НАСА отправит на Венеру аэростат?

После многих лет забвения погруженная в адскую дымку Венера — недаром ее иногда называют зловещим двойником Земли — готова к новым исследованиям и ждет своего часа. 

Именно об этом сообщается в новом исследовании, которое в конце прошлого месяца было выпущено Лабораторией реактивных двигателей НАСА (Jet Propulsion Laboratory, JPL) и которое содержит в себе одну примечательную оговорку: наиболее подходящим способом возвращения на Венеру, утверждают авторы исследования, может быть освоение на удивление дружелюбного воздушного пространства нашей планеты-сестры. В то время как на поверхности Венеры температура и давление настолько высоки, что способны расплавить металл и превратить в лепешку мощное оборудование, в атмосфере планеты складываются гораздо более мягкие — если не сказать благоприятные — условия.

Аэростаты, самолеты и другие высокотехнологичные воздушные платформы могли бы воспользоваться преимуществами этой благотворной среды, чтобы собрать данные о составе атмосферы планеты, ее циркуляции и даже перспективах жизни на Венере, которые в противном случае были бы недоступны, говорит руководитель проекта Джеймс Каттс (James Cutts), глава отдела по исследованиям солнечной системы JPL. «Речь идет о платформе, которая будет работать в тех слоях атмосферы Венеры, где существует умеренный температурный режим, одним словом „приближенный к земному"», — рассказывает он нашему изданию.

По словам Каттса, данные этого отчета, в работе над которым участвуют более 50 представителей различных учреждений, послужат хорошим подспорьем для следующего десятилетнего цикла планетарных исследований, который начнется в 2020 году. Он нацелен на то, чтобы в 2022 году Национальная академия наук могла представить НАСА свой окончательный доклад. Этот детально разработанный проект в значительной степени будет опираться на авторитетное мнение сообщества планетологов. Он будет представлен космическому агентству и Конгрессу, проводящему ассигнование бюджетных средств, и на его основе будут планироваться будущие миссии.

В анализе JPL рассматривались варианты аэростатов с фиксированной и переменной высотой, комбинированного аэростатического летательного аппарата, который мог бы преодолевать облачное пространство Венеры, используя всплываемость и аэродинамическую подъемную силу, а также вариант самолета с неподвижным крылом, работающего на солнечной энергии, который способен парить в солнечном свете и в конвективных потоках воздуха. Таким образом, находясь на приличном расстоянии от поверхности планеты, любая из этих платформ может развернуть зонды, делать снимки и проводить целый ряд других научных экспериментов.

Исследователи пришли к выводу, что среди всех перечисленных вариантов «оптимальным» являются аэростаты с переменной высотой, поскольку они составляют своего рода «золотую середину», сочетая высокий уровень мобильности с технологической простотой и предлагая НАСА амбициозный и вместе с тем достижимый проект запуска миссии где-то между 2023 и 2032 годами. По словам авторов исследования, для подобного рода миссии с технической точки зрения не существует непреодолимых препятствий. Однако требуются инвестиции в новые научные инструменты, к примеру, в инструменты моделирования с целью лучше изучить поведение летающего или плавающего аппарата в небе над чужой планетой.

Любопытно, что нынешняя кампания «возвращения на Венеру» обязана своим стремительным развитием недавним разработкам в Кремниевой долине, а именно — проекту «Лун» (Loon) компании «Гугл». Речь идет о растущей сети аэростатов с большим сроком службы, предназначенных для обеспечения связи в самых разных точках мира, где люди лишены доступа в интернет. Так, после сильнейшего урагана «Мария», который в прошлом году обрушился на Пуэрто-Рико, программа «Лун» обеспечивала срочной связью более 200 тысяч человек, пока на острове восстанавливались сети электросвязи.

