Výzkum Venuše – 5. díl

Pioneer Venus

Mise Pioneer Venus měla za cíl prozkoumat meziplanetární prostor v okolí Venuše, zmapovat povrch planety a zkoumat její atmosféru. Skládala se ze dvou hlavních částí. Orbiter měl zkoumat plasma ve vysoké Venušině atmosféře, jednotlivé vrstvy atmosféry v různých vlnových délkách odraženého záření a především měl radar, kterým měl zmapovat povrch planety. Přistávací část byla tvořena jednou větší a třemi menšími sondami, které startovaly společně a u Venuše se rozdělily. První úvahy o misi Pioneer k Venuši navrhla NASA v roce 1968 a základní obrysy byly vypracovány v roce 1973, přičemž od dalšího roku začala příprava sond.³⁹

Pioneer Venus Orbiter (též PV-1 nebo Pioneer 12)

Sonda startovala 20. května 1978 pomocí rakety Atlas SLV-3D s urychlovacím stupněm Centaur. Start se uskutečnil více než dva měsíce před přistávacími pouzdry, protože orbiter měl mít nižší příletovou rychlost k planetě. Díky zvolené trajektorii obletěl více než 180° oběžné dráhy Venuše a potřeboval k tomu méně paliva.

Sondu tvořil tříose rotačně stabilizovaný válec o průměru 2,5 m a výšce 1,2 m pokrytý solárními panely. Na jeho vrchní části byly antény a do strany vybíhala tyč magnetometru. Na spodní části byla tryska motoru. Přístrojové vybavení tvořily fotopolarimetr pro výzkum oblak, radar pro studium povrchu s rozlišením 150 metrů, infračervený radiometr k měření tepelného záření v různých výškách atmosféry, ultrafialový spektrometr k měření pohlcování UV záření ve vrstvě airglow ve vysoké atmosféře, neutrální hmotnostní spektrometr zaměřený na částice bez elektrického náboje a iontový hmotnostní spektrometr pro měření částic s nábojem, analyzátor slunečního větru (rychlost, hustota, teplota), magnetometr k měření případné interakce slabého magnetického pole se slunečním větrem, detektor elektrického pole měl odpovídat na otázky, jak je sluneční vítr odkláněn planetou, měřič tepelných charakteristik ionosféry a energie iontů, rádiový zákrytový experiment a detektor záblesků gama záření.^40,41

Sonda přiletěla k Venuši 5. 12. 1978. Po zapálení brzdícího motoru (zážeh na tuhé palivo trval 30 sekund) byla navedena na protáhlou eliptickou dráhu s parametry 150×66000 km s oběžnou dobou asi 24 hodin. Sonda pracovala bez problémů po velmi dlouhou dobu. Zanikla až 8. října 1992. Díky tomu mohl proběhnout velmi podrobný výzkum a také vznikla první detailní mapa povrchu Venuše. Navíc v roce 1991 byl radar znovu aktivován, aby jednak nasnímal dříve nedostupné jižní oblasti a také aby mapoval v době, kdy zároveň probíhalo mapování sondou Magellan.

Pioneer Venus Multiprobe (též PV-2 nebo Pioneer 13)

Druhá sonda se vydala na cestu pomocí stejné rakety Atlas-Centaur 8. srpna 1978. Základnu tvořil stejný válec, jako u orbiteru. Na něj bylo připevněno jedno větší přistávací pouzdro a tři menší. Ta byla navržena tak, aby měřila průlet atmosférou a případně i po dopadu na povrch, přičemž nebyla vyrobena tak, aby za každou cenu musela přežít dopad.

Největší přistávací pouzdro mělo průměr metr a uvnitř byla titanová tlaková nádoba kulového tvaru o rozměru asi 70 cm natlakovaná dusíkem na atmosférický tlak (100 kPa). Pouzdro obsahovalo sedm vědeckých experimentů, které umožnily měření složení atmosféry, světla ze Slunce a tepelného záření, měření velikosti a tvaru částic, nefelometr pro identifikaci průzračnosti/oblak a klasicky měřiče teploty, tlaku a zpomalení. Nadšence jistě zaujme, že okénka měřících přístrojů byla tvořena v osmi případech ze safíru a v jednom bylo okénko diamantové (ukázalo se, že pro infračervený radiometr vyhovuje pouze přírodní diamant a tak byly skutečně zakoupeny na burze diamanty pro testovací a letový exemplář o hmotnosti 31 a 200 karátů. Pochopitelně samotná výroba okénka byla pro extrémní tvrdost diamantu docela problém). Obava, aby na okénkách nekondenzovala kyselina sírová z oblak byla vyřešena tak, že okénka měla elektrické vyhřívání, které by případný kondenzát ihned odpařilo. Tepelná ochrana byla doplněna beryliovým štítem a přístroje byly pečlivě tepelně odděleny od obálky pomocí titanových podložek.⁴³

