Венера-8, Венера-8
Para una nueva misión al planeta, que se llevaría a cabo en la siguiente ventana astronómica de marzo de 1972, ya no se consideró el descenso en el lado oscuro del planeta sino que en aquel bajo iluminación diurna lo que marcaba una diferencias con las misiones Venera anteriores aunque de acuerdo a sus propósitos y tareas, la estación automática Venera-8 debía prácticamente repetir la misión de la Venera-7.
La construcción del nuevo aparato de descenso consideró los datos aportados por la estación anterior, la Venera-7, gracias a los cuales se corrigió el modelo de atmósfera del planeta lo que permitió a los ingenieros del NPO Lavochkin, responsables de su construcción, reducir los límites de solidez del nuevo aparato de descenso ajustándolos de manera más precisa a las condiciones reales. Así, en vez de una presión máxima de 180 atmósferas se consideró un umbral de 105 y en vez de un máximo de 540°C, 493°C. La reducción de los valores máximos de temperatura y presión sobre la superficie de Venus permitió disminuir el espesor de las paredes de la sección de instrumentos del aparato de descenso en comparación con la Venera-7 lo que hizo posible reducir el peso del aparato de descenso en 38,5 kg.
La masa ahorrada se utilizó para incrementar el número de equipos científicos* a bordo y diseñar un paracaídas más sólido aunque el tamaño de su cúpula permaneció sin cambios en relación a la Venera-7 para permitir nuevamente un rápido descenso a través de la atmósfera.
*Se trata de una traducción literal de la expresión en ruso y se refiere a instrumentos de medición de parámetros del espacio interplanetario o de diversas características del planeta objeto de la misión espacial. Con el concepto se hace una diferencia con los instrumentos que miden exclusivamente parámetros propios de la operación de la nave espacial.
Todos los aparatos de descenso anteriores habían sido dirigidos hacia el sector nocturno del planeta, principalmente para garantizar comunicación con la Tierra, pero para la obtención de imágenes se decidió aterrizar en el lado diurno. En virtud de ese mismo requerimiento se instaló un fotómetro para determinar la iluminación en superficie de modo de poder establecer las condiciones técnicas para realizar en lo sucesivo tanto fotografías como filmaciones.
Como al posarse sobre Venus la Tierra ya no se encontraría en una posición cenital* sino que ligeramente sobre el horizonte se modificó la estructura de la antena de transmisión y se consideró también una segunda antena, en caso de que el aparato se posara de costado sobre la superficie o surgieran obstáculos generados por el relieve de la zona, de modo de poder operar con independencia de la dirección en que se encontrase el aparato al detenerse en superficie.
*En la vertical.
Para mejorar el comportamiento térmico de los equipos, en el lado interno del casco de titanio del aparato de descenso se instalaron cubiertas de berilio, que son acumuladores de calor, mientras que en los bloques de montaje de la sección de instrumentos con el casco se introdujeron juntas de fibra de vidrio.
En cuanto al aparato orbital de la Venera-8, era en esencia el mismo de los programas previos, desde la Venera-4 en adelante.
El vuelo
La estación interplanetaria automática Venera-8 fue lanzada desde el cosmódromo de Baykonur, el 27 de marzo de 1972 por medio de un cohete-portador Molniya-M. La masa de la estación alcanzaba 1184 kg de los cuales 495 kg correspondían al aparato de descenso.
En el curso de su vuelo, el día 6 de abril de 1972 se realizó una corrección de su trayectoria lo que permitió que el 22 de julio de 1972, tras 117 días de vuelo, la estación Venera-8 alcanzara la órbita del planeta.
En preparación a su ingreso las baterías solares cargaron los acumuladores del aparato de descenso y con ayuda de la circulación de aire del sistema de termorregulación del aparato orbital la Venera-8 fue enfriada hasta -15°C*. Comenzaría su ingreso a la atmósfera una vez separada de la estación orbital.
En el proceso de frenado aerodinámico en la atmósfera, en el cual el aparato sufrió una sobrecarga de hasta 335 g, su velocidad se redujo de 11,6 km/s (casi 42 mil km/h) a 250 m/s (900 km/h); después de lo cual, a una altura de 55 km y en plena operación, se activó el sistema de paracaídas. Con su apertura se inició la entrega de información de servicio y científica.
Después de 55 minutos de suave descenso en paracaídas el aparato tocó suelo en el lado iluminado de Venus, a 500 km del terminador matinal en una posición cercana al Ecuador. Su velocidad vertical al momento del aterrizaje alcanzaba 8,3 m/s (30 km/h).
Al tocar superficie el paracaídas se separó y se desplegó la antena auxiliar. La recepción de la radioseñal y de la información de telemetría se extenderían durante 53 minutos. Todo este tiempo los sistemas a bordo y los instrumentos científicos operaron con normalidad lo que permitió recibir información completa tanto de la atmósfera de Venus como de sus condiciones en superficie.
En tanto, la estación orbital entregaría información de la atmósfera superior y la ionósfera* hasta destruirse, al ingresar a capas inferiores de la atmósfera, tal como estaba previsto.
*Región de la atmósfera fuertemente ionizada debido a la acción de los rayos cósmicos provenientes del Sol. En el caso de Venus se extiende entre 120-300 km. En la Tierra se extiende entre 60-1000 km.
La Venera-8 fue el acorde final ideal de la serie ЗМВ (ZMV, en ruso), constituyéndose en la última estación de este tipo. Por medio de ella se logró finalmente, y tras muchos intentos, todo aquello tras lo cual los científicos y especialistas soviéticos habían trabajado sin pausa en el curso de muchos años.
Además del gran éxito de ingeniería, la Venera-8 aportó con la entrega de importante información científica que resultó imprescindible para el desarrollo de nuevos aparatos de descenso más complejos, considerados para nuevas misiones a Venus a partir de 1975, los cuales serían transportados por medio de otro cohete portador, el Protón, capaz de transportar estaciones automáticas varias veces más pesadas.
Resultados
La información entregada por la Venera-8 incrementó significativamente el conocimiento sobre el planeta, incluyendo sus condiciones en superficie. La temperatura y presión de la atmósfera en superficie, en el lugar donde se posó el aparato, alcanzaron 470°C+-8°C y 93 +-1,5 atmósferas lo que resultó muy cercano a los valores obtenidos por la Venera-7, que había aterrizado en el lado oscuro del planeta, y también a los datos obtenidos por extrapolación de los datos de la atmósfera superior entregados por las Venera 4, 5 y 6.
La Venera-8 pudo distinguir 3 capas principales en la atmósfera: Una capa nubosa gruesa entre 65-49 km, una capa de nubosidad menos densa entre 49-32 km y una atmósfera relativamente limpia bajo la capa de nubes.
En cuanto a la iluminación en superficie, en el lugar donde la nave tomó contacto con la superficie y donde el Sol se elevaba apenas 5,5° sobre el horizonte alcanzó 350 +-150 lux, comparable con el crepúsculo en un día nublado sobre la Tierra. La débil claridad de la superficie mostraba que solo el 1% de la luz solar incidente alcanzaba la superficie. Sin embargo, se calculó que si el Sol se encontrase en su zenit (en la vertical) la iluminación no debería ser menor a 1000-3000 lux.
En la superficie, el nivel de iluminación era prácticamente constante lo que confirmaba la conclusión de una atmósfera comparativamente limpia bajo las nubes.
Las mediciones permitieron concluir que la iluminación era suficiente para la operación de las fotocámaras del siguiente aparato de descenso.
Los perfiles de altura de velocidad y dirección de viento horizontal entre 55 km y superficie fueron obtenidos por medio de mediciones Doppler. A 50 km, la velocidad del viento alcanzaba 100 m/s (360 km/s) y de 70-40 m/s (252-144 km/h) a una altura en torno a 45 km. Luego, inesperadamente se reducía bruscamente desde esta altura hasta 20 km hasta valores de 40-20 m/s (144-72 km/h) y alcanzaba solo 1 m/s (3,6 km/h) en alturas desde 10 km hasta la superficie misma.
De acuerdo a las mediciones de potencia de las ondas de radio emitidas por el radioaltímetro a bordo y reflejadas por superficie se obtuvieron valores de permeabilidad y de densidad del suelo. Los resultados de las mediciones permitieron concluir que en la región del aterrizaje de la Venera-8 la capa superficial del planeta era bastante mullida, con una densidad del suelo de 1,4 gr/cm3*
*La densidad de la arena es de 1,5-2,0 gr/cm3, la del carbón de 1,4-1,8 gr/cm3 mientras que la de la celulosa alcanza exactamente 1,4 gr/cm3. En cuanto a la densidad del planeta Venus alcanza 5,25 gr/cm3, similar a Mercurio, 5,43, y la Tierra, 5,52 y muy superior a Marte, 3,95.
Con ayuda de un espectrómetro gamma, que registra intensidad y composición espectral de la radiación gamma natural, se realizaron las primeras determinaciones del carácter de las rocas del planeta según su contenido de elementos radioactivos naturales (potasio, uranio, torio) tanto en la etapa de descenso como en superficie.
Se estableció que en las rocas de Venus, en el lugar de aterrizaje de la Venera-8, había un 4% de potasio, 0,00065% de torio y 0,00022% de uranio, lo que indicaba más bien la presencia de rocas graníticas y no basálticas*. Estos resultados serían puestos en duda especialmente considerando los datos entregados por los posteriores aparatos de descenso Venera, que encontraron una presencia predominante de rocas basálticas y no graníticas. Muchos años más tarde, una cartografía de radiolocalización de superficie mostró que la Venera-8 aterrizó en la elevación de una región volcánica que, seguramente, era más antigua que los valles de lava que cubren la mayor parte del planeta, lo que explicaba los datos obtenidos. Otra explicación podría ser la presencia en el lugar de descenso de rocas de basalto ricas en potasio, que se encuentran rara vez en nuestro planeta.
*Entre las rocas que conforman la capa exterior de la Tierra (litósfera) las más comunes son los basaltos y los granitos, abarcando más de 75% de la superficie de nuestro planeta, incluido el fondo oceánico. Por lo mismo se podría esperar que ambas fueran también comunes en otros planetas del Sistema Solar del llamado Grupo terrestre (Mercurio, Venus y Marte además de la Tierra), sin embargo, si bien el basalto se ha encontrado por doquier no ha sucedido lo mismo con el granito en otros planetas. En la década de 1930 las mediciones de la capacidad de reflexión de la Luna realizadas en diversos observatorios del mundo mostraron que la Luna estaba compuesta de basaltos, con ausencia de granito. Lo mismo se lograría establecer posteriormente en Marte. La carrera espacial confirmaría que el granito prácticamente no existe en la Luna y Venus, aunque en Marte hay indicios de que podría existir en alguna cantidad menor. Al mismo tiempo, los modelos de la Tierra primitiva indican que su corteza era eminentemente basáltica, tal como en los otros planetas del grupo terrestre. La capa de granito terrestre apareció en la Tierra 4 mil millones de años atrás mientras que por alguna razón los otros planetas no permitieron su formación. De hecho, tampoco se lo ha encontrado en meteoritos o en el resto de los planetas del Sistema Solar por lo que algunos geólogos afirman que el Granito es la "Tarjeta de presentación de la Tierra".
Por primera vez se midió el flujo luminoso descendente en el intervalo de 55 km a superficie. Estos primeros perfiles de luz solar resultaron suficiente para explicar la naturaleza de la elevada temperatura a cuenta del llamado efecto invernadero.
En cuanto a la atmósfera, las nuevas mediciones establecieron que estaba compuesta en un 97% por CO2, 2% de nitrógeno, 0.9% de vapor de agua y menos de 0.15% de oxígeno. Se detectaron algunas cantidades de amoníaco, entre 32-44 km, entre 0.1%-0,01% pero en el futuro se pudo comprender que era por la presencia de ácido sulfúrico que también daba positivo a la prueba realizada. La verdad es que en este viaje a Venus se pudo sospechar por primera vez la presencia de ácido sulfúrico en su atmósfera dado la casi total ausencia de agua en las nubes al tiempo que tenía la capacidad de formar gotas. El hecho de que fueran tan efectivas para reflejar la luz solar explicaba el alto albedo* de Venus.
*Capacidad de reflexión por una superficie de la radiación solar que recibe (en el espectro visible, infrarrojo o ultravioleta). El término proviene de la palabra albedo en latín tardío, lengua en que significa blancura. Su valor va de 0-1 (0-100%), es decir, va desde un cuerpo que absorbe toda su radiación incidente (un cuerpo negro) hasta otro que la refleja por completo.
En el caso de Venus, cuenta con el albedo más elevado entre los planetas del Sistema Solar, es de 0,76 (refleja en promedio un 76% de la radiación recibida), valor que para la Tierra es de 0,37 (debido a su cobertura de nubes). El más elevado para el Sistema solar es para una de las lunas de Saturno, Encelada (0.99). En el caso de la nieve alcanza un 0,9 cifra que en el carbón es de solo 0,04.
En relación al aparato orbital de la Venera-8, entregó mediciones de distintos parámetros de la atmósfera superior y de la ionosfera hasta que se destruyó al ingresar a la atmósfera, como estaba previsto.
El programa de vuelo de la Venera-8 fue completado íntegramente.
Космос-482
El 31 de marzo de 1972 se realizó el lanzamiento del cohete portador Molniya-M con la segunda estación, la que por su construcción, características de sistemas a bordo y equipos científicos era análoga a la estación Venera-8. Las primeras 3 etapas del cohete-portador operaron con normalidad permitiendo la salida del bloque principal a una órbita de apoyo cercana a la Tierra.
Lamentablemente, la estación no fue capaz de abandonar la órbita terrestre debido a fallas en la operación de la IV etapa fruto de una orden equivocada en un programa a bordo lo que condujo al apagado del motor después de solo 125 segundos de funcionamiento. La estación quedaría atrapada en una órbita elíptica fuertemente alargada.
A fines de junio se separó de ella un fragmento que se identificó como el aparato de descenso, el cual permaneció en órbita por largos años ingresando a la atmósfera el 5 de mayo de 1981, destino que también seguiría la estación espacial principal.
La estación recibió la denominación de Kosmos-482
Mariner-10
El 03 de noviembre de 1973 la estación automática interplanetaria Mariner-10 fue enviada desde el cosmódromo ubicado en Cabo Cañaveral, en los Estados Unidos por medio de un cohete-portador, Atlas/Centaur con el propósito de sobrevolar tanto Mercurio como Venus.
La extensión del cuerpo del aparato automático alcanzaba 1,4 metros, el cual contaba con 2 paneles solares de 2,7 metros de largo cada uno. Con una masa total de 503 kg sus equipos científicos comprendían 79,4 kg. Sería el segundo aparato espacial, luego de la soviética Luna-3, en valerse de la gravedad de un cuerpo celeste para modificar su trayectoria. Realizó poco más de 4 mil fotografías de Venus alcanzando una distancia mínima sobre el planeta en torno a 5800 km.
El éxito en la realización de su misión lo transformó en el primer aparato espacial en haber visitado 2 planetas, Venus y Mercurio, además de haber sido el primero en visitar el segundo de ellos. Pero eso no fue todo porque con su ayuda se obtuvieron por primera vez fotos amplificadas de estos planetas. El aparato además estableció la similitud entre la circulación de la atmósfera de Venus y la de la Tierra, al identificarse una estructura denominada Celda de Hadley.
La Mariner-10 sobrevoló Venus y confirmó la ausencia de campo magnético en el planeta. Además, estableció que su atmósfera se encuentra en movimiento permanente.
Fue la última nave de la serie Mariner por cuanto las 11 y 12 serían denominadas Voyager-1* y Voyager-2** y enviadas ya no en dirección del Sol sino que hacia el lado opuesto del Sistema Solar.
**Despegó escasas semanas antes que la Voyager-2, el día 20 de agosto de 1977, con la misión de investigar planetas lejanos del Sistema solar. Alcanzó Urano en 1986 y Neptuno en 1989. Su masa en el despegue alcanzaba 825.5 kg.
Después de sobrevolar Mercurio en 3 ocasiones a lo largo del año 1975 el siguiente sobrevuelo de este planeta no tendría lugar sino hasta 2011 cuando otra nave espacial norteamericana, llamada Messenger, sobrevoló Mercurio a partir de marzo de ese año, operación que la constituyó en satélite artificial del planeta hasta fines de abril de 2015, cuando se precipitó hacia la superficie del planeta después de haber consumido su combustible a fines del año anterior.
Una nueva generación de estaciones espaciales
En 1972, el aparato de descenso de la Venera-8 pudo sobrevivir en las complejas condiciones climáticas de la superficie de Venus por cerca de 1 hora lo que constituyó un gran logro científico-tecnológico pero también una frontera para las posibilidades de las estaciones espaciales de la serie ЗМВ (ZMV en español). Por eso, ahora los científicos e ingenieros soviéticos estaban dispuestos a dar un nuevo paso.
Para entonces ya existía suficiente información sobre la atmósfera de Venus y las condiciones en su superficie para diseñar un aparato de descenso adecuado a las mismas. Se decidió entonces construir un aparato multifuncional, provisto con cámaras fotográficas -para obtener por primera vez imágenes de la superficie- y con equipos científicos para realizar investigaciones en superficie. El desafío era poder garantizar la capacidad de operar de los equipos en las condiciones del entorno venusiano.
En 1971, durante la realización de los programas Mars-2 y Mars-3*, ambas estaciones espaciales habían cumplido con éxito su misión de modo que el aparato de descenso de la Mars-3 se transformó el 2 de diciembre de 1971 en el primer ingenio humano en amartizar en el planeta mientras que en marzo de 1974 la Mars-6 ejecutó complejas operaciones, de manera autónoma, durante su ingreso a la atmósfera del planeta rojo. Por eso no resultó casual que las estaciones espaciales Mars fueran la base para una nueva generación de estaciones espaciales Venera.
*Parte del programa soviético Марс (Mars, es decir, Marte en ruso) de estaciones interplanetarias automáticas de investigación de Marte, cuyo envío de sondas hacia este planeta se extendió desde 1960 hasta 1973.
La necesidad de diseñar una nueva estación espacial hacia Venus llevaría a que por primera vez desde 1961, año de inicio de los lanzamientos a ese planeta por la URSS, se dejara pasar una ventana de lanzamiento, la que se presentó a partir de octubre de 1973. Habría que esperar hasta 1975 para la concreción de una nueva misión.
Venera-9 y Venera-10
Las Venera 9 y 10 se constituirían en las primeras representantes de esta nueva generación de estaciones espaciales para investigar Venus, contando con un peso que superaba 5 veces el de sus predecesoras por lo que en adelante las sondas a Venus serían enviadas al espacio por un cohete más poderoso y de 4 etapas, el Proton-K.
El Protón-K fue un cohete de 3-4 etapas desarrollado por la URSS entre 1961-1967 por el OKB-23, a cargo del ingeniero soviético Vladímir Chelomey, para llevar aparatos espaciales tanto a la órbita terrestre como al espacio interestelar. Realizó su primer lanzamiento en julio de 1965 y el último en diciembre de 2019 totalizando más de 400. Durante su operación pondría en el espacio tanto satélites internacionales como gran parte de los elementos constituyentes de la Estación espacial internacional.
Las nuevas estaciones espaciales Venera constaban de un aparato orbital, al cual se incorporaba un sistema de ingreso a la atmósfera en cuyo interior se encontraba el aparato de descenso. Tanto el nuevo sistema de ingreso como el nuevo aparato de descenso serían sometidos a un intenso programa de pruebas de gran escala, tanto en tuberías aerodinámicas como por medio de lanzamientos desde aviones, pues el fin de la carrera espacial permitía trabajar con mucho mayor holgura de tiempo y por tanto de manera más pulcra.
Las 2 estaciones espaciales preparadas para esta ventana de lanzamiento eran idénticas a excepción de que el aparato orbital de la Venera-10 era ligeramente más pesado por lo que también contaba con una cantidad ligeramente mayor de combustible.