Используя принцип «воздушного балласта», при котором наружный заполненный воздухом баллон регулирует подъемную силу внутреннего баллона, наполненного гелием, разработчики «Лун» показали, что они могут искусно маневрировать и управлять своими летательными аппаратами в течение по крайней мере 190 дней на высоте 12 миль даже в условиях очень сильного ветра. В более плотной и раскаленной атмосфере Венеры такое судно, скорее всего, будет плавать намного выше, на расстоянии примерно 40 миль над поверхностью планеты. «Тот факт, что у нас уже есть подобный опыт работы с „Гугл Лун", является серьезным стимулом для того, чтобы сказать: это действительно работает, — говорит Каттс. — Если у нас получилось сделать это в очень похожих условиях атмосферы Земли, значит, мы сможем сделать это и на Венере».

Но почему выбор пал именно на Венеру, и что нового в этой области исследований?

«В самом начале межпланетных исследований поток миссий на Венеру носил регулярный характер. Однако за последние 25 лет на планету было организовано всего три целенаправленные миссии», — говорит Лори Глейз (Lori Glaze), исполняющая обязанности директора Отдела планетоведения в штабе НАСА.

Последней миссией НАСА на Венеру был аппарат «Магеллан», запущенный в 1989 году: он произвел картографирование поверхности Венеры. В 2006 году миссия Европейского космического агентства под названием «Венера-экспресс» вывела на орбиту планеты космический аппарат, и он до 2014 года предоставлял ученым богатые данные об ее атмосфере. В настоящее время единственным космическим аппаратом, работающим на Венере, является межпланетная станция Японского агентства аэрокосмических исследований «Акацуки», которая была запущена в мае 2010 года и прибыла на орбиту Венеры в декабре 2015 года с целью изучения структуры и динамики атмосферы и облаков планеты. «Сегодня мы наблюдаем растущий международный интерес к Венере со стороны Европы, России и Индии. Американские ученые также предлагают множество вариантов для реализации амбициозной миссии НАСА», — говорит Глейз.

Расположенная по соседству с Землей Венера предоставляет собой целую лабораторию, позволяющую изучать то, насколько иначе — по сравнению с Землей — могут формироваться и эволюционировать скалистые планеты, даже когда на начальном этапе они имеют много сходств, говорит Глейз. «В то время, когда мы открываем новые миры, вращающиеся вокруг других звезд, нам особенно важно иметь полное представление о спектре эволюционных путей, по которым могут развиваться скалистые планеты, чтобы мы могли лучше определить, какие из этих экзопланет в наибольшей степени подходят для жизни». Сообщество планетоведов уже готовится к очередному десятилетию исследований, в которых особый упор будет делаться на миссиях, «и Венера — одна из тем, которая не сходит с наших радаров», добавляет она.

«Абсолютно очевидно, что Венера недостаточно изучена по сравнению с другими космическими объектами — особенно если учесть масштабы научного значения планеты, — говорит астробиолог Дэвид Гринспун (David Grinspoon), старший научный сотрудник Института планетоведения. — В какой-то момент становится стыдно». Все, что мы узнали о Венере за последние десятилетия, делает ее все более интригующим объектом научных исследований, отмечает он. В частности, проведенное недавно моделирование планеты и ее климата — какими они могли быть в прошлом — дает основания предполагать, что, по всей вероятности, на Венере существовал обширный океан, и планета была пригодна для жизни на протяжении большей части своего существования. «Возможность того, что когда-то на поверхности Венеры были обитаемые океаны, приводит нас к целому ряду увлекательных предположений. Она могла обменяться жизнью с Землей. История биологической эволюции на Земле может быть связана с Венерой, — говорит он. — Возможно, на протяжении половины истории нашей Солнечной системы бок о бок существовали две океанические планеты: Венера и Земля».

Это мнение разделяет и Роберт Гримм (Robert Grimm), планетолог из Юго-западного научно-исследовательского института. Он также является нынешним председателем аналитической группы НАСА, занимающейся исследованиями Венеры (VEXAG), и одним из основных участников изучения планеты с воздушных платформ, которое проводится по инициативе JPL. «Венера могла быть первой пригодной для жизни планетой в Солнечной системе», — говорит он.