Menší pouzdra neměla oddělitelný tepelný štít a neměla padáky, jako hlavní pouzdro. Průměr byl 80 cm a měřila pouze dohlednost, teplotu, tlak, zpomalení a radiaci atmosféry. Menší pouzdra si vystačila pouze se dvěma safírovými okénky. Tepelné štíty byly na bázi uhlíku a byly ablativní, čímž se dobře chrání vnitřní části sond.^41,43

Hlavní přistávací pouzdro se oddělilo 16. 11. 1978 a 9. prosince vstoupilo do atmosféry. 67 km nad povrchem byl odstřelen tepelný štít a začal sestup na padáku. Ten byl ve výšce 47 km nad povrchem odstřelen a zbytek sestupu proběhl volným pádem. Sestup z výšky 200 km až na povrch trval 54 minut. Pouzdro dopadlo na souřadnicích 4,4° s.š., 304° východně a odmlčelo se.⁴²

Menší pouzdra byla podle místa dopadu nazvána „Severní“, „Noční“ a „Denní“. K oddělení došlo 20. listopadu a sestup se konal také 9. prosince a trval 53 minut. Severní pouzdro dopadlo na noční straně planety v severních šířkách (59,3 s.š. a 4,8° vých. délky), tzv. Noční pouzdro vysílalo 56 minut sestupu a dopadlo na souřadnicích 28,7° j.š. a 56,7° východní délky, přičemž poté vysílalo ještě dvě sekundy a konečně tzv. Denní pouzdro dopadlo po 56 minutách na souřadnicích 31,3° j.š. a 317° východně. Toto pouzdro pak dokázalo vysílat z povrchu po dobu dalších 67 minut a 37 sekund.⁴²

Z měření přistávacích sond bylo patrné, že přesně sedí na data sovětských sond. Tedy tlak na povrchu přibližně 90 atmosfér a teplota asi 475 °C. Oblaka kyseliny sírové ve výškách asi od 65 km do 48 km a pod nimi ještě zákal z kyseliny asi do výšky 30 km a pod tím už celkem průhledná troposféra.

Měření gama záblesků bylo úspěšné až do úplného konce mise, přičemž zaznamenalo více než 200 záblesků ze všech směrů vesmíru a také více než 150 slunečních erupcí. Vzhledem k tomu, že tato měření probíhala paralelně i z jiných sond, byla také docela přesně známa místa záblesků (především šlo o to potvrdit, že záblesky směřují ze všech stran).^18,41,42

Veněra 11 a Veněra 12

Úspěch mise Veněra 1975 nabudil vědce v Sovětském svazu k tomu, aby byla vyslána další dvojice sond, která by se pokusila zopakovat úspěch předchozí mise a ještě lépe prozkoumat povrch. Veněra 1978. Z důvodu pečlivosti příprav bylo tedy vynecháno startovní okno 1976/1977. Vzhledem k zamýšlené hmotnosti nových přístrojů by se nevešlo dost paliva a tak bylo u této mise rozhodnuto, že sondy nebudou navedeny na oběžnou dráhu, ale dojde pouze k průletu kolem Venuše a přistání dvou pouzder. Paradoxně díky tomuto typu mise mohla přistávací pouzdra komunikovat déle se svojí mateřskou sondou, protože předchozí sondy komunikovaly ještě v době, kdy jejich orbitery zapadaly za místní obzor. Hlavními novými prvky mise byly nové barevné kamery a vrtná souprava. Průzkum atmosféry se zaměřil na detailnější zkoumání složení oblak a detekci elektrických výbojů (blesků).

Průletové sondy byly víceméně identické s předchozími orbitery, ovšem výbava byla maximálně zjednodušena, aby se ušetřená hmotnost dala investovat do přistávacích modulů (celková hmotnost sondy něco přes 4,5 tuny, přistávací moduly měly 731 kg). Především však byla zvýšena komunikační rychlost mezi nimi a pouzdry, a to až na 3 kilobity za sekundu. (Jistě, fotka velká 1 MB by se přenášela něco přes dvě hodiny, ale tady jsme v éře televizních kamer a tedy i mnohem jednoduššího zobrazení a množství dat, vždyť ještě v devadesátých letech se běžně desítky fotek vešly na disketu o velikosti 1,44 MB a surová data celé mise Voyager zabírala jedno CD).

Přes omezené vybavení retranslačních průletových sond se na ně vešel francouzský ultrafialový spektrometr, měřič plasmatu ve slunečním větru, magnetometr, detektor vysokoenergetických částic a gama záblesků.

Ačkoli přistávací pouzdra obou Veněr 11 a 12 byla podobná předchozí generaci, našly by se na první pohled patrné rozdíly. Dole například přibyl vrtací experiment a naopak ubyly halogenové osvětlovací jednotky, protože se ukázalo, že nejsou potřeba. Na první pohled také zaujme anténa experimentu GROZA, který měl za úkol detekci atmosférické elektřiny, tedy blesků v oblacích. Vylepšení se dočkaly také experimenty pro studium složení oblak a atmosféry. Pokud se něco nepodařilo u mise Veněra 9, 10, potom zde to bylo zdokonaleno, jako třeba hmotnostní spektrometr, který byl minule kontaminován, tak zde měl delší nabírací trubici a odběry se děly jen v krátkém intervalu.