Masa Masa Masa Masa Masa
en el lanzamiento combustible aparato orbital aparato descenso con aparato descenso
sin combustible sistema ingreso atmósfera
V-9 4936 kg 1093 kg 2283 kg 1560 kg 660 kg
V-10 5024 kg 1150 kg 2314 kg 1560 kg 660 kg
Estación espacial
Si bien la estación en sí misma fue sometida a mínimos cambios estructurales, tales como una disminución de sus dimensiones o la reubicación de sus baterías solares tuvo una modificación relevante en términos de su sistema de comunicación con la Tierra dado que el aparato de descenso se encontraría fuera de comunicación visual directa con nuestro planeta. Por ello, en su condición de aparato orbital, es decir, girando en la órbita de Venus, la estación espacial haría las veces de retransmisor lo que incrementaría de manera sustancial la velocidad de transmisión de los datos del aparato de descenso hacia la Tierra.
Características de la misión
Algunos días antes de la llegada a Venus se separó de la estación el aparato de descenso, el cual continuaría su vuelo en régimen pasivo a través de una trayectoria balística*. Inmediatamente después, la estación espacial realizó una maniobra de corrección de trayectoria para alcanzar el punto a partir del cual comenzaría a orbitar en torno a Venus. Las acciones estaban coordinadas de tal manera que al comienzo del envío de información desde la superficie de Venus se encendiera el motor de la estación espacial para salir a la órbita del planeta de modo de encontrarse en línea de visibilidad directa con el aparato de descenso para la retransmisión de sus datos a la Tierra. De este modo, se lograría la mayor extensión posible de la sesión de comunicación entre el aparato orbital y el aparato de descenso.
*Es decir, en caída libre siendo sometido a la fuerza de gravedad de Venus y al roce de su atmósfera, aunque sin olvidar que contaba ya con una velocidad inicial lo que lo diferencia de una caída directamente en la vertical.
El tiempo de extensión de la comunicación estaría limitado, en primer lugar, por el período de supervivencia del aparato de descenso en las complejas condiciones del planeta pero también por la tarea principal, la cual era la obtención de una fotografía panorámica desde la superficie de Venus, lo cual no solo determinaba el tiempo mínimo de operación del aparato de descenso sobre la superficie sino también la velocidad de transmisión de datos por medio del aparato orbital.
Las nuevas posibilidades y la gran masa del aparato de descenso permitirían dotarlo con una serie de instrumentos que nunca antes habían sido enviados al espacio.
Como parte del equipamiento científico del aparato de descenso de la Venera-9 habían sistemas de medición de temperatura y presión, un espectrómetro de masas para determinar la composición química de la atmósfera, 2 nefelómetros*para medir la estructura vertical, las propiedades y la composición de aerosoles al interior y bajo la capa de nubes del planeta, un fotómetro para investigar el régimen de luz (con 3 bandas en el espectro visible y 2 en el infrarrojo), un fotómetro en la banda de absorción del CO2 y de H2O, un anemómetro, un espectrómetro gamma para determinar el contenido de elementos radioactivos naturales en las rocas venusianas, un densímetro de radiación para determinar la densidad del suelo en la capa superficial del planeta, un acelerómetro y dos telefotómetros panorámicos.
*Instrumento óptico que mide la concentración o el tamaño de partículas en el aire a partir de un haz de luz que se envía al medio en estudio y que luego es medido en su intensidad en otro extremo de ese mismo medio. Etimológicamente proviene del griego para nube, nefos. Tiene usos diversos en meteorología, medicina, etc.
En tanto, la estación espacial, en su condición de módulo orbital, estaba provista con equipos para el estudio de la estructura de la atmósfera superior y media, de la capa superior de nubes, de la radiación térmica del planeta y del plasma en la atmósfera superior.
Módulo orbital
Como base del mismo se encontraba la llamada estación espacial M-71 que unida al aparato de descenso alcanzaba una altura de 2,8 metros. Contaba con un cuerpo cilíndrico de 110 cm de diámetro en cuyos costados se encontraban paneles de baterías solares de 1,25 x 2,1 metros además de los radiadores del sistema de termorregulación. Estaba provista también con estanques, en los cuales había nitrógeno a 350 atmósferas de presión para los motores del sistema de orientación de la nave. La antena parabólica para comunicación con la Tierra, de 1,6 metros de diámetro, estaba también ubicada a un costado del cilindro. Junto con ella se encontraban 6 antenas espirales multidireccionales para comunicación con nuestro planeta y 2 para comunicación con el aparato de descenso.
Aparato de descenso
La principal diferencia entre las estaciones espaciales de mucho mayor peso que se lanzaron a Marte* y las que serían enviadas a Venus era el aparato de descenso.
*Recordemos que la estación Venera 8 contaba con una masa de 1184 kg y el aparato de descenso llegaba a 495 kg. La estación Mars-2, al igual que la Mars-3, alcanzaba 4625 kg mientras que su aparato de descenso 1000 kg. En cuanto a la Mars-6, los valores eran de 3880 kg y 1000 kg, respectivamente.
La atmósfera enrarecida de Marte exigía, sin duda, más requisitos de freno mientras que en la densa atmósfera de Venus podía utilizarse un sistema más simple tanto en el ingreso a la atmósfera como al momento de contacto con su superficie.
El nuevo aparato de descenso multifuncional se encontraba al interior de una cubierta esférica con un diámetro de 2,4 metros que permitía el ingreso a la atmósfera a velocidad hipersónica, protegiendo al aparato de descenso. Pero este luego se desharía de esa cubierta una vez que su velocidad de descenso a través de la atmósfera se redujera a valores inferiores a la velocidad del sonido*.
*Aproximadamente 1240 km/h
La esfera estaba cubierta por un material ablativo* y se estabilizaba aerodinámicamente en vuelo en consideración de la posición de su centro de masa** hacia el lado frontal del aparato. El ángulo de entrada a la atmósfera era más suave que en el caso de los aparatos de la serie ЗМВ de modo de reducir la sobrecarga por acción de la fuerza de gravedad desde 450 g a valores de 150-180 g. Después del ingreso a la atmósfera la esfera se separaba en 2 mitades que eran eliminadas, liberando el aparato de descenso y el sistema de paracaídas.
*Material, mal conductor del calor, que es usado en naves espaciales para protegerlas de temperaturas de miles de grados engendradas por el roce con el aire a velocidades orbitales, y que también se utiliza para proteger cámaras de combustión y toberas de motores de combustible líquido. Estas capas cumplen múltiples funciones en relación al calor: Lo absorben y retienen, mientras que al fundirse parcialmente retiran una parte del calor. Además, a partir de los productos gaseosos que se forman por acción del calor forman una especie de colchón aislante que desvía la onda de calor.
**Punto de un cuerpo que actúa como si se concentrara en el la masa total del cuerpo. En este caso refiere que ese punto estaba en la parte inferior del aparato, frontal en términos de enfrentar la superficie en su caída, de modo de impactar la superficie de Venus sobre el sistema de amortiguación.
En los primeros aparatos Venera la velocidad de entrega directa de datos a la Tierra estaba restringida a 1 bit por segundo y era posible solo en condiciones de radio-visibilidad directa. En tanto, el nuevo aparato de descenso estaba provisto con acumuladores de mayor capacidad y entregaba datos al aparato orbital por medio de 2 canales ОВЧ (VHF, muy alta frecuencia) a una velocidad de 256 bit/s. Los datos eran retransmitidos a la Tierra por medio de una antena direccional parabólica.
El aparato de descenso, con una altura de 2 metros, era significativamente más grande que los aparatos de descenso de la serie ЗМВ (ZMV) y llevaba más equipamiento científico a bordo. Contaba con un recipiente hermético de titanio de forma esférica con un diámetro de 80 cm en el cual se encontraban la mayor parte de los instrumentos además de los equipos electrónicos, y que se encontraba fijado al sistema de amortiguación del aparato.
En la parte superior se ubicaba en posición horizontal un panel aerodinámico de 2,1 metros de diámetro con forma de disco para reducir la velocidad de descenso y estabilizar el aparato durante su caída libre en las capas inferiores de la atmósfera. Al interior del cilindro de 80 cm de diámetro y 40 cm de altura se encontraban los paracaídas y los equipos científicos que operarían durante el descenso.
Además de contar con un sistema de protección térmica en el sobrevuelo sobre Venus el aparato de descenso era enfriado antes de entrar a la atmósfera de Venus hasta una temperatura de -10°C por medio de aire frío aportado por el aparato orbital a través de 2 tuberías que atravesaban toda la construcción de la estación.
El calor de la atmósfera que penetraba a través de las capas de protección térmica era absorbido en los acumuladores de calor por medio de sales que se fundían a una temperatura de 33°C mientras que el sistema de circulación de gas distribuía el calor de manera uniforme hasta la completa fusión de la reserva de sales.
Por cuanto, los vuelos precedentes establecieron con seguridad que la atmósfera era suficientemente gruesa y caliente se diseñó un sistema original de descenso que permitiría realizar mediciones en la atmósfera y junto con ello alcanzar la superficie de manera suficientemente rápida como para que el aparato no se sobrecalentase. Veamos este procedimiento a continuación:
El aparato de descenso se separaba de la estación automática 2 días antes de su ingreso a la atmósfera (1). En tanto, el ingreso a la atmósfera (2) se producía bajo una condición de máxima sobrecarga del aparato, de 170 g (170 veces la fuerza de gravedad terrestre). Allí un paracaídas de tracción daría paso a la extensión de otro paracaídas (3). Posteriormente, al separarse este paracaídas se eliminaba la mitad superior de la esfera lo que permitiría desplegar un nuevo sistema de paracaídas (4) de freno. También era eliminada la cubierta aerodinámica inferior, momento a partir del cual comenzaban a operar el transmisor de radio y los equipos científicos del aparato de descenso.
Luego, a una altura de 62 km se extendía el paracaídas principal de 3 cúpulas (5) y se realizaba una serie de mediciones a través de la capa de nubes del planeta por un período de 20 minutos. A una altura de 50 km el paracaídas de descenso era descartado (6) y se realizaba el descenso con el escudo de frenado aerodinámico al tiempo que se seguirían realizándose mediciones científicas. 55 minutos después el aparato resultaba posado sobre la superficie de Venus (7). La velocidad de caída libre era suficiente como para que el impacto con la superficie de Venus no dañara ni el aparato de descenso ni el instrumental científico a bordo.
Vuelo de la Венера-9
Despegó desde Baykonur el 8 de junio de 1975 realizándose 2 correcciones de trayectoria, el 16 de junio y luego el 15 de octubre.
La separación de la esfera que contenía el aparato de descenso de la estación espacial fue precedida por la carga de las baterías, la revisión de la operación de los sistemas a bordo y el enfriamiento del aparato de descenso hasta -10°C.
El 22 de octubre de 1975 la Venera-9 ingresó a la atmósfera.
Desplazándose en una trayectoria balística al interior de su esfera de protección, el aparato de descenso ingresó a la atmósfera a una velocidad de 10,7 km/s (38.520 km/h) en un ángulo de ataque de 18-23°. 6 segundos después de haber ingresado a la atmósfera el aparato fue sometido a una sobrecarga máxima de 170 g. 20 segundos más tarde, luego de frenar hasta 250 m/s (900 km/h) y estando sometido a una sobrecarga de 2 g a los 65 km de altura se desplegó un pequeño paracaídas de escape provisto con un cable para accionar el paracaídas de freno de 2,8 metros.
Luego, la cubierta esférica se separó en 2 semiesferas y el paracaídas de freno se deshizo de la semiesfera superior y de la semiesfera inferior y de manera simultánea se desplegó el segundo paracaídas de frenado. Pasados otros 11 segundos, a una altura entre 60-62 km, y con una velocidad de 50 m/s (180 km/h), se separó de la semiesfera superior el aparato de descenso el cual simultáneamente liberó desde su parte superior 3 paracaídas principales (la tela del paracaídas era capaz de resistir una temperatura de hasta 450°C) con un diámetro de 4,3 metros cada uno.
Después del despliegue de los paracaídas principales se encendieron los equipos científicos del aparato de descenso el cual se desplazó cerca de 20 minutos a través de la capa de nubes a una velocidad de unos 50 m/s (180 km/h). Habiendo alcanzado una altura de 50 km el aparato de descenso se deshizo del paracaídas desplazándose los siguientes 55 minutos en caída libre*, aunque siendo sometido a frenado a cuenta de su panel aerodinámico con forma de disco.
*Se debe tener en consideración la densidad de la atmósfera del planeta. Si bien la atmósfera de la Tierra alcanza 1,2 kg/m3, la de Venus es significativamente mayor, alcanzando 67 kg/m3, lo que equivale a la densidad del algodón o de la espuma de poliestireno (conocida de muy diversas formas en el mundo hispanoparlante, como foam, plumafón, plumavit, etc.), o también a un 7% de la densidad que tiene el agua.
La velocidad de caída se iría paulatinamente reduciendo en la medida que aumentaba la densidad de la atmósfera con la cercanía de la superficie. Esta estrategia había sido escogida con el propósito de minimizar el calentamiento del aparato en el proceso de descenso a cuenta de lo cual se podía extender su tiempo de operación en superficie. En la superficie misma la velocidad de impacto alcanzó 7 m/s (25 km/h), suficiente como para ser absorbida por el sistema de amortiguación del aparato, el cual se posó en un lugar iluminado del planeta, como estaba previsto, pero no visible directamente desde la Tierra, como también estaba considerado.
El tiempo total de descenso alcanzó 75 minutos.
Después de 2 minutos de haberse posado sobre superficie comenzó la transmisión de imágenes panorámicas de la superficie. Se trataba de las primeras fotografías en el mundo entregadas desde la superficie de otro planeta.
En el lugar donde se posó la Venera-9 se observaban piedras bastante grandes, lo que implicaba una superficie relativamente joven, de poco más de 100 años lo que implicaba, además, que Venus era un planeta activo geológicamente.
El estudio de la densidad de la capa superficial del suelo entregó mediciones en torno a 2,8 g/cm3 y de acuerdo al contenido de elementos radioactivos se concluyó que las rocas superficiales eran similares al basalto terrestre, las rocas ígneas* más extendidas de la corteza terrestre.
*Conformadas como resultado del enfriamiento del magma. Este tipo de rocas son parte importante en la constitución de la corteza terrestre constituyendo cerca de un 15% de la superficie de la Tierra. Cuando el magma (roca fundida) se solidifica en superficie la roca ígnea formada se denomina volcánica, mientras que si lo hace bajo superficie se denomina plutónica.
Un hallazgo que llamó la atención fue la presencia de truenos y relámpagos en la capa de nubes del planeta. Las mediciones mostraron que por su energía superaban en 25 veces la potencia de esos mismos fenómenos en nuestro planeta.
La entrega de información se extendió por 53 minutos. Tras ese período la temperatura del aparato de descenso pasó desde los -10°C, que adquirió al separarse de la estación principal, hasta +60°C.
Vuelo de la Венера-10
Despegó desde Baykonur el 14 de junio de 1975. Tal como en el caso de la Venera-9 fue sometida a 2 correcciones de su trayectoria, los días 21 de junio y 18 de octubre.
El 23 de octubre de 1975, 2 días antes del ingreso a la atmósfera, se produjo la separación del aparato orbital y del aparato de descenso.
Después de su frenado aerodinámico el aparato descendió durante 20 minutos con paracaídas para realizar mediciones de la capa de nubes, luego de lo cual se deshizo del paracaídas y realizó un descenso rápido. En el curso de su descenso se realizaron mediciones de la atmósfera que se entregaron de inmediato a la estación orbital.
El 25 de octubre alcanzó la superficie del planeta en un sector iluminado del mismo y a 2200 km del punto de descenso de la Venera-9. La temperatura de la superficie alcanzaba 460°C y la presión, 90 atmósferas.
Desde el aparato de descenso serían entregados a la Tierra, vía aparato orbital, imágenes de la superficie del planeta.
El tiempo de operación de la Venera-10 sobre la superficie alcanzó 65 minutos.
En su descenso y sobre superficie el aparato realizó mediciones de densidad, presión y temperatura de la atmósfera, de cantidad de vapor de agua, mediciones de las partículas de la cubierta de nubes, de iluminación en distintas porciones del espectro pudiéndose determinar que entre 5-10% de la energía solar alcanzaba la superficie siendo el resto dispersado por la cobertura nubosa del planeta. Se midieron también características del suelo venusiano.
En cuanto al aparato orbital, una vez separado del aparato de descenso, realizó investigaciones del planeta Venus y su entorno, incluyendo fotografías de su cubierta de nubes.
Toma de imágenes
Para el momento del lanzamiento de la Venera-9 los científicos soviéticos contaban con suficiente información sobre las condiciones en las cuales se realizarían las fotografías:
I. En primer lugar, sobre las condiciones de temperatura y presión, indispensables para un cálculo adecuado del diseño de ingeniería pues recordemos que hasta la Venera-4 (1967) se tenía considerada una presión de 10 atmósferas lo que produjo la destrucción de su módulo de descenso antes de alcanzar la superficie del planeta.
II. Además de las condiciones de iluminación que permitirían una correcta construcción de los aparatos de fotografía.
Por otra parte, los ingenieros soviéticos contaban con gran experiencia en el uso de cámaras panorámicas óptico-mecánicas en aparatos lunares* y como las propiedades eléctricas y ópticas de estas cámaras calzaban con los requerimientos de las misiones en Venus se decidió utilizarlas. Sin embargo, a diferencia de las cámaras lunares, que habían operado directamente en el exterior, en este caso se consideró proveerlas con una protección contra las condiciones particularmente extremas de Venus.
*Muchas personas piensan que los Estados Unidos fueron los únicos en llegar hasta la Luna, al tiempo que una cantidad no menor de personas piensan que solo lo hicieron una única vez. Sin embargo, el programa Apollo de vuelos tripulados a la Luna por parte de los Estados Unidos llevó en 6 ocasiones astronautas a la Luna, la primera en 1969 y la última en 1972. En el caso de la URSS si bien no realizó vuelos tripulados a la Luna llevó a cabo tanto sobrevuelos como alunizajes con aparatos no tripulados, algunos de los cuales realizaron miles de fotografías de la superficie lunar. El primero de ellos tuvo lugar en octubre de 1959, cuando la sonda automática Luna-3 sobrevoló la Luna y fotografió su llamado lado oscuro (lado no visible desde la Tierra) lo que permitió confeccionar la primera carta del lado opuesto de la Luna. En tanto, en noviembre de 1970 el aparato de desplazamiento automático, Lunoxod-1, no solo se desplazó poco más de 10 km sobre suelo lunar sino que realizó cerca de 25 mil fotografías. Poco antes, en septiembre de 1970 la estación automática Luna-16 tomó muestras de suelo lunar y las trajo a la Tierra. Posteriormente, en enero de 1973, otro aparato soviético se desplazó por suelo lunar, el Lunoxod-2, logrando recorrer 42 km y enviando 80 mil imágenes desde la superficie de la Luna.
En el diseño resultó también relevante el interés por obtener un campo de visión y de resolución adecuado en superficie. Por ello en el NPO Lavochkin (desarrollador del aparato) se decidió instalar la cámara en la zona superior del depósito que contenía los instrumentos científicos y con un ángulo de 50° en relación a su eje vertical de modo de capturar el entorno más cercano al aparato en caso de condiciones de mala visibilidad y también para obtener una visión más panorámica en caso de presentarse condiciones favorables de visibilidad.
La cámara se instaló al interior de un corpus hermético y con aislación de calor. Para incrementar la seguridad de obtener fotografías en caso de visibilidad reducida o de muy poco contraste se instalaron 2 fuentes de luz artificial, que iluminaban el entorno.
Todos los instrumentos del aparato de descenso, incluyendo la cámara panorámica, operaban de manera automática y eran controlados por un aparato de programación que después del aterrizaje daba a la cámara la orden de conectarse. Los propios sistemas automáticos de la cámara realizaban la conección y desconección de la iluminación en los sectores dados de observación y los movimientos de exploración para que la cámara alcanzase posiciones extremas del ángulo de la panorámica.
