Венерианская авиация: как управляемые воздушные аппараты могут помочь исследовать самую трудную для изучения планету

В 2021 году научный мир потрясла сенсация: на Марсе совершил первый в истории полёт беспилотный роботизированный вертолёт и сумел значительно расширить площадь исследований Красной планеты. Возможно ли применение беспилотной авиации на другой близкой к Земле планете и какие преимущества оно даст учёным?

Комментирует эксперт ИКИ РАН Дмитрий Горинов.

Венерианская атмосфера и аэростаты

Венера относится к числу самых трудных для изучения планет. Облака из серной кислоты, постоянные чрезвычайно высокие температура (470°С) и давление делают невозможным сколько-нибудь продолжительную работу спускаемых аппаратов. Средний срок жизни аппаратов — несколько часов. За это время они успевают собрать только самую общую информацию (температура, состав пород на месте приземления, скорость ветра и т.п.): о длительном сборе данных при таких условиях речи не идёт.

Чтобы изучить состояние верхних слоёв атмосферы Венеры учёные ещё в прошлом веке запускали аэростаты. В рамках программы «Вега» (1984-1986) на поверхность Венеры совершали посадку спускаемые аппараты, внутри которых находились аэростаты. При посадке аэростаты автоматически надувались и выходили на высоту дрейфа около 55 километров.

— Эти аэростаты были первые и долгое время вообще единственными аэростатами в атмосфере другой планеты, первыми летательными аппаратами до полёта маленького коптера Ingenuity на Марсе. Они проработали около двух суток и измерили достаточно простые вещи: температуру, скорость ветра, давление, но это были уникальные измерения, которые до сих пор используются как референтные для исследований атмосферы, — отмечает Дмитрий Горинов.

Важно и то, что аэростаты оказались в целом более «живучими», чем спускаемые аппараты, поскольку температура в верхних слоях атмосферы не так высока, а, значит, они имеют большой научный потенциал для изучения токсичной планеты. Поэтому в научном мире обсуждаются возможности создания ещё более долгоживущих, хотя бы 20-30 суток, аэростатов. Такие летательные аппараты успели бы за свой жизненный цикл несколько раз облететь планету и полноценно исследовать состав атмосферы, что помогло бы, в частности, объяснить, как работает серный цикл в атмосфере Венеры.

Проект на грани фантастики

Аэростаты, считают учёные, могли бы помочь не только в изучении данных на месте, но и в доставке ценных образцов с поверхности планеты.

Дело в том, что образцы венерианского грунта до сих пор исследовались при помощи специальных устройств внутри спускаемых аппаратов, чей функционал достаточно ограничен, как и само время для изучения. Для того, чтобы полноценно изучить состав поверхности планеты, необходимо доставить образцы грунта на Землю.

Но как это сделать, если аппараты так быстро погибают после посадки?

Здесь также могут помочь аэростаты. Суть одного из проектов такова. После посадки спускаемый аппарат бурит поверхность планеты и получает образцы грунта, как это делали уже много раз. Потом он выпускает аэростаты, которые поднимают контейнер с грунтом в верхние слои атмосферы, где аэростат перехватывает другой автоматический аппарат и доставляет груз на космический корабль, ожидающий на орбите, который уже летит обратно на Землю.

— Это очень сложная с инженерной точки зрения концепция, и пока она существует исключительно на бумаге, но она очень интересная, и, конечно, если бы этот проект удалось реализовать, то это было бы что-то невероятное: получить на Землю грунт с планеты с такими экстремальными условиями, — отмечает эксперт.

Управляемый аэростат

Почему на Венере применяют именно аэростаты?

Аэростат проще и способен поднять больше полезной нагрузки, чем беспилотник. Главная проблема обычного аэростата — неуправляемость полёта. Но и над этим уже работают учёные.

— Аэростат можно сделать управляемым: изменять высоту полёта, нагревая, или, наоборот, охлаждая баллон. В проекте VAMP от Northrop-Grumman по исследованию Венеры была предложена концепция гибрида, что-то вроде дирижабля, т.е. аэростата, оснащённого двигателем. Но в отличие от классического дирижабля, этот аэростат должен маневрировать не только горизонтально, но и вертикально. И хотя этот проект ещё пока не реализован, аэростат с автоматически изменяемой высотой плавания — это, на самом деле, очень перспективная идея. То погружаясь, то всплывая, такой аэростат мог бы исследовать сложную вертикальную структуру аэрозоля, формирующего облачный слой Венеры, — считает эксперт.

Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России