Venera 4
| Venera 4 | ||||
|---|---|---|---|---|
| ||||
| Organisatie | Sovjet-Unie | |||
| Hoofdaannemer | NPO Lavotsjkin | |||
| Missienaam | Venera 4/Venus 4/ 02840 | |||
| Lanceringsdatum | 12 juni 1967 | |||
| Lanceerbasis | Tjoeratam, Bajkonoer | |||
| Draagraket | A-2-e | |||
| Massa | totaal 1106 kg, lander 383 kg | |||
| Doel | Venus | |||
| Landing hemellichaam | 18 oktober 1967 | |||
| Duur missie totaal | Zond 93 minuten gegevens door | |||
| ||||
Venera 4(Russisch: Венера-4) was een onbemandeRussischeruimtevlucht uit 1967. Doel van deze missie was om een zachte landing opVenusuit te voeren om de samenstelling van en omstandigheden in de Venusiaanseatmosfeerte bestuderen. Het was de eerste keer dat eensondeter plekke in de atmosfeer metingen verrichtte. Voorgaande missies deden waarnemingen vanaf grote afstand.
Ontwerpproblemen
[bewerken|brontekst bewerken]Omstandigheden ter plaatse onduidelijk
[bewerken|brontekst bewerken]Ten tijde van deze vlucht heerste veel onduidelijkheid over de exacte omstandigheden die men op Venus zou aantreffen. Eenpapervan hetMITveronderstelde zelfs dat Venus eenijstijdbeleefde. De meeste deskundigen geloofden het tegendeel, maar de exacte temperatuur en luchtdruk bleven onderwerp van discussie. Dit had meerdere oorzaken. De gebruikte spectrografische methoden, die de toppen van het wolkendek onderzochten, bleken verre van nauwkeurig. Daarnaast tastten wetenschappers in het duister over de dikte van de atmosfeer en destraalvan de planeet. Infrarood spectroscopie toonde de aanwezigheid vankoolstofdioxideaan. Voor deze missie ging men ervan uit, dat de dampkring van Venus bestond uit 85%stikstofen 15% koolstofdioxide. De schattingen omtrent luchtdruk liepen uiteen van 3 tot 1000atm;in de praktijk gingen de meesteastrofysiciuit van 10 tot 30 atm.[1]
Eerste gegevens doorMariner 2
[bewerken|brontekst bewerken]Enige jaren daarvoor was deAmerikaanseMariner 2Venus op 34.830 km gepasseerd. Uit de gegevens die dezesondeverzamelde bleek dat onze naaste buur in niets op onze thuisplaneet leek. Stralingsgordels van enige betekenis of eenmagnetisch veldvond men niet. Tijdens deze passage tastten twee warmtezoekende stralingsmeters de planeet af. Hieruit concludeerde men dat Venus droog en gloeiend heet was, met overal een temperatuur van 425 °C en een geschatte luchtdruk op zeeniveau van 20bar.Deze foutieve aanname zorgde ervoor, dat de eerste landers van veel te lichte constructie waren en de gebruikte parachutes van te grote afmetingen.[2]
Testkamer en centrifuge
[bewerken|brontekst bewerken]Vanaf januari 1967 beschikte het ontwerpteam over een thermische, vacuüm testkamer. Dit stond systeemproeven toe in luchtledige omstandigheden en grote warmte. Bovendien kon het team een beroep doen op eencentrifugevan voldoende grootte om de landingscapsule te huisvesten. Die kon krachten tot 500 g opwekken. Dat was beslist geen overbodige luxe. Deze eerste Venera's moesten onder een steile hoek van 30° tot verticaal de dichte atmosfeer induiken. De snelheid van bijna 11 km/s (39.600 km/u) liep tijdens deze fase terug tot bijna nul; hierbij traden versnellingen van 350 tot 450gop. Een eerste test met de lander werkte vrij ontnuchterend: het boordinstrumentarium werd bijna volledig verwoest. Een duidelijke vingerwijzing dat tijdens eerdere (mislukte) missies ingezette landers dringend verbeteringen behoefden.[1]
Opbouw
[bewerken|brontekst bewerken]Moederschip