Con la puesta en operación de la cámara la videoseñal era codificada y posteriormente enviada por medio de un transmisor. Cada 4 minutos la videoseñal se interrumpía puesto que el canal de comunicación debía también transmitir la información de todos los instrumentos científicos del aparato de descenso. Y por cuanto la generación de la imagen panorámica en ese momento no se interrumpía se producía una pérdida de 4-5 líneas de imagen en cada ciclo.
Венера 11 y Венера 12
La campaña de exploración de 1978 tenía como propósito repetir el gran éxito de los aparatos de descenso Venus-9 y Venus-10 valiéndose de nuevos equipos para el análisis tanto de la atmósfera como de superficie. Una vez más se dejó pasar una ventana del lanzamiento, la de 1976-1977, sin embargo, la ventana de 1978 no era tan favorable pues exigía una mayor cantidad de combustible para poner la estación espacial en órbita en torno a Venus después de desacoplarse del aparato de descenso. Como esto iría en desmedro de la cantidad de instrumental científico que se podría llevar se decidió dejar la estación espacial solo como aparato de sobrevuelo del planeta.
El lado positivo de esta decisión era que el aparato de sobrevuelo permanecería más largo tiempo en el campo de observación del aparato de descenso de modo de poder entregar a la Tierra una mayor cantidad de datos de la superficie de Venus.
Las Venera-11 y Venera-12 eran idénticas entre sí y cumplirían idéntica misión en Venus. En cuanto a su diferencia con las Venera 9 y 10 estas eran las siguientes:
-Se retiraron los focos de luz de fondo previstos para la iluminación de las fotografías mientras que las cubiertas de los objetivos de las cámaras fueron reajustadas.
-Se simplificó el esquema de entrada en operación del sistema de paracaídas y se redujo su masa para dar cabida a más aparatos científicos. En vez de la puesta en operación de 2 paracaídas de freno consecutivos se dejó solo uno y, además, en vez del sistema de 3 paracaídas principales se dejó solo uno.
-Algunos instrumentos científicos fueron ajustados, otros fueron agregados y parte de los equipos se instaló en el anillo del amortiguador. Además, a partir de estos aparatos y hasta la Vega-2 todos ellos fueron provistos con equipamiento experimental compuesto de un conjunto de pequeñas baterías solares situadas en torno al anillo del amortiguador.
Masa comparativa:
Venera-11: 4447 kg
Venera-12: 4461 kg
Masa del aparato de sobrevuelo sin combustible: 2114 kg
Masa del aparato con sistema de entrada a la atmósfera: 1645 kg
Masa del aparato de descenso: 750 kg
Carga de combustible del motor de corrección de trayectoria: 688 kg
Las principales actividades en superficie de esta nueva misión a Venus eran la obtención de imágenes a color y además la toma de muestras de suelo para realizar análisis físico-químicos in situ.
Considerando que la realización de una imagen panorámica de 180° le tomaba a cada uno de los telefotómetros del aparato 12 minutos y 50 segundos el tiempo bastaba para enviar no menos de 2 de ellas. Además, como los vuelos inmediatamente anteriores habían mostrado que la iluminación era suficiente para realizar fotografías sin luz artificial se retiraron previamente los focos de iluminación del aparato de descenso.
Los telefotómetros comenzarían a operar junto con la instalación de perforación 32 segundos después de que el aparato se posara en la superficie.
La velocidad de retransmisión de los datos desde los aparatos de descenso hacia su estación espacial se incrementó dada la mejor resolución de las fotografías que se esperaba obtener, pasando de los 256 bit/s de las Venera 9 y 10 a 3072 bit/s
Las investigaciones incluían también nuevos experimentos de medición de la composición química de la atmósfera, de la naturaleza de las nubes y de posible actividad eléctrica en la atmósfera.
La cantidad de equipos científicos en el aparato de sobrevuelo se redujo para maximizar la masa de los instrumentos necesarios para la realización de mediciones por el aparato de descenso durante su descenso y una vez en superficie.
En esta ventana de lanzamiento los Estados Unidos también enviaron a Venus estaciones espaciales, pero de masa significativamente menor. El aparato orbital Pioneer 12* operó exitosamente en la órbita en torno a Venus durante varios años, entregando información sobre la atmósfera superior y el espacio en torno a la nave. El Pioneer 13** ingresó a la atmósfera del planeta y llevó un gran aparato de descenso y 3 pequeñas sondas, sin embargo, estos elementos no pudieron alcanzar superficie, habiendo detenido su existencia a una altura de 13 km aunque lograron enviar información de la atmósfera durante su descenso.
Estación espacial
Los aparatos de sobrevuelo de las estaciones Venera-11 y Venera-12 eran casi idénticos a sus predecesores orbitales.
Después de desprenderse del aparato de descenso la estación espacial realizaría una maniobra para salir a su trayectoria de sobrevuelo, la cual permitiría mantener comunicación con la Tierra en el curso de un tiempo más extenso que con los aparatos orbitales anteriores.
El tiempo calculado de comunicación de la estación espacial con el aparato de descenso, después de posado sobre la superficie de Venus, era de 30 minutos.
Aparato de descenso de la Venera-11
La Venera-11 despegó de la Tierra el 9 de septiembre de 1978 mientras que los días 16 de septiembre y 17 de diciembre se realizaron correcciones de su trayectoria.
En los primeros minutos del vuelo se produjo una falla en las etapas principal y de reserva del ventilador del circuito frío del aparato de descenso aunque el ventilador del contenedor de instrumentos científicos de la estación continuó operando con normalidad. Producto de esta condición el esquema de enfriamiento del aparato de descenso quedó inutilizado. Para compensar en alguna medida la falla se realizaron diversas maniobras que permitieron que el aparato de descenso ingresara a la atmósfera con una temperatura de +12°C en vez de la norma, en el rango -10 a -15°C.
El 23 de diciembre, después de la separación del aparato de descenso del sistema de ingreso a la atmósfera, la estación espacial salió a su trayectoria de sobrevuelo para llevar a cabo labores de retransmisión de los datos científicos y de operación del aparato de descenso.
El 25 de diciembre el aparato de descenso ingresó a la atmósfera a una velocidad de 11,2 km/s (40.320 km/h) y después de 62 minutos y 41 segundos tocó la superficie a una velocidad de 7-8 m/s (25-29 km/h) en el lado diurno del planeta y mientras que el ángulo cenital* del Sol alcanzaba los 17°.
El aparato de descenso entregó información desde superficie en el curso de 95 minutos, mientras que la estación de sobrevuelo desapareció tras el horizonte un tanto después, tras 110 minutos.
Durante su descenso, desde 62 km hasta superficie, el aparato de descenso realizó mediciones con sus instrumentos a bordo para determinar la composición de la atmósfera y las nubes, analizar la dispersión de la radiación solar y estudiar descargas eléctricas además de llevar a cabo mediciones de temperatura, presión y sobrecarga aerodinámica sobre el mismo aparato.
En el momento en que finalizó la recepción de información del aparato de descenso la temperatura en su sección de instrumentos alcanzaba 70°C. Los instrumentos aún se mantenían en operación.
Aparato de descenso de la Venera-12
La Venera-12 fue lanzada el 14 de septiembre de 1978, siendo sometida a maniobras de corrección el 21 de septiembre y el 14 de diciembre.
El día 18 de diciembre terminó sus maniobras de enfriamiento lo que le permitió alcanzar una temperatura de -12,3°C.
El 19 de diciembre se separó de la estación el aparato de descenso el cual ingresó a la atmósfera el 21 de diciembre a una velocidad de 11,2 km/s (40.320 km/h). En el momento de ingreso a la atmósfera su temperatura alcanzaba +5°C.
El paracaídas fue desenganchado a una altura de 49 km y después de 1 hora el aparato de descenso tocó superficie a una velocidad de cercana a los 8 m/s (29 km/h) en el lado diurno mientras el ángulo cenital del Sol alcanzaba los 20°. Su descenso desde su ingreso a la atmósfera, a 125 km de altura, hasta tomar contacto con superficie se extendió por 61 minutos y 53 segundos.
Tal como en el caso con el aparato de descenso de la Venera-11, a lo largo de su descenso, entre 62 km de altura y superficie, se realizaron mediciones de composición química de la atmósfera y de la capa de nubes del planeta, análisis de dispersión de radiación solar, estudio de descargas eléctricas además de mediciones de temperatura, presión y de sobrecarga aerodinámica.
A lo largo de 110 minutos el aparato de descenso de la Venera-12 transmitió información científica desde superficie al aparato orbital, el cual se encontraba a una altura de unos 34 mil km.
Mediciones en superficie
En el caso de la Venera-11, la temperatura en el lugar de su aterrizaje alcanzó valores de 458+-5°C mientras que la presión fue de 91+-2 bar. No se logró obtener una imagen de superficie por cuanto no se abrieron las tapas que cubrían los 2 telefotómetros del aparato, las cuales deberían salir disparadas hacia un lado. Después de problemas con una de las cámaras de la Venera-9 estas tapas habían sido reajustadas pero al no saltar las imágenes resultaron negras de manera uniforme.
El programa también consideraba una perforación de 3 cm del suelo 30 segundos después de que el aparato llegara a superficie. Y si bien el taladro logró tomar una muestra de suelo no se pudo entregar a la sección de instrumentos por lo que su análisis no se llevó a cabo.
La temperatura en el lugar de aterrizaje de la Venera-12 resultó igual a 468 +-5 °C mientras que la presión era de 92+-2 bar.
Ninguna de las estaciones logró tomar fotografías o realizar muestras de suelo, pues en el caso de estas últimas se dañó el aparato que realizaba los análisis de las muestras con la vibración producto del descenso a través de la atmósfera.
Estaciones espaciales de sobrevuelo de las Venera-11 y Venera-12
Cada estación espacial sobrevoló Venus a una altura de unos 35 mil km y entregó a la Tierra los datos que recibió del aparato de descenso tanto como cuando se desplazaba a través de la atmósfera como luego al encontrarse en superficie.
Después de cumplir esta misión las estaciones de sobrevuelo continuaron entregando información a la Tierra desde el espacio interplanetario. De hecho, serían sometidas a nuevas correcciones de su trayectoria, las que se realizaron el 7 de febrero de 1979 con la Venera-11 y un poco antes, el 5 de febrero, con la Venera-12.
En el caso de la estación de la Venera-11, se encontraba bajo una trayectoria heliocéntrica y en la medida que se fue alejando del Sol comenzaron a operar de manera inestable sus sensores solares del sistema de orientación de modo que el 1° de febrero de 1980 se produjo la última sesión de comunicación con la Tierra mientras que el día 8 del mismo mes dejó de responder a las instrucciones enviadas desde nuestro planeta. Entonces, ya no contaba con combustible y seguramente sus baterías solares se habían descargado.
En cuanto a la estación de la Venera-12, después de 98 días llegó a su destino, mucho más rápido que la Venera-11, que requirió de 107 días.
Tal como con la Venera-11 se le realizó una maniobra de corrección de su trayectoria luego de cumplir su misión con el aparato de descenso, la que tuvo lugar el 5 de febrero de 1979. Estas maniobras, tanto en el caso de la Venera-11 como con la Venera-12 eran parte de un experimento conjunto entre la URSS y Francia, llamado Konus, para localizar destellos de radiación gamma*.
*Los llamados DRG en español son los eventos electromagnéticos más luminosos del Universo descubiertos en 1967 por medio de los satélites del proyecto norteamericano Vela, diseñados para detectar pruebas nucleares secretas tanto en la atmósfera como en el espacio y cuyo incidente más célebre fue una posible prueba nuclear, de 2-3 kilotones, detectada el 22 de septiembre de 1979, que pudo ser generada conjuntamente por Sudáfrica e Israel. El fenómeno tiende a durar unos cuantos segundos encontrándose sus fuentes de origen usualmente a miles de millones de años luz de la Tierra pudiendo liberar en una fracción de segundo la energía que libera el Sol durante toda su existencia. Algunos científicos consideran un DRG como posible causa de la extinción masiva ocurrida en la Tierra hace 440-450 millones de años atrás, la del Ordovícico-Silúrico, que llevó a la desaparición del 60% de las especies de nuestro planeta, en una época en que tenían un hábitat exclusivamente submarino.
1,5 años después del despegue de la Venera-12 desde nuestro planeta se la utilizó para intentar investigar por medio de un espectrómetro UV soviético-francés un cometa recientemente descubierto, el Bradfield (C1979 Y1)*, mediante sesiones de comunicación con la Tierra que tendrían lugar el 13 de febrero de 1980 y, posteriormente, el 17 de marzo del mismo año.
*Descubierto el 25 de diciembre de 1971 por el astrónomo neozelandés William Bradfield.
A mediados de abril, y debido a la gran distancia del Sol se produjo una falla en el sistema de orientación realizándose una última sesión de comunicación con la estación el día 18 de abril.
Resultados Venera-11 y Venera-12:
Mediciones en el curso de su descenso por la atmósfera:
En el ingreso a la atmósfera se midió la densidad de la atmósfera en el rango de alturas 100-65 km.
Con ayuda de los instrumentos para medición de temperatura y presión atmosférica se realizaron mediciones directas de estos parámetros entre 61 km y superficie.
La falta de transparencia de la atmósfera fue medida entre 64 km y superficie, la composición química de los aerosoles, entre 64-49 km. La dispersión de aerosoles se midió desde 51 km hasta superficie mientras que la actividad de tormentas entre 60 km y superficie.
El cromatógrafo de gases realizó un análisis de 9 muestras atmosféricas entre 42 km y superficie. El nuevo espectrómetro de masas midió la composición de la atmósfera en el intervalo de 32 a 1 km. Según los datos de las mediciones de desplazamiento Doppler de la frecuencia del radiotransmisor se obtuvieron perfiles de altura de velocidad y dirección del viento horizontal.
De acuerdo a los datos del espectrómetro se construyó el primer perfil de contenido de vapor de agua de la atmósfera más o menos realista, el cual constituye el segundo gas invernadero en importancia en la atmósfera de Venus, después del CO2. Las mediciones de las Venus 11 y 12 mostraron una reducción en el contenido de vapor de agua desde 200 ppm* en la base de la capa de nubes hasta 20 ppm en superficie. Sin embargo, muchos años después un análisis repetido permitió obtener datos más precisos en comparación con los datos de los espectrómetros de la Venera 11, 12 y 14, los cuales llevaron a concluir un contenido relativamente constante de vapor de agua en el rango de unos 30 ppm entre 50 km y superficie. Los datos de los espectrómetros de masa de los aparatos de descenso de la Venera-11 y 12 llevaron a valores de contenidos relativos de vapor de agua de hasta 0,5% en 44 km y de hasta 0,1% en 24 km, lo que era significativamente más que los obtenidos por los espectrómetros y por otras mediciones espectrales a distancia desde la Tierra, por lo que fueron considerados como poco confiables.
*Partes por millón, unidad de medida de concentración de una sustancia en un determinado entorno. Se calcula dividiendo un peso en mg (miligramos) por el volumen que ocupa expresado en litros. Expresa proporciones muy pequeñas de alguna sustancia estableciendo el número de sus unidades en un total de 1 millón de unidades del conjunto total en que se encuentra albergada.
De acuerdo a los resultados del análisis de 176 espectros completos de 22 muestras se obtuvieron los siguientes resultados de las mediciones de los espectrómetros de masa para la composición de la atmósfera:
CO2: 97%
Nitrogeno molecular: 4,0 +-2%
Argon: 110 +-20 ppm
Neon: 8,6 +- 4 ppm
Kripton: 0,6 +- 0,2 ppm
etc
El espectrómetro fluorescente de rayos X de la Venera-12 midió las partículas de las nubes en alturas de 64 a 49 km pues luego no logro resistir la elevada temperatura exterior. No se encontró azufre en las inclusiones de las nubes.
Además, se confirmó lo establecido por las Venera 9 y 10, en cuanto a que el límite inferior de la capa nubosa era una altura de 48-49 km.
Durante el descenso, en un rango de alturas de 32 km a 2 km la Venera-11 y la Venera-12 registraron una gran cantidad de impulsos electromagnéticos análogos a descargas de truenos lejanos en la Tierra. La actividad detectada fue mayor en el caso de la Venera-11 que en el caso de la Venera-12. Después del aterrizaje la Venera-11 no registró esos impulsos pero un destello intenso fue destacado por la Venera-12 una vez en superficie.
En cuanto a los micrófonos se encontraban en régimen de saturación debido al ruido aerodinámico durante el descenso y una vez en superficie no registraron ruidos acústicos aunque sí registraron los sonidos provocados por los instrumentos en su operación en superficie, lo que indica que el aparato operaba con normalidad.
Tal como en el caso de las Venera 9 y 10 los datos de las mediciones de dispersión de luz en las Venera-11 y 12 identificaron nubes más densas desde el principio de las mediciones en 62 km, cuya base resultó a una altura de 47 km, más abajo de este nivel la capa de aerosoles era de mucho menor densidad, y bajo 30 km la atmósfera, en general, estaba libre de aerosoles. El nefelómetro de la Venera-11 midió durante el descenso partículas de las nubes y sus resultados confirmaron la homogeneidad de las capas de nubes encontrada por la Venera 9 y 10.
La capa principal de nubes quedó localizada entre 51 y 48 km. El nefelómetro de la Venera-12 operó de manera normal. Los datos de mediciones fotométricas confirmaron que hasta la superficie llegaba solo 3-6% de la luz solar que ingresaba a la atmósfera superior mientras que la intensidad de dispersión en la atmósfera densa del planeta empeoraba fuertemente la visibilidad. A una altura de varios km la superficie ya no era visible. A nivel de superficie era visible el horizonte pero el detalle del paisaje se perdía rápidamente en el polvo anaranjado.
Cabe destacar que ambos aparatos de descenso chocaron con una anomalía inexplicable a 25 km de altura*, que implicó que los instrumentos salieran de escala y el aparato de descenso sufriera una descarga de energía.
*No he logrado encontrar información alguna que trate con detalle estas colisiones.
Estaciones espaciales automáticas, Venera-13 y Venera-14
Para la ventana de lanzamiento de 1981, y cuando restaba solo una década para su desaparición, la URSS envió un nuevo par de estaciones a Venus, las Venera 13 y 14. Ambas misiones resultaron exitosas permitiendo obtener las primeras imágenes a color de la superficie del planeta y los primeros análisis in situ de suelo venusiano.
En el caso de los Estados Unidos, no solo para esta ventana sino que a lo largo de toda la década de los ´80, concentraría sus investigaciones espaciales ya no en otros planetas sino que en el desarrollo de un nuevo vehículo de transporte conocido como Space Shuttle*, que tenía la particularidad de ser reutilizable aunque esto no consideraba su mayor tanque de propulsión, el llamado External Tank de 760 toneladas, el cual se destruía en su regreso hacia el océano y no era recuperado como los otros 2 tanques, que alcanzaban en conjunto 1120 toneladas.
El Space Shuttle volaba hasta una altura de 193-965 km, que es mucho menor al 1% de la distancia entre la Tierra y la Luna. Aunque a muchos pueda sorprenderlos, en muchos términos, el programa resultó un fracaso y hasta un obstáculo para la industria espacial norteamericana, contanto con un número comparativo de víctimas elevado, un bajo número de misiones anuales y un costo exorbitante, a pesar de que debía precisamente ser más barato. Cada vuelo tuvo un costo de alrededor de 1300 millones de dólares debido a que no era completamente reutilizable y que su diseño era de la década anterior por lo que requería piezas de reemplazo que muchas veces ya no se producían. Al mismo tiempo una operación a órbitas bajas de la Tierra en el Soyúz ruso, soviético tiene un costo de unos 60 millones de dólares y no es superado en términos de seguridad por ningún otro vehículo espacial.
