5 и 10 января к планете Венера были запущены автоматические межпланетные станции (АМС) «Венера - 5» и «Венера - 6», которые 16 и 17 мая достигли Венеры и выполнили глубинное зондирование ее атмосферы. В результате были уточнены измерения химического состава и параметров атмосферы, полученные впервые АМС «Венера-4», исследованы более глубокие ее слои. На поверхность планеты были доставлены вымпелы Советского Союза с барельефом В.И. Ленина и гербом СССР (рис. 2). АМС «Венера-5» и «Венера-6» (рис. 3) аналогичны по конструкции и напоминают своих предшественниц - станции «Венера-2», «Венера-3» и «Венера-4». Станции состояли из двух основных частей - орбитального отсека и спускаемого аппарата, вес каждой станции 1130 кг.

Спускаемый аппарат станции (рис. 4), предназначавшийся для проведения комплекса научных исследований в атмосфере Венеры, выполнен в форме, близкой к сфере диаметром примерно 1 м. Вес аппарата 405 кг.

В конструкцию и состав аппаратуры спускаемых аппаратов станций «Венера-5» и «Венера-6» был внесен ряд изменений и усовершенствований для повышения точности измерений химического состава, параметров атмосферы и соответствующих им высот, а также увеличения глубины зондирования атмосферы. В результате предпринятых мер стало возможным производить измерения параметров атмосферы Венеры в диапазоне внешних давлений от 0,5 до 25-27 атм. Для сокращения продолжительности спуска аппарата в атмосфере была в несколько раз уменьшена площадь основного парашюта, по сравнению с АМС «Венера-4». Купол парашюта был изготовлен из специальной термостойкой ткани, работоспособной при температурах окружающей среды свыше 500°С.

Существуют интервалы времени - «окна запуска», когда взаимное расположение планет Земля и Венера позволяет вывести станцию на траекторию перелета при сравнительно небольших затратах энергии. Такое взаимное расположение повторяется примерно через 584 суток. Благоприятный период для запусков АМС «Венера-5» и «Венера-6» составлял около месяца и приходился в 1969 г. на январь. Были выбраны даты стартов - 5 и 10 января. Продолжительность перелета для этих дат стартов составила соответственно 131 сутки и 127 суток, поэтому при стартах автоматических станций с интервалом в 5 суток они должны были достигнуть Венеры с интервалом в 1 сутки. АМС «Венера-5» и «Венера-6» выводились на межпланетную траекторию с промежуточной орбиты искусственного спутника Земли. Станция «Венера-5» стартовала с геоцентрической орбиты 5 января 1969 г. в 10 час 47 мин, когда она находилась над территорией Африки. Двигатель последней ступени ракеты-носителя проработал 228 сек и сообщил станции приращение скорости около 3,6 км/сек, в результате полная скорость станции относительно Земли в конце участка выведения составляла более 11 км/сек. Выведение «Венеры-6» на межпланетную траекторию осуществлялось по аналогичной схеме. Требования к точности выведения на расчетную траекторию были исключительно высокими.

При ошибке в величине скорости 1 м/сек, т. е. менее 0,01% от полной скорости, промах составляет ок. 70 тыс. км. Не менее жесткие требования предъявлялись к моменту старта с геоцентрической орбиты и к ориентации вектора тяги двигателя в процессе выведения.

Как показала обработка данных траекторных измерений, станции «Венера-5» и «Венера-6» были выведены на межпланетные траектории с высокой точностью: отклонения действительной траектории от расчетной в районе Венеры составляли 25 тыс. км (для станции «Венера-5») и 150 тыс. км (для станции «Венера-6»).

Полет «Венеры-5» и «Венеры-6» обеспечивался средствами бортового и наземного радиокомплекса. Приемные устройства Центра дальней космической связи осуществляли уверенный прием сигналов на всех этапах полета автоматических станций: всего со станцией «Венера-5» было проведено 73 сеанса связи, со станцией «Венера-6» - 63 сеанса. Сеансы связи проводились как по командам с Земли, так и по командам от бортового программно-временного механизма.

Для обеспечения попадания автоматических станций на Венеру, а также выбора времени подлета к планете и района входа в ее атмосферу были проведены коррекции траекторий автоматических станций. Траектории следовало скорректировать таким образом, чтобы момент подлета станций к Венере попал в интервал времени радиовидимости планеты с Центра дальней космической связи. Район входа в атмосферу Венеры выбирался с учетом того, что диаграммы излучения антенн спускаемых аппаратов при их снижении на парашютах должны быть направлены на Землю. Наиболее благоприятный район входа станций в атмосферу Венеры лежит в центре видимого с Земли диска планеты.