[bewerken|brontekst bewerken]Het moederschip had een hoogte van 3,50 m en een massa (inclusief lander) van 1106 kg. Deschotelantennehad eendiametervan 2,30 m enzonnepanelenzorgden voor elektriciteit. Inclusief panelen bedroeg despanwijdte4,00 m, de oppervlakte van de panelen omsloeg 2,50 m². Dit moederschip beschikte over eenmagnetometer,kosmische stralingsmeter,ultravioletfotometeren een instrument om geladen deeltjes op te vangen. Naast een hoofdmotor voor koerscorrecties hielden standregelraketjes de sonde in de juiste positie.[3]
Landingscapsule
[bewerken|brontekst bewerken]
Proeven met in de atmosfeer terugvallendespringkoppenwezen uit, dat de wrijvingswarmte spitse ontwerpen vernietigde. Een stompe voorkant zorgt voor een schokgolf, die de atmosferische gassen verhit tot plasma en de hitte grotendeels wegleidt. Uiteraard blijft eenhitteschildnoodzakelijk. Een ingebouwde schokdemper voorkwam dat de apparatuur werd vernield door de hoge g-krachten (ingeschat op 300 g) die optraden tijdens binnendringen in de Venusiaanse atmosfeer. De twee radiohoogtemeters bevonden zich aan weerszijden van het parachuteruim, en klapten naar buiten zodra deze zich ontplooide.[1]
De lander had eendiametervan 1,00 m, een massa van 383 kg en was bestand tegen 25 atm bij 300 °C. Hij was ontworpen om zowel op vaste als vloeibare ondergrond neer te komen en kon tot 350 g weerstaan. De uitrusting bestond uit:
- Twee gasanalysators (G-8 en G-10), samengesteld uit 11 onderdelen, om de samenstelling van de atmosfeer te bepalen. Naar verwachting vormden vier gassen de hoofdbestanddelen van de atmosfeer: koolstofdioxide, stikstof, zuurstof en waterdamp.
- Barometerom de luchtdruk te meten.
- Tweethermometersdie de temperatuur vastlegden. De ene mat tussen 210-730K,de andere tussen 270-600 K. Reden hiervoor was een grotere nauwkeurigheid in het verwachte temperatuurgebied.
- Densitometer, om deatmosferische dichtheidna te gaan.
- Radiohoogtemeter.
- Twee radiozenders, om zeker te zijn dat de afdaling niet mislukte door een defecte zender.
Vanwege de zwakke radiozenders en antenne zondVenera 4uit op een golflengte van 922MHzmet eenbitratevan 1 bit/s. Voor die tijd was dat een redelijke snelheid. Door de gekozen antennevorm concentreerde het signaal zich in een peervormig gebied aan de hemel. De batterij ging naar schatting 100 minuten mee.[1]De parachute kon temperaturen tot 450 °C aan.[4]
Missieverloop
[bewerken|brontekst bewerken]
Lancering en vlucht naar Venus
[bewerken|brontekst bewerken]De Russen hanteerden voor deze interplanetaire vluchten een vast patroon. De sonde schoot men eerst in een parkeerbaan. Vervolgens ontbrandde de laatste trap gedurende vier minuten en zette de verkenner op koers naar zijn doel.[5]Venera 4werd gelanceerd op12 juni1967met een A-2-edraagraketvanafTjoeratamteBajkonoer.[6]Op 29 juli voerde de verkenner een koerscorrectie door. De reis verliep zonder noemenswaardige problemen en medio oktober bereikteVenera 4zijn bestemming.[3]De lancering van een identiek ruimtevaartuig mislukte vijf dagen later, waarna de Sovjet-Unie deze totKosmos 167omdoopte.[5][7]
Afdaling
[bewerken|brontekst bewerken]De afdalingsfase begon op een afstand van 45.000 km.[2]Op 18 oktober ontkoppelde het moederschip, net voor het zelf de atmosfeer indook, de lander. De banden waarmee de lander was bevestigd werden op commando van de grondpyrotechnischvrijgemaakt. Alleen de lander overleefde het binnendringen.Venera 4bevond zich aan de nachtelijke zijde van Venus, nabij dedag-nachtgrens.Vanaf die locatie bevond de Aarde zich recht boven de lander. Voor het moederschip verbrandde, vond het geen stralingsgordels, maar wel een zwakkemagnetosfeer.Verder ontdekte het een dunne laag atomischewaterstofop 9900 km hoogte.