Si bien las Venera-11 y 12 lograron realizar una gran cantidad de mediciones en su descenso a través de la atmósfera de Venus fracasaron, en gran medida, en su trabajo en superficie. Por eso, los especialistas soviéticos dejaron pasar la siguiente ventana de lanzamiento mientras desarrollaban nuevas tecnologías de resistencia al calor y resolvían los problemas que habían surgido en el programa anterior de modo que en 1981 estaban ya preparados para emprender un nuevo intento contando con mejores instrumentos y equipos a fin de obtener definitivamente imágenes de la superficie de Venus y realizar análisis de muestras de suelo*.
*En 1978 la estación orbital Pioneer-Venera-1 de los Estados Unidos obtuvo datos de altimetría (mediciones de altura) en la superficie del planeta pero con muy baja resolución superficial, 150 km. Solo en una estrecha franja ecuatorial el radioaltímetro obtuvo una topografía con resolución de 30 km. Precisamente estos datos fueron utilizados para escoger el lugar de aterrizaje de los aparatos Venera 13 y 14.
Por ello, si bien las estaciones espaciales Venera-13 y 14 eran en gran medida idénticas a sus predecesoras muchos de sus elementos fueron renovados y perfeccionados.
Así, en las estaciones espaciales el espectrómetro de masas era entre 10-30 veces más sensible siendo capaz de identificar elementos y combinaciones químicas en las más pequeñas concentraciones.
En tanto, en el caso de los aparatos de descenso se presentarían algunas diferencias:
En la periferia del anillo del amortiguador se agregaron dientes metálicos dado que el descenso provocaba torbellinos en el entorno del aparato que le hacían perder estabilidad. Los dientes romperían esos torbellinos transformándolos en una multitud de pequeños remolinos para no alterar de manera relevante la estabilidad del aparato en su descenso.
Además, se modificaron las cubiertas que cerraban los objetivos de las telecámaras y el sistema de recolección de muestras de suelo fue ajustado de modo de evitar los problemas que surgieron con las Venera 11 y 12.
También se modificó el telefotómetro panorámico que ahora debería realizar no solo fotos en blanco y negro sino también a color.
Al enviar 2 aparatos idénticos se buscaba no solo asegurar el cumplimiento de la misión sino que obtener muestras de suelo en 2 zonas distintas del planeta, una zona montañosa y una llanura. El hecho de contar con muestras de suelo era una necesidad de los científicos soviéticos para intentar comprender el origen y la historia de formación del planeta. Y si bien se había planteado la posibilidad de traer muestras hasta la Tierra, la complejidad y el costo de esta operación los hizo optar por otra opción más simple, la de coger una muestra de suelo y analizarla en el mismo aparato de descenso, algo en que los soviéticos ya contaban con antecedentes en sus operaciones con aparatos automáticos en Marte y la Luna pues las estaciones Mars-6 y Mars-7, que finalmente no lograron cumplir su misión, habían sido dotadas con equipos para analizar suelo marciano mientras que la Luna-24 había no solo tomado muestras de suelo lunar sino que, además, logró traerlas a Tierra.
Masa estación espacial Masa aparato de descenso Masa aparato descenso sobre superficie Venus
Venera-13: 4398 kg 1644 kg 750 kg
Venera-14: 4395 kg 1633 kg 750 kg
Venera-13
La Venera-13 fue lanzada el 30 de octubre de 1981 mientras que el 10 de noviembre y el 21 de febrero de 1982 se realizaron correcciones de su trayectoria.
Durante el mes de febrero se realizó el proceso de enfriamiento del aparato de descenso hasta alcanzar -12,3°C el día 27. Este día y a una distancia de 33 mil km del planeta se separó de ella el aparato de descenso el cual ingresó a la atmósfera el 1° de marzo. El mismo día 27 operó durante 60 segundos el motor del aparato orbital para ponerlo en trayectoria de sobrevuelo, lo que implicó un gasto de 218 kg de combustible.
El desplazamiento del aparato de descenso hasta la superficie de Venus comenzó a los 100 km de altura realizando inicialmente mediciones de densidad de la atmósfera. Cuando el aparato se acercó a la capa de nubes, su velocidad se redujo a cerca de la velocidad del sonido y los equipos automáticos dieron la orden de eliminar la tapa que cubría la sección del paracaídas. Esto pondría en acción una serie de ellos, primero el de extracción y luego el que arrancó la mitad superior de la cubierta de aislación térmica, lo que desplegó el paracaídas de freno. Dos minutos después el aparato de descenso se deshizo de su cubierta frontal (es decir, su mitad inferior) de protección y comenzaron a operar el espectrómetro de masa y el analizador de gases. Cuando se alcanzaron los 48 km, en el límite inferior de la capa de nubes, el aparato se deshizo del paracaídas de freno y comenzó su descenso hasta la superficie, la cual impactó a 7,5 m/s (27 km/h). Resultaría posado sobre una superficie mullida en la elevación de una colina cuando el ángulo cenital del Sol alcanzaba 36°. La altura del lugar, en relación al radio medio de Venus, alcanzaba 1900 metros.
Mediciones durante el descenso:
El aparato de descenso contaba con 2 secciones herméticas, una esférica y otra elipsoidal, albergando esta última los equipos científicos que realizarían mediciones de la atmósfera durante el descenso mientras que la primera sección se ponía en operación en superficie.
Los datos obtenidos por medio del nefelómetro sobre la estructura y características de la atmósfera confirmarían los resultados obtenidos inicialmente por las Venera 9 y 10 en relación a que el sistema nuboso principal estaba constituido por 3 capas de nubes distintas: Una capa superior densa desde los 62 km (en esta altura comenzaban las mediciones) hasta los 57 km, luego una capa menos densa entre 57-50 km y, finalmente, entre 50 y 48 km, la capa más densa de todas.
A partir de los datos de las mediciones de desviación Doppler se levantaron perfiles de altura de viento horizontal y se realizaron estimaciones de turbulencia similares a las que se realizaron en todos los aparatos de descenso a partir de la Venera-4
El contenido relativo de agua fue determinado por medio de varios instrumentos y, a pesar de algunas divergencias, resultó mayor en la zona de nubosidad entre 40-60 km y menor sobre y bajo las capas de nubes. La cantidad de vapor de agua a una altura de 48 km se calculó en 0,2%, 10 veces mayor al contenido de agua en la atmósfera obtenido anteriormente por el método espectrométrico. Las mediciones de contenido de vapor de agua permitieron concluir que su presencia en la atmósfera es escasa y que su distribución es muy inusual debido a la formación de aerosoles de ácido sulfúrico de las nubes, cuyo componente principal es el azufre.
El aparato de descenso mostró por medio de mediciones directas que el azufre constituye el principal elemento que determina la composición de la capa de nubes del planeta.
En tanto, el espectrómetro de masas solo se desplegó cuando el aparato se encontró bajo la capa de nubes para impedir la contaminación por aerosoles. Habiéndose desplegado, realizó perfiles de altura de una serie de componentes de la atmósfera entre 26 km y superficie.
Durante el descenso los detectores del instrumento GROZA-2 no encontraron truenos o descargas eléctricas pero confirmaron que los destellos de baja frecuencia detectados por los aparatos de descenso Venera 11 y 12 no estaban relacionados con posibles descargas eléctricas de los mismos aparatos.
Actividades en superficie
Al aparato de descenso de la Venera-13 le pertenece un récord absoluto de trabajo en la superficie de Venus: 2 horas y 7 minutos.
Las condiciones a su arribo fueron de 462°C de temperatura, 88,7 atmósferas de presión y una iluminación de 3000 lux*.
*1 lux (del latín para la palabra luz) equivale a una iluminación de 1 lumen sobre una superficie de 1 m2, equivalente a una noche despejada con Luna llena en los trópicos. En términos comparativos, al mediodía en el verano hay sobre la Tierra 4-5 mil lux, misma condición en que se alcanzan 1-3 mil lux sobre la superficie de Venus. Volviendo, a nuestro planeta, un día completamente cubierto de nubes tiene una iluminación de 100 lux.
Los 4 primeros minutos operó el sistema de toma de muestras de suelo venusiano y luego comenzó la realización y envío de imágenes panorámicas por parte de los 2 telefotómetros del aparato. Además, se desplegaron en superficie tests de colores para que en Tierra se pudiera determinar el color genuino de la superficie y también un equipo para determinar las propiedades mecánicas del suelo.
Ese día 1° de marzo de 1982 la Venera-13 entregó a la Tierra las primeras fotografías a color de la superficie de Venus. Las imágenes, un total de 14 imágenes panorámicas a color y 8 en blanco y negro, fueron obtenidas por los telefotómetros, los cuales se encontraban situados en lados opuestos del aparato de descenso y contaban con un angulo de visión de 180° en la horizontal y de 37° en la vertical.
Aunque antes y después de la Venera-13 se realizarían fotografías desde la superficie de Venus estas resultarían deficientes en su calidad y solo en blanco y negro.
El color específico de la superficie y el fondo inusual en el panorama, conseguido por la Venera-13 y confirmado en la panorámica de la Venera-14 era resultado de la influencia de la poderosa y densa atmósfera venusiana que absorbe la franja azul del espectro luminoso.
Analizando las fotos los científicos plantearon la hipótesis de que lograron observar la corteza antigua del planeta por cuanto la superficie en la región estaba fuertemente erosionada (con exclusión de las salientes de la roca madre) y en gran medida cubierta por material triturado de grano fino.
Imágenes sucesivas mostrarían que el suelo encima no permanecía inmóvil sino que se mezclaba bajo la influencia del viento, el cual se calculó en superficie entre 0,3 y 0,6 m/s (1-2 km/h).
Ademas de fotografiar el planeta, la Venera-13 realizó análisis de suelo. Para coger muestras se utilizó un taladro que se hizo con una muestra de 2 cm3 tomada a 3 cm de profundidad y que luego fue analizada al interior del aparato en una instalación que operaba al vacío y a temperatura ambiente terrestre lo que implicaba no solo enfriar la muestra sino que reducir su presión desde 90 a 0,05 atmósferas. El proceso completo, desde el inicio de la perforación, tomó poco más de 32 minutos. Durante la perforación también se realizaron mediciones puesto que a partir de la velocidad de la perforación como de la profundidad alcanzada se podía decir mucho sobre la composición de la superficie y su densidad.
El análisis de las muestras extraídas por el taladro mostró la presencia un tipo de basalto poco común en la Tierra, rico en potasio. Otro instrumento, el penetrómetro, mostró que la capacidad de carga del suelo era análoga a arcillas pesadas o a arena de granulo fino apisonada. Ambas conclusiones concordaron con las características del suelo obtenidas por medio de perfiles de deformación mecánica realizadas durante el aterrizaje del aparato, las cuales mostraron que la superficie del planeta estaba cubierta por material poroso frágil, análogo a basalto sometido a erosión eólica.
Después de 127 minutos operando en superficie la Venera 13, que ya había soportado el incremento paulatino de presión en su descenso a través de la atmósfera, resultó inutilizada por la presión y la temperatura de la superficie.
Debido a la brevedad del tiempo de permanencia en la superficie los sensores acústicos del equipo GROZA-2 en la Venera-13, designada para registrar actividad micro-sísmica, no registraron ningún fenómeno de esa clase al tiempo que en la Tierra usualmente se caracteriza por una frecuencia de un suceso cada varios segundos.
Los micrófonos de la Venera-13 registraron ademas el ruido aerodinámico durante el descenso mientras que en la superficie registraron una velocidad del viento de 0,3 m/s hasta 0.6 m/s (1-2 km/h) en completo acuerdo con las mediciones con ayuda de los anemómetros en las Venera 9 y 10.
En cuanto a la estación de sobrevuelo de la Venera-13 ingresaría a una órbita heliocéntrica entregando información del espacio interestelar en términos de rayos X, radiación gamma, campos magnéticos, viento solar, rayos cósmicos y plasma.
Con el propósito de que en 1984 pudiera estudiar el cometa Halley* se le realizó una corrección de trayectoria el 10 de junio de 1982 y luego el 14 de octubre del mismo año. Se requeriría una tercera corrección pero la cantidad de combustible no fue suficiente de modo que el 25 de abril de 1983 se tuvo contacto por última vez con la estación.
*Descubierto en 1758 por el astrónomo inglés Edmond Halley (1656-1742), regresa a la Tierra cada 75-76 años, no obstante, existen testimonios sobre su observación en el cielo en fuentes de China y Babilonia, la más antigua de las cuales está datada en el 240 antes de nuestra Era. Halley fue el primero en calcular el período del cometa prediciendo su regreso en una fecha que resultó ser posterior a su muerte, 1758. El regreso del cometa demostró, en primer lugar, que no solo los planetas podían girar en torno al Sol sino que además que la mecánica celeste de Newton era correcta. En 1759 el astrónomo y abad francés, Nicolas-Louis De la Caille bautizó el cometa en honor de Edmond Halley.
Después de la Venera-13, la URSS envió la Venera-14, la cual era un doble de la número 13 y partió al espacio 5 días después. Su vuelo y su operación fueron todo un éxito a pesar de que pudo resistir en la superficie mucho menos tiempo, 57 minutos.
Venera-14
La Venera-14 despegó el 4 de noviembre de 1981 y para llegar a Venus tuvo que realizar 3 correcciones de trayectoria. La razón fue un error en la primera corrección el 14 de noviembre, lo cual se logró corregir después de una maniobra de compensación el 23 de noviembre y una corrección adicional el 25 de febrero de 1982.
El aparato de descenso con el sistema de ingreso a la atmósfera se separó de la estación el 3 de marzo, cuando había sido enfriado hasta una temperatura de -14,5°C, ingresando a la atmósfera el 5 de marzo. El paracaídas de freno se desplegó a una altura de 62 km siendo eliminado a 47 km de altura.
Los aparatos de descenso de las Venera-13 y 14 confirmaron la presencia de CO2 y nitrógeno como los constituyentes de la casi totalidad de la atmósfera de Venus, con cerca de un 97% para el primero y 3-4% para el segundo.
Las mediciones del espectrómetro midieron la composición de aerosoles de las nubes entre 63-47 km de altura estableciéndose que estaban compuestos principalmente de combinaciones con azufre y en mucho menor medida con cloro y que su densidad era mayor entre los niveles 56-47 km.
El aparato de descenso tocó superficie a una velocidad de 7,5 m/s (27 km/h) en el área de un valle bajo al suroeste del lugar de aterrizaje de la Venera-13. El angulo cenital del Sol en el lugar de aterrizaje alcanzaba 35,5°. El arribo se produjo 4 días después del aparato número 13 y a una distancia de unos mil km del mismo. Habiéndose posado en una pequeña colina de 500 metros de altura la presión que registró fue 93,5 veces superior a la terrestre mientras que la Venera-13 midió un valor de 89,5 atmósferas dado que se posó a una mayor altura. La temperatura alcanzaba 470°C y solo un 3,5% de la luz solar que ingresaba a la atmósfera superior alcanzaba la superficie
Los primeros 4 minutos operó la instalación de perforación, tomando una muestra de 1 cm3 desde 3 cm de profundidad que fue analizada en el mismo aparato de descenso. La muestra mostró estar compuesta de basalto con escaso contenido de potasio, resultando similar a basaltos presentes en sierras submarinas terrestres. Su menor contenido de azufre en relación a la muestra de la Venera-13 se explicó a partir de que la Venera-14 se encontraba en una superficie más joven del planeta.
Tras el inicio de la labor de perforación saltaron las cubiertas de los telefotómetros y comenzó la transmisión de imágenes y de otros parámetros.
El trabajo del primer telefotómetro concluyó tras 31 minutos mientras que el segundo concluyó su trabajo de entrega de imágenes en el minuto 56. Un minuto después cesó la recepción de información desde el aparato de descenso tras la caída de la señal bajo su valor umbral.
A diferencia de la Venera-13 los fotómetros de la Venera-14 no registraron levantamiento de polvo durante el aterrizaje.
El micrófono logro registrar 2 sonidos, que se interpretaron como consecuencia de un par de eventos sísmicos débiles y lejanos.
El aparato orbital realizaría el mismo trabajo que la estación orbital de la Venera-13 detectándose su última señal desde la Tierra el día 9 de abril de 1983.
Resultados de las estaciones espaciales de sobrevuelo
Ambas estaciones de sobrevuelo entregaron información sobre viento solar y destellos de rayos X en el Sol. Con su participación se conformó una red interplanetaria destinada a la detección de destellos gamma, la que permitió registrar 150 de tales fenómenos. Tras el sobrevuelo junto a Venus las estaciones Venera-13 y Venera-14 fueron sometidas a correcciones de trayectoria a fin de perfeccionar maniobras que se utilizarían posteriormente con la siguiente aparición del cometa Halley en el Sistema Solar.
Para una nueva misión al planeta, que se llevaría a cabo en la siguiente ventana astronómica de marzo de 1972, ya no se consideró el descenso en el lado oscuro del planeta sino que en aquel bajo iluminación diurna lo que marcaba una diferencias con las misiones Venera anteriores aunque de acuerdo a sus propósitos y tareas, la estación automática Venera-8 debía prácticamente repetir la misión de la Venera-7.
La construcción del nuevo aparato de descenso consideró los datos aportados por la estación anterior, la Venera-7, gracias a los cuales se corrigió el modelo de atmósfera del planeta lo que permitió a los ingenieros del NPO Lavochkin, responsables de su construcción, reducir los límites de solidez del nuevo aparato de descenso ajustándolos de manera más precisa a las condiciones reales. Así, en vez de una presión máxima de 180 atmósferas se consideró un umbral de 105 y en vez de un máximo de 540°C, 493°C. La reducción de los valores máximos de temperatura y presión sobre la superficie de Venus permitió disminuir el espesor de las paredes de la sección de instrumentos del aparato de descenso en comparación con la Venera-7 lo que hizo posible reducir el peso del aparato de descenso en 38,5 kg.
La masa ahorrada se utilizó para incrementar el número de equipos científicos* a bordo y diseñar un paracaídas más sólido aunque el tamaño de su cúpula permaneció sin cambios en relación a la Venera-7 para permitir nuevamente un rápido descenso a través de la atmósfera.
*Se trata de una traducción literal de la expresión en ruso y se refiere a instrumentos de medición de parámetros del espacio interplanetario o de diversas características del planeta objeto de la misión espacial. Con el concepto se hace una diferencia con los instrumentos que miden exclusivamente parámetros propios de la operación de la nave espacial.
Todos los aparatos de descenso anteriores habían sido dirigidos hacia el sector nocturno del planeta, principalmente para garantizar comunicación con la Tierra, pero para la obtención de imágenes se decidió aterrizar en el lado diurno. En virtud de ese mismo requerimiento se instaló un fotómetro para determinar la iluminación en superficie de modo de poder establecer las condiciones técnicas para realizar en lo sucesivo tanto fotografías como filmaciones.
Como al posarse sobre Venus la Tierra ya no se encontraría en una posición cenital* sino que ligeramente sobre el horizonte se modificó la estructura de la antena de transmisión y se consideró también una segunda antena, en caso de que el aparato se posara de costado sobre la superficie o surgieran obstáculos generados por el relieve de la zona, de modo de poder operar con independencia de la dirección en que se encontrase el aparato al detenerse en superficie.
*En la vertical.
Para mejorar el comportamiento térmico de los equipos, en el lado interno del casco de titanio del aparato de descenso se instalaron cubiertas de berilio, que son acumuladores de calor, mientras que en los bloques de montaje de la sección de instrumentos con el casco se introdujeron juntas de fibra de vidrio.
En cuanto al aparato orbital de la Venera-8, era en esencia el mismo de los programas previos, desde la Venera-4 en adelante.
El vuelo
En primer plano estación de sobrevuelo y, más atrás, aparato de descenso.
La estación interplanetaria automática Venera-8 fue lanzada desde el cosmódromo de Baykonur, el 27 de marzo de 1972 por medio de un cohete-portador Molniya-M. La masa de la estación alcanzaba 1184 kg de los cuales 495 kg correspondían al aparato de descenso.
