Ruimtetuig (veilig?) geland - deel 1 Venus

Begin van de jaren zestig van vorige eeuw werden er voor het eerst ruimtesondes richting andere planeten en de Maan gestuurd. Voor het eerst werd informatie van andere hemellichamen vergaard vanuit hun eigen omgeving, zowel vanuit enerzijds een omloopbaan en anderzijds vanaf het oppervlak van het hemelobject.

Met deze serie artikels belichten we de sondes die het oppervlak van een hemellichaam bereikten. Sommige daarvan crashten, al dan niet gecontroleerd op het oppervlak. Maar de meesten bezorgden ons nuttige informatie.

We beginnen met een overzicht van de landingen op de planeet Venus.

In dit eerste artikel hebben we het over de landingen tot en met de Russische Venera 10.

 

Landingen op buurplaneet Venus

In totaal zijn er 44 sondes richting Venus gelanceerd. 15 ervan bereikten het oppervlak. 6 sondes hebben ons vanuit een omloopbaan rond de planeet informatie bezorgd. 9 maakten een scheervlucht waarvan 7 een boost kregen richting een ander hemellichaam (2 maal richting Zon, 3 maal richting Mercurius, 1 maal richting Jupiter en 1 maal richting Saturnus. 14 hebben nooit Venus bereikt. 

Er waren dus 15 sondes die op het oppervlak van Venus terecht kwamen. 14 ervan werden gelanceerd door de Sovjet-Unie en één door de Amerikaanse NASA.

Van de Sovjet-Unie hadden 12 sondes de naam ‘Venera’ en 2 de naam ‘Vega’. Venera betekent in het Russisch Venus. Vega is de samentrekking van ‘Venera’ en ‘Galleya’. Galleya is Russisch voor Halley. De Vega’s bestonden uit een sonde die afdaalde naar Venus en een sonde die verder vloog naar de komeet van Halley.

De Amerikaanse sonde had de naam ‘Pioneer Venus Multiprobe’.

 

 

Planeet Venus, gezien door Mariner 10 - Copyright afbeelding: NASA

 

Venera 3

Venera 3 werd gelanceerd op 16 november 1965 en stootte op 1 maart 1966 automatisch zijn lander af, die vervolgens een harde landing maakte op het oppervlak van Venus. Venera 3 was daarmee de eerste sonde in de geschiedenis van de ruimtevaart die het oppervlak van een planeet bereikte.

De bedoeling was dat Venera 3 tijdens de afdaling door de atmosfeer van Venus waarnemingen zou doen. Het radiocontact met de ruimtesonde ging echter verloren zodat men geen wetenschappelijke gegevens ontving. Venera 3 beschikte over instrumenten die tijdens de afdaling informatie hadden moeten verzamelen over de luchtdruk, temperatuur en samenstelling van de atmosfeer. 

 

Venera 4

Venera 4 werd gelanceerd op 12 juni 1967. Op 18 oktober 1967 op een afstand van 45.000 km begon de lander zijn tocht door de atmosfeer van Venus. In tegenstelling tot Venera 3 was er dit keer tijdens de doortocht van de atmosfeer wel radiocontact. De waarnemingen startten vanop een afstand van 55 km van het Venusoppervlak. Gedurende 93 minuten stuurde de sonde informatie door tot ze zich 25 km boven het oppervlak bevond. Daar begaf de sonde onder de extreme omstandigheden in de Venusatmosfeer.

De hoge hoeveelheid CO2 (95%) die aangetroffen werd in de atmosfeer van Venus was destijds verbazingwekkend. Bij het uitvallen van de communicatie op 25 km boven het oppervlak bedroeg de waargenomen temperatuur 262 graden Celsius en de atmosferische druk 22 bar.

