那些年，苏联对金星探测的狂热史（四）

　　作者 cbjchxh
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　　原始资料来源 卫星百科-sat.huijiwiki.com
　　图片显示了着陆顺序：1）巡航，2）释放着陆器，3）大气层进入，4）展开锥管，5）展开主降落伞，6）下降，7）着陆
　　随着为V-67任务准备的一对1V宇宙飞船就绪，苏联再次准备在金星登陆。
　　第一次发射的是序列号为310的1V，它于莫斯科时间1967年6月12日上午5:39:45从拜科努尔航天发射场1号场发射升空。8K78M的前三级成功地将Blok L逃逸级及其1V有效载荷送入一个倾斜51.2°的171×210公里地球临时停泊轨道。在短暂的滑行之后，逃逸级点燃，将探测器发送到金星转移轨道。
　　两天后，NASA于1967年6月14日成功地向金星发射了水手5号飞船。第一次，苏联和美国的太空船同时飞往金星。水手5号沿着稍微快一点的轨道飞行，会在1V No.310之后37小时飞过金星，尽管前者的发射时间比后者晚了51.5个小时。
　　1V No.310很快就进入了它的巡航程序。它干着一些无聊的、前辈们干过的工作——收集行星际环境的数据、每隔几天就把它的高增益天线转向地球、与苏联的控制人员定期进行通信。
　　7月29日，金星4号在距离地球1200万公里的地方使用其发动机进行了航向修正。这次燃烧成功地改变了轨道——从一次6万公里的脱靶飞掠，变成金星夜晚赤道附近的撞击，而不需要第二次预定的航向修正。
　　10月18日，1V No.310在经过了3.38亿公里的飞行，并在128天的飞行中进行了115次与地面联系，终于接近了金星。
　　主舱的仪器发现，金星没有磁场。尽管在经过金星的太阳风中有冲击波的迹象，也没有像地球上发现的那样有被捕获的辐射区域。紫外光度计在10000公里外发现了一个微弱的氢日冕，但没有氧的迹象。这一发现与水手5号在第二天遭遇时的发现基本一致。
　　1967年10月18日04:34，1V No.310在距离金星44800公里的地方释放了着陆器。着陆器以每秒10.7公里的速度和与地平线成80°角进入金星夜空一侧的大气层。在经历了高达11000℃的再入温度和350g的最大制动载荷后，着陆器在展开减速伞时迅速减速至每秒300米。
　　当大气压力达到0.6巴时，主降落伞展开。
　　04:39，1V No.310开始与地面沟通。
　　04:40:52，1V No.310开始向地球返回数据。着陆器以每秒10米的速度下降。从着陆器返回的第一次测量显示，压力为0.75巴，温度为33°C，随着探测器接近地面，这些数值继续稳步攀升。
　　在降落过程中，气体分析仪返回了两组测量值。一组是在主降落伞展开后，另一组是347秒后。它们显示，二氧化碳占金星大气的90%，氮气和惰性气体含量不足2.5%，只检测到微量的氧气和水蒸气。这完全出乎科学界的意料。因为科学界认为金星的大气层将像地球一样被氮所控制，并含有适量的二氧化碳。
　　大气压力和温度持续攀升。04:30:31，气压超过了探测器气压计的7巴极限。又过了19分半钟，大气密度计读数超过量程。
　　在下降93分钟并返回23组仪器读数后，由于大气温度达到262℃，气压估计在18巴左右，金星4号着陆器的传输在06:13:17停止。
　　上图为金星4号在下降过程中的测量图。图中纵坐标是温度、压力（其中kg/cc相当于巴）和密度。横坐标是莫斯科时间。
　　根据跟踪数据和最后的雷达高度计读数26±1.3公里，苏联当局声称，金星4号在大约19°N，38°E到达金星表面前停止了传输。
　　这一发现得到了英国射电望远镜的科学家们的独立支持。他们在1V No.310下降时听到来自它的传输信号。
　　1V No.310被命名为＂金星4号＂。在经历了七年令人沮丧的失败之后，一艘苏联太空船终于成功地从另一个星球返回了数据，而且第一次成功地返回到了地球。
　　（虽然没有真正着陆）
