那些年,蘇聯對金星探測的狂熱史(五)

2020-11-10 星光的遠徵TEL

作者 cbjchxh

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原始資料來源 衛星百科-sat.huijiwiki.com

2V著陸器也將攜帶蘇聯盾徽和列寧勳章——可以,這很蘇維埃


蘇聯盾徽


金星5號的列寧勳章帶有鑲邊,6號的沒有。

這些盾徽和勳章的複製品也會發給參與研發的人們。

1968年5月,在COSPAR(空間研究委員會)的一次會議上,當NPO Lavochkin的工程師正在準備一對2V探測器時,蘇聯和美國科學家在金星表麵條件的問題上吵翻了

美國科學團隊根據水手5號讀數的推斷和對金星半徑的最新雷達測量,因此主張更極端的地表條件。紐約康奈爾大學的卡爾·薩根(Carl Sagan)博士和莫斯科列別傑夫物理研究所的庫齊姆(A.D.Kuzim)教授就這個問題進行了辯論。庫齊姆自己對金星微波頻譜的模擬支持了另一個模型,他認為金星4號已經降落在一座高山的頂部(後來被證明是蘇聯的高度計有問題)。薩根認為這是不可能的,因為基於地球的雷達研究,如此高海拔的地形還沒被發現。

兩方不歡而散。因此,蘇聯人儘管意識到金星的表面環境比之前想的更惡劣,但他們沒覺得會有美國人想得那麼糟糕。因此,他們儘管對著陸器做了改進,但是不夠。

「他們去摸石頭吧,反正我們忙著登月」——美國人的想法。

1969年,第一次發射的是序列號330的2V,它於1月5日莫斯科時間上午9:28:08從拜科努爾航天發射場1區的發射臺上發射升空。8K78M的前三級成功地將Blok L逃逸級及其2V有效載荷送入傾角51.8°的203×218公裡地球臨時停車軌道。當它在第一個軌道上飛越非洲時,Blok L在世界時07:47點燃了發動機,進行了228秒的燃燒,將現在被稱為「金星5號」的探測器送入一個0.98×0.72 AU的太陽軌道。

經過131天的巡航,它將於5月16日到達金星。

1969年1月10日,莫斯科時間上午8:51:52,搭載2V No.331的下一個太空飛行器在拜科努爾升空。在Molniya火箭的前三個階段完成任務後,第二個2V太空飛行器及其Blok L逃逸級被放入184×193公裡的停車軌道。在短暫的滑行之後,L級點火,將金星6號送入金星轉移軌道。由於金星6號的運行軌跡稍快,它將在其姊妹到達的第二天到達金星。


金星:什麼新娘伴娘,我這次兩個都要

發射後最初幾天的跟蹤顯示,這兩個太空飛行器健康狀況良好,但需要進行微小的軌道修正,以正確瞄準金星。

這是蘇聯第二次成功地向金星發射一對太空飛行器(第一次是1965年的金星2號和金星3號)。

3月13日,在距離地球1550萬公裡處,金星5號以每秒9.2米的速度改變量進行了航向修正。金星6號三天後在距離地球1570萬公裡的地方進行了航向修正。delta-V為每秒37.4米。兩個探測器現在都瞄準了目標,不需要第二次修正航向。

在前往金星的巡航期間,地面與金星5號進行了73次通信會議,與金星6號進行了63次。在這些通信過程中,太空飛行器將把它們的高增益天線轉向地球以傳輸記錄的數據。結果表明,由於這段時間太陽活動的增加,宇宙射線通量比兩年前的金星4號巡航期間要低。太陽質子通量增加呈現12個周期,其中4個持續一周或更長時間。


這是克裡米亞的一個「Pluton」跟蹤天線,從1960年代中期開始用於與蘇聯的月球和行星探測器通信。每一個都由八個16米長的盤子組成,連接在一個可操縱的底座上。

在基本上平安無事地巡航到金星之後,這對2V飛船已經準備好研究它們的主要目標。在5月16日遇到金星的前兩個小時,金星5號開始了它與地球上地面控制人員的最後一次通訊。隨後它觀測了金星與太陽風的相互作用。再一次,紫外光度計探測到圍繞金星的氫的擴展日冕,沒有探測到氧氣。這證實了金星4號和水手5號的早期發現。

金星5號在進入大氣層前一小時釋放了它的著陸器,此處距離金星37000公裡。

著陸器於世界時06:01以每秒11.19公裡的速度以及與當地水平面成65°角的姿態開始進入大氣。當速度降到每秒210米時,降落傘拉出,測量開始,並在06:02:30傳回地球。

在下降過程中,金星5號分析了氣壓為0.6和5巴的大氣成分。測量證實,二氧化碳在大氣中約佔97%,分子氧含量<0.1%,氮和惰性氣體含量<3.5%。壓力水平為0.6巴時,水的濃度為每升4至11毫克,這表明部分大氣尚未飽和(無法形成水雲)。

隨著金星5號深入大氣層,它繼續每45秒返回一組完整的溫度、壓力和密度測量值。儘管它是在金星之夜降落的,著陸器的光度計在06:51返回了每平方釐米25瓦特的獨立讀數。這可能是高壓下儀器故障引起的瞬態信號,也可能是閃電。

金星5號在06:54:56,即下降53分鐘後失聯。當2V著陸器停止發射信號時,高度約為18公裡,氣壓為27巴,溫度為327℃。

也就是說,金星5號還是沒有著陸成功。

一天後,蘇聯地面控制人員將注意力轉向了金星6號。著陸器在距離金星25000公裡處被釋放,並於世界時06:05開始進入大氣層。此處距離金星5號大約300公裡。

金星6號在世界時06:08:15展開降落傘,並開始傳輸數據。在它降落的過程中,它分析了氣壓為2巴和10巴的大氣,以使它的測量值與金星5號的測量值多樣。結果表明,大氣成分無明顯差異,與前一天的結果一致。