Wetenschappers hadden nu een goed beeld van de uitzonderlijke omstandigheden in de atmosfeer van Venus. In combinatie met radarwaarnemingen vanop Aarde kwam men tot een schatting van de temperatuur van 427 graden Celsius en een luchtdruk van 18 bar aan het planeetoppervlak. Gezien deze omstandigheden was het onmogelijk dat deze eerste generatie Venera’s heelhuids het oppervlak van Venus zouden kunnen bereiken.

 

 

Lancering Venera 1 in 1961 - Copyright afbeelding: Wikipedia, zonder copyright

 

Venera 5

Venera 5 en ook de latere Venera 6 waren, op een paar aanpassingen na, identiek aan Venera 3 en Venera 4. Er werden een aantal kleine zaken verbeterd zodat de landers veilig het planeetoppervlak konden bereiken. Vanaf Venera 5 maakte men gebruik van kleinere remparachutes zodat de afdaling sneller gebeurde en kon voorkomen worden dat de batterijen uitgeput raakten door de extreme atmosfeer van Venus.

Venera 5 werd gelanceerd op 5 januari 1969 en kwam aan bij Venus op 16 mei 1969. Op een hoogte van 37.000 kilometer begon de afgekoppelde lander een tocht door de dikke atmosfeer. Gedurende 53 minuten zond de sonde elke 45 seconden informatie door. Vanop ongeveer 24 km afstand boven het Venusoppervlak werd de laatste info doorgestuurd. Op die hoogte bedroeg de temperatuur 320 graden Celsius en de druk 26,1 bar. De hoogte waarop het contact verloren ging was gelijk aan die van de Verena 4, de hoop dat door de kleinere parachutes waarnemingen zouden lukken tot dicht bij het oppervlak bleek niet correct.

 

Venera 6

Venera 6 was identiek aan Venera 5 en werd vijf dagen later gelanceerd: op 10 januari 1969. Op 17 mei 1969 werd vanuit een baan rond Venus de afdaling ingezet. Venera 6 zond gedurende 51 minuten informatie door, op het moment van dichtste nadering bevond de sonde zich 10 à 12 km boven het oppervlak. De doorgestuurde waarden kwamen overeen met die van Verena 5.

 

Venera 7

Bij Venera 7 werden er een aantal kleine wijzigingen aangebracht in vergelijking met de vorige exemplaren. De lander was zwaarder om sneller te dalen en zou bijgevolg minder lang blootgesteld worden aan de extreme omstandigheden in de atmosfeer. Bovendien werd er meer isolatie aangebracht om de sonde beter te beschermen tegen de extreme temperatuur.

Op 17 augustus 1970 werd Venera 7 gelanceerd. En op 15 december 1970 begon de helse afdaling door de Venusatmosfeer. Dat avontuur bracht de sonde tot een goed einde, want uiteindelijk volgde er een geslaagde landing. En zo bezorgde Venera 7 ons als eerste informatie vanaf het oppervlak van een andere planeet.

De lander was een bolvormige capsule, vervaardigd uit titanium. Van binnen was de capsule ruim bekleed met schokabsorberend materiaal zodat eventuele schokken bij de landing zo goed mogelijk zouden kunnen opgevangen worden. Hierdoor was er echter niet al te veel plaats beschikbaar om wetenschappelijke instrumenten te installeren. 

De afdaling duurde 35 minuten. Tijdens deze afdaling registreerde de sonde dat de atmosfeer voor 97% uit CO2 bestaat.

Aan hoge snelheid (17 meter per seconde) en met een zware klap bereikte het landingstoestel het oppervlak. In eerste instantie kreeg men vanaf het oppervlak geen radiosignalen van de sonde, en men vreesde dus het ergste. Waarschijnlijk was het toestel bij de landing op zijn zijde terechtgekomen waardoor de radioantenne niet goed gericht was.

Na een grondige analyse van de zwakke signalen die Venera 7 had doorgestuurd stelde men na een aantal dagen vast dat uit de tapes die men van dat signaal gemaakt had er toch bruikbare informatie kon gehaald worden. En zo kwam men ter plaatse te weten dat het op het Venusoppervlak 475 graden Celsius is, dat de druk er 92 bar bedraagt en dat de wind er waait aan 2,5 meter per seconde. Het signaal duurde 23 minuten.