　　当苏联媒体开始宣传，说苏联经过前三次的失败，终于用金星4号取得成功时，水手5号于1967年10月19日17:34:56在金星表面上空4094公里处进行了最近的接近。
　　第二天，水手5号开始将记录的数据传回地球。但是，当NASA的任务结果被分析并与量进行比较时，这些独立数据之间的不一致导致了一个有趣的谜团。
　　一张金星大气压力与温度的关系图，它是根据金星4号和水手5号的观测结果绘制的。两张图之间有一个固定的横轴差距。
　　虽然水手5号不像金星4号那样直接与金星大气层接触，但飞船确实利用其S波段观测金星。观测到的相位、频率和振幅的变化被用来推断电子密度以及大气温度和气压随高度的变化。由于大气层的密度，S波段的传输只能探测到距离金星中心6085公里的地方。较低的高度是测不到的。
　　将水手5号的读数结果外推到表面，温度预计在377°C到527°C之间，压力在75到100 bar之间（这取决于对大气中二氧化碳和氮含量的假设）。这些数值远远超过金星4号在接近金星表面时的记录。
　　科学家对金星4号和水手5号的大气远程测量进行了详细的比较。结果表明，当前者的测量高度向上偏移约26公里时，它们大致吻合。考虑到水手5号的结果和基于金星的半径测定已经明确，有人假设金星4号坠落在一座26公里高的山上。
　　也就是说，金星4号可能落在了三个珠穆朗玛峰那么高的地方
　　然而，重新检查金星4号的测量结果，最终苏联工程师发现，表面雷达高度计的数据被曲解了。由于雷达高度计的一些问题，它返回的任何测量值都有大概30公里的向下误差。例如，如果实际高度在56公里左右，则读数为26公里。
　　虽然有些小尴尬，但金星4号还是取得了丰硕成果的：
　　金星没有磁场。尽管在经过金星的太阳风中有冲击波的迹象，也没有像地球上发现的那样有被捕获的辐射区域。在金星10000公里外有一个微弱的氢日冕，但没有氧的迹象。
　　金星4号探测到，二氧化碳占金星大气的90%，氮气和惰性气体含量不足2.5%，只检测到微量的氧气和水蒸气。这完全打破了科学界的认识。
　　结合金星4号测量的大气及其成分的数据，到1969年，苏联行星科学家推断出他们的数据，表明地表温度约为442°C，压力为90巴——非常接近今天的值。
　　由于意识到金星表面的情况远比原先认为的更为恶劣，金星生命的寻找计划基本泡汤了，金星载人登陆也根本别想。
　　NPO Lavochkin的工程师们在为1969年1月发射的V-69任务准备第二对金星着陆器时，只好又进行了无奈的优化。
　　第二架1V的序列号311。它于莫斯科时间1967年6月17日5时36分38分从拜科努尔航天发射场升空，进入201×286公里的倾斜51.8°的停车轨道。不幸的是，L逃逸级主发动机上的涡轮泵未能按要求冷却，并且在接到命令将逃逸级点火时没有响应。
　　被命名为空间167号的探测器轨道在8天后衰变。
　　老毛病了——火箭还有待改进——直到现在都还有待改进。
　　今天来讲讲金星5号和金星6号吧。
　　1967年10月18日，苏联＂V-67＂金星任务中唯一幸存下来的1V飞船金星4号，终于到达了目标。着陆器进入金星大气层，并开始第一次传输有关地外大气层性质的数据。那里的温度测量值为262℃，估计压力约为18巴。
　　就在苏联人仍在庆祝时，负责建造1V航天器的＂拉沃契金科研生产联合体＂却沉浸到工作之中。在不到15个月的时间里，工程师们又设计和建造了一对2V飞船，以完成新的＂V-69＂着陆任务。
　　从金星4号的初步分析中很容易看出的一个事实是，金星的大气比NPO Lavochkin的工程师原先预期的要更密、更深、更热。当1V着陆器被设计和建造时，世界行星科学界的共识是，金星的大气主要由氮组成，并含有大量二氧化碳，表面压力估计在5到300巴之间，温度在267°C到480°C或更高。
　　但事实证明，金星的情况与预期完全不同。当大气压力达到0.6巴时，金星4号着陆器的数据显示，二氧化碳占金星大气的90%，氮气和惰性气体含量不足2.5%，只检测到微量的氧气和水蒸气。这完全出乎科学界的意料。