金星6號在下降過程中繼續發射信息,直到06:58:04失聯。運行50分鐘後,外界壓力達到27巴。當時的高度估計為10到12公裡。

也就是說,金星6號還是還是沒有著陸成功。

據推測,這對著陸器降落在一個相當平坦的低洼地帶。利用金星5號、6號以及水手5號返回的70個溫度和50個壓力測量值,金星大氣的初步模型得以建立。結果表明,金星的表面溫度為497°±60°C,壓力為67至135 巴。

如果地獄真實存在的話,那就在金星表面。


金星5號在下降過程中的測量圖。圖中縱坐標顯示的是溫度和壓力,橫坐標是莫斯科時間。


金星6號在下降過程中的測量圖。圖中縱坐標顯示的是溫度和壓力,橫坐標是莫斯科時間。


圖中顯示了金星大氣高度(h)與溫度(T)的初步模型,基於金星4號(高度修正後)、水手5號以及來自金星5號和6號的新數據。這四個探測器的測量結果很接近,可以說依據這些數據建立的模型可靠性很高了

今天來講講四個太空飛行器:金星7、8號,空間359號和空間482號

現在,令拉沃契金科研生產聯合體的工程師們頭疼的一件事便是怎樣才能真正著陸金星,而不是像這個未來的科考船一樣在10多公裡的高空強制解體


(但願有人看過the expanse)

總之就是他們想要一個實打實地落在金星表面上的探測器,在這樣的渴求下,新的探測器型號4V誕生了。


4V飛船的設計與金星5號和金星6號非常相似。它有一個裝有球形著陸器的主艙,而主艙的設計沒有改變。通過外包一個沒有接縫、焊縫或孔的單一球殼,主艙與著陸器連接在一起。

不知道耗費了多少材料專家的心血,該探測器終於可承受更高的壓力和溫度,以及著陸時的衝擊。壓力容器首次採用鈦合金製造,內襯減震材料。著陸器的設計能夠承受高達180巴(原來的150%)的壓力和580攝氏度的溫度。這一次,蘇聯的材料科學也順帶著突飛猛進了起來

一個更小的降落傘(2.5平方米展開面積)被用作下降,以減少下降時間。它的材料是硝化玻璃(同樣第一次使用)。為了確保足夠的強度,傘篷由4層織物製成。硝化材料燒盡後,著陸器將快速下降,從而確保了其儘快到達地面。

吸取前幾次任務的教訓,工程師增加了蓄電池的容量。著陸器安裝了鉛鋅電池,而不是鎘鎳電池。在接近金星的15天前,它從太陽能電池板上充電。與金星6號相比,著陸器的重量增加了近100千克,達到490公斤。

著陸器質量增加導致整體的質量變為1180千克,比金星6號質量高出50千克,這意味著它已經超過了8K78M火箭的能力。工程師通過修改逃逸級油箱來提高運輸工具的承載能力,從而可以多添加140千克燃料。


金星7號的著陸器(CCCP分外顯著)


圖中顯示了著陸器結構。1-發射天線;2-無線電發射機;3-支撐環;4-減震器;5-動力外殼;6-開關單元(блок коммутации)——我不會翻譯 ;7-隔熱層;8-熱交換器;9-降落傘艙蓋;10-降落傘。

著陸器還攜帶了蘇維埃特色的任務紀念徽章——與金星5、6號一致。為了給吧友省流量,圖片就不放上來了

金星7號於1970年8月17日05:38:22發射升空,進入地球停泊軌道,然後通過逃逸級點火加速,駛向金星。

在10月2日和11月17日,探測器進行了兩次中途更正。在飛往金星的四個月中,它與地面進行了124次無線電通信——一切正常。著陸器在進入大氣層之前被冷卻到-8攝氏度,以增加工作時間。

金星7號探測器於1970年12月15日04:58:44從主艙上分離,進入金星的夜間大氣層。空氣動力制動後,頂部艙門被炸開,降落傘系統在約60公裡高空展開。太空艙天線展開,信號開始返回。

六分鐘後,降落傘裂開(正常操作),使探測器又向金星表面快速下降了29分鐘。

探測器在世界時05:34:10以大約17米/秒的速度撞擊金星表面,信號達到最大強度約1秒,然後似乎停止。隨後對記錄的無線電信號進行分析後發現,探測器在撞擊中倖存下來,並繼續發射微弱信號23分鐘。

後來工程師分析,著陸器底部是圓的,可能在撞擊時彈跳,並側面向下靜止,因此天線沒有指向地球。


理想的金星7號著陸圖


實際的金星7號著陸圖

金星7號的溫度傳感器顯示,表面溫度穩定讀數為475攝氏度,根據其他測量值推斷,風速為2.5米/秒,壓力為92巴。著陸點是南緯5度,東經351度。

這些數據與之前建立的金星大氣模型對地面情況的外推相一致,可見測量基本成功

金星7號是第一艘登陸另一顆行星後返回數據的太空飛行器。而背後是材料科學的巨大進步。

和金星7號一模一樣的另一個太空飛行器於世界時1970年8月22日05:06:09搭載8K78M火箭加上層NVL發射升空。運載火箭的前三個階段工作正常,確保將主機發射到參考近地軌道。但是,由於軟體設備的故障,上級引擎爆炸了,其結果是探測器以「空間359號」的名義停留在近地軌道上。

飛船在環繞地球的橢圓軌道上被困了410天,直到軌道衰變和進入大氣層。

蘇聯繼續延續著新娘-伴娘模式

……

(未完待續)

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