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La exploración rusa de Venus
Daniel Sánchez Bins
La exploración rusa de Venus n la mitología romana, Venus era la diosa del amor y de la belleza. En la astronomía, Venus es el segundo planeta de nuestro sistema estelar. La Tierra y Venus son muy semejantes en tamaño, pero distintos en las condiciones climáticas. Nuestro vecino no tiene océanos, y su atmósfera está constituida principalmente por dióxido de carbono. Las nubes tienen gotas de ácido sulfúrico, y en la superficie, la presión llega a ser 92 veces mayor que la presión al nivel del mar.

Esto no es todo. La temperatura de la superficie es de 482 grados Celsius. Una temperatura tan alta se debe al efecto estufa, causado por la pesada atmósfera de dióxido de carbono. La luz del astro rey calienta la superficie de Venus, pero la atmósfera prende el calor irradiado por la superficie, haciendo que Venus sea más caliente que Mercurio.

El periodo orbital de Venus es de 225 días. Un día venusino tiene 243 días (sí, 5832 horas). Su rotación es al contrario, del este para oeste. Su distancia al Sol es de 108 millones de kilómetros.

La superficie del planeta es en términos geológicos nueva, y debe haber sido formada entre 300 a 500 millones de años atrás. Su topografía está caracterizada por vastas planicies cubiertas de lava y regiones montañosas deformadas por la actividad geológica. También tiene muchas cráteres, siendo difícil encontrar cráteres con menos de 2 km de diámetro.
El comienzo

La suerte ayuda a quien tiene audacia, pero no estaba con los soviéticos en sus primeros intentos de llegar a Venus

El primer intento de llegar a Venus fue el Sputnik 7, lanzado en 04 de febrero de 1961. Fue también el primer no exitoso, quedando atrapado en la órbita terrestre. Pasados 8 días, nuevo intento, con la Venera 1, pero la Venera 1 viajó por el espacio 5 millones de kilómetros hasta perder el contacto con la Tierra. Un comienzo nada prometedor. Los soviéticos, con otros planes en mente, dejaron Venus para el año siguiente.

El Sputnik 7 llevaba una cápsula que descendería en Venus, conteniendo, además de los equipos científicos, un disco con el dibujo del escudo de armas de la URSS. Como el satélite cayó en la Tierra, por pura casualidad el disco fue recuperado, y en los años 90 fue vendido en la subasta Sothebys.

En 1962, 3 sondas Veneras fueron lanzadas, 1 en agosto y 2 en septiembre, pero las tres no dejaron la órbita terrestre.

En noviembre de 1963, nuevo intento, nuevamente el mismo problema. Otros dos lanzamientos en 1964 también fueron coronados con el mismo problema.

¿Qué problema era éste que no dejaba viajar a las sondas?

Los cohetes del tipo Vostok tenían 3 etapas, pero para viajar a Marte o a Venus una nueva etapa fue añadida al cohete. Esta nueva etapa era nueva, y no era muy confiable, por esto, el problema no era llegar a la órbita terrestre, el problema era salir rumbo a Venus. Muchas naves del tipo Mars o Luna también fueron víctimas del cohete.

Los primeros resultados recién vendrían después de 1965.

Los primeros éxitos

En noviembre de 1965, un trío de cosmonaves parte rumbo a Venus. Las dos primeras, Venera 2 y Venera 3 consiguen salir de la órbita terrestre con éxito, la tercera, Cosmos 96, se queda de nuevo por acá.

Venera 2 consigue llegar a 24 mil kilómetros de Venus. Venera 3 consigue penetrar en Venus (perdón, en la atmósfera de Venus) pero las comunicaciones son perdidas.

La próxima tentativa sería realizada dos años después, con resultados mejores.

Una dupla parte en 1967, Venera 4 y Cosmos 167. El Cosmos es no exitoso, y la Venera 4 llega hasta Venus. Cuando estaba a 45 mil kilómetros de distancia, una cápsula de 1 metro de diámetro se separa de la nave, iniciando su misión rumbo a la superficie venusina. La cápsula, con 383 kilos, funciona por 94 minutos, dejando de funcionar a apenas 25 kilómetros de la superficie.