Start sondy Veněra 11 obstarala raketa Proton-K s urychlovacím stupněm Blok-D dne 9. září 1978. Veněra 12 startovala 14. září. K Venuši přiletěly třikrát rychleji, než předchozí sondy, ale hyperbolická dráha průletu umožňovala onu zmíněnou delší dobu komunikace mezi průletovou a přistávací sondou. Veněra 12 dosáhla planety 21. prosince 1978 a Veněra 11 potom 25. prosince.

Padákový systém byl zjednodušen a měření probíhala po dobu jedné hodiny průletu atmosférou a poté z povrchu. Přistávací rychlost byla přibližně shodná s předchozími (necelých 30 km/h). Při přistání Veněry 12 se zvířil prach, který rozptýlil až po zhruba půl minutě, když jej odfoukl slabý vítr o rychlosti 1 m/s. V případě dosednutí Veněry 11 nebyl zvířený prach pozorován.

Veněra 11 přistála na souřadnicích 14° j.š. a 299° délky. V místě přistání byl naměřen tlak 92,6 atmosfér a teplota 452 °C. Přenos dat pokračoval po dobu dalších 95 minut, než se průletová sonda dostala z dosahu. Veněra 12 přistála asi 850 km od jedenáctky v místě na souřadnicích 7° j.š. a 294° délky. Tlak v místě přistání byl 93,6 atmosfér a teplota 468 °C. Přenos dat trval rekordních 110 minut.⁴⁴

Měření obou přistávacích pouzder z atmosféry se shodovala s měřeními pouzder Pioneer, kromě trochu jiných koncentrací vodních par a také zjištění těkavého chlóru sondami Veněra. Pioneer toto měření nemohl provést pro zahlcení kapkami na přístroji. Přístroj GROZA skutečně zaznamenal bleskovou aktivitu, která zněla podobně jako pozemské blesky, ovšem mnohem hlasitěji. Původ blesků byl pod oblačnou vrstvou někde blíže povrchu a zdá se být možné, že by vznikaly podobně jako na Zemi během sopečné erupce nebo prostě z jiné, doposud nejasné, atmosférické příčiny. Mnohem méně blesků zachytila Veněra 12 a z toho se odhadovalo, že podobně jako na Zemi je intenzita bouří lokálního významu.

Díky fotometrům, které byly schopny se dívat do všech stran, bylo lépe prozkoumáno, jak se šíří světlo v atmosféře. Ačkoli obloha pod oblaky je relativně průhledná, vzhledem k silnému rozptylu světla na molekulách plynu je obraz neklidný a z povrchu by nebylo vidět oblaka, ale pouze světlé a tmavší skvrny. Barva okolí by byla žlutooranžová.

Obě přistávací pouzdra nesla lepší snímací kamery schopné přinést barevné záběry okolí. Místo rozlišení 128×512 (7 bitů) vezly kamery s rozlišením 252×1000 (v deseti bitech obrazové hloubky). Přestože krytky byly po zkušenostech předchozích sond vylepšeny, ke zděšení obsluhy se ukázalo, že se neodkryla ani jedna a žádné snímky proto nedorazily. Kamery snímaly pouze černo. Aby smůly nebylo dost, nefungoval ani experiment, který měl vrtat a měřit mechanické vlastnosti povrchu.

Zdroje informací:

18 Wesley T. Huntress, JR., Mikhail Ya Marov, Soviet Robots in the Solar System: Mission Technologies and Discoveries, New York, Springer, 2011

³⁹ Pioneer-Venus. NASA [online]. 2016 [cit. 29. 5. 2016]. Dostupné z:http://www.nasa.gov/mission_pages/pioneer-venus/

⁴⁰ Pioneer Venus Orbiter. NASA [online]. 2010 [cit. 29. 5. 2016]. Dostupné z:http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/heasarc/missions/pvo.html

⁴¹ Dr. Andrew Ketsdever. Pioneer Venus: Mission Characterization [online]. 2016 [cit. 29. 5. 2016]. Dostupné z:http://eas.uccs.edu/~aketsdev/MAE%205595_files/Pioneer%20Venus_Mission%20Characterization.pdf

⁴² Pioneer Venus Large Probe. NASA [online]. 2016 [cit. 29. 5. 2016]. Dostupné z:http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraftDisplay.do?id=1978-078D

⁴³ Bernard J. Bienstock. Pioneer Venus and Galileo entry probe heritage [online]. 2003 [cit. 29. 5. 2016]. Dostupné z:http://www.mrc.uidaho.edu/entryws/presentations/Papers/bienstock_pioneer%20venus%20and%20galileo%20probe%20history-final.pdf

⁴⁴ Vrtání do povrchu Venuše. Don P. Mitchell [online]. 2004 [cit. 29. 5. 2016]. Dostupné z:http://mentallandscape.com/V_Venera11.htm

Převzato: Kosmonautix.cz