En el curso de su vuelo, el día 6 de abril de 1972 se realizó una corrección de su trayectoria lo que permitió que el 22 de julio de 1972, tras 117 días de vuelo, la estación Venera-8 alcanzara la órbita del planeta.
En preparación a su ingreso las baterías solares cargaron los acumuladores del aparato de descenso y con ayuda de la circulación de aire del sistema de termorregulación del aparato orbital la Venera-8 fue enfriada hasta -15°C*. Comenzaría su ingreso a la atmósfera una vez separada de la estación orbital.
*Se debe tener presente que los descensos a la superficie de Venus estaban planteados como una operación contra el tiempo pues la presión y la temperatura en el planeta eran colosales. Se enfriaba el aparato de descenso de modo de postergar en la mayor medida posible que sus instrumentos, lo más valioso del aparato, alcanzaran una temperatura que los destruyera o se obstaculizara el envío de sus datos hacia la Tierra. Por eso el aparato de descenso debía ingresar a la atmósfera con la menor temperatura posible y estaba diseñado de modo de atravesarla en el menor tiempo posible. Después se contaría con un tiempo similar a 1 hora para realizar mediciones y enviarlas a nuestro planeta antes de que los sistemas quedaran inutilizados y/o destruidos. Otro concepto de los descensos era la maximización de los instrumentos científicos en términos de su número lo que implicaba intentar disminuir en la mayor medida posible el peso de otros elementos del aparato y/o utilizar un cohete-portador más poderoso.
En el proceso de frenado aerodinámico en la atmósfera, en el cual el aparato sufrió una sobrecarga de hasta 335 g, su velocidad se redujo de 11,6 km/s (casi 42 mil km/h) a 250 m/s (900 km/h); después de lo cual, a una altura de 55 km y en plena operación, se activó el sistema de paracaídas. Con su apertura se inició la entrega de información de servicio y científica.
Después de 55 minutos de suave descenso en paracaídas el aparato tocó suelo en el lado iluminado de Venus, a 500 km del terminador matinal en una posición cercana al Ecuador. Su velocidad vertical al momento del aterrizaje alcanzaba 8,3 m/s (30 km/h).
Aparato de descenso Venera-8 sobre la superficie de Venus. 1. Paracaídas eyectado. 2. Antena remota tras la eyección. 3. Antena principal. 4. Antena remota antes de ser eyectada. 5. Sensores de medición de iluminación. 6. Sensores de presión y temperatura de la atmósfera.
Al tocar superficie el paracaídas se separó y se desplegó la antena auxiliar. La recepción de la radioseñal y de la información de telemetría se extenderían durante 53 minutos. Todo este tiempo los sistemas a bordo y los instrumentos científicos operaron con normalidad lo que permitió recibir información completa tanto de la atmósfera de Venus como de sus condiciones en superficie.
En tanto, la estación orbital entregaría información de la atmósfera superior y la ionósfera* hasta destruirse, al ingresar a capas inferiores de la atmósfera, tal como estaba previsto.
*Región de la atmósfera fuertemente ionizada debido a la acción de los rayos cósmicos provenientes del Sol. En el caso de Venus se extiende entre 120-300 km. En la Tierra se extiende entre 60-1000 km.
La Venera-8 fue el acorde final ideal de la serie ЗМВ (ZMV, en ruso), constituyéndose en la última estación de este tipo. Por medio de ella se logró finalmente, y tras muchos intentos, todo aquello tras lo cual los científicos y especialistas soviéticos habían trabajado sin pausa en el curso de muchos años.
Además del gran éxito de ingeniería, la Venera-8 aportó con la entrega de importante información científica que resultó imprescindible para el desarrollo de nuevos aparatos de descenso más complejos, considerados para nuevas misiones a Venus a partir de 1975, los cuales serían transportados por medio de otro cohete portador, el Protón, capaz de transportar estaciones automáticas varias veces más pesadas.
Resultados
Aparato de descenso de la Venera-8.
La información entregada por la Venera-8 incrementó significativamente el conocimiento sobre el planeta, incluyendo sus condiciones en superficie. La temperatura y presión de la atmósfera en superficie, en el lugar donde se posó el aparato, alcanzaron 470°C+-8°C y 93 +-1,5 atmósferas lo que resultó muy cercano a los valores obtenidos por la Venera-7, que había aterrizado en el lado oscuro del planeta, y también a los datos obtenidos por extrapolación de los datos de la atmósfera superior entregados por las Venera 4, 5 y 6.
La Venera-8 pudo distinguir 3 capas principales en la atmósfera: Una capa nubosa gruesa entre 65-49 km, una capa de nubosidad menos densa entre 49-32 km y una atmósfera relativamente limpia bajo la capa de nubes.
En cuanto a la iluminación en superficie, en el lugar donde la nave tomó contacto con la superficie y donde el Sol se elevaba apenas 5,5° sobre el horizonte alcanzó 350 +-150 lux, comparable con el crepúsculo en un día nublado sobre la Tierra. La débil claridad de la superficie mostraba que solo el 1% de la luz solar incidente alcanzaba la superficie. Sin embargo, se calculó que si el Sol se encontrase en su zenit (en la vertical) la iluminación no debería ser menor a 1000-3000 lux.
En la superficie, el nivel de iluminación era prácticamente constante lo que confirmaba la conclusión de una atmósfera comparativamente limpia bajo las nubes.
Las mediciones permitieron concluir que la iluminación era suficiente para la operación de las fotocámaras del siguiente aparato de descenso.
Los perfiles de altura de velocidad y dirección de viento horizontal entre 55 km y superficie fueron obtenidos por medio de mediciones Doppler. A 50 km, la velocidad del viento alcanzaba 100 m/s (360 km/s) y de 70-40 m/s (252-144 km/h) a una altura en torno a 45 km. Luego, inesperadamente se reducía bruscamente desde esta altura hasta 20 km hasta valores de 40-20 m/s (144-72 km/h) y alcanzaba solo 1 m/s (3,6 km/h) en alturas desde 10 km hasta la superficie misma.
De acuerdo a las mediciones de potencia de las ondas de radio emitidas por el radioaltímetro a bordo y reflejadas por superficie se obtuvieron valores de permeabilidad y de densidad del suelo. Los resultados de las mediciones permitieron concluir que en la región del aterrizaje de la Venera-8 la capa superficial del planeta era bastante mullida, con una densidad del suelo de 1,4 gr/cm3*
*La densidad de la arena es de 1,5-2,0 gr/cm3, la del carbón de 1,4-1,8 gr/cm3 mientras que la de la celulosa alcanza exactamente 1,4 gr/cm3. En cuanto a la densidad del planeta Venus alcanza 5,25 gr/cm3, similar a Mercurio, 5,43, y la Tierra, 5,52 y muy superior a Marte, 3,95.
Con ayuda de un espectrómetro gamma, que registra intensidad y composición espectral de la radiación gamma natural, se realizaron las primeras determinaciones del carácter de las rocas del planeta según su contenido de elementos radioactivos naturales (potasio, uranio, torio) tanto en la etapa de descenso como en superficie.
Se estableció que en las rocas de Venus, en el lugar de aterrizaje de la Venera-8, había un 4% de potasio, 0,00065% de torio y 0,00022% de uranio, lo que indicaba más bien la presencia de rocas graníticas y no basálticas*. Estos resultados serían puestos en duda especialmente considerando los datos entregados por los posteriores aparatos de descenso Venera, que encontraron una presencia predominante de rocas basálticas y no graníticas. Muchos años más tarde, una cartografía de radiolocalización de superficie mostró que la Venera-8 aterrizó en la elevación de una región volcánica que, seguramente, era más antigua que los valles de lava que cubren la mayor parte del planeta, lo que explicaba los datos obtenidos. Otra explicación podría ser la presencia en el lugar de descenso de rocas de basalto ricas en potasio, que se encuentran rara vez en nuestro planeta.
*Entre las rocas que conforman la capa exterior de la Tierra (litósfera) las más comunes son los basaltos y los granitos, abarcando más de 75% de la superficie de nuestro planeta, incluido el fondo oceánico. Por lo mismo se podría esperar que ambas fueran también comunes en otros planetas del Sistema Solar del llamado Grupo terrestre (Mercurio, Venus y Marte además de la Tierra), sin embargo, si bien el basalto se ha encontrado por doquier no ha sucedido lo mismo con el granito en otros planetas. En la década de 1930 las mediciones de la capacidad de reflexión de la Luna realizadas en diversos observatorios del mundo mostraron que la Luna estaba compuesta de basaltos, con ausencia de granito. Lo mismo se lograría establecer posteriormente en Marte. La carrera espacial confirmaría que el granito prácticamente no existe en la Luna y Venus, aunque en Marte hay indicios de que podría existir en alguna cantidad menor. Al mismo tiempo, los modelos de la Tierra primitiva indican que su corteza era eminentemente basáltica, tal como en los otros planetas del grupo terrestre. La capa de granito terrestre apareció en la Tierra 4 mil millones de años atrás mientras que por alguna razón los otros planetas no permitieron su formación. De hecho, tampoco se lo ha encontrado en meteoritos o en el resto de los planetas del Sistema Solar por lo que algunos geólogos afirman que el Granito es la "Tarjeta de presentación de la Tierra".
Por primera vez se midió el flujo luminoso descendente en el intervalo de 55 km a superficie. Estos primeros perfiles de luz solar resultaron suficiente para explicar la naturaleza de la elevada temperatura a cuenta del llamado efecto invernadero.
En cuanto a la atmósfera, las nuevas mediciones establecieron que estaba compuesta en un 97% por CO2, 2% de nitrógeno, 0.9% de vapor de agua y menos de 0.15% de oxígeno. Se detectaron algunas cantidades de amoníaco, entre 32-44 km, entre 0.1%-0,01% pero en el futuro se pudo comprender que era por la presencia de ácido sulfúrico que también daba positivo a la prueba realizada. La verdad es que en este viaje a Venus se pudo sospechar por primera vez la presencia de ácido sulfúrico en su atmósfera dado la casi total ausencia de agua en las nubes al tiempo que tenía la capacidad de formar gotas. El hecho de que fueran tan efectivas para reflejar la luz solar explicaba el alto albedo* de Venus.
*Capacidad de reflexión por una superficie de la radiación solar que recibe (en el espectro visible, infrarrojo o ultravioleta). El término proviene de la palabra albedo en latín tardío, lengua en que significa blancura. Su valor va de 0-1 (0-100%), es decir, va desde un cuerpo que absorbe toda su radiación incidente (un cuerpo negro) hasta otro que la refleja por completo.
En el caso de Venus, cuenta con el albedo más elevado entre los planetas del Sistema Solar, es de 0,76 (refleja en promedio un 76% de la radiación recibida), valor que para la Tierra es de 0,37 (debido a su cobertura de nubes). El más elevado para el Sistema solar es para una de las lunas de Saturno, Encelada (0.99). En el caso de la nieve alcanza un 0,9 cifra que en el carbón es de solo 0,04.
En relación al aparato orbital de la Venera-8, entregó mediciones de distintos parámetros de la atmósfera superior y de la ionosfera hasta que se destruyó al ingresar a la atmósfera, como estaba previsto.
El programa de vuelo de la Venera-8 fue completado íntegramente.
Космос-482
El 31 de marzo de 1972 se realizó el lanzamiento del cohete portador Molniya-M con la segunda estación, la que por su construcción, características de sistemas a bordo y equipos científicos era análoga a la estación Venera-8. Las primeras 3 etapas del cohete-portador operaron con normalidad permitiendo la salida del bloque principal a una órbita de apoyo cercana a la Tierra.
Lamentablemente, la estación no fue capaz de abandonar la órbita terrestre debido a fallas en la operación de la IV etapa fruto de una orden equivocada en un programa a bordo lo que condujo al apagado del motor después de solo 125 segundos de funcionamiento. La estación quedaría atrapada en una órbita elíptica fuertemente alargada.
A fines de junio se separó de ella un fragmento que se identificó como el aparato de descenso, el cual permaneció en órbita por largos años ingresando a la atmósfera el 5 de mayo de 1981, destino que también seguiría la estación espacial principal.
La estación recibió la denominación de Kosmos-482
Mariner-10
El 03 de noviembre de 1973 la estación automática interplanetaria Mariner-10 fue enviada desde el cosmódromo ubicado en Cabo Cañaveral, en los Estados Unidos por medio de un cohete-portador, Atlas/Centaur con el propósito de sobrevolar tanto Mercurio como Venus.
La extensión del cuerpo del aparato automático alcanzaba 1,4 metros, el cual contaba con 2 paneles solares de 2,7 metros de largo cada uno. Con una masa total de 503 kg sus equipos científicos comprendían 79,4 kg. Sería el segundo aparato espacial, luego de la soviética Luna-3, en valerse de la gravedad de un cuerpo celeste para modificar su trayectoria. Realizó poco más de 4 mil fotografías de Venus alcanzando una distancia mínima sobre el planeta en torno a 5800 km.
El éxito en la realización de su misión lo transformó en el primer aparato espacial en haber visitado 2 planetas, Venus y Mercurio, además de haber sido el primero en visitar el segundo de ellos. Pero eso no fue todo porque con su ayuda se obtuvieron por primera vez fotos amplificadas de estos planetas. El aparato además estableció la similitud entre la circulación de la atmósfera de Venus y la de la Tierra, al identificarse una estructura denominada Celda de Hadley.
En la medida que la Tierra se calienta de manera diferente entre el Ecuador y los Polos el mayor calor recibido en el Ecuador es distribuido hacia los Polos lo que constituye el motor que genera el tiempo meteorológico en nuestro planeta. Uno de esos mecanismos de distribución de calor se manifiesta en la circulación de vientos de la atmósfera, en un patrón llamado Celda de Hadley. Por medio de ella el aire asciende a unos 10-15 km (Nivel de una capa atmosférica denominada tropopausa) en el área ecuatorial para luego dirigirse hacia los Polos aunque descendiendo mucho antes, en torno a latitud 30°, tanto Norte como Sur, para entonces regresar al Ecuador, cerrando la celda de circulación atmosférica. La celda explica diversos fenómenos meteorológicos, tan diversos como los desiertos sub-tropicales, los vientos alisios o los huracanes. Fue bautizada en honor del meteorólogo aficionado George Hadley (1685-1768), quien planteó una explicación sobre el origen de los vientos alisios.
La Mariner-10 sobrevoló Venus y confirmó la ausencia de campo magnético en el planeta. Además, estableció que su atmósfera se encuentra en movimiento permanente.
Fue la última nave de la serie Mariner por cuanto las 11 y 12 serían denominadas Voyager-1* y Voyager-2** y enviadas ya no en dirección del Sol sino que hacia el lado opuesto del Sistema Solar.
*Despegó el 5 de septiembre de 1977 para investigar Júpiter y Saturno, transformándose en el primer aparato espacial terrestre en fotografiar estos planetas. Al concluir esta misión continuó su viaje por el Sistema Solar con el propósito de investigar regiones más apartadas del mismo. Su viaje se mantiene hasta el presente acumulando casi 43 años. Debido a que exploró con detalle la luna Titán, de Saturno no pudo encontrarse en su trayectoria con Plutón cuando se dirigía más allá de los confines del Sistema Solar. Contaba con una masa al despegue de 825.5 kg.
Recordemos que cada Voyager lleva un disco de oro con información audio-visual de la Tierra, entre fotografía y sonidos de nuestro planeta, los que incluyen sonidos de la naturaleza, música de diversos estilos y saludos de autoridades en decenas de diversos idiomas.
Después de sobrevolar Mercurio en 3 ocasiones a lo largo del año 1975 el siguiente sobrevuelo de este planeta no tendría lugar sino hasta 2011 cuando otra nave espacial norteamericana, llamada Messenger, sobrevoló Mercurio a partir de marzo de ese año, operación que la constituyó en satélite artificial del planeta hasta fines de abril de 2015, cuando se precipitó hacia la superficie del planeta después de haber consumido su combustible a fines del año anterior.
Una nueva generación de estaciones espaciales
En 1972, el aparato de descenso de la Venera-8 pudo sobrevivir en las complejas condiciones climáticas de la superficie de Venus por cerca de 1 hora lo que constituyó un gran logro científico-tecnológico pero también una frontera para las posibilidades de las estaciones espaciales de la serie ЗМВ (ZMV en español). Por eso, ahora los científicos e ingenieros soviéticos estaban dispuestos a dar un nuevo paso.
Para entonces ya existía suficiente información sobre la atmósfera de Venus y las condiciones en su superficie para diseñar un aparato de descenso adecuado a las mismas. Se decidió entonces construir un aparato multifuncional, provisto con cámaras fotográficas -para obtener por primera vez imágenes de la superficie- y con equipos científicos para realizar investigaciones en superficie. El desafío era poder garantizar la capacidad de operar de los equipos en las condiciones del entorno venusiano.
En 1971, durante la realización de los programas Mars-2 y Mars-3*, ambas estaciones espaciales habían cumplido con éxito su misión de modo que el aparato de descenso de la Mars-3 se transformó el 2 de diciembre de 1971 en el primer ingenio humano en amartizar en el planeta mientras que en marzo de 1974 la Mars-6 ejecutó complejas operaciones, de manera autónoma, durante su ingreso a la atmósfera del planeta rojo. Por eso no resultó casual que las estaciones espaciales Mars fueran la base para una nueva generación de estaciones espaciales Venera.
*Parte del programa soviético Марс (Mars, es decir, Marte en ruso) de estaciones interplanetarias automáticas de investigación de Marte, cuyo envío de sondas hacia este planeta se extendió desde 1960 hasta 1973.
La necesidad de diseñar una nueva estación espacial hacia Venus llevaría a que por primera vez desde 1961, año de inicio de los lanzamientos a ese planeta por la URSS, se dejara pasar una ventana de lanzamiento, la que se presentó a partir de octubre de 1973. Habría que esperar hasta 1975 para la concreción de una nueva misión.
Venera-9 y Venera-10
Las Venera 9 y 10 se constituirían en las primeras representantes de esta nueva generación de estaciones espaciales para investigar Venus, contando con un peso que superaba 5 veces el de sus predecesoras por lo que en adelante las sondas a Venus serían enviadas al espacio por un cohete más poderoso y de 4 etapas, el Proton-K.
El Protón-K fue un cohete de 3-4 etapas desarrollado por la URSS entre 1961-1967 por el OKB-23, a cargo del ingeniero soviético Vladímir Chelomey, para llevar aparatos espaciales tanto a la órbita terrestre como al espacio interestelar. Realizó su primer lanzamiento en julio de 1965 y el último en diciembre de 2019 totalizando más de 400. Durante su operación pondría en el espacio tanto satélites internacionales como gran parte de los elementos constituyentes de la Estación espacial internacional.
Las nuevas estaciones espaciales Venera constaban de un aparato orbital, al cual se incorporaba un sistema de ingreso a la atmósfera en cuyo interior se encontraba el aparato de descenso. Tanto el nuevo sistema de ingreso como el nuevo aparato de descenso serían sometidos a un intenso programa de pruebas de gran escala, tanto en tuberías aerodinámicas como por medio de lanzamientos desde aviones, pues el fin de la carrera espacial permitía trabajar con mucho mayor holgura de tiempo y por tanto de manera más pulcra.
Las 2 estaciones espaciales preparadas para esta ventana de lanzamiento eran idénticas a excepción de que el aparato orbital de la Venera-10 era ligeramente más pesado por lo que también contaba con una cantidad ligeramente mayor de combustible.
Masa Masa Masa Masa Masa
en el lanzamiento combustible aparato orbital aparato descenso con aparato descenso
sin combustible sistema ingreso atmósfera
V-9 4936 kg 1093 kg 2283 kg 1560 kg 660 kg
V-10 5024 kg 1150 kg 2314 kg 1560 kg 660 kg
Estación espacial
Si bien la estación en sí misma fue sometida a mínimos cambios estructurales, tales como una disminución de sus dimensiones o la reubicación de sus baterías solares tuvo una modificación relevante en términos de su sistema de comunicación con la Tierra dado que el aparato de descenso se encontraría fuera de comunicación visual directa con nuestro planeta. Por ello, en su condición de aparato orbital, es decir, girando en la órbita de Venus, la estación espacial haría las veces de retransmisor lo que incrementaría de manera sustancial la velocidad de transmisión de los datos del aparato de descenso hacia la Tierra.