El peso de las naves Venera era de poco más de 1 tonelada.

En 1969, parten las Venera 5 y Venera 6, con un peso de 1130 kilos. Ambas sondas tienen un viaje sin problemas, y lanzan sus respectivas cápsulas rumbo a Venus. Las cápsulas, de 405 kilos, sufren el mismo destino de la Venera 4. Son destruidas antes de tocar el suelo por la fuerte atmósfera venusina.

La exploración rusa de VenusLlegar al suelo sería algo reservado al número 7 de la familia. Finalmente, la Venera 7 llegaba a la superficie de Venus. Esta sonda despegó de Baikonur el 17 de agosto de 1970. Su cápsula de 495 kilos llegó a Venus el 15 de diciembre de 1970, después de 31 minutos. Sus paracaídas fueron abiertos a 60 km de altitud. Funcionó por 40 minutos. Los vientos eran de 25 a 51 km por hora.

La Venera 7 fue la primera nave en transmitir informaciones de la superficie de Venus, pero no envió imágenes. Hasta la Venera 7, las sondas intentaban bajar en el lado oscuro de Venus, pero después, los aterrizajes serían en el lado iluminado.

Las sondas Venera llevaban un fotómetro ultravioleta, un foto polarímetro, un espectrómetro infrarrojo, un radiómetro infrarrojo, un magnetómetro, un detector de partículas cargadas, y un sistema de TV.

En 1972, un trío de sondas parte a Venus, la Venera 8, y los Cosmos 359 y Cosmos 482. Los Cosmos tienen problemas en la órbita terrestre, la Venera 8 llega a la superficie venusina, pero nada de fotos. Funcionó por 50 minutos.

Las primeras fotos de la superficie vendrían en 1975.

El número 9

Las ambiciones soviéticas tenían por objetivo hacer llegar una nave intacta a la superficie venusina, para obtener datos sobre su superficie. Para tal fin, extensas pruebas y nuevos sistemas serían empleados.

Antes de todo, había muchos factores positivos para la exploración de Venus. Este planeta podía ser alcanzado más fácilmente que Marte, algo muy bueno pues la durabilidad de los instrumentos no era muy buena, y un vuelo a Marte era más bien de mayor duración. La carga útil que podría ser enviada era mayor que la que se podía mandar hacia Marte. Para Marte, se podía mandar 4.6 toneladas, para Venus, 5.3 toneladas.

Muchas pruebas fueron hechas en el periodo de 1974 a 1975 en el departamento 318 del centro de pruebas NIIKhIMMash cerca de Zagorsk. Las nuevas Venera estarían compuestas de dos vehículos, un orbiter destinado a orbitar en planeta y un lander destinado a estudiar la superficie. Sobre ellos hablaremos detalladamente a continuación:

El orbiter tenía 2,9 metros de altura y 6,7 metros de largo entre sus dos paneles solares. Era equipado con una computadora de vuelo responsable de procesar informaciones obtenidas del sensor de Sol y estelar, empleados para navegación. La computadora mandaba órdenes a los giroscopios del sistema de orientación triaxial. Los paneles solares eran pequeños, de 1,25 x 2,1 metros, por motivo de la cercanía al Sol, lo que hacía la captación de energía bien mayor que en una misión a Marte. La exposición al Sol exigía un sistema de refrigeración compuesto de un radiador y de un sistema de caños que transportaba un líquido refrigerador de la parte principal del orbiter hasta el interior del lander.

El sistema de propulsión era compuesto por motores KRD-425A, también conocidos como 11D425, creados por Alexei Isaev's del bureau KB KhIMMash en Podlipki. Los motores serían empleados para correcciones de trayectoria y orbitar Venus. Fueron probados en el Test Facility No. 103 del Centro NIIKhIMMash cerca de la ciudad de Zagorsk.