Перед проведением коррекции на борт станций были переданы расчетные значения углов разворота осей каждой станции в пространстве и величины импульсов скорости, которые должны быть реализованы корректирующими двигателями. Ориентация станций осуществлялась по Солнцу и Сириусу. Система управления обеспечивала заданную ориентацию, включала корректирующий двигатель, а затем выключала его после отработки корректирующего импульса.

Коррекция траектории полета «Венеры-5» была проведена 14 марта 1969 г., когда станция находилась на расстоянии около 15,525 млн. км от Земли; при этом станции был сообщен корректирующий импульс величиной 9,2 м/сек. Коррекция траектории полета «Венеры-6» была проведена 16 марта 1969 г., когда станция находилась на расстоянии около 15,535 млн. км от Земли, при этом величина корректирующего импульса составляла 37,4 м/сек. Точность реализации корректирующих импульсов была достаточно высокой и составила соответственно 1 и 3 см/сек.

Во время перелета обе станции проводили измерения, связанные с исследованием межпланетного и околопланетного космического пространства. Были получены новые данные о структуре потоков плазмы («солнечного ветра») вблизи Венеры. При приближении к планете были зарегистрированы изменения этих потоков, характерные для области обтекания Венеры «солнечным ветром». Как и ожидалось, фронт изменения потоков плазмы наблюдался на расстоянии примерно 28 тыс. км от поверхности планеты (станция «Венера-4» опустилась на ночную сторону планеты, но ближе к терминатору, поэтому она пересекла этот фронт на расстоянии около 19 тыс. км от поверхности планеты).

С помощью фотоэлектрических фотометров для измерения рассеянного ультрафиолетового излучения было зарегистрировано возрастание интенсивности излучения в линии атомарного водорода по мере приближения станций к планете. Первые признаки наличия водородной короны наблюдались начиная с расстояния 25 тыс. км от центра планеты, а на расстоянии около 10 тыс. км плотность водородной короны оказалась равной примерно 100 атомам в см³. Эти результаты подтверждают и дополняют измерения водородной короны планеты, выполненные станцией «Венера-4». Подлет к Венере осуществлялся с теневой стороны относительно Солнца; место входа станций в атмосферу находилось на ночной стороне планеты на расстоянии примерно 2700 км от линии терминатора. Расстояние между точками входа двух станций составило ок. 300 км. Отделение спускаемых аппаратов станций «Венера-5» и «Венера-6» произошло перед входом в атмосферу на расстоянии 37 тыс. км и 25 тыс. км от планеты соответственно. Спускаемые аппараты станций вошли в атмосферу Венеры со скоростью 11,18 км/сек под углами 62- 65° к местному горизонту; это произошло 16 мая в 9 час 01 мин (спускаемый аппарат станции «Венера-5») и 17 мая в 9 час 05 мин (спускаемый аппарат станции «Венера-6»).

На участке аэродинамического торможения, когда скорость снижения спускаемых аппаратов уменьшилась примерно до 210 м/сек, были автоматически введены в действие парашютные системы, включились радиопередатчики и раскрылись антенны радиовысотомеров, после чего начались научные измерения и передача данных на Землю. За время снижения спускаемых аппаратов в атмосфере Венеры связь с ними была устойчивой; сеанс радиосвязи с «Венерой-5» продолжался 53 мин, с «Венерой-6» - 51 мин.

На спускаемых аппаратах автоматических станций были установлены следующие научные приборы: газоанализаторы для исследования состава атмосферы, система датчиков давления и температуры, плотномеры для измерения плотности атмосферы и фотоэлементы для измерения освещенности.

Газоанализатор представлял собою миниатюрную химическую лабораторию, которая автоматически, с определенной последовательностью, производила все химические операции, необходимые для анализа газового состава атмосферы. Определялось содержание углекислого газа, азота вместе с инертными газами, кислорода и воды; приборы были полностью автономными и управлялись по командам от бортового программно-временного механизма: в определенные моменты проводился отбор пробы атмосферы, включалось и выключалось электропитание на различных химических анализаторах, запоминалась информация о результатах измерений.

Таблица 2 Газовый состав ат- мосферы Венеры Компонента Относительное содержание СО2 N2 H2O (при Р= =0,6 атм O2 97+3% -4% ≤2% ~11 мг/л ≤0,1%

Забор проб для анализа газового состава атмосферы производился дважды на каждом спускаемом аппарате. Первый анализ состава атмосферы на спускаемом аппарате станции «Венера-5» был осуществлен вскоре после раскрытия основного парашюта, когда давление атмосферы составляло около 0,6 атм, а температура - ок. 25°С. Второй раз состав был исследован при давлении около 5 атм и температуре около 150°С. Первый анализ газового состава атмосферы на спускаемом аппарате «Венеры-6» был проведен при давлении около 2 атм и температуре приблизительно 85°С, второй - при давлении 10 атм и температуре 225°С. Результаты анализа приведены в табл. 2.

