那些年，蘇聯對金星探測的狂熱史（四）

作者 cbjchxh

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原始資料來源 衛星百科-sat.huijiwiki.com

圖片顯示了著陸順序：1）巡航，2）釋放著陸器，3）大氣層進入，4）展開錐管，5）展開主降落傘，6）下降，7）著陸

隨著為V-67任務準備的一對1V宇宙飛船就緒，蘇聯再次準備在金星登陸。

第一次發射的是序列號為310的1V，它於莫斯科時間1967年6月12日上午5:39:45從拜科努爾航天發射場1號場發射升空。8K78M的前三級成功地將Blok L逃逸級及其1V有效載荷送入一個傾斜51.2°的171×210公裡地球臨時停泊軌道。在短暫的滑行之後，逃逸級點燃，將探測器發送到金星轉移軌道。

兩天後，NASA於1967年6月14日成功地向金星發射了水手5號飛船。第一次，蘇聯和美國的太空船同時飛往金星。水手5號沿著稍微快一點的軌道飛行，會在1V No.310之後37小時飛過金星，儘管前者的發射時間比後者晚了51.5個小時。

1V No.310很快就進入了它的巡航程序。它幹著一些無聊的、前輩們幹過的工作——收集行星際環境的數據、每隔幾天就把它的高增益天線轉向地球、與蘇聯的控制人員定期進行通信。

7月29日，金星4號在距離地球1200萬公裡的地方使用其發動機進行了航向修正。這次燃燒成功地改變了軌道——從一次6萬公裡的脫靶飛掠，變成金星夜晚赤道附近的撞擊，而不需要第二次預定的航向修正。

10月18日，1V No.310在經過了3.38億公裡的飛行，並在128天的飛行中進行了115次與地面聯繫，終於接近了金星。

主艙的儀器發現，金星沒有磁場。儘管在經過金星的太陽風中有衝擊波的跡象，也沒有像地球上發現的那樣有被捕獲的輻射區域。紫外光度計在10000公裡外發現了一個微弱的氫日冕，但沒有氧的跡象。這一發現與水手5號在第二天遭遇時的發現基本一致。

1967年10月18日04:34，1V No.310在距離金星44800公裡的地方釋放了著陸器。著陸器以每秒10.7公裡的速度和與地平線成80°角進入金星夜空一側的大氣層。在經歷了高達11000℃的再入溫度和350g的最大制動載荷後，著陸器在展開減速傘時迅速減速至每秒300米。

當大氣壓力達到0.6巴時，主降落傘展開。

04:39，1V No.310開始與地面溝通。

04:40:52，1V No.310開始向地球返回數據。著陸器以每秒10米的速度下降。從著陸器返回的第一次測量顯示，壓力為0.75巴，溫度為33°C，隨著探測器接近地面，這些數值繼續穩步攀升。

在降落過程中，氣體分析儀返回了兩組測量值。一組是在主降落傘展開後，另一組是347秒後。它們顯示，二氧化碳佔金星大氣的90%，氮氣和惰性氣體含量不足2.5%，只檢測到微量的氧氣和水蒸氣。這完全出乎科學界的意料。因為科學界認為金星的大氣層將像地球一樣被氮所控制，並含有適量的二氧化碳。

大氣壓力和溫度持續攀升。04:30:31，氣壓超過了探測器氣壓計的7巴極限。又過了19分半鐘，大氣密度計讀數超過量程。

在下降93分鐘並返回23組儀器讀數後，由於大氣溫度達到262℃，氣壓估計在18巴左右，金星4號著陸器的傳輸在06:13:17停止。

上圖為金星4號在下降過程中的測量圖。圖中縱坐標是溫度、壓力（其中kg/cc相當於巴）和密度。橫坐標是莫斯科時間。

根據跟蹤數據和最後的雷達高度計讀數26±1.3公裡，蘇聯當局聲稱，金星4號在大約19°N，38°E到達金星表面前停止了傳輸。

這一發現得到了英國射電望遠鏡的科學家們的獨立支持。他們在1V No.310下降時聽到來自它的傳輸信號。

1V No.310被命名為「金星4號」。在經歷了七年令人沮喪的失敗之後，一艘蘇聯太空船終於成功地從另一個星球返回了數據，而且第一次成功地返回到了地球。

（雖然沒有真正著陸）

當蘇聯媒體開始宣傳，說蘇聯經過前三次的失敗，終於用金星4號取得成功時，水手5號於1967年10月19日17:34:56在金星表面上空4094公裡處進行了最近的接近。