De conclusie was overduidelijk: mensen kunnen niet overleven op Venus en water kan er niet in vloeibare vorm voorkomen.

 

 

Artistieke voorstelling landing Venera 7 - Copyright: Reimund Bertrams via Wikipedia Public Domain

 

Venera 8

De Venera 8 werd gelanceerd op 27 maart 1972. Vier maanden later, op 22 juli 1972, drong de landingscapsule de atmosfeer van Venus binnen. Er was een gammaspectrometer aanwezig om eventuele hoeveelheden kalium, thorium en uranium op het oppervlak te meten, zodat de samenstelling van de bodem kon bepaald worden. Er was ook een fotometer aan boord die moest meten hoeveel zonlicht er door de dichte atmosfeer doordrong tot aan het Venusoppervlak. De Russen wilden bij een volgende vlucht camera’s installeren om foto’s van het oppervlak te maken. Als er te weinig zonlicht was, moesten er schijnwerpers op de lander gemonteerd worden om foto’s te kunnen maken.

De sonde landde veilig, het dichte wolkendek verstrooide het tot op het oppervlak doorgedrongen zonlicht. Het was de eerste landing op Venus tijdens daglicht. Venera 8 stuurde gedurende 50 minuten en 11 seconden informatie door en bezweek dan door de hoge temperatuur en luchtdruk.

Venera 8 nam een sterke terugval van de lichtsterkte waar tussen 35 en 30 km hoogte, maar lager in de atmosfeer was het lichtverval beduidend kleiner. Hieruit leidde men af dat het dichte wolkendek niet doorliep tot vlak boven het oppervlak. Lager dan 10 km in de atmosfeer werden windsnelheden van minder dan 1 km/s geregistreerd.

De lichtsterkte aan het oppervlak van Venus bleek overeen te komen zoals op Aarde bij een bewolkte dag. Het zicht reikte ongeveer 1 kilometer ver, voldoende om bij een volgende vlucht camera’s mee te nemen om foto’s van het oppervlak te maken.

Tijdens de afdaling dreef de capsule 60 km af, waarbij de sonde hoogteverschillen aan het oppervlak tot 1.200 meter vaststelde. Nauwkeurige radarmetingen nadien gaven aan dat Venera 8 geland was in een gebied met steile vulkanen.

Venera 8 was een meer dan geslaagde vlucht die toch wel belangrijke nieuwe informatie opleverde op verschillende domeinen. Het was tevens de laatste verkenner van de eerste, relatief lichte generatie.

 

Tussentijdse balans

In de beginfase kenden de Venera's verschillende problemen, mede door de extreme en onverwachte omstandigheden op Venus. De Sovjet-Unie trok de nodige lessen uit deze ervaringen en ging over tot de constructie van een volgende generatie Venera-ruimteschepen. De vluchten van de toekomstige Venera’s zouden alle feilloos verlopen.

Op basis van de ervaring met de landers Venera 3 tot 8  werd een nieuwe robuustere raket gebouwd. Tot en met Venera 8 woog de raket maximum 1.200 kg. Vanaf Venera 9 werd die lichtere raket vervangen door een nieuw type dat meer dan 5.000 kg woog.

 

Venera 9

De Venera 9 werd gelanceerd op 8 juni 1975. Op 20 oktober 1975 zette de lander de daling door de atmosfeer in. Net voor de lander werd losgekoppeld werd hij door een ingebouwd koelsysteem afgekoeld tot -10 graden Celsius. Vervolgens drong de lander de atmosfeer binnen op een hoogte van 125 km met een snelheid van 10,7 kilometer per seconde. Hierdoor liep de temperatuur bij het afdalen op tot zowat 12.000 graden Celsius. Maar door een goede isolatie kwam de temperatuur binnen de capsule nooit hoger dan 23 graden Celsius. Door de extreem hoge luchtdruk van 90 bar dwarrelde de sonde als een vallend blad naar beneden. De uiteindelijke daalsnelheid bedroeg 6 à 8 meter per seconde. In totaal had de afdaling 1 uur en 8 minuten geduurd.