Características de la misión
Algunos días antes de la llegada a Venus se separó de la estación el aparato de descenso, el cual continuaría su vuelo en régimen pasivo a través de una trayectoria balística*. Inmediatamente después, la estación espacial realizó una maniobra de corrección de trayectoria para alcanzar el punto a partir del cual comenzaría a orbitar en torno a Venus. Las acciones estaban coordinadas de tal manera que al comienzo del envío de información desde la superficie de Venus se encendiera el motor de la estación espacial para salir a la órbita del planeta de modo de encontrarse en línea de visibilidad directa con el aparato de descenso para la retransmisión de sus datos a la Tierra. De este modo, se lograría la mayor extensión posible de la sesión de comunicación entre el aparato orbital y el aparato de descenso.
*Es decir, en caída libre siendo sometido a la fuerza de gravedad de Venus y al roce de su atmósfera, aunque sin olvidar que contaba ya con una velocidad inicial lo que lo diferencia de una caída directamente en la vertical.
El tiempo de extensión de la comunicación estaría limitado, en primer lugar, por el período de supervivencia del aparato de descenso en las complejas condiciones del planeta pero también por la tarea principal, la cual era la obtención de una fotografía panorámica desde la superficie de Venus, lo cual no solo determinaba el tiempo mínimo de operación del aparato de descenso sobre la superficie sino también la velocidad de transmisión de datos por medio del aparato orbital.
Las nuevas posibilidades y la gran masa del aparato de descenso permitirían dotarlo con una serie de instrumentos que nunca antes habían sido enviados al espacio.
Como parte del equipamiento científico del aparato de descenso de la Venera-9 habían sistemas de medición de temperatura y presión, un espectrómetro de masas para determinar la composición química de la atmósfera, 2 nefelómetros*para medir la estructura vertical, las propiedades y la composición de aerosoles al interior y bajo la capa de nubes del planeta, un fotómetro para investigar el régimen de luz (con 3 bandas en el espectro visible y 2 en el infrarrojo), un fotómetro en la banda de absorción del CO2 y de H2O, un anemómetro, un espectrómetro gamma para determinar el contenido de elementos radioactivos naturales en las rocas venusianas, un densímetro de radiación para determinar la densidad del suelo en la capa superficial del planeta, un acelerómetro y dos telefotómetros panorámicos.
*Instrumento óptico que mide la concentración o el tamaño de partículas en el aire a partir de un haz de luz que se envía al medio en estudio y que luego es medido en su intensidad en otro extremo de ese mismo medio. Etimológicamente proviene del griego para nube, nefos. Tiene usos diversos en meteorología, medicina, etc.
En tanto, la estación espacial, en su condición de módulo orbital, estaba provista con equipos para el estudio de la estructura de la atmósfera superior y media, de la capa superior de nubes, de la radiación térmica del planeta y del plasma en la atmósfera superior.
Módulo orbital
Como base del mismo se encontraba la llamada estación espacial M-71 que unida al aparato de descenso alcanzaba una altura de 2,8 metros. Contaba con un cuerpo cilíndrico de 110 cm de diámetro en cuyos costados se encontraban paneles de baterías solares de 1,25 x 2,1 metros además de los radiadores del sistema de termorregulación. Estaba provista también con estanques, en los cuales había nitrógeno a 350 atmósferas de presión para los motores del sistema de orientación de la nave. La antena parabólica para comunicación con la Tierra, de 1,6 metros de diámetro, estaba también ubicada a un costado del cilindro. Junto con ella se encontraban 6 antenas espirales multidireccionales para comunicación con nuestro planeta y 2 para comunicación con el aparato de descenso.
Aparato de descenso
La principal diferencia entre las estaciones espaciales de mucho mayor peso que se lanzaron a Marte* y las que serían enviadas a Venus era el aparato de descenso.
*Recordemos que la estación Venera 8 contaba con una masa de 1184 kg y el aparato de descenso llegaba a 495 kg. La estación Mars-2, al igual que la Mars-3, alcanzaba 4625 kg mientras que su aparato de descenso 1000 kg. En cuanto a la Mars-6, los valores eran de 3880 kg y 1000 kg, respectivamente.
La atmósfera enrarecida de Marte exigía, sin duda, más requisitos de freno mientras que en la densa atmósfera de Venus podía utilizarse un sistema más simple tanto en el ingreso a la atmósfera como al momento de contacto con su superficie.
El nuevo aparato de descenso multifuncional se encontraba al interior de una cubierta esférica con un diámetro de 2,4 metros que permitía el ingreso a la atmósfera a velocidad hipersónica, protegiendo al aparato de descenso. Pero este luego se desharía de esa cubierta una vez que su velocidad de descenso a través de la atmósfera se redujera a valores inferiores a la velocidad del sonido*.
*Aproximadamente 1240 km/h
La esfera estaba cubierta por un material ablativo* y se estabilizaba aerodinámicamente en vuelo en consideración de la posición de su centro de masa** hacia el lado frontal del aparato. El ángulo de entrada a la atmósfera era más suave que en el caso de los aparatos de la serie ЗМВ de modo de reducir la sobrecarga por acción de la fuerza de gravedad desde 450 g a valores de 150-180 g. Después del ingreso a la atmósfera la esfera se separaba en 2 mitades que eran eliminadas, liberando el aparato de descenso y el sistema de paracaídas.
*Material, mal conductor del calor, que es usado en naves espaciales para protegerlas de temperaturas de miles de grados engendradas por el roce con el aire a velocidades orbitales, y que también se utiliza para proteger cámaras de combustión y toberas de motores de combustible líquido. Estas capas cumplen múltiples funciones en relación al calor: Lo absorben y retienen, mientras que al fundirse parcialmente retiran una parte del calor. Además, a partir de los productos gaseosos que se forman por acción del calor forman una especie de colchón aislante que desvía la onda de calor.
**Punto de un cuerpo que actúa como si se concentrara en el la masa total del cuerpo. En este caso refiere que ese punto estaba en la parte inferior del aparato, frontal en términos de enfrentar la superficie en su caída, de modo de impactar la superficie de Venus sobre el sistema de amortiguación.
En los primeros aparatos Venera la velocidad de entrega directa de datos a la Tierra estaba restringida a 1 bit por segundo y era posible solo en condiciones de radio-visibilidad directa. En tanto, el nuevo aparato de descenso estaba provisto con acumuladores de mayor capacidad y entregaba datos al aparato orbital por medio de 2 canales ОВЧ (VHF, muy alta frecuencia) a una velocidad de 256 bit/s. Los datos eran retransmitidos a la Tierra por medio de una antena direccional parabólica.
El aparato de descenso, con una altura de 2 metros, era significativamente más grande que los aparatos de descenso de la serie ЗМВ (ZMV) y llevaba más equipamiento científico a bordo. Contaba con un recipiente hermético de titanio de forma esférica con un diámetro de 80 cm en el cual se encontraban la mayor parte de los instrumentos además de los equipos electrónicos, y que se encontraba fijado al sistema de amortiguación del aparato.
En la parte superior se ubicaba en posición horizontal un panel aerodinámico de 2,1 metros de diámetro con forma de disco para reducir la velocidad de descenso y estabilizar el aparato durante su caída libre en las capas inferiores de la atmósfera. Al interior del cilindro de 80 cm de diámetro y 40 cm de altura se encontraban los paracaídas y los equipos científicos que operarían durante el descenso.
Además de contar con un sistema de protección térmica en el sobrevuelo sobre Venus el aparato de descenso era enfriado antes de entrar a la atmósfera de Venus hasta una temperatura de -10°C por medio de aire frío aportado por el aparato orbital a través de 2 tuberías que atravesaban toda la construcción de la estación.
El calor de la atmósfera que penetraba a través de las capas de protección térmica era absorbido en los acumuladores de calor por medio de sales que se fundían a una temperatura de 33°C mientras que el sistema de circulación de gas distribuía el calor de manera uniforme hasta la completa fusión de la reserva de sales.
Por cuanto, los vuelos precedentes establecieron con seguridad que la atmósfera era suficientemente gruesa y caliente se diseñó un sistema original de descenso que permitiría realizar mediciones en la atmósfera y junto con ello alcanzar la superficie de manera suficientemente rápida como para que el aparato no se sobrecalentase. Veamos este procedimiento a continuación:
El aparato de descenso se separaba de la estación automática 2 días antes de su ingreso a la atmósfera (1). En tanto, el ingreso a la atmósfera (2) se producía bajo una condición de máxima sobrecarga del aparato, de 170 g (170 veces la fuerza de gravedad terrestre). Allí un paracaídas de tracción daría paso a la extensión de otro paracaídas (3). Posteriormente, al separarse este paracaídas se eliminaba la mitad superior de la esfera lo que permitiría desplegar un nuevo sistema de paracaídas (4) de freno. También era eliminada la cubierta aerodinámica inferior, momento a partir del cual comenzaban a operar el transmisor de radio y los equipos científicos del aparato de descenso.
Luego, a una altura de 62 km se extendía el paracaídas principal de 3 cúpulas (5) y se realizaba una serie de mediciones a través de la capa de nubes del planeta por un período de 20 minutos. A una altura de 50 km el paracaídas de descenso era descartado (6) y se realizaba el descenso con el escudo de frenado aerodinámico al tiempo que se seguirían realizándose mediciones científicas. 55 minutos después el aparato resultaba posado sobre la superficie de Venus (7). La velocidad de caída libre era suficiente como para que el impacto con la superficie de Venus no dañara ni el aparato de descenso ni el instrumental científico a bordo.
Vuelo de la Венера-9
Despegó desde Baykonur el 8 de junio de 1975 realizándose 2 correcciones de trayectoria, el 16 de junio y luego el 15 de octubre.
La separación de la esfera que contenía el aparato de descenso de la estación espacial fue precedida por la carga de las baterías, la revisión de la operación de los sistemas a bordo y el enfriamiento del aparato de descenso hasta -10°C.
El 22 de octubre de 1975 la Venera-9 ingresó a la atmósfera.
Desplazándose en una trayectoria balística al interior de su esfera de protección, el aparato de descenso ingresó a la atmósfera a una velocidad de 10,7 km/s (38.520 km/h) en un ángulo de ataque de 18-23°. 6 segundos después de haber ingresado a la atmósfera el aparato fue sometido a una sobrecarga máxima de 170 g. 20 segundos más tarde, luego de frenar hasta 250 m/s (900 km/h) y estando sometido a una sobrecarga de 2 g a los 65 km de altura se desplegó un pequeño paracaídas de escape provisto con un cable para accionar el paracaídas de freno de 2,8 metros.
Luego, la cubierta esférica se separó en 2 semiesferas y el paracaídas de freno se deshizo de la semiesfera superior y de la semiesfera inferior y de manera simultánea se desplegó el segundo paracaídas de frenado. Pasados otros 11 segundos, a una altura entre 60-62 km, y con una velocidad de 50 m/s (180 km/h), se separó de la semiesfera superior el aparato de descenso el cual simultáneamente liberó desde su parte superior 3 paracaídas principales (la tela del paracaídas era capaz de resistir una temperatura de hasta 450°C) con un diámetro de 4,3 metros cada uno.
Después del despliegue de los paracaídas principales se encendieron los equipos científicos del aparato de descenso el cual se desplazó cerca de 20 minutos a través de la capa de nubes a una velocidad de unos 50 m/s (180 km/h). Habiendo alcanzado una altura de 50 km el aparato de descenso se deshizo del paracaídas desplazándose los siguientes 55 minutos en caída libre*, aunque siendo sometido a frenado a cuenta de su panel aerodinámico con forma de disco.
*Se debe tener en consideración la densidad de la atmósfera del planeta. Si bien la atmósfera de la Tierra alcanza 1,2 kg/m3, la de Venus es significativamente mayor, alcanzando 67 kg/m3, lo que equivale a la densidad del algodón o de la espuma de poliestireno (conocida de muy diversas formas en el mundo hispanoparlante, como foam, plumafón, plumavit, etc.), o también a un 7% de la densidad que tiene el agua.
La velocidad de caída se iría paulatinamente reduciendo en la medida que aumentaba la densidad de la atmósfera con la cercanía de la superficie. Esta estrategia había sido escogida con el propósito de minimizar el calentamiento del aparato en el proceso de descenso a cuenta de lo cual se podía extender su tiempo de operación en superficie. En la superficie misma la velocidad de impacto alcanzó 7 m/s (25 km/h), suficiente como para ser absorbida por el sistema de amortiguación del aparato, el cual se posó en un lugar iluminado del planeta, como estaba previsto, pero no visible directamente desde la Tierra, como también estaba considerado.
El tiempo total de descenso alcanzó 75 minutos.
Después de 2 minutos de haberse posado sobre superficie comenzó la transmisión de imágenes panorámicas de la superficie. Se trataba de las primeras fotografías en el mundo entregadas desde la superficie de otro planeta.
En el lugar donde se posó la Venera-9 se observaban piedras bastante grandes, lo que implicaba una superficie relativamente joven, de poco más de 100 años lo que implicaba, además, que Venus era un planeta activo geológicamente.
El estudio de la densidad de la capa superficial del suelo entregó mediciones en torno a 2,8 g/cm3 y de acuerdo al contenido de elementos radioactivos se concluyó que las rocas superficiales eran similares al basalto terrestre, las rocas ígneas* más extendidas de la corteza terrestre.
*Conformadas como resultado del enfriamiento del magma. Este tipo de rocas son parte importante en la constitución de la corteza terrestre constituyendo cerca de un 15% de la superficie de la Tierra. Cuando el magma (roca fundida) se solidifica en superficie la roca ígnea formada se denomina volcánica, mientras que si lo hace bajo superficie se denomina plutónica.
Un hallazgo que llamó la atención fue la presencia de truenos y relámpagos en la capa de nubes del planeta. Las mediciones mostraron que por su energía superaban en 25 veces la potencia de esos mismos fenómenos en nuestro planeta.
La entrega de información se extendió por 53 minutos. Tras ese período la temperatura del aparato de descenso pasó desde los -10°C, que adquirió al separarse de la estación principal, hasta +60°C.
Vuelo de la Венера-10
Despegó desde Baykonur el 14 de junio de 1975. Tal como en el caso de la Venera-9 fue sometida a 2 correcciones de su trayectoria, los días 21 de junio y 18 de octubre.
El 23 de octubre de 1975, 2 días antes del ingreso a la atmósfera, se produjo la separación del aparato orbital y del aparato de descenso.
Después de su frenado aerodinámico el aparato descendió durante 20 minutos con paracaídas para realizar mediciones de la capa de nubes, luego de lo cual se deshizo del paracaídas y realizó un descenso rápido. En el curso de su descenso se realizaron mediciones de la atmósfera que se entregaron de inmediato a la estación orbital.
El 25 de octubre alcanzó la superficie del planeta en un sector iluminado del mismo y a 2200 km del punto de descenso de la Venera-9. La temperatura de la superficie alcanzaba 460°C y la presión, 90 atmósferas.
Desde el aparato de descenso serían entregados a la Tierra, vía aparato orbital, imágenes de la superficie del planeta.
El tiempo de operación de la Venera-10 sobre la superficie alcanzó 65 minutos.
En su descenso y sobre superficie el aparato realizó mediciones de densidad, presión y temperatura de la atmósfera, de cantidad de vapor de agua, mediciones de las partículas de la cubierta de nubes, de iluminación en distintas porciones del espectro pudiéndose determinar que entre 5-10% de la energía solar alcanzaba la superficie siendo el resto dispersado por la cobertura nubosa del planeta. Se midieron también características del suelo venusiano.
En cuanto al aparato orbital, una vez separado del aparato de descenso, realizó investigaciones del planeta Venus y su entorno, incluyendo fotografías de su cubierta de nubes.
Toma de imágenes
Para el momento del lanzamiento de la Venera-9 los científicos soviéticos contaban con suficiente información sobre las condiciones en las cuales se realizarían las fotografías:
I. En primer lugar, sobre las condiciones de temperatura y presión, indispensables para un cálculo adecuado del diseño de ingeniería pues recordemos que hasta la Venera-4 (1967) se tenía considerada una presión de 10 atmósferas lo que produjo la destrucción de su módulo de descenso antes de alcanzar la superficie del planeta.
II. Además de las condiciones de iluminación que permitirían una correcta construcción de los aparatos de fotografía.
Por otra parte, los ingenieros soviéticos contaban con gran experiencia en el uso de cámaras panorámicas óptico-mecánicas en aparatos lunares* y como las propiedades eléctricas y ópticas de estas cámaras calzaban con los requerimientos de las misiones en Venus se decidió utilizarlas. Sin embargo, a diferencia de las cámaras lunares, que habían operado directamente en el exterior, en este caso se consideró proveerlas con una protección contra las condiciones particularmente extremas de Venus.
*Muchas personas piensan que los Estados Unidos fueron los únicos en llegar hasta la Luna, al tiempo que una cantidad no menor de personas piensan que solo lo hicieron una única vez. Sin embargo, el programa Apollo de vuelos tripulados a la Luna por parte de los Estados Unidos llevó en 6 ocasiones astronautas a la Luna, la primera en 1969 y la última en 1972. En el caso de la URSS si bien no realizó vuelos tripulados a la Luna llevó a cabo tanto sobrevuelos como alunizajes con aparatos no tripulados, algunos de los cuales realizaron miles de fotografías de la superficie lunar. El primero de ellos tuvo lugar en octubre de 1959, cuando la sonda automática Luna-3 sobrevoló la Luna y fotografió su llamado lado oscuro (lado no visible desde la Tierra) lo que permitió confeccionar la primera carta del lado opuesto de la Luna. En tanto, en noviembre de 1970 el aparato de desplazamiento automático, Lunoxod-1, no solo se desplazó poco más de 10 km sobre suelo lunar sino que realizó cerca de 25 mil fotografías. Poco antes, en septiembre de 1970 la estación automática Luna-16 tomó muestras de suelo lunar y las trajo a la Tierra. Posteriormente, en enero de 1973, otro aparato soviético se desplazó por suelo lunar, el Lunoxod-2, logrando recorrer 42 km y enviando 80 mil imágenes desde la superficie de la Luna.
En el diseño resultó también relevante el interés por obtener un campo de visión y de resolución adecuado en superficie. Por ello en el NPO Lavochkin (desarrollador del aparato) se decidió instalar la cámara en la zona superior del depósito que contenía los instrumentos científicos y con un ángulo de 50° en relación a su eje vertical de modo de capturar el entorno más cercano al aparato en caso de condiciones de mala visibilidad y también para obtener una visión más panorámica en caso de presentarse condiciones favorables de visibilidad.
La cámara se instaló al interior de un corpus hermético y con aislación de calor. Para incrementar la seguridad de obtener fotografías en caso de visibilidad reducida o de muy poco contraste se instalaron 2 fuentes de luz artificial, que iluminaban el entorno.
Todos los instrumentos del aparato de descenso, incluyendo la cámara panorámica, operaban de manera automática y eran controlados por un aparato de programación que después del aterrizaje daba a la cámara la orden de conectarse. Los propios sistemas automáticos de la cámara realizaban la conección y desconección de la iluminación en los sectores dados de observación y los movimientos de exploración para que la cámara alcanzase posiciones extremas del ángulo de la panorámica.
Con la puesta en operación de la cámara la videoseñal era codificada y posteriormente enviada por medio de un transmisor. Cada 4 minutos la videoseñal se interrumpía puesto que el canal de comunicación debía también transmitir la información de todos los instrumentos científicos del aparato de descenso. Y por cuanto la generación de la imagen panorámica en ese momento no se interrumpía se producía una pérdida de 4-5 líneas de imagen en cada ciclo.