In eerste instantie remde de capsule middels zijnablatiefhitteschild. Bij een barometerdruk van 0,6 atm maakten explosieve bouten het beschermend omhulsel vrij en schoot de eerste loodsparachute naar buiten. Die had slechts een oppervlak van 2,2 m²; de snelheid bedroeg nog 1032 km/u.[3]Op een hoogte van 52 km ontplooide de hoofdparachute met een oppervlak van 55m² en klapten de antennes van de radiohoogtemeter uit. Vijf minuten na ontkoppeling schakelden de instrumenten zich op een hoogte van 55 km in. De capsule daalde af met een snelheid van 10 m/s (36 km/u).Venera 4seinde 93 minuten lang gegevens door. De Sovjet-Unie boekte zo een belangrijke primeur in deruimterace:de eerste rechtstreekse metingen in de atmosfeer van een andere planeet.[1][8]
Instrument G-10 schakelde zich kort na het openen van de hoofdparachute in; G-8 volgde zes minuten later. De aangetroffen hoeveelheid CO2(95%) in de atmosfeer verbaasde de wetenschap, die verwachtte dat stikstof het hoofdbestanddeel vormde.Carl Sagandacht aan een technisch mankement inVenera 4,maar latere missies bevestigden de metingen. Sagan had verwacht 15 tot 50% N2in de atmosfeer aan te treffen. Beide thermometers, barometer en densitometer gaven 23 metingen door tijdens de afdaling. De barometerdruk nam toe van 0,75 tot 22 atm, tot de meter defect raakte. De temperatuur liep op van 31 tot 271 °C. Na diverse mislukkingen boodVenera 4geleerden eindelijk de kans om een atmosferisch model van de planeet te ontwikkelen. Latere missies zouden dit ruwe model verder verfijnen.[1]
Samenstelling van atmosfeer
[bewerken|brontekst bewerken]Deze tabel toont de samenstelling van de Venusiaanse atmosfeer, gemeten doorVenera 4:
| Sensor | Gas | Bereik | Resultaat |
|---|---|---|---|
| G-10 | CO2 | Drempelwaarde 1% | > 1% |
| G-10 | CO2 | 7 - 100% | 90±10% |
| G-10 | N2 | 7 - 100% | < 7% |
| G-10 | O2 | Drempelwaarde 0,4% | > 0,4% |
| G-10 | H2O | Drempelwaarde 0,1 mg/l | > 0,65 mg/l |
| G-8 | CO2 | 2 - 30% | > 30% |
| G-8 | CO2 | Drempelwaarde 1% | > 1% |
| G-8 | N2 | 2,5 - 50% | < 2,5% |
| G-8 | O2+ H2O | Drempelwaarde 1,6% | < 1,6% |
| G-8 | H2O | Drempelwaarde 0,7 mg/l | < 8 mg/l |
| G-8 | H2O | Drempelwaarde 0,05 mg/l | > 0,65 mg/l |
Verlies van radiocontact
[bewerken|brontekst bewerken]Ten slotte ging het radiocontact metVenera 4ergens boven hetEisila-gebied verloren op een positie van 19°Nen 38°O,op een hoogte van 26 à 27 km. De reden bleek aanleiding tot een stevige discussie. Volgens de Russen raakte het toestel het oppervlak, de temperatuur van 544 K was slechts weinig lager dan de verwachte 600 K. De capsule kon bovendien 25 atm aan, dus 22 atm moest het vaartuig makkelijk aankunnen.[1][3]
Controverse
[bewerken|brontekst bewerken]Russische claim weerlegd doorMariner 5
