22 октября 1975 года космический аппарат «Венера-9», а 25 октября – «Венера-10» совершили мягкую посадку на поверхность Венеры и провели съемку этой планеты. Это были первые в мире панорамы с изображением поверхности «второй планеты», которая по массе и размерам считается «сестрой» Земли. Миссия существенно изменила имевшиеся тогда научные представления о Венере, и ключевую роль в этом сыграли разработки Научно-исследовательского института приборостроения (НИИП), сегодня – холдинг «Российские космические системы» (РКС, входит в Госкорпорацию «Роскосмос»).
В исторических альбомах из архивов РКС, которые компания публикует для широкой общественности, раскрываются подробности технологий «Венеры-9» и «Венеры-10». РКС рассказывает, как создавались радиосистемы орбитального и спускаемого аппаратов, бортовые и наземные радиосистемы, наземный комплекс управления и оптико-механические сканирующие устройства.
Миссия на Венеру как технологическое ноу-хау
Для того времени венерианская миссия была сложной с технической точки зрения и непростой по схеме построения полета. Архивные документы РКС свидетельствуют, что советские инженеры были первопроходцами, практически каждое их решение становилось технологическим ноу-хау.
Сначала космические аппараты вышли на орбиту Венеры, затем от них отделились спускаемые модули. При этом спутники оставались на таких траекториях, которые позволили им пролетать над местом посадки в момент передачи информации. Синхронизация спуска аппарата, пролета над ним спутника, передача, прием и ретрансляция радиосигналов на Землю были сложнейшими техническими задачами, решаемыми в дальнем космосе впервые. Тем не менее, инженеры НИИП успешно с ними справились.
Фактически на орбиту другой планеты были запущены спутники-ретрансляторы сигнала, работающие в связке с опустившимися на ее поверхность станциями. Передавать сигнал напрямую на Землю с поверхности Венеры было невозможно из-за огромного расстояния – между планетами 50 млн км. Для решения этой проблемы на спутники-ретрансляторы установили остронаправленную антенну диаметром 1,6 м с необходимым коэффициентом усиления, которая и передавала данные на Землю.
Для передачи информации от спускаемого аппарата на орбитальные спутники в НИИП была также разработана принципиально новая радиолиния, которая увеличила скорость с 1-2 бит/с до 500 бит/с. Для надежности на спускаемом аппарате были установлены два УКВ-радиопередатчика, работавшие на разных частотах, чтобы дублировать информацию по двум каналам на случай выхода одного из них из строя. Трансляция на Землю велась в Х диапазоне с использованием самой эффективной в то время время-импульсной модуляции.
Сложнейшая аппаратура и радиолиния с возможностью ретрансляции информации через спутник на расстояние в десятки миллионов километров были созданы впервые в мире и успешно отработали.
Кроме того, специалисты НИИП разработали оборудование, оптику и зеркала снимающих приборов для экстремальных условий Венеры – температуры 500 градусов Цельсия и давления около 100 атмосфер на поверхности.
«Окно» в другой мир
Одно из самых интересных технических решений, которое конструкторы НИИП впервые применили на «Венере-9» и «Венере-10», – оптико-механические сканирующие устройства, именно благодаря им люди впервые смогли детально рассмотреть поверхность «второй планеты». На аппаратах было установлено два снимающих устройства, которые имели угол поля зрения 360 градусов. Первый сканер работал в ультрафиолетовой области спектра, второй – в фиолетовой. Оборудование автоматически регулировало чувствительность при изменении освещенности. Для сглаживания изображений и повышения точности передачи очертаний предметов уже в то время была предусмотрена и проведена обработка изображений цифровой вычислительной машиной. Снятое изображение тогда еще не могли оцифровать, поэтому его передавали на Землю для распечатки с помощью специального аппарата.
Заместитель руководителя отделения разработки перспективной аппаратуры навигации РКС Рудольф БАКИТЬКО, ветеран компании и один из создателей советских автоматических межпланетных аппаратов, выполнявших миссию на Венере: «Для получения панорамы на станции был разработан уникальный электромеханический сканер. Это было до гениальности простое техническое решение. Оптическая система состояла из металлической трубки, внутри которой было установлено вращающееся и качающееся зеркало. В качестве светоприемника использовался фотоэлектронный умножитель. Когда аппарат сел, фототелевизионное устройство начало обзор и включился передатчик. На поверхности планеты сканирующие устройства вели съемку около получаса, все это время аппарат непрерывно передавал полученные данные на находящиеся на орбите Венеры спутники. Сейчас кажется невероятным, но аппаратура сработала без единого сбоя. Когда аппарат распечатал первую панораму Венеры, и мы ее увидели – для нас это было настоящее потрясение, по-другому и не скажешь. Это же были первые в истории человечества фотографии, переданные с поверхности другой планеты. Ощущение, будто мы заглянули в другой мир».
С помощью оптико-механических сканирующих устройств космические аппараты передали на землю сфокусированное изображение деталей поверхности. Так специалисты НИИП в 1975 году описали панорамы, переданные с «Венеры-9» и «Венеры-10»: «Расстояние от прибора до ближайшей точки поверхности Венеры в середине панорамы составляет 1 м. При выбранных параметрах бортовой аппаратуры изображение имеет «брусчатый» характер со ступенчатыми очертаниями округленных предметов и резкими перепадами яркости соседних точек. О масштабе изображения можно судить по длине лежащего на поверхности плотномера, равной 360 мм. Светлый сегмент внизу центральной части панорам – край посадочной платформы, имеющей тестовую раскраску в виде светлых и темных прямоугольников. Яркий, состоящий из пяти секций объект в центре второй панорамы – отброшенная на поверхность защитная крышка иллюминатора камеры».
Сегодня РКС продолжает разработку систем телеметрии, связи и управления, которые могут быть использованы в будущих российских и международных миссиях по изучению различных планет. Специалисты холдинга в последние годы провели масштабную модернизацию российского наземного комплекса управления космическими аппаратами: был создан комплекс средств дальней космической связи, который уже успешно участвует в российско-европейском проекте ExoMars.