Los instrumentos científicos del orbiter eran un sistema de imágenes, un espectrómetro de imágenes ultravioleta francés para estudiar las emisiones Lyman-Alpha en las cercanías de Venus, un instrumento ultravioleta para estudiar las nubes, un radiómetro infrarrojo, un magnetómetro, fotopolarímetro, detector de iones y electrones, y por último un espectrómetro óptico.

El Lander era cubierto por una esfera de 1 metro de diámetro, especialmente creada para resistir a temperaturas de 10 mil grados Celsius alcanzadas durante la entrada en la atmósfera venusina. Antes de la entrada, el sistema de refrigeración mantenía la temperatura del lander entre -8 a -10 C. La parte superior del lander era semejante a un sombrero, y tenía esta forma para frenar el descenso. El lander tenía baterías, equipos de control de vuelo, sistema de refrigeración y varios instrumentos científicos.

Para obtener imágenes de la superficie, el lander tenía un sistema de imágenes panorámico compuesto de dos cámaras instaladas simétricamente en góndolas ubicadas 90 centímetros sobre la base del lander, con resolución de 70 mil pixels y 500 líneas de 128 pixels cada una. Las cámaras eran instaladas inclinadas, y a una distancia de 1 metro podía distinguir objetos del tamaño de 4 milímetros. Las imágenes de 115 x 512 pixels eran escaneadas a la velocidad de 3,5 segundos por línea. Las sondas lunares tenían mejores resultados, pero esto se debía a la baja transferencia de datos, de 256 bits por segundo

Entre otros instrumentos, tenía un termómetro, un barómetro, un espectrómetro de masa para determinar la concentración de moléculas en alturas entre 63 a 34 km, sensores para medir el nivel de aerosol en la atmósfera, un espectrómetro gama multicanal para detectar elementos radioactivos en la superficie, un densitómetro de radiación, y acelerómetros para medir las fuerzas G durante el descenso. El lander pesaba 1560 kg con el escudo térmico y 660 kg sin él.

Para probar la secuencia de aterrizaje, varias versiones de prueba fueron tiradas desde helicópteros y aviones.

La Venera 9 lanzada el 08 de junio de 1975, fue el primer objeto humano en fotografiar la superficie de otro planeta.

Después de 236 días, Venera 9 llegó a Venus el 22 de octubre del mismo año. Fue el primer satélite venusino, en una órbita de 1510 x 111200 kms, con 48 h 18 m de duración. El lander ingresó con un ángulo de 20,5° en la atmósfera, inicialmente a 10,7 kms por segundo. Un paracaídas fue activado al llegar a 65 km de altitud. Un sistema de 3 paracaídas, bien como la eyección de la cubierta térmica fue hecho al llegar a 62 km.

Los paracaídas fueron eyectados al alcanzar 50 km, y la forma de "sombrero" del lander fue responsable de frenar el descenso, en una atmósfera cada vez más densa. La velocidad del viento en las regiones más cercanas de la superficie era bien menor que el las regiones más altas.

Un sistema inflable alrededor de la base del lander amortiguaba el impacto con la superficie.

Dos minutos después del aterrizaje, las imágenes comenzaron a ser obtenidas, pero la cubierta de una de las cámaras no fue abierta, limitando el campo de visión a 180°. La región de aterrizaje se llamaba Alpha Regio.

La pérdida de comunicación se atribuye no a la destrucción de los sistemas internos por el calor, sino por el orbiter estar fuera del campo de comunicación con el lander.

Las imágenes de Venera 9 muestran buena visibilidad, rocas planas con hasta 10 metros de tamaño, poco polvo, y rocas con tamaños medios de 50 a 70 cm con cantos redondeados, que quizás puedan haber sufrido un lento proceso de erosión. La temperatura era de 485° C y la presión de 90 atmósferas.

La cápsula de 660 kilos, demoró 75 minutos para tocar tierra, en la latitud 30°N y longitud 293°. Funcionó por apenas 53 minutos, pero mandó una imagen blanco y negra del lugar de aterrizaje. La presión en el punto de descenso era de más de 90 veces mayor que en la Tierra, al nivel del mar.