Венера 11 y Венера 12
Estación interplanetaria automática Venera-11
I. Aparato de descenso. II. Aparato de sobrevuelo.
1. Aislamiento térmico externo. Calefactor local. 3. Antena direccional. 4. Calefactor-radiador. 5. Bloque de instrumentos de orientación espacial. 6. Contenedor de instrumentos. 7. Equipos científicos. 8. Panel de batería solar. 9. Tobera del sistema de orientación. 10. Radiador de enfriamiento.
La campaña de exploración de 1978 tenía como propósito repetir el gran éxito de los aparatos de descenso Venus-9 y Venus-10 valiéndose de nuevos equipos para el análisis tanto de la atmósfera como de superficie. Una vez más se dejó pasar una ventana del lanzamiento, la de 1976-1977, sin embargo, la ventana de 1978 no era tan favorable pues exigía una mayor cantidad de combustible para poner la estación espacial en órbita en torno a Venus después de desacoplarse del aparato de descenso. Como esto iría en desmedro de la cantidad de instrumental científico que se podría llevar se decidió dejar la estación espacial solo como aparato de sobrevuelo del planeta.
El lado positivo de esta decisión era que el aparato de sobrevuelo permanecería más largo tiempo en el campo de observación del aparato de descenso de modo de poder entregar a la Tierra una mayor cantidad de datos de la superficie de Venus.
Las Venera-11 y Venera-12 eran idénticas entre sí y cumplirían idéntica misión en Venus. En cuanto a su diferencia con las Venera 9 y 10 estas eran las siguientes:
-Se retiraron los focos de luz de fondo previstos para la iluminación de las fotografías mientras que las cubiertas de los objetivos de las cámaras fueron reajustadas.
-Se simplificó el esquema de entrada en operación del sistema de paracaídas y se redujo su masa para dar cabida a más aparatos científicos. En vez de la puesta en operación de 2 paracaídas de freno consecutivos se dejó solo uno y, además, en vez del sistema de 3 paracaídas principales se dejó solo uno.
-Algunos instrumentos científicos fueron ajustados, otros fueron agregados y parte de los equipos se instaló en el anillo del amortiguador. Además, a partir de estos aparatos y hasta la Vega-2 todos ellos fueron provistos con equipamiento experimental compuesto de un conjunto de pequeñas baterías solares situadas en torno al anillo del amortiguador.
Masa comparativa:
Venera-11: 4447 kg
Venera-12: 4461 kg
Masa del aparato de sobrevuelo sin combustible: 2114 kg
Masa del aparato con sistema de entrada a la atmósfera: 1645 kg
Masa del aparato de descenso: 750 kg
Carga de combustible del motor de corrección de trayectoria: 688 kg
Las principales actividades en superficie de esta nueva misión a Venus eran la obtención de imágenes a color y además la toma de muestras de suelo para realizar análisis físico-químicos in situ.
Considerando que la realización de una imagen panorámica de 180° le tomaba a cada uno de los telefotómetros del aparato 12 minutos y 50 segundos el tiempo bastaba para enviar no menos de 2 de ellas. Además, como los vuelos inmediatamente anteriores habían mostrado que la iluminación era suficiente para realizar fotografías sin luz artificial se retiraron previamente los focos de iluminación del aparato de descenso.
Los telefotómetros comenzarían a operar junto con la instalación de perforación 32 segundos después de que el aparato se posara en la superficie.
La velocidad de retransmisión de los datos desde los aparatos de descenso hacia su estación espacial se incrementó dada la mejor resolución de las fotografías que se esperaba obtener, pasando de los 256 bit/s de las Venera 9 y 10 a 3072 bit/s
Las investigaciones incluían también nuevos experimentos de medición de la composición química de la atmósfera, de la naturaleza de las nubes y de posible actividad eléctrica en la atmósfera.
La cantidad de equipos científicos en el aparato de sobrevuelo se redujo para maximizar la masa de los instrumentos necesarios para la realización de mediciones por el aparato de descenso durante su descenso y una vez en superficie.
En esta ventana de lanzamiento los Estados Unidos también enviaron a Venus estaciones espaciales, pero de masa significativamente menor. El aparato orbital Pioneer 12* operó exitosamente en la órbita en torno a Venus durante varios años, entregando información sobre la atmósfera superior y el espacio en torno a la nave. El Pioneer 13** ingresó a la atmósfera del planeta y llevó un gran aparato de descenso y 3 pequeñas sondas, sin embargo, estos elementos no pudieron alcanzar superficie, habiendo detenido su existencia a una altura de 13 km aunque lograron enviar información de la atmósfera durante su descenso.
*También conocida como Pioneer Venus 1, despegó el 20 de mayo de 1978 e ingresó en una órbita elíptica en torno a Venus el 4 de diciembre del mismo año. Era un cilindro de 2,5 metros de diámetro y 1,2 metros de altura en la cual iban montados equipos científicos y una antena de 1,09 m de diámetro. Su masa era de 517 kg, lo que incluía 45 kg de equipos científicos. Operó hasta agosto de 1992. El aparato espacial confirmó la ausencia de campo magnético en Venus y con sus datos se elaboró un modelo de la ionósfera del planeta. Detectó también algunas descargas de rayos en sectores determinados de la atmósfera. La operación del Pioneer Venus 1 permitió cartografiar la superficie de Venus. Durante febrero de 1986 pudo realizar observaciones del cometa Halley, en un momento en que no era visible desde la Tierra.
**También conocida como Pioneer Venus 2 o Pioneer Venus Multiprobe, despegó el 8 de agosto de 1978. Era un cilindro de 2,5 metros de diámetro y 290 kg de masa. Contaba, además, con 3 pequeñas sondas, de 90 kg cada una, y una más grande de 315 kg. Tanto el aparato principal como las 4 sondas ingresaron a la atmósfera de Venus para estudiar su estructura y composición. Sin contar con escudo térmico ni paracaídas el aparato principal se desintegró a 110 km de altura mientras que de las sondas solo la más grande llevaba paracaídas. El 9 de diciembre de 1978 las 4 sondas impactaron la superficie del planeta. La más grande, denominada The Day Probe, entregaría datos desde la superficie por cerca de 1 hora. Las sondas entregaron información de temperatura y presión además de vientos. Su descubrimiento más relevante fue establecer que la relación entre el isótopo argón-36 (más común en el espacio exterior y que apenas alcanza a ser un 0,34% del argón presente en la Tierra) y el isótopo argón 40 (más común en la Tierra, constituyendo el 99,6% del argón presente en nuestro planeta) era mucho más alta que en la atmósfera terrestre lo que parece indicar una génesis muy distinta para la atmósfera de Venus en comparación con la terrestre.
Estación espacial
Los aparatos de sobrevuelo de las estaciones Venera-11 y Venera-12 eran casi idénticos a sus predecesores orbitales.
Después de desprenderse del aparato de descenso la estación espacial realizaría una maniobra para salir a su trayectoria de sobrevuelo, la cual permitiría mantener comunicación con la Tierra en el curso de un tiempo más extenso que con los aparatos orbitales anteriores.
El tiempo calculado de comunicación de la estación espacial con el aparato de descenso, después de posado sobre la superficie de Venus, era de 30 minutos.
Aparato de descenso de la Venera-11
La Venera-11 despegó de la Tierra el 9 de septiembre de 1978 mientras que los días 16 de septiembre y 17 de diciembre se realizaron correcciones de su trayectoria.
En los primeros minutos del vuelo se produjo una falla en las etapas principal y de reserva del ventilador del circuito frío del aparato de descenso aunque el ventilador del contenedor de instrumentos científicos de la estación continuó operando con normalidad. Producto de esta condición el esquema de enfriamiento del aparato de descenso quedó inutilizado. Para compensar en alguna medida la falla se realizaron diversas maniobras que permitieron que el aparato de descenso ingresara a la atmósfera con una temperatura de +12°C en vez de la norma, en el rango -10 a -15°C.
El 23 de diciembre, después de la separación del aparato de descenso del sistema de ingreso a la atmósfera, la estación espacial salió a su trayectoria de sobrevuelo para llevar a cabo labores de retransmisión de los datos científicos y de operación del aparato de descenso.
El 25 de diciembre el aparato de descenso ingresó a la atmósfera a una velocidad de 11,2 km/s (40.320 km/h) y después de 62 minutos y 41 segundos tocó la superficie a una velocidad de 7-8 m/s (25-29 km/h) en el lado diurno del planeta y mientras que el ángulo cenital* del Sol alcanzaba los 17°.
*Ángulo entre el Sol y la vertical del lugar, es decir, mide cuán cerca está el Sol de la vertical local, en otras palabras, mientras más alto esté el Sol más bajo será el ángulo.
El aparato de descenso entregó información desde superficie en el curso de 95 minutos, mientras que la estación de sobrevuelo desapareció tras el horizonte un tanto después, tras 110 minutos.
Durante su descenso, desde 62 km hasta superficie, el aparato de descenso realizó mediciones con sus instrumentos a bordo para determinar la composición de la atmósfera y las nubes, analizar la dispersión de la radiación solar y estudiar descargas eléctricas además de llevar a cabo mediciones de temperatura, presión y sobrecarga aerodinámica sobre el mismo aparato.
En el momento en que finalizó la recepción de información del aparato de descenso la temperatura en su sección de instrumentos alcanzaba 70°C. Los instrumentos aún se mantenían en operación.
Aparato de descenso de la Venera-12
La Venera-12 fue lanzada el 14 de septiembre de 1978, siendo sometida a maniobras de corrección el 21 de septiembre y el 14 de diciembre.
El día 18 de diciembre terminó sus maniobras de enfriamiento lo que le permitió alcanzar una temperatura de -12,3°C.
El 19 de diciembre se separó de la estación el aparato de descenso el cual ingresó a la atmósfera el 21 de diciembre a una velocidad de 11,2 km/s (40.320 km/h). En el momento de ingreso a la atmósfera su temperatura alcanzaba +5°C.
El paracaídas fue desenganchado a una altura de 49 km y después de 1 hora el aparato de descenso tocó superficie a una velocidad de cercana a los 8 m/s (29 km/h) en el lado diurno mientras el ángulo cenital del Sol alcanzaba los 20°. Su descenso desde su ingreso a la atmósfera, a 125 km de altura, hasta tomar contacto con superficie se extendió por 61 minutos y 53 segundos.
Tal como en el caso con el aparato de descenso de la Venera-11, a lo largo de su descenso, entre 62 km de altura y superficie, se realizaron mediciones de composición química de la atmósfera y de la capa de nubes del planeta, análisis de dispersión de radiación solar, estudio de descargas eléctricas además de mediciones de temperatura, presión y de sobrecarga aerodinámica.
A lo largo de 110 minutos el aparato de descenso de la Venera-12 transmitió información científica desde superficie al aparato orbital, el cual se encontraba a una altura de unos 34 mil km.
Mediciones en superficie
En el caso de la Venera-11, la temperatura en el lugar de su aterrizaje alcanzó valores de 458+-5°C mientras que la presión fue de 91+-2 bar. No se logró obtener una imagen de superficie por cuanto no se abrieron las tapas que cubrían los 2 telefotómetros del aparato, las cuales deberían salir disparadas hacia un lado. Después de problemas con una de las cámaras de la Venera-9 estas tapas habían sido reajustadas pero al no saltar las imágenes resultaron negras de manera uniforme.
El programa también consideraba una perforación de 3 cm del suelo 30 segundos después de que el aparato llegara a superficie. Y si bien el taladro logró tomar una muestra de suelo no se pudo entregar a la sección de instrumentos por lo que su análisis no se llevó a cabo.
La temperatura en el lugar de aterrizaje de la Venera-12 resultó igual a 468 +-5 °C mientras que la presión era de 92+-2 bar.
Ninguna de las estaciones logró tomar fotografías o realizar muestras de suelo, pues en el caso de estas últimas se dañó el aparato que realizaba los análisis de las muestras con la vibración producto del descenso a través de la atmósfera.
Estaciones espaciales de sobrevuelo de las Venera-11 y Venera-12
Cada estación espacial sobrevoló Venus a una altura de unos 35 mil km y entregó a la Tierra los datos que recibió del aparato de descenso tanto como cuando se desplazaba a través de la atmósfera como luego al encontrarse en superficie.
Después de cumplir esta misión las estaciones de sobrevuelo continuaron entregando información a la Tierra desde el espacio interplanetario. De hecho, serían sometidas a nuevas correcciones de su trayectoria, las que se realizaron el 7 de febrero de 1979 con la Venera-11 y un poco antes, el 5 de febrero, con la Venera-12.
En el caso de la estación de la Venera-11, se encontraba bajo una trayectoria heliocéntrica y en la medida que se fue alejando del Sol comenzaron a operar de manera inestable sus sensores solares del sistema de orientación de modo que el 1° de febrero de 1980 se produjo la última sesión de comunicación con la Tierra mientras que el día 8 del mismo mes dejó de responder a las instrucciones enviadas desde nuestro planeta. Entonces, ya no contaba con combustible y seguramente sus baterías solares se habían descargado.
En cuanto a la estación de la Venera-12, después de 98 días llegó a su destino, mucho más rápido que la Venera-11, que requirió de 107 días.
Tal como con la Venera-11 se le realizó una maniobra de corrección de su trayectoria luego de cumplir su misión con el aparato de descenso, la que tuvo lugar el 5 de febrero de 1979. Estas maniobras, tanto en el caso de la Venera-11 como con la Venera-12 eran parte de un experimento conjunto entre la URSS y Francia, llamado Konus, para localizar destellos de radiación gamma*.
*Los llamados DRG en español son los eventos electromagnéticos más luminosos del Universo descubiertos en 1967 por medio de los satélites del proyecto norteamericano Vela, diseñados para detectar pruebas nucleares secretas tanto en la atmósfera como en el espacio y cuyo incidente más célebre fue una posible prueba nuclear, de 2-3 kilotones, detectada el 22 de septiembre de 1979, que pudo ser generada conjuntamente por Sudáfrica e Israel. El fenómeno tiende a durar unos cuantos segundos encontrándose sus fuentes de origen usualmente a miles de millones de años luz de la Tierra pudiendo liberar en una fracción de segundo la energía que libera el Sol durante toda su existencia. Algunos científicos consideran un DRG como posible causa de la extinción masiva ocurrida en la Tierra hace 440-450 millones de años atrás, la del Ordovícico-Silúrico, que llevó a la desaparición del 60% de las especies de nuestro planeta, en una época en que tenían un hábitat exclusivamente submarino.
1,5 años después del despegue de la Venera-12 desde nuestro planeta se la utilizó para intentar investigar por medio de un espectrómetro UV soviético-francés un cometa recientemente descubierto, el Bradfield (C1979 Y1)*, mediante sesiones de comunicación con la Tierra que tendrían lugar el 13 de febrero de 1980 y, posteriormente, el 17 de marzo del mismo año.
*Descubierto el 25 de diciembre de 1971 por el astrónomo neozelandés William Bradfield.
A mediados de abril, y debido a la gran distancia del Sol se produjo una falla en el sistema de orientación realizándose una última sesión de comunicación con la estación el día 18 de abril.
Resultados Venera-11 y Venera-12:
Mediciones en el curso de su descenso por la atmósfera:
En el ingreso a la atmósfera se midió la densidad de la atmósfera en el rango de alturas 100-65 km.
Con ayuda de los instrumentos para medición de temperatura y presión atmosférica se realizaron mediciones directas de estos parámetros entre 61 km y superficie.
La falta de transparencia de la atmósfera fue medida entre 64 km y superficie, la composición química de los aerosoles, entre 64-49 km. La dispersión de aerosoles se midió desde 51 km hasta superficie mientras que la actividad de tormentas entre 60 km y superficie.
El cromatógrafo de gases realizó un análisis de 9 muestras atmosféricas entre 42 km y superficie. El nuevo espectrómetro de masas midió la composición de la atmósfera en el intervalo de 32 a 1 km. Según los datos de las mediciones de desplazamiento Doppler de la frecuencia del radiotransmisor se obtuvieron perfiles de altura de velocidad y dirección del viento horizontal.
De acuerdo a los datos del espectrómetro se construyó el primer perfil de contenido de vapor de agua de la atmósfera más o menos realista, el cual constituye el segundo gas invernadero en importancia en la atmósfera de Venus, después del CO2. Las mediciones de las Venus 11 y 12 mostraron una reducción en el contenido de vapor de agua desde 200 ppm* en la base de la capa de nubes hasta 20 ppm en superficie. Sin embargo, muchos años después un análisis repetido permitió obtener datos más precisos en comparación con los datos de los espectrómetros de la Venera 11, 12 y 14, los cuales llevaron a concluir un contenido relativamente constante de vapor de agua en el rango de unos 30 ppm entre 50 km y superficie. Los datos de los espectrómetros de masa de los aparatos de descenso de la Venera-11 y 12 llevaron a valores de contenidos relativos de vapor de agua de hasta 0,5% en 44 km y de hasta 0,1% en 24 km, lo que era significativamente más que los obtenidos por los espectrómetros y por otras mediciones espectrales a distancia desde la Tierra, por lo que fueron considerados como poco confiables.
*Partes por millón, unidad de medida de concentración de una sustancia en un determinado entorno. Se calcula dividiendo un peso en mg (miligramos) por el volumen que ocupa expresado en litros. Expresa proporciones muy pequeñas de alguna sustancia estableciendo el número de sus unidades en un total de 1 millón de unidades del conjunto total en que se encuentra albergada.
De acuerdo a los resultados del análisis de 176 espectros completos de 22 muestras se obtuvieron los siguientes resultados de las mediciones de los espectrómetros de masa para la composición de la atmósfera:
CO2: 97%
Nitrogeno molecular: 4,0 +-2%
Argon: 110 +-20 ppm
Neon: 8,6 +- 4 ppm
Kripton: 0,6 +- 0,2 ppm
etc
El espectrómetro fluorescente de rayos X de la Venera-12 midió las partículas de las nubes en alturas de 64 a 49 km pues luego no logro resistir la elevada temperatura exterior. No se encontró azufre en las inclusiones de las nubes.
Además, se confirmó lo establecido por las Venera 9 y 10, en cuanto a que el límite inferior de la capa nubosa era una altura de 48-49 km.
Durante el descenso, en un rango de alturas de 32 km a 2 km la Venera-11 y la Venera-12 registraron una gran cantidad de impulsos electromagnéticos análogos a descargas de truenos lejanos en la Tierra. La actividad detectada fue mayor en el caso de la Venera-11 que en el caso de la Venera-12. Después del aterrizaje la Venera-11 no registró esos impulsos pero un destello intenso fue destacado por la Venera-12 una vez en superficie.
En cuanto a los micrófonos se encontraban en régimen de saturación debido al ruido aerodinámico durante el descenso y una vez en superficie no registraron ruidos acústicos aunque sí registraron los sonidos provocados por los instrumentos en su operación en superficie, lo que indica que el aparato operaba con normalidad.
Tal como en el caso de las Venera 9 y 10 los datos de las mediciones de dispersión de luz en las Venera-11 y 12 identificaron nubes más densas desde el principio de las mediciones en 62 km, cuya base resultó a una altura de 47 km, más abajo de este nivel la capa de aerosoles era de mucho menor densidad, y bajo 30 km la atmósfera, en general, estaba libre de aerosoles. El nefelómetro de la Venera-11 midió durante el descenso partículas de las nubes y sus resultados confirmaron la homogeneidad de las capas de nubes encontrada por la Venera 9 y 10.
La capa principal de nubes quedó localizada entre 51 y 48 km. El nefelómetro de la Venera-12 operó de manera normal. Los datos de mediciones fotométricas confirmaron que hasta la superficie llegaba solo 3-6% de la luz solar que ingresaba a la atmósfera superior mientras que la intensidad de dispersión en la atmósfera densa del planeta empeoraba fuertemente la visibilidad. A una altura de varios km la superficie ya no era visible. A nivel de superficie era visible el horizonte pero el detalle del paisaje se perdía rápidamente en el polvo anaranjado.
