Venera 4 ( en ruso : Венера-4 , lit. 'Venus-4'), también designada 4V-1 No.310 , fue una sonda del programa soviético Venera para la exploración de Venus . La sonda comprendía un módulo de aterrizaje , diseñado para entrar en la atmósfera venusiana y lanzarse en paracaídas a la superficie, y una nave espacial de transporte/ vuelo , que llevó el módulo de aterrizaje a Venus y sirvió como relé de comunicaciones para él.
En 1967, fue la primera sonda que realizó con éxito un análisis in situ del entorno de otro planeta . Venera 4 proporcionó el primer análisis químico de la atmósfera de Venus, mostrando que estaba compuesta principalmente de dióxido de carbono con unos pocos porcentajes de nitrógeno y menos de un uno por ciento de oxígeno y vapor de agua. Al entrar en la atmósfera, se convirtió en la primera nave espacial en sobrevivir a la entrada en la atmósfera de otro planeta. [3] La estación detectó un campo magnético débil y ningún campo de radiación. La capa atmosférica exterior contenía muy poco hidrógeno y nada de oxígeno atómico. [4] La sonda envió las primeras mediciones directas que demostraban que Venus era extremadamente caliente, que su atmósfera era mucho más densa de lo esperado y que había perdido la mayor parte de su agua hace mucho tiempo.
La nave espacial portadora principal 4 tenía una altura de 3,5 metros, sus paneles solares se extendían por 4 metros y tenía una superficie de 2,5 metros cuadrados. La nave espacial portadora incluía un magnetómetro de 2 metros de largo , un detector de iones, un detector de rayos cósmicos y un espectrómetro ultravioleta capaz de detectar gases de hidrógeno y oxígeno. Los dispositivos estaban destinados a funcionar hasta la entrada en la atmósfera de Venus. En ese momento, la estación estaba diseñada para liberar la cápsula de la sonda y desintegrarse. La parte trasera de la nave espacial portadora contenía un propulsor de combustible líquido capaz de corregir el curso del vuelo. El programa de vuelo estaba planeado para incluir dos correcciones de curso significativas, para cuyo propósito la estación podría recibir y ejecutar hasta 127 comandos diferentes enviados desde la Tierra. [5]
La parte delantera de la nave espacial portadora contenía una cápsula de aterrizaje casi esférica de 1 metro (3 pies 3 pulgadas) de diámetro y 383 kilogramos (844 libras) de peso. En comparación con las sondas Venera anteriores (fallidas) , la cápsula contenía un escudo térmico mejorado que podía soportar temperaturas de hasta 11.000 °C (19.800 °F). En lugar del diseño de refrigeración basado en líquido anterior, se instaló un sistema de gas más simple y confiable. [6] La durabilidad de la cápsula se verificó exponiéndola a altas temperaturas, presiones y aceleraciones utilizando tres instalaciones de prueba únicas. La resistencia al calor se verificó en un sistema de vacío de alta temperatura que emulaba las capas superiores de la atmósfera. [7] La cápsula fue presurizada hasta 25 atmósferas. (La presión superficial en Venus era desconocida en ese momento. Las estimaciones oscilaban entre unas pocas y cientos de atmósferas). [8] Finalmente, se sometió a aceleraciones de hasta 450 g en una centrífuga. La prueba de centrifugación provocó la rotura de componentes electrónicos y soportes de cables, que fueron reemplazados poco antes del lanzamiento. El calendario para el lanzamiento fue bastante ajustado, para no perder la ventana de lanzamiento , los días del año en los que el camino al planeta de destino desde la Tierra es menos exigente energéticamente. [9] [10]
La cápsula podría flotar en caso de un aterrizaje en el agua. Considerando la posibilidad de tal aterrizaje, sus diseñadores hicieron la cerradura de la cápsula usando azúcar; [5] [7] [11] estaba destinada a disolverse en agua líquida, liberando las antenas del transmisor. La cápsula contenía un sistema de amortiguación de vibraciones de nuevo desarrollo, y su paracaídas podía resistir temperaturas de hasta 450 °C (723 K). [7]
La cápsula contenía un altímetro , un control térmico, un paracaídas y equipos para realizar mediciones atmosféricas. Estos últimos incluían un termómetro , un barómetro , un hidrómetro , un altímetro y un conjunto de instrumentos de análisis de gases. Los datos se enviaban mediante dos transmisores a una frecuencia de 922 MHz y una tasa de 1 bit/s; las mediciones se enviaban cada 48 segundos. Los transmisores se activaban mediante el despliegue del paracaídas tan pronto como la presión exterior alcanzaba 0,6 atmósferas estándar (61 kPa), lo que se pensaba que ocurría a una altitud de unos 26 kilómetros (16 mi) sobre la superficie del planeta. Las señales eran recibidas por varias estaciones, incluido el Observatorio de Jodrell Bank . [6] [5]
