Венера

Намедни пересмтаривало на досуге записи своего журнала и меня вдруг озарило, как много разнообразных материалов в нём я так или иначе посвятил мужественному богу войны Марсу, преступно игнорируя при этом богиню полотской любви и плодородия – прекрасную Венеру. Решил исправить эту несправедливую диспропорцию, а то глядишь – феминистки обвинят меня в гендерной дискриминации (или как там оно у них называется? ).


А, вообще, как вы наверное уже сами догадались, речь пойдёт совсем не о действующих лицах античного пантеона, а о планете Венера – нашей ближайшей космической соседке, ещё одного равноправного члена так называемой «земной группы планет».



«Утренняя звезда» будоражила воображение самодеятельных и дипломированных астрономов с незапамятных времён. Особенно в Древнем Вавилоне. А загадочная цивилизация майя даже жила по календарю Венеры (!). Точнее: у майя календарей было сразу несколько (очень необычный народ – у них даже время имело, если так можно выразится, «многовекторную направленность») и один из них – венерианский (скорее, конечно, для культово-религиозных, а не агропромышленных целей).

Русский мир тоже не остался в стороне – это именно наш Михаил Васильевич Ломоносов открыл в 1761 году наличие у Венеры собственной атмосферы.

А уж возникший значительно позже жанр научной фантастики тем более не мог остаться равнодушным ко второй от Солнца планете. Помните, куда в романе Уэллса «Война миров» (1897) рванули марсиане после того, как у них провалился земной блицкриг? Да – на Венеру. Напомню только ещё для кучи «В стенах Эрекса» Лавкрафта, «Нескончаемый дождь» Брэдбери, «Планета бурь» Казанцева. Кстати, по последней книге сняли в 1962 году одноимённый художественный фильм, который (наряду с «Туманностью Андромеды») в своё время дал множество идей мировому фантастическому кинематографу на космическую тему. Права на прокат этого фильм тогда приобрели аж 28 стран. Правда американцы дважды его перемонтировали, присвоив не только новое название самой картине, но и переиначив на английский лад имена с фамилиями нашим актёрам.

Что нам сейчас стало известно о своей космической соседке?



Подлинную Венеру ныне порой называют «Адом как он есть» или «злой сестра-двойник Земли». Всё из-за колоссального давления её атмосферы (в 90 раз превышающее то, к которому мы привыкли у себя) и чрезвычайно высоких температур. Первые, недолго жившие советские зонды, отправленные на Венеру, красноречиво об этом молчат (их просто сжало в лепёшку при спуске на поверхность). Если у Марса атмосфера очень скудная, то у Венеры её, так сказать, слишком много. Она в 90 раз плотнее земной, состоит по большей части из диоксида углерода (CO2) и затянута густой облачностью из чистой серной кислоты.

Парниковый эффект атмосферы Венеры таков, что её поверхность является едва ли не самым жарким местом в Солнечной системе (не считая, конечно, самого Солнца). При температуре поверхности в 450 градусов этого достаточно, чтобы расплавить цинк и свинец.



Давление здесь настолько велико, что сам углекислый газ вдавливается в поверхность и приобретает экзотическое состояние «сверхкритической жидкости», которая не является ни газом, ни жидкостью, но обладает свойствами обоих. На Земле сверхкритический CO2 представляет собой опасную и уникальную субстанцию, которая используется в качестве промышленного растворителя и стерилизатора. А на Венере буквально целый мировой океан этого вещества.

В прошлом веке в космических кругах Венера получила даже название «Русская планета», потому что СССР послал к ней больше всего исследовательских зондов, чем даже США. Но первые из них даже не достигли поверхности планеты в исправном состоянии. Самым успешным оказался зонд «Венера-13», которому удалось продержаться там более двух часов. Снимки, которые он отправил на Землю, продемонстрировали недружелюбный, иссушенный и совершенно чуждый нам мир.

С этим же зондом связан один курьёзный случай. Спускаемый аппарат был оборудован различными датчиками, чтобы по максимуму использовать время своей «жизни» для исследования поверхности. Один из датчиков представлял из себя специальный щуп почвы. Сразу после спуска он опускался (на шарнире), вонзаясь в поверхность и далее проводил анализ почвы. Советские учёные ждали результатов от этого щупа даже больше, чем самих фотографий планеты. И вот, наконец данные пришли. Удивлению не было предела – датчик показал, что поверхность Венеры состоит из… чистого титана! Учёные ожидали чего угодно, но только не этого.