Cabe destacar que ambos aparatos de descenso chocaron con una anomalía inexplicable a 25 km de altura*, que implicó que los instrumentos salieran de escala y el aparato de descenso sufriera una descarga de energía.
*No he logrado encontrar información alguna que trate con detalle estas colisiones.
Estaciones espaciales automáticas, Venera-13 y Venera-14
Para la ventana de lanzamiento de 1981, y cuando restaba solo una década para su desaparición, la URSS envió un nuevo par de estaciones a Venus, las Venera 13 y 14. Ambas misiones resultaron exitosas permitiendo obtener las primeras imágenes a color de la superficie del planeta y los primeros análisis in situ de suelo venusiano.
En el caso de los Estados Unidos, no solo para esta ventana sino que a lo largo de toda la década de los ´80, concentraría sus investigaciones espaciales ya no en otros planetas sino que en el desarrollo de un nuevo vehículo de transporte conocido como Space Shuttle*, que tenía la particularidad de ser reutilizable aunque esto no consideraba su mayor tanque de propulsión, el llamado External Tank de 760 toneladas, el cual se destruía en su regreso hacia el océano y no era recuperado como los otros 2 tanques, que alcanzaban en conjunto 1120 toneladas.
*Este programa completaría 135 misiones, entre 1981-2011, permitiendo llevar a una órbita cercana a la Tierra elementos de construcción de la Estación espacial internacional, satélites, hasta 7 astronautas de una vez, además de permitir la realización de experimentos en su interior.
Los soviéticos observarían con gran cautela el desarrollo de este programa espacial considerando su potencial utilización con fines militares, ya sea para transportar al espacio bombas nucleares o para obstaculizar la operación de satélites o estaciones espaciales soviéticas. Por ello decidieron crear un programa análogo, llamado Energiya Buran, el cual realizó un único vuelo, no tripulado, el 15 de noviembre de 1988. La verdad es que sistemas similares ya se habían considerado a nivel de proyectos tanto por Estados Unidos como por la URSS en las décadas del ´50 y ´60 pero fueron cerrados en sus etapas iniciales de desarrollo. Después de la catástrofe con el Columbia, en 2003 los rusos se plantearon de nuevo desarrollar el proyecto de un vehículo espacial reutilizable pero en 2016 lo abandonaron en favor de un proyecto distinto.
El Space Shuttle volaba hasta una altura de 193-965 km, que es mucho menor al 1% de la distancia entre la Tierra y la Luna. Aunque a muchos pueda sorprenderlos, en muchos términos, el programa resultó un fracaso y hasta un obstáculo para la industria espacial norteamericana, contanto con un número comparativo de víctimas elevado, un bajo número de misiones anuales y un costo exorbitante, a pesar de que debía precisamente ser más barato. Cada vuelo tuvo un costo de alrededor de 1300 millones de dólares debido a que no era completamente reutilizable y que su diseño era de la década anterior por lo que requería piezas de reemplazo que muchas veces ya no se producían. Al mismo tiempo una operación a órbitas bajas de la Tierra en el Soyúz ruso, soviético tiene un costo de unos 60 millones de dólares y no es superado en términos de seguridad por ningún otro vehículo espacial.
Si bien las Venera-11 y 12 lograron realizar una gran cantidad de mediciones en su descenso a través de la atmósfera de Venus fracasaron, en gran medida, en su trabajo en superficie. Por eso, los especialistas soviéticos dejaron pasar la siguiente ventana de lanzamiento mientras desarrollaban nuevas tecnologías de resistencia al calor y resolvían los problemas que habían surgido en el programa anterior de modo que en 1981 estaban ya preparados para emprender un nuevo intento contando con mejores instrumentos y equipos a fin de obtener definitivamente imágenes de la superficie de Venus y realizar análisis de muestras de suelo*.
*En 1978 la estación orbital Pioneer-Venera-1 de los Estados Unidos obtuvo datos de altimetría (mediciones de altura) en la superficie del planeta pero con muy baja resolución superficial, 150 km. Solo en una estrecha franja ecuatorial el radioaltímetro obtuvo una topografía con resolución de 30 km. Precisamente estos datos fueron utilizados para escoger el lugar de aterrizaje de los aparatos Venera 13 y 14.
Por ello, si bien las estaciones espaciales Venera-13 y 14 eran en gran medida idénticas a sus predecesoras muchos de sus elementos fueron renovados y perfeccionados.
Así, en las estaciones espaciales el espectrómetro de masas era entre 10-30 veces más sensible siendo capaz de identificar elementos y combinaciones químicas en las más pequeñas concentraciones.
En tanto, en el caso de los aparatos de descenso se presentarían algunas diferencias:
En la periferia del anillo del amortiguador se agregaron dientes metálicos dado que el descenso provocaba torbellinos en el entorno del aparato que le hacían perder estabilidad. Los dientes romperían esos torbellinos transformándolos en una multitud de pequeños remolinos para no alterar de manera relevante la estabilidad del aparato en su descenso.
Además, se modificaron las cubiertas que cerraban los objetivos de las telecámaras y el sistema de recolección de muestras de suelo fue ajustado de modo de evitar los problemas que surgieron con las Venera 11 y 12.
También se modificó el telefotómetro panorámico que ahora debería realizar no solo fotos en blanco y negro sino también a color.
Al enviar 2 aparatos idénticos se buscaba no solo asegurar el cumplimiento de la misión sino que obtener muestras de suelo en 2 zonas distintas del planeta, una zona montañosa y una llanura. El hecho de contar con muestras de suelo era una necesidad de los científicos soviéticos para intentar comprender el origen y la historia de formación del planeta. Y si bien se había planteado la posibilidad de traer muestras hasta la Tierra, la complejidad y el costo de esta operación los hizo optar por otra opción más simple, la de coger una muestra de suelo y analizarla en el mismo aparato de descenso, algo en que los soviéticos ya contaban con antecedentes en sus operaciones con aparatos automáticos en Marte y la Luna pues las estaciones Mars-6 y Mars-7, que finalmente no lograron cumplir su misión, habían sido dotadas con equipos para analizar suelo marciano mientras que la Luna-24 había no solo tomado muestras de suelo lunar sino que, además, logró traerlas a Tierra.
Masa estación espacial Masa aparato de descenso Masa aparato descenso sobre superficie Venus
Venera-13: 4398 kg 1644 kg 750 kg
Venera-14: 4395 kg 1633 kg 750 kg
Venera-13
La Venera-13 fue lanzada el 30 de octubre de 1981 mientras que el 10 de noviembre y el 21 de febrero de 1982 se realizaron correcciones de su trayectoria.
Durante el mes de febrero se realizó el proceso de enfriamiento del aparato de descenso hasta alcanzar -12,3°C el día 27. Este día y a una distancia de 33 mil km del planeta se separó de ella el aparato de descenso el cual ingresó a la atmósfera el 1° de marzo. El mismo día 27 operó durante 60 segundos el motor del aparato orbital para ponerlo en trayectoria de sobrevuelo, lo que implicó un gasto de 218 kg de combustible.
El desplazamiento del aparato de descenso hasta la superficie de Venus comenzó a los 100 km de altura realizando inicialmente mediciones de densidad de la atmósfera. Cuando el aparato se acercó a la capa de nubes, su velocidad se redujo a cerca de la velocidad del sonido y los equipos automáticos dieron la orden de eliminar la tapa que cubría la sección del paracaídas. Esto pondría en acción una serie de ellos, primero el de extracción y luego el que arrancó la mitad superior de la cubierta de aislación térmica, lo que desplegó el paracaídas de freno. Dos minutos después el aparato de descenso se deshizo de su cubierta frontal (es decir, su mitad inferior) de protección y comenzaron a operar el espectrómetro de masa y el analizador de gases. Cuando se alcanzaron los 48 km, en el límite inferior de la capa de nubes, el aparato se deshizo del paracaídas de freno y comenzó su descenso hasta la superficie, la cual impactó a 7,5 m/s (27 km/h). Resultaría posado sobre una superficie mullida en la elevación de una colina cuando el ángulo cenital del Sol alcanzaba 36°. La altura del lugar, en relación al radio medio de Venus, alcanzaba 1900 metros.
Mediciones durante el descenso:
El aparato de descenso contaba con 2 secciones herméticas, una esférica y otra elipsoidal, albergando esta última los equipos científicos que realizarían mediciones de la atmósfera durante el descenso mientras que la primera sección se ponía en operación en superficie.
Los datos obtenidos por medio del nefelómetro sobre la estructura y características de la atmósfera confirmarían los resultados obtenidos inicialmente por las Venera 9 y 10 en relación a que el sistema nuboso principal estaba constituido por 3 capas de nubes distintas: Una capa superior densa desde los 62 km (en esta altura comenzaban las mediciones) hasta los 57 km, luego una capa menos densa entre 57-50 km y, finalmente, entre 50 y 48 km, la capa más densa de todas.
A partir de los datos de las mediciones de desviación Doppler se levantaron perfiles de altura de viento horizontal y se realizaron estimaciones de turbulencia similares a las que se realizaron en todos los aparatos de descenso a partir de la Venera-4
El contenido relativo de agua fue determinado por medio de varios instrumentos y, a pesar de algunas divergencias, resultó mayor en la zona de nubosidad entre 40-60 km y menor sobre y bajo las capas de nubes. La cantidad de vapor de agua a una altura de 48 km se calculó en 0,2%, 10 veces mayor al contenido de agua en la atmósfera obtenido anteriormente por el método espectrométrico. Las mediciones de contenido de vapor de agua permitieron concluir que su presencia en la atmósfera es escasa y que su distribución es muy inusual debido a la formación de aerosoles de ácido sulfúrico de las nubes, cuyo componente principal es el azufre.
El aparato de descenso mostró por medio de mediciones directas que el azufre constituye el principal elemento que determina la composición de la capa de nubes del planeta.
En tanto, el espectrómetro de masas solo se desplegó cuando el aparato se encontró bajo la capa de nubes para impedir la contaminación por aerosoles. Habiéndose desplegado, realizó perfiles de altura de una serie de componentes de la atmósfera entre 26 km y superficie.
Durante el descenso los detectores del instrumento GROZA-2 no encontraron truenos o descargas eléctricas pero confirmaron que los destellos de baja frecuencia detectados por los aparatos de descenso Venera 11 y 12 no estaban relacionados con posibles descargas eléctricas de los mismos aparatos.
Actividades en superficie
Perspectiva de superficie con ambas cámaras, situadas en lados opuestos, de la Venera-13
Al aparato de descenso de la Venera-13 le pertenece un récord absoluto de trabajo en la superficie de Venus: 2 horas y 7 minutos.
Las condiciones a su arribo fueron de 462°C de temperatura, 88,7 atmósferas de presión y una iluminación de 3000 lux*.
*1 lux (del latín para la palabra luz) equivale a una iluminación de 1 lumen sobre una superficie de 1 m2, equivalente a una noche despejada con Luna llena en los trópicos. En términos comparativos, al mediodía en el verano hay sobre la Tierra 4-5 mil lux, misma condición en que se alcanzan 1-3 mil lux sobre la superficie de Venus. Volviendo, a nuestro planeta, un día completamente cubierto de nubes tiene una iluminación de 100 lux.
Los 4 primeros minutos operó el sistema de toma de muestras de suelo venusiano y luego comenzó la realización y envío de imágenes panorámicas por parte de los 2 telefotómetros del aparato. Además, se desplegaron en superficie tests de colores para que en Tierra se pudiera determinar el color genuino de la superficie y también un equipo para determinar las propiedades mecánicas del suelo.
Ese día 1° de marzo de 1982 la Venera-13 entregó a la Tierra las primeras fotografías a color de la superficie de Venus. Las imágenes, un total de 14 imágenes panorámicas a color y 8 en blanco y negro, fueron obtenidas por los telefotómetros, los cuales se encontraban situados en lados opuestos del aparato de descenso y contaban con un angulo de visión de 180° en la horizontal y de 37° en la vertical.
Aunque antes y después de la Venera-13 se realizarían fotografías desde la superficie de Venus estas resultarían deficientes en su calidad y solo en blanco y negro.
En las fotografías se observaba muy bien el anillo en la base del aparato de descenso con una "corona" del perfil triangular, designada para la estabilización aerodinámica del aparato de descenso durante su descenso, las tapas de las cámaras lanzadas hacia un costado, las franjas de prueba de color, el penetrómetro ПрОП-В desplegado y la válvula de salida del espectrómetro fluorescente de rayos X de aerosol en el anillo de descenso en la cercanía directa a la izquierda del penetrómetro.
Analizando las fotos los científicos plantearon la hipótesis de que lograron observar la corteza antigua del planeta por cuanto la superficie en la región estaba fuertemente erosionada (con exclusión de las salientes de la roca madre) y en gran medida cubierta por material triturado de grano fino.
Imágenes sucesivas mostrarían que el suelo encima no permanecía inmóvil sino que se mezclaba bajo la influencia del viento, el cual se calculó en superficie entre 0,3 y 0,6 m/s (1-2 km/h).
Ademas de fotografiar el planeta, la Venera-13 realizó análisis de suelo. Para coger muestras se utilizó un taladro que se hizo con una muestra de 2 cm3 tomada a 3 cm de profundidad y que luego fue analizada al interior del aparato en una instalación que operaba al vacío y a temperatura ambiente terrestre lo que implicaba no solo enfriar la muestra sino que reducir su presión desde 90 a 0,05 atmósferas. El proceso completo, desde el inicio de la perforación, tomó poco más de 32 minutos. Durante la perforación también se realizaron mediciones puesto que a partir de la velocidad de la perforación como de la profundidad alcanzada se podía decir mucho sobre la composición de la superficie y su densidad.
El análisis de las muestras extraídas por el taladro mostró la presencia un tipo de basalto poco común en la Tierra, rico en potasio. Otro instrumento, el penetrómetro, mostró que la capacidad de carga del suelo era análoga a arcillas pesadas o a arena de granulo fino apisonada. Ambas conclusiones concordaron con las características del suelo obtenidas por medio de perfiles de deformación mecánica realizadas durante el aterrizaje del aparato, las cuales mostraron que la superficie del planeta estaba cubierta por material poroso frágil, análogo a basalto sometido a erosión eólica.
Después de 127 minutos operando en superficie la Venera 13, que ya había soportado el incremento paulatino de presión en su descenso a través de la atmósfera, resultó inutilizada por la presión y la temperatura de la superficie.
Debido a la brevedad del tiempo de permanencia en la superficie los sensores acústicos del equipo GROZA-2 en la Venera-13, designada para registrar actividad micro-sísmica, no registraron ningún fenómeno de esa clase al tiempo que en la Tierra usualmente se caracteriza por una frecuencia de un suceso cada varios segundos.
Los micrófonos de la Venera-13 registraron ademas el ruido aerodinámico durante el descenso mientras que en la superficie registraron una velocidad del viento de 0,3 m/s hasta 0.6 m/s (1-2 km/h) en completo acuerdo con las mediciones con ayuda de los anemómetros en las Venera 9 y 10.
En cuanto a la estación de sobrevuelo de la Venera-13 ingresaría a una órbita heliocéntrica entregando información del espacio interestelar en términos de rayos X, radiación gamma, campos magnéticos, viento solar, rayos cósmicos y plasma.
Con el propósito de que en 1984 pudiera estudiar el cometa Halley* se le realizó una corrección de trayectoria el 10 de junio de 1982 y luego el 14 de octubre del mismo año. Se requeriría una tercera corrección pero la cantidad de combustible no fue suficiente de modo que el 25 de abril de 1983 se tuvo contacto por última vez con la estación.
Su último paso por la Tierra tuvo lugar en 1986, esperándose su regreso en 2061. El Halley es el único cometa de corto período que se puede ver a simple vista. En 1986 se transformó en el primer cometa estudiado por un conjunto de aparatos espaciales los que fueron denominados Armada Halley y que comprendían, entre otros, a 2 aparatos soviéticos: Vega-1 y Vega-2.
Después de la Venera-13, la URSS envió la Venera-14, la cual era un doble de la número 13 y partió al espacio 5 días después. Su vuelo y su operación fueron todo un éxito a pesar de que pudo resistir en la superficie mucho menos tiempo, 57 minutos.
Venera-14
La Venera-14 despegó el 4 de noviembre de 1981 y para llegar a Venus tuvo que realizar 3 correcciones de trayectoria. La razón fue un error en la primera corrección el 14 de noviembre, lo cual se logró corregir después de una maniobra de compensación el 23 de noviembre y una corrección adicional el 25 de febrero de 1982.
El aparato de descenso con el sistema de ingreso a la atmósfera se separó de la estación el 3 de marzo, cuando había sido enfriado hasta una temperatura de -14,5°C, ingresando a la atmósfera el 5 de marzo. El paracaídas de freno se desplegó a una altura de 62 km siendo eliminado a 47 km de altura.
Los aparatos de descenso de las Venera-13 y 14 confirmaron la presencia de CO2 y nitrógeno como los constituyentes de la casi totalidad de la atmósfera de Venus, con cerca de un 97% para el primero y 3-4% para el segundo.
Las mediciones del espectrómetro midieron la composición de aerosoles de las nubes entre 63-47 km de altura estableciéndose que estaban compuestos principalmente de combinaciones con azufre y en mucho menor medida con cloro y que su densidad era mayor entre los niveles 56-47 km.
El aparato de descenso tocó superficie a una velocidad de 7,5 m/s (27 km/h) en el área de un valle bajo al suroeste del lugar de aterrizaje de la Venera-13. El angulo cenital del Sol en el lugar de aterrizaje alcanzaba 35,5°. El arribo se produjo 4 días después del aparato número 13 y a una distancia de unos mil km del mismo. Habiéndose posado en una pequeña colina de 500 metros de altura la presión que registró fue 93,5 veces superior a la terrestre mientras que la Venera-13 midió un valor de 89,5 atmósferas dado que se posó a una mayor altura. La temperatura alcanzaba 470°C y solo un 3,5% de la luz solar que ingresaba a la atmósfera superior alcanzaba la superficie
Los primeros 4 minutos operó la instalación de perforación, tomando una muestra de 1 cm3 desde 3 cm de profundidad que fue analizada en el mismo aparato de descenso. La muestra mostró estar compuesta de basalto con escaso contenido de potasio, resultando similar a basaltos presentes en sierras submarinas terrestres. Su menor contenido de azufre en relación a la muestra de la Venera-13 se explicó a partir de que la Venera-14 se encontraba en una superficie más joven del planeta.
Tras el inicio de la labor de perforación saltaron las cubiertas de los telefotómetros y comenzó la transmisión de imágenes y de otros parámetros.
El trabajo del primer telefotómetro concluyó tras 31 minutos mientras que el segundo concluyó su trabajo de entrega de imágenes en el minuto 56. Un minuto después cesó la recepción de información desde el aparato de descenso tras la caída de la señal bajo su valor umbral.
A diferencia de la Venera-13 los fotómetros de la Venera-14 no registraron levantamiento de polvo durante el aterrizaje.
Grabación de sonido desde la superficie de Venus por la Venera-14
El micrófono logro registrar 2 sonidos, que se interpretaron como consecuencia de un par de eventos sísmicos débiles y lejanos.
El aparato orbital realizaría el mismo trabajo que la estación orbital de la Venera-13 detectándose su última señal desde la Tierra el día 9 de abril de 1983.
Resultados de las estaciones espaciales de sobrevuelo
Ambas estaciones de sobrevuelo entregaron información sobre viento solar y destellos de rayos X en el Sol. Con su participación se conformó una red interplanetaria destinada a la detección de destellos gamma, la que permitió registrar 150 de tales fenómenos. Tras el sobrevuelo junto a Venus las estaciones Venera-13 y Venera-14 fueron sometidas a correcciones de trayectoria a fin de perfeccionar maniobras que se utilizarían posteriormente con la siguiente aparición del cometa Halley en el Sistema Solar.
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