La cápsula estaba equipada con una batería recargable con capacidad suficiente para alimentar durante 100 minutos los sistemas de medición y transmisión. Para evitar que se descargara durante el vuelo a Venus, la batería se mantuvo cargada utilizando los paneles solares de la nave espacial portadora. Antes del lanzamiento, toda la estación Venera 4 fue esterilizada para evitar una posible contaminación biológica de Venus. [6]
En junio de 1967 se lanzaron dos sondas 4V-1 nominalmente idénticas. La primera sonda, Venera 4, fue lanzada el 12 de junio por un cohete portador Molniya-M que volaba desde el cosmódromo de Baikonur . [12] Se realizó una corrección de rumbo el 29 de julio cuando se encontraba a 12.000.000 kilómetros (7.500.000 millas) de la Tierra; de lo contrario, la sonda habría pasado de Venus. Aunque se habían planeado dos correcciones de este tipo, la primera fue lo suficientemente precisa y, por lo tanto, la segunda corrección se canceló. El 18 de octubre de 1967, la nave espacial entró en la atmósfera de Venus con un lugar de aterrizaje estimado cerca de 19°N 38°E / 19°N 38°E / 19; 38 . [5] La segunda sonda, Kosmos 167 , fue lanzada el 17 de junio, pero no logró salir de la órbita baja terrestre. [13]
Durante la entrada en la atmósfera de Venus, la temperatura del escudo térmico subió a 11.000 °C (19.800 °F) y en un momento dado la desaceleración de la cabina alcanzó los 300 G. [14] El descenso duró 93 minutos. La cápsula desplegó su paracaídas a una altitud de unos 52 kilómetros (32 mi) y comenzó a enviar datos sobre la presión, la temperatura y la composición del gas a la Tierra. El control de temperatura mantuvo el interior de la cápsula a -8 °C (18 °F). La temperatura a 52 kilómetros (32 mi) se registró como 33 °C (91 °F), y la presión como menos de 1 atmósfera estándar (100 kPa). Al final del descenso de 26 kilómetros (16 mi), la temperatura alcanzó los 262 °C (504 °F) y la presión aumentó a 22 atmósferas estándar (2.200 kPa), y la transmisión de la señal terminó. La composición atmosférica se midió como 90–93% de dióxido de carbono , 0,4–0,8% de oxígeno, 7% de nitrógeno y 0,1–1,6% de vapor de agua. [5]
La altitud de la sonda Venera con respecto a la superficie se midió utilizando un altímetro de radar que operaba a 770 MHz. El altímetro tenía una ambigüedad entera de 30 kilómetros (19 millas): es decir, la misma señal de radar se daría a una altitud de X, X más 30 kilómetros (19 millas), X más 60 kilómetros (37 millas), etc. [15] (un efecto conocido como " aliasing "). En ese momento, no se conocía la distancia de las cimas de las nubes sobre la superficie, y debido a esta ambigüedad, el primer retorno de radar, que ahora se cree que estaba a una altitud real de unos 55 kilómetros (34 millas), inicialmente se interpretó erróneamente como 26 kilómetros (16 millas). Por lo tanto, basándose en los resultados del radar malinterpretados, el equipo soviético anunció inicialmente que la sonda descendió a la superficie. [16] [17] Este resultado fue rápidamente descartado por ser inconsistente con el diámetro planetario medido por radar, [18] [19] y las lecturas de presión de la cápsula fueron mucho más bajas que las predichas por los modelos recientemente desarrollados de la atmósfera de Venus. [6] [7]
Los datos de Venera 4 fueron analizados junto con los datos de la sonda Mariner 5 , bajo un grupo de trabajo combinado soviético-estadounidense de COSPAR en 1969, [20] [21] una organización de cooperación espacial temprana, [22] lo que permitió un dibujo más completo del perfil de la atmósfera de Venus .
Por primera vez, se realizó un análisis in situ de la atmósfera de otro planeta y los datos se enviaron a la Tierra; el análisis incluía la composición química, la temperatura y la presión. La relación medida de dióxido de carbono a nitrógeno de aproximadamente 13 corrigió tanto las estimaciones anteriores (se esperaba una relación inversa en algunos sectores) que algunos científicos cuestionaron las observaciones. La estación principal no detectó cinturones de radiación; en relación con la Tierra, el campo magnético medido era 3000 veces más débil y la corona de hidrógeno era 1000 veces menos densa. No se detectó oxígeno atómico. Todos los datos sugirieron que el agua, si había estado presente, se había filtrado del planeta mucho antes. Esta conclusión fue inesperada considerando las espesas nubes venusianas. Debido a la humedad insignificante, el sistema de bloqueo de azúcar, empleado en Venera 4 en caso de un aterrizaje en el agua, fue abandonado en las sondas Venus posteriores. [6] [5]
La misión se consideró un éxito total, especialmente teniendo en cuenta varios fracasos anteriores de las sondas Venera. [6] Aunque el diseño de Venera 4 permitió la transmisión de datos después del aterrizaje, las sondas Venera 3-6 no fueron construidas para soportar las presiones en la superficie de Venus. El primer aterrizaje suave exitoso en Venus lo logró Venera 7 en 1970. [23]