第二天，水手5號開始將記錄的數據傳回地球。但是，當NASA的任務結果被分析並與量進行比較時，這些獨立數據之間的不一致導致了一個有趣的謎團。

一張金星大氣壓力與溫度的關係圖，它是根據金星4號和水手5號的觀測結果繪製的。兩張圖之間有一個固定的橫軸差距。

雖然水手5號不像金星4號那樣直接與金星大氣層接觸，但飛船確實利用其S波段觀測金星。觀測到的相位、頻率和振幅的變化被用來推斷電子密度以及大氣溫度和氣壓隨高度的變化。由於大氣層的密度，S波段的傳輸只能探測到距離金星中心6085公裡的地方。較低的高度是測不到的。

將水手5號的讀數結果外推到表面，溫度預計在377°C到527°C之間，壓力在75到100 bar之間（這取決於對大氣中二氧化碳和氮含量的假設）。這些數值遠遠超過金星4號在接近金星表面時的記錄。

科學家對金星4號和水手5號的大氣遠程測量進行了詳細的比較。結果表明，當前者的測量高度向上偏移約26公裡時，它們大致吻合。考慮到水手5號的結果和基於金星的半徑測定已經明確，有人假設金星4號墜落在一座26公裡高的山上。

也就是說，金星4號可能落在了三個珠穆朗瑪峰那麼高的地方

然而，重新檢查金星4號的測量結果，最終蘇聯工程師發現，表面雷達高度計的數據被曲解了。由於雷達高度計的一些問題，它返回的任何測量值都有大概30公裡的向下誤差。例如，如果實際高度在56公裡左右，則讀數為26公裡。

雖然有些小尷尬，但金星4號還是取得了豐碩成果的：

金星沒有磁場。儘管在經過金星的太陽風中有衝擊波的跡象，也沒有像地球上發現的那樣有被捕獲的輻射區域。在金星10000公裡外有一個微弱的氫日冕，但沒有氧的跡象。

金星4號探測到，二氧化碳佔金星大氣的90%，氮氣和惰性氣體含量不足2.5%，只檢測到微量的氧氣和水蒸氣。這完全打破了科學界的認識。

結合金星4號測量的大氣及其成分的數據，到1969年，蘇聯行星科學家推斷出他們的數據，表明地表溫度約為442°C，壓力為90巴——非常接近今天的值。

由於意識到金星表面的情況遠比原先認為的更為惡劣，金星生命的尋找計劃基本泡湯了，金星載人登陸也根本別想。

NPO Lavochkin的工程師們在為1969年1月發射的V-69任務準備第二對金星著陸器時，只好又進行了無奈的優化。

第二架1V的序列號311。它於莫斯科時間1967年6月17日5時36分38分從拜科努爾航天發射場升空，進入201×286公裡的傾斜51.8°的停車軌道。不幸的是，L逃逸級主發動機上的渦輪泵未能按要求冷卻，並且在接到命令將逃逸級點火時沒有響應。

被命名為空間167號的探測器軌道在8天後衰變。

老毛病了——火箭還有待改進——直到現在都還有待改進。

今天來講講金星5號和金星6號吧。

1967年10月18日，蘇聯「V-67」金星任務中唯一倖存下來的1V飛船金星4號，終於到達了目標。著陸器進入金星大氣層，並開始第一次傳輸有關地外大氣層性質的數據。那裡的溫度測量值為262℃，估計壓力約為18巴。

就在蘇聯人仍在慶祝時，負責建造1V太空飛行器的「拉沃契金科研生產聯合體」卻沉浸到工作之中。在不到15個月的時間裡，工程師們又設計和建造了一對2V飛船，以完成新的「V-69」著陸任務。

從金星4號的初步分析中很容易看出的一個事實是，金星的大氣比NPO Lavochkin的工程師原先預期的要更密、更深、更熱。當1V著陸器被設計和建造時，世界行星科學界的共識是，金星的大氣主要由氮組成，並含有大量二氧化碳，表面壓力估計在5到300巴之間，溫度在267°C到480°C或更高。

但事實證明，金星的情況與預期完全不同。當大氣壓力達到0.6巴時，金星4號著陸器的數據顯示，二氧化碳佔金星大氣的90%，氮氣和惰性氣體含量不足2.5%，只檢測到微量的氧氣和水蒸氣。這完全出乎科學界的意料。