[bewerken|brontekst bewerken]Maar een dag later passeerde de AmerikaanseMariner 5de planeet en stuurde eveneens gegevens naar de Aarde. Gecombineerd met radarwaarnemingen vanaf de Aarde bleek dat de luchtdruk aan het Venusoppervlak 75 atm moest bedragen (nog steeds veel te laag, maar het kwam in de buurt). Dit rijmde absoluut niet met de Russische drukmeting.[2]Overigens beschikten zowelMariner 2als5,net als de eerste Veneraserie, niet over een camera om beelden over te seinen. De eerste close-up foto's van Venus kwamen vanMariner 10.[9]
De Amerikaanse sonde was licht vergeleken met de Russische, met een massa van 245 kg.[10]
Kitt Peak Conference
[bewerken|brontekst bewerken]In maart 1968, tijdens de Kitt Peak Conference, wisselden Amerikaanse en Russische geleerden hun gedachten uit. Dat verliep niet onder slag of stoot. Een comité van een machtig Russisch ministerie concludeerde voortijdig datVenera 4was geland in werkende toestand; dat Amerikanen hun claim ontkrachtten beviel de heren allerminst. Maar met alle feiten op een rijtje kwam men tot een oppervlaktedruk van 75 atm en een oppervlaktetemperatuur van 427 °C. Vervolgens suggereerden de Russen dat hun sonde op een hooggelegen plateau landde, dat argument ontkrachtte Sagan eveneens. Bergachtig gebied strookte niet met de gedane radarwaarnemingen; Sagan meende datVenera 4zweeg omdat de batterij aan boord was uitgeput. Na een pittig debat erkende de Sovjet-Unie datVenera 4het oppervlak niet bereikte en publiceerde dat in de kranten.[1]
Conclusie
[bewerken|brontekst bewerken]Ofschoon men er niet in geslaagd was om de oppervlakte van Venus te bereiken, verkreeg de wetenschap de gegevens waar men al jaren naar verlangde. De missie vanVenera 4gold dan ook als groot succes. Het was echter te laat (i.v.m. de korte tijd tot het volgende lanceervenster) om nog grote wijzigingen in het landerontwerp vanVenera 5en6aan te brengen.[11]Maar men wist nu eindelijk welke omstandigheden aan de oppervlakte van onze buurplaneet heersten. DeVenera 7zou drie jaar later de eerste zachte landing op een andere planeet uitvoeren.[12]
Externe link
[bewerken|brontekst bewerken]- WapenschildenvanVenera 4(en andere missies)
- ↑abcdefghPlumbing the Atmosphere of Venusop MentalLandscape, 2003, geraadpleegd 20 oktober 2015
- ↑abcGeïllustreerde encyclopedie van de ruimtevaart,ISBN 90 210 0597 2,1982, blz. 140
- ↑abcdMissierapportVenera 4op NSSDC, geraadpleegd 20 oktober 2015
- ↑Geïllustreerde encyclopedie van de ruimtevaart,ISBN 90 210 0597 2,1982, blz. 141
- ↑abMissierapportKosmos 167op NSSDC, geraadpleegd 20 oktober 2015
- ↑Geïllustreerde encyclopedie van de ruimtevaart,ISBN 90 210 0597 2,1982, blz. 150
- ↑Lijst van onbemande Russische Venusvluchtenop RussianSpaceweb, 1 april 2014, geraadpleegd 20 oktober 2015
- ↑Venera 4 In Depthop solarsystem.nasa.gov, 25 februari 2019, geraadpleegd 18 oktober 2019
- ↑Een kwart eeuw ruimtevaart,ISBN 90 6533 008 9,1982, blz. 204
- ↑Van Spoetnik tot Spaceshuttle,ISBN 90 6010 429-3,1980, 4e druk, blz. 120
- ↑Venera & Vegaop vfm.jpl.nasa.gov, geraadpleegd 20 oktober 2015
- ↑MissierapportVenera 7op NSSDC, geraadpleegd 20 oktober 2015
·
·