Разработан уникальный атмосферный зонд для исследования Венеры, который сможет работать в ядовитой и раскаленной атмосфере планеты рекордные 100 суток. Это в десятки раз дольше, чем существовали любые предыдущие аппараты на Венере. Новаторская инженерная идея с «вечным» запасом гелия может открыть человечеству новую страницу в изучении «утренней звезды».
Венера, несмотря на соседство с Землей, остается одной из самых загадочных и негостеприимных планет Солнечной системы. Ее поверхность раскалена до 460 °C, а давление сравнимо с давлением на километровой глубине земного океана. Эти условия, вкупе с облаками из серной кислоты, быстро уничтожают даже самые защищенные космические аппараты. Рекорд их «жизни» на поверхности не превышает двух часов.
Однако, как выяснилось, между адской поверхностью и холодным космосом у Венеры есть настоящий «оазис». На высоте около 50-55 километров температура и давление почти такие же, как и на поверхности Земли. Именно в этом «небесном кармане» и предложили работать сибирские инженеры.
Их проект, разработанный в Сибирском государственном университете науки и технологий имени Решетнева, представляет собой сложную многоступенчатую миссию. Сначала космический аппарат выходит на орбиту Венеры. От него отделяется спускаемый модуль, который, затормозив двигателем, начинает падение в атмосферу. На этом этапе его защищает теплозащитный экран, выдерживающий чудовищные перегрузки до 25g. Затем вступает в работу парашют, который замедляет падение до нужной скорости.
Самое интересное начинается на высоте 58 км. Сбрасывается парашют и верхняя крышка, и из специального баллона в сложенный шар-аэростат начинает поступать гелий. Всего за 96 секунд шар наполняется, и к моменту достижения высоты 50 км он уже готов к работе. Чтобы облегчить конструкцию, нижняя крышка с пустым баллоном и отработавшим двигателем отстреливается, и аэростат выходит на свою рабочую высоту дрейфа – 53 км.
Но главный секрет долголетия зонда скрыт внутри. Гелий, как известно, летучий газ, и даже через самые прочные оболочки он постепенно утекает. По расчетам, потери составят около 2.5% в сутки, что приведет к потере высоты и, в конечном счете, гибели аппарата в нижних, более горячих слоях атмосферы.
Инженеры нашли остроумное решение этой проблемы. На борту зонда размещен специальный сдвоенный сосуд-термос (сосуд Дьюара), где гелий хранится в жидком состоянии при температуре, близкой к абсолютному нулю. По мере утечки гелия из основного шара, жидкий гелий в сосуде постепенно испаряется. Датчики отслеживают давление в оболочке, и в нужный момент электрический клапан подает новую порцию газа из запаса. Эта система дозаправки позволяет поддерживать аэростат на плаву не менее 100 дней, что сравнимо с миссиями марсоходов.
В статье подробно описываются все этапы проекта: от баллистических расчетов траектории спуска, выполненных с помощью специальной программы, до прочностного анализа титановой рамы зонда, которая должна выдержать колоссальные нагрузки. Для каркаса был выбран особый прочный и легкий титановый сплав, что позволило сделать конструкцию максимально надежной и эффективной.
Эта амбициозная разработка открывает принципиально новые возможности для изучения Венеры. Дрейфующий в ее облаках зонд-долгожитель сможет собирать уникальные данные о составе атмосферы, динамике облаков и климатических процессах, передавая их через орбитальный аппарат на Землю. Возможно, именно такие «небесные лаборанты» станут первыми разведчиками, которые помогут нам наконец-то раскрыть тайны загадочной соседки Земли.
Исследование опубликовано в журнале «Сибирский аэрокосмический журнал»
Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.