　　意识到金星表面的情况远比原先认为的更为恶劣，NPO Lavochkin的工程师们在为1969年1月发射的V-69任务准备第二对金星着陆器时，又进行了有针对的优化。
　　探测器的型号代号是2V，上图是2V着陆器的剖面图（英语的注释是很罕见的 ）
　　首先，着陆器的结构得到了最大程度的加强，可以承受高达25巴的压力和高达450g的进入载荷。1969年，前往金星的低能轨道不如1967年那样有利，进入速度现在从每秒10.7公里增加到11.2公里，导致进入大气的危险更大。
　　由于无法从电池中挤出更多的能量，2V着陆器上的主降落伞的尺寸缩小了。随着主降落伞的尺寸从6米减小到只有2.8米，下降速度现在大约增加了一倍。
　　不过，由于高于预期的大气密度，2V着陆器在接近地面后仍将以足够慢的速度飞行以幸存着陆。再加上推迟降落伞的展开，2V着陆器将更快地到达地面，电池续航时间仍然充足。也就是说，其实降落得快一点反而有好处。
　　经过所有的改进，2V着陆器的质量比前一代增加了22公斤，达到405公斤，大概是5、6个成年人加起来的体重。
　　这次的着陆器像核弹头
　　这次的实验员好逗比
　　2V的主舱则与早期的1V设计相比几乎没有变化，只是根据地面测试和飞行经验对其各种系统进行了逐步改进。
　　主舱（包括着陆器在内）大约3.5米高。核心由一个直径为1.1米的圆柱体组成，这个圆柱体的高度与着陆器差不多。主舱还是经过了加压，容纳了运载器的各种系统，并使用推进气体系统将其温度保持在15°C到25°C之间。
　　该系统的圆形雷达直径2.3米，安装在航天器的防太阳侧。热控制系统还用于在部署前将着陆器预冷至-10°C，以使其在金星炎热大气中的寿命最大化。
　　上图是2V整体的正面和反面（Again，英语的注释是很罕见的 ）
　　安装在这个舱室顶部的是推进系统，由一个压力供给的KDU-414发动机及其推进剂罐组成。这个系统将被用来进行两次中途修正（一次是在离开地球后不久，另一次是在金星遇到之前），以便微调它的轨迹。
　　主舱的侧面是一对跨度超过4米、面积2.5平方米的可展开太阳能电池板，为航天器系统提供电力。
　　完整的2V飞船的发射质量为1130公斤，比1V飞船重24公斤，仍然在8K78M运载火箭的有效载荷能力范围内（即将接近极限）。
　　轨道转移中的2V（苏联特色假想图）
　　与金星4号一样，主舱也安装了科学仪器：
　　（1）太阳风带电粒子探测器
　　（2）测量金星扩展日冕中氢和氧辉光的紫外光度计
　　（3）一套宇宙射线探测器
　　由于金星4号发现，金星几乎不存在磁场，为了节省质量，设计师删除了原有的磁强计。
　　载荷也进行了改进：
　　最初，2V着陆器携带法国制造的温度计和压力计，以作为两国合作努力的一部分。但是1968年5月，法国全国性的罢工推迟了法国硬件的交付（想想中国当时在干什么 ，法国与中国是同频共振的）。取而代之的是苏联制造的仪器。2V着陆器携带了三个改进的铂丝电阻温度计，可覆盖0°到440°C的温度，一套气压计的压力范围为0.13至39巴。
　　2V着陆器还携带了一个新的密度计，其工作范围为每立方厘米0.5至40毫克（相比之下，地球表面大气的密度约为1.2毫克/立方厘米）。多普勒跟踪还可以更精确地确定下降舱的速度，从而提供另一种计算大气密度、测量风和确认着陆的方法。
　　2V着陆器携带了一对改进的基于化学的气体分析仪，在下降过程中两次测量二氧化碳、氮气、氧气和水蒸气的含量。由于粗略的数量已经知道，因此可以更精确地确定量程。
　　2V着陆器上装有一个改进的雷达高度计，它将从45公里开始以10公里的增量返回多个高度读数，以解决上次遇到的尴尬的误差问题。
　　尽管执行V-69任务的着陆器将降落在金星的夜间，但它们携带了光度计，希望能探测到金星大气中被称为＂灰烬光＂（ashen light）的辉光。
　　＂灰烬光＂类似于闪电
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