Система датчиков для измерения давления и температуры состояла из манометров анероидного типа и термометров сопротивления. Взаимное перекрытие диапазонов измерений обеспечивало возможность контроля правильности измерений и высокую надежность показаний приборов. Для измерения плотности использовался плотномер камертонного типа. За время спуска каждого аппарата на парашюте было выполнено свыше 70 измерений давления и свыше 50 измерений температуры. На участках атмосферы, где спускаемые аппараты станций «Венера-5» и «Венера-6» произвели измерения, температура изменялась приблизительно от 25 до 320°С, а давление - от 0,6 до 27 атм. Профиль изменения температуры по высоте в интервале измерений мало отличается от адиабатического.

Для измерения освещенности использовались фотоэлектрические датчики, рассчитанные на регистрацию излучений в видимой и близкой инфракрасной области спектра с пороговой чувствительностью 0,5 вт/м²; это значение примерно соответствует освещенности на Земле в сумерки. Датчики не зарегистрировали освещенности атмосферы Венеры выше порогового уровня; исключение составляет одно показание, отмеченное аппаратом станции «Венера-5», приблизительно за 4 мин до прекращения радиосвязи и соответствующее уровню около 25 вт/м². В дальнейшем предстоит проанализировать, является ли это показание датчика случайным или оно связано с каким-то атмосферным явлением.

Оба спускаемых аппарата были снабжены радиовысотомерами дециметрового диапазона, которые определяли значения расстояний до поверхности планеты в процессе спуска.

На основе результатов измерений температуры, давления и химического состава были рассчитаны участки снижения аппаратов в атмосфере Венеры, на которых проводились измерения параметров атмосферы от моментов раскрытия основных парашютов. Разности между значениями высот, зарегистрированных радиовысотомерами, хорошо согласуются с расчетными участками снижения, вычисленными двумя независимыми методами: по скорости снижения спускаемого аппарата на парашюте и из условия гидростатического равновесия атмосферы. Участок измерений параметров атмосферы для спускаемого аппарата «Венеры-5» составлял 36,7 км, а для аппарата «Венеры-6» - 34,2 км.

Высоты, зарегистрированные радиовысотомерами автоматических станций «Венера-5» и «Венера-6» при одинаковых значениях температуры и давления, различаются в среднем на 13 км. Этот результат должен быть подвергнут дополнительному изучению. Одним из предположений, объясняющим указанное различие, могло бы быть существование заметных неровностей рельефа поверхности Венеры в областях спуска аппаратов, отстоящих друг от друга на несколько сотен километров. Из сопоставления данных измерений температуры и давления при помощи АМС «Венера-5» и «Венера-6» и американского аппарата «Маринер-5» следует, что «Маринер-5» осуществил измерения до высоты 38 км (предельной для использованного метода радиопросвечивания), а «Венера-5» и «Венера-6» завершили измерения на высоте ок. 20 км над средним уровнем поверхности, определяемым как среднее арифметическое по данным измерений высоты на «Венере-5» и «Венере-6». Если предположить, что до поверхности планеты температура изменяется по адиабатическому закону, то можно получить оценки давления и температуры на уровне средней поверхности Венеры. Расчеты показывают, что в этом случае на уровне средней поверхности должны быть Т = 770°К и р = 100 атм. Возможные отклонения от средних значений за счет предельных изменений высоты на ±7 км составляет ±60°K по температуре и +40 атм по давлению. Полученные значения могут несколько измениться в зависимости от условий в приповерхностном слое атмосферы Венеры.

Следует отметить, что в ходе предварительной обработки результатов измерений станции «Венера-4» было сделано предположение, что измерение параметров атмосферы производилось до поверхности планеты (см. Ежегодник БСЭ, 1968 г., стр. 508). При дальнейшем, более глубоком анализе результатов зондирования атмосферы станцией «Венера-4», а также при совместной обработке данных радиоастрономических и радиолокационных исследований Венеры и измерений американского аппарата «Маринер-5» были высказаны соображения о том, что у поверхности Венеры могут быть более высокие давления и температуры. Это согласовалось с возможной неоднозначностью показаний радиовысотомера станции «Венера-4», которая допускала соответствие одному измерению двух значений высоты, различающихся примерно на 30-40 км. В связи с этим появились предположения, что спускаемый аппарат станции «Венера-4» мог прекратить измерения, не достигнув поверхности. В этом случае внешнее давление атмосферы, превысив предельную для прочности аппарата величину, могло вдавить верхнюю крышку приборного контейнера и нарушить тем самым целостность приборов радиокомплекса, в связи с чем на оставшемся участке спуска станции «Венера-4» измерения не были получены. Сопоставление данных измерений аппаратами «Венера-4», «Венера-5», «Венера-6» и «Маринер-5» свидетельствует, что «Венера-4» измерила давление до 35 км и температуру до 26 км.