Na de landing wierp Venera 9 de beschermkappen van de camera af. De uitrusting van de vorige Venera had aangetoond dat de helderheid op het oppervlak voldoende was om foto’s te maken, maar voor de zekerheid had men enkele schijnwerpers ingebouwd die konden bijlichten. De foto's werden gemaakt. En voor het eerst werden er vanaf het oppervlak van planeet Venus zwart-wit foto’s naar de Aarde doorgestuurd.

 

 

Eerste foto van het oppervlak van Venus, landingsplaats Venera 9 - Copyright: Russian Academy of Sciences & Public Domain

 

Ondanks het dichte wolkendek en de zware atmosfeer bleek het op Venus even helder als tijdens een bewolkte dag op Aarde.

De landingsplaats leek op een steenachtige woestijn, maar dan zonder stof of zand. De omgeving was bezaaid met stenen tot wel tien meter groot. Aan het oppervlak was het zicht onbelemmerd: geen wolken of mist. En tot op 100 meter afstand waren de details van het landschap duidelijk te zien.

De lander beleef 53 minuten functioneren en verzamelde informatie over temperatuur, luchtdruk, bodemgesteldheid en windsnelheden. De waargenomen waarden: 90 bar luchtdruk, 485 graden Celsius temperatuur en windsnelheden tot 3,5 meter per seconde.

 

Venera 10

Venera 10 was een kopie van Venera 9. Het ruimtetuig werd gelanceerd op 14 juni 1975, slechts 7 dagen na de lancering van Venera 9. Op 25 oktober 1975 begon de lander zijn tocht door de atmosfeer. Tijdens de landing liep de temperatuur op tot 12.000 graden Celsius. Dankzij de uitstekende isolatie en de koeling vooraf werd het in de lander niet warmer dan 23 graden Celsius. Op 65 km hoogte was de snelheid 250 meter per seconde. Op dat moment klapten de parachutes open die de lander afwierp op 50 km hoogte.

Na een afdaling van 1 uur en 15 minuten maakte Venera 9 een geslaagde zachte landing op Venus. De landingsplaats was op ongeveer 2.200 km van de plaats waar Venera 9 was geland. 

65 minuten na de landing bezweek de bolvormige sonde wegens de extreme omstandigheden aan het oppervlak van Venus.

Het landingstoestel van Venera 10 had verscheidene instrumenten aan boord: zwart-wit camera’s, acceleratiemeters om de g-krachten tijdens de afdaling te meten, een thermometer, een barometer, een massaspectrometer om de concentratie van diverse moleculen in de atmosfeer te meten tussen 63 en 34 km hoog, een stralingsdichtheidmeter om de bodemdichtheid te bepalen en een gammaspectrometer om natuurlijke radioactieve elementen in de bodem op te sporen.

Door een probleem bij het afwerpen van de beschermingskappen van de camera’s bleef er eentje hangen waardoor het gezichtsveld beperkt bleef tot 180 graden. De omgeving van de lander leek op een steenwoestijn. Op de plaats van de lander bleek dat de bodem een dichtheid bezat van 2,7 a 2,9 gram per kubieke cm, wat overeenkomt met de dichtheid van basaltrotsen op Aarde. Aan het planeetoppervlak waaide een wind van 3,5m/sec. Verder verzamelde de sonde gegevens over de hoeveelheid zonlicht die het oppervlak bereikte, de temperatuur en de luchtdruk op verschillende hoogtes in de atmosfeer.

 

 

Tekst: Guido Hemeleers, december 2023