Пока они ломали голову о том, как такое возможно, вдруг выяснилась правда. Оказывается, щуп вонзился не в поверхность Венеры, а в титановую крышечку, закрывавшую фотообъектив. Когда станция приземлилась (или, привенерилась?), титановая крышка, закрывавшая объектив, была «отсрелена» и упала на поверхность рядом со станцией. Именно в неё и вонзился щуп. Увы, узнать состав почвы Венеры не удалось. Зато учёные проверили работоспособность щупа – ведь материал крышки фотообъектива им был хорошо известен. А это тоже важно, в таких экстремальных условиях проверить надёжность аппаратуры. И если вдуматься – это настоящее техническое чудо, что советские конструкторы и инженеры смогли создать такую аппаратуру, которая точно работала даже в жутких условиях поверхности Венеры.



Тем не менее, на Венере, всё-таки, можно… жить. Условно, конечно. Помимо существенных и драматических различий, у Венеры найдётся и кое-что общее с Землёй: сила их тяжести примерно одинаковая. Кроме того, она – наша ближайшая планета-соседка. В 50 километрах над поверхностью Венеры толщина её атмосферы вполне достаточна, чтобы обеспечить защиту от излучения, сопоставимую с экраном, который нам предоставляет земная атмосфера. Температура тут тоже, как ни странно, приближается к комфортной – всего-то около 30 градусов по Цельсию. И поскольку гравитация Венеры почти такая же, как у Земли, земляне, живущие в таких условиях постоянно, не рисковали бы атрофировать свои мышцы и кости.

Более того, в советское время вполне серьёзно разрабатывались проекты создания обитаемой орбитаемой станции, которая могла вращаться вокруг Венеры на достаточном радиусе от её поверхности.

Хотя поверхность Венеры будет пока оставаться недоступной для людей, её вполне бы могли исследовать и разрабатывать роботы, управляемые в режиме online жителями орбитальной станции.

Чтобы по-настоящему почувствовать и понять планету, нужно, как минимум, спустить на неё посадочный модуль. Модули могут достоверно определить химический состав атмосферы и горных пород. У «Венеры-Д» был посадочный модуль, но срок её миссии не превышал трех часов. Предыдущий рекорд выживания на поверхности поставил модуль СССР «Венера-13», который приземлился в 1982 году. Он просуществовал аж 127 минут в токсичной и едкой среде.



Чтобы сделать зонд, который проживет существенно дольше (хотя бы один венерианский день – который в 117 раз длиннее земного) необходима сверхустойчивая к высоким температурам электроника или специальная система охлаждения для зонда, который, по сути, попадёт в адскую духовку. Ему придётся работать без солнечных батарей, которые будут малоэффективны – они долго не протянут и не смогут выработать достаточно энергии на планете с вечной тенью.

И все же, эти вопросы близки к своему решению.

Исследовательский центра Гленна НАСА недавно объявил о создании электронной схемы, адаптированной к венерианским условиям.

Раньше для защиты электроники в спускаемых на Венеру аппаратах её содержали в специальных сосудах, защищающих своё содержимое от высоких давления и температуры. Но эти сосуды добавляли много дополнительной массы к модулям и делали их отправку модулей дорогим удовольствием. Команда Гленна разработала чрезвычайно надёжные и стойкие полупроводниковые интегральные схемы на основе карбида кремния. Две из них были испытаны в специальной камере GEER (Glenn Extreme Environments Rig), способной точно воспроизвести условия на Венере. 800-литровая GEER может имитировать условия на любом объекте Солнечной системы. Испытанные в ней схемы не только выдержали условия Венеры в течение 521 часа, но и остались в исправном состоянии по завершении эксперимента.



Сами эти схемы были изначально спроектированы для работы в условиях чрезвычайно высоких температур внутри двигателей самолетов. Однако подобные чипы будут слабее современных компьютерных. Согласно презентации 2014 года, которую представила «Venus Exploration Analysis Group» в НАСА, такая электроника будет по мощности пока сопоставима с электроникой 60-х годов прошлого века.