По словам Гримма, будущее исследование Венеры может разворачиваться по трем основным направлениям: понимание ее атмосферы, изучение причин, по которым ее геология настолько отличается от земной, и поиск ответа на вопрос о том, что произошло со всей той водой, которая когда-то наполняла океаны Венеры.

Венера схожа с Землей по размерам и массе, состоит в основном из тех же пород и металлов — поэтому ее часто называют близнецом Земли. «Однако на этом сходства заканчиваются», — утверждает Гримм. Венера окружена гигантской атмосферой, которая состоит из углекислого газа и создает на поверхности планеты невообразимое давление в 90 атмосфер и температуры, превышающие 800 градусов по Фаренгейту. Довольно спокойные у поверхности планеты ветра на высоте дуют уже со скоростью более 200 миль в час. Как и когда разошлись судьбы Земли и Венеры, сегодня настолько отличные друг от друга — эти вопросы остаются темой горячих споров, разрешить которые может лишь дополнительная порция данных.

В дальнейшем исследователи в области экзопланет хотят узнать, каким образом можно распознавать адские миры, подобные Венере, и земные Эдемы среди планет, которые вращаются вокруг других звезд. По словам Гримма, Венера является частью типовой модели планет земной группы, «и понимание эволюции атмосферы и поверхности планеты этого типа позволит нам узнать, где и когда во Вселенной „сопоставимость с Землей по размерам" означает „схожесть с ней"».
Гримм в буквальном смысле слова взмыл в небо, чтобы исследовать новую технику изучения Венеры: он управлял полетами аэростатов, которые проходили при финансовой поддежке НАСА, чтобы испытать механизм, способный проникать сквозь облака, чтобы на расстоянии зондировать горные породы и определять их свойства. Его последний экспериментальный полет в конце сентября проходил над гранитными горными хребтами центрального штата Айдахо, где приборами были зафиксированы такие же показатели, что и над богатыми базальтом горами Венеры.

Какими будут дальнейшие шаги на пути освоения Венеры с воздуха? Одним из возможных направлений является воздушная платформа, предоставленная Соединенными Штатами для совместной американо-российской миссии под названием «Венера-Д». Группа ученых из НАСА и Института космических исследований РАН обсуждают эту миссию уже без малого четыре года, в начале будущего года ожидается выход нового доклада. Россия предоставит для изучения Венеры посадочный и орбитальный модули, а США — воздушную платформу. Начиная с 1960-х годов, Советский Союз регулярно отправлял на Венеру космические аппараты, в том числе несколько основательных посадочных модулей, которые успешно, хотя и недолго, передавали изображения с поверхности планеты, прежде чем сгинуть в ее безжалостной среде.

В рамках подготовки плана для планетарных исследований на ближайшее десятилетие НАСА также собирается в скором времени приступить к изучению флагманского проекта миссии на Венеру. Еще один возможный путь выхода на новый виток исследований Венеры — через такие программы НАСА, как «Дискавери» (Discovery) и «Нью Фронтиерс» (New Frontiers), получающие более скромно финансирование, или, возможно, даже более мелкие миссии, использующие технологию «КьюбСат» (CubeSat). По словам Глейз, на фоне повышенного интереса к такого рода технологиям сообщество рассматривает их использование как дополнительную возможность для понимания прошлого, настоящего и будущего планеты.

«Венера — забытая планета, — говорит Каттс из JPL, который надеется, что 2020-е годы станут для планетологии „десятилетием Венеры". — За это время нам нужно хорошо подготовиться и иметь на руках необходимые технологии, которые будут совершенствоваться впоследствии».

Леонард Дэвид — автор книги «Марс: наше будущее на Красной планете» (Mars: Our Future on the Red Planet), опубликованной National Geografics. На ее основе был создан многосерийный документальный фильм «Марс». Давний сотрудник SPACE.com, Дэвид более пяти десятилетий освещает события в области космической промышленности.