意識到金星表面的情況遠比原先認為的更為惡劣，NPO Lavochkin的工程師們在為1969年1月發射的V-69任務準備第二對金星著陸器時，又進行了有針對的優化。

探測器的型號代號是2V，上圖是2V著陸器的剖面圖（英語的注釋是很罕見的 ）

首先，著陸器的結構得到了最大程度的加強，可以承受高達25巴的壓力和高達450g的進入載荷。1969年，前往金星的低能軌道不如1967年那樣有利，進入速度現在從每秒10.7公裡增加到11.2公裡，導致進入大氣的危險更大。

由於無法從電池中擠出更多的能量，2V著陸器上的主降落傘的尺寸縮小了。隨著主降落傘的尺寸從6米減小到只有2.8米，下降速度現在大約增加了一倍。

不過，由於高於預期的大氣密度，2V著陸器在接近地面後仍將以足夠慢的速度飛行以倖存著陸。再加上推遲降落傘的展開，2V著陸器將更快地到達地面，電池續航時間仍然充足。也就是說，其實降落得快一點反而有好處。

經過所有的改進，2V著陸器的質量比前一代增加了22公斤，達到405公斤，大概是5、6個成年人加起來的體重。

這次的著陸器像核彈頭

這次的實驗員好逗比

2V的主艙則與早期的1V設計相比幾乎沒有變化，只是根據地面測試和飛行經驗對其各種系統進行了逐步改進。

主艙（包括著陸器在內）大約3.5米高。核心由一個直徑為1.1米的圓柱體組成，這個圓柱體的高度與著陸器差不多。主艙還是經過了加壓，容納了運載器的各種系統，並使用推進氣體系統將其溫度保持在15°C到25°C之間。

該系統的圓形雷達直徑2.3米，安裝在太空飛行器的防太陽側。熱控制系統還用於在部署前將著陸器預冷至-10°C，以使其在金星炎熱大氣中的壽命最大化。

上圖是2V整體的正面和反面（Again，英語的注釋是很罕見的 ）

安裝在這個艙室頂部的是推進系統，由一個壓力供給的KDU-414發動機及其推進劑罐組成。這個系統將被用來進行兩次中途修正（一次是在離開地球後不久，另一次是在金星遇到之前），以便微調它的軌跡。

主艙的側面是一對跨度超過4米、面積2.5平方米的可展開太陽能電池板，為太空飛行器系統提供電力。

完整的2V飛船的發射質量為1130公斤，比1V飛船重24公斤，仍然在8K78M運載火箭的有效載荷能力範圍內（即將接近極限）。

軌道轉移中的2V（蘇聯特色假想圖）

與金星4號一樣，主艙也安裝了科學儀器：

（1）太陽風帶電粒子探測器

（2）測量金星擴展日冕中氫和氧輝光的紫外光度計

（3）一套宇宙射線探測器

由於金星4號發現，金星幾乎不存在磁場，為了節省質量，設計師刪除了原有的磁強計。

載荷也進行了改進：

最初，2V著陸器攜帶法國製造的溫度計和壓力計，以作為兩國合作努力的一部分。但是1968年5月，法國全國性的罷工推遲了法國硬體的交付（想想中國當時在幹什麼 ，法國與中國是同頻共振的）。取而代之的是蘇聯製造的儀器。2V著陸器攜帶了三個改進的鉑絲電阻溫度計，可覆蓋0°到440°C的溫度，一套氣壓計的壓力範圍為0.13至39巴。

2V著陸器還攜帶了一個新的密度計，其工作範圍為每立方釐米0.5至40毫克（相比之下，地球表面大氣的密度約為1.2毫克/立方釐米）。都卜勒跟蹤還可以更精確地確定下降艙的速度，從而提供另一種計算大氣密度、測量風和確認著陸的方法。

2V著陸器攜帶了一對改進的基於化學的氣體分析儀，在下降過程中兩次測量二氧化碳、氮氣、氧氣和水蒸氣的含量。由於粗略的數量已經知道，因此可以更精確地確定量程。

2V著陸器上裝有一個改進的雷達高度計，它將從45公裡開始以10公裡的增量返回多個高度讀數，以解決上次遇到的尷尬的誤差問題。

儘管執行V-69任務的著陸器將降落在金星的夜間，但它們攜帶了光度計，希望能探測到金星大氣中被稱為「灰燼光」（ashen light）的輝光。

「灰燼光」類似於閃電

……

（未完待續）