Что касается энергетических систем, то Университет штата Пенсильвания предложили использовать в них двигатель Стирлинга, который начинается с рабочей жидкости внутри «холодной» камеры. Жидкость сжимается поршнем и движется во вторую камеру, где нагревается. Нагретая жидкость расширяется, передвигая второй поршень, связанный с первым с помощью колеса или рычага. По мере того, как второй пистон движется, он отодвигает жидкость обратно к холодной части, где остывает, и цикл начинается снова. Пока существует источник тепла, двигатель продолжает работать.

Сегодня двигатели Стирлинга используются в различных системах охлаждения и даже на подводных лодках. Такая технология существует аж с 1816 года, когда её собственно и изобрел шотландский священник Роберт Стирлинг. И эту старинную идею вполне можно использовать для космических аппаратов будущего.



Двигатель Стирлинга и охладит электронику, и будет более надёжным и продуктивным источником электроэнергии, чем хвалёные солнечные батареи. Рабочей жидкостью, вероятнее всего, послужит гелий, устойчивый к химическим реакциям и лучше передающий тепло по сравнению с другими газами.

Но одной энергией всё не ограничивается: двигателю Стирлинга понадобится топливо. В Гленн предложили для этой роли литий, который может гореть в атмосфере из углекислого газа и азота (последний составляет 4% атмосферы Венеры). Литий плавится при температуре 180 градусов, что делает его хорошим жидким топливом в венерианских условиях. При этом уменьшается вес космического аппарата на старте: 50 килограммов лития в сочетании с двигательной и топливной установкой могут обеспечить зонд энергией на довольно продолжительный период времени.

Защитить зонд от серной кислоты и того проще. Это решение было проверено ещё нашими советскими учёными и вы имеете возможность проверить его на собственной кухне. В 1985 году советская миссия «Вега» облетела Венеру на пути к комете Галлея и доставила в венерианскую атмосферу два шара, позже плававших в ней как раз на той высоте, о которой было сказано выше. Внешний слой этих шаров был простым тефлоном, обеспечившим надёжную защиту от серной кислоты.



В дальнейшем серную кислоту можно будет расщеплять на воду, кислород и серу, а затем использовать их для практических нужд будущих колонистов, живущих в венерианских облаках на специальных аэростатах и управляющими оттуда роботами на поверхности планеты.

Но, в тоже время, остаётся и множество других проблем. Всё оборудование, которому предстоит работать на Венере (датчики, свёрла, атмосферные пробоотборники и пр.), будет неизбежно переживать тепловое расширение вследствие воздействия чрезвычайно высокой температуры.

Изучение Венеры потребует разработки множества совершенно новых технологий. Мы по-прежнему очень многого не знаем об этой планете, так как большая часть её исследований пришлось на достаточно ранний период «космического соревнования» двух сверхдержав. За последующие несколько десятилетий на Марсе побывало немалое количество зондов. Венера же не удостоилась за это время такого нашего внимания. Так, практически ничего не известно о том, каким образом на ней сложились условия для такого грандиозного парникового эффекта. А это достаточно важно, учитывая то, что мы продолжаем сжигать ископаемое топливо на собственной планете.



Исследования Венеры сдерживаются ещё фактором целесообразности. Дело в том, что перед учёными, занимающимися космосом, стоит в том числе и вопрос разогрева Солнца, которая когда-либо сделает Землю непригодной для проживания. В этой связи многие разработки или планы имеют цель нащупать возможность переселения человечества на другую планету. Но вся штука в том, что когда Солнце разогреется до такого состояния, что на Земле жить будет невозможно, ситуация на Венере будет многократно хуже, чем сейчас. Именно поэтому «резервной планетой» многие учёные видят именно Марс, поэтому считают нецелесообразным тратить значительные средства на изучение Венеры. С другой стороны, есть и те, кто считают, что Венера куда более похожа на Землю, поэтому именно её надо изучать в первую очередь. Ну хотя бы для того, чтобы понять, возможно ли каким-то образом уберечься от того, чтобы и Земля когда-нибудь превратилась в адскую печку Венеры.