».
Програма була інтенсивною, кількість учасників становила 165 осіб. Організатори вирішили розділити симпозіум на дві частини: одну — присвячену технічним аспектам, а іншу – історичним. Виступи проводилися з 9 ранку до 6 вечора, з короткими перервами на каву та обід. Крім того, були організовані екскурсії до музейних колекцій трьох університетів.
Гергана згадує: « — Я не скажу, що я нервувала. Це всього-на-всього моя перша міжнародна конференція, очна, коли я поїхала так далеко з дому. Я всього лише спілкувалась англійською. Ні, я не нервувала. Я панікувала. Але адаптувалась досить швидко — через два дні я вже нічого не боялась і зрозуміла, що моя англійська досить пристойного рівня. Виступ пройшов успішно. Було багато запитань, але я впоралась…»
Фрагмент презентації
Учасники симпозіуму на фоні Норманського палацу в м. Палермо. Гергана Іванова – у першому ряду, третя зліва.
Сергій Грачов, зав. відділу історії авіації та космонавтики ДПМ ім. Бориса Патона
Гергана Іванова, м.н.с. відділу авіації та космонавтики ДПМ ім. Бориса Патона
Публікується вперше.
Отправить ответ