Su hermana, la Venera 10, llegaría a la superficie el 25 de octubre, en la latitud 15°N, longitud 295°. El lugar de aterrizaje era un poco peor, tenía presión de 92 veces el nivel del mar, y temperatura de 465 grados Celsius. De la misma forma que la misión anterior, una de las cubiertas de una de las cámaras panorámicas no se soltó.

El lugar de aterrizaje era un desierto plano ubicado a 2200 km del punto de aterrizaje del Venera 9. La densidad del suelo era comparable a rocas terrestres del tipo basáltico.

Los orbitadores Venera 9 y Venera 10 obtuvieron con su radar biestático de 32 centímetros 55 imágenes de radar de 400 a 1200 km de longitud por 100 a 200 km de largo. La resolución variaba de 80 a 100 km por píxel.

La exploración rusa de Venus
La superficie de Venus vista por la Venera 9
 
La exploración rusa de Venus
La superficie de Venus vista por la Venera 10
En 1978, otra dupla de Veneras fue rumbo al planeta, pero no tomaron fotos de la superficie. La Venera 11, lanzada el 09 de septiembre de 1978, llegó al planeta en el día 27 de diciembre. Su orbiter se quedó en órbita solar. Fue detectada 40 veces más argonio que en la Tierra.

La Venera 12 fue la primera a llevar experimentos internacionales. Estos experimentos fueron para los estudios de los rayos gama de origen solar y galáctica, y fueron hechos por científicos alemanes y franceses.

La exploración rusa de Venus
Venera 13
En 1981, otra dupla de Veneras sería lanzada, pero como novedad tomarían las primeras fotos a color de la superficie. Venera 13 fue lanzada el 30 de octubre de 1981 y llegó a Venus el 01 de marzo del año siguiente. La Venera 14 llegaría a Venus 4 días después, y además de las fotos a color, haría los primeros análisis del suelo.

Las cápsulas aguantarían casi dos horas a los rigores climáticos de Venus. La durabilidad era un problema muy grande, visto que los equipamientos que la cápsula transportaba no funcionaban en las condiciones climáticas venusinas, y debían ser refrigerados. Cuando el sistema de refrigeración dejaba de funcionar, los equipos se derretían y el contacto era perdido.
La exploración rusa de Venus
La superficie de Venus vista por la Venera 13
 
La exploración rusa de Venus
La superficie de Venus vista por la Venera 14
Las Venera 13 y Venera 14 obtuvieron las primeras imágenes de alta resolución en color de la superficie de Venus. La transmisión fue mejorada, permitiendo que cada línea de una imagen de 252 x 1042 pixels fuera transmitida cada 0,92 segundos.

Los rusos no se quedaron contentos sólo con fotos a color y análisis del suelo. Querían saber más sobre nuestro vecino, y las próximas misiones aumentarían mucho el conocimiento sobre el planeta.
Lo que no puede ser visto
La exploración rusa de Venus
Venera 15
Las últimas sondas de la serie, la Venera 15 y la Venera 16, fueron lanzadas respectivamente el 2 de junio y 7 de junio de 1983. Llegaron a Venus en el comienzo de octubre del mismo año. Como novedad, tenían un sistema de radar y un altímetro, para mapear la superficie de Venus.

Como la pesada atmósfera venusina no permite ver el suelo, el radar se hace necesario. Los rusos utilizaron radares por primera vez en los 70, como parte de la serie de satélites militares navales Okean.

El radar ya había sido utilizado en Venus por la sonda norteamericana Pioneer Venus, en los años 70. Esta sonda había hecho un mapa completo de radar del planeta, con resolución de 50 kilómetros. Pero estas Veneras fueron las primeras sondas en emplear radares de apertura sintética en otro planeta.

La antena parabólica de 2,6 metros empleando un sistema de telemetría de banda de 5 cm construido por OKB-MEI podía transferir 100 kilobits/sec para la antena de 70 metros de diámetro de Evpatoriia o para la antena de 64 metros de diámetro de Bear Lakes.

Los instrumentos de estas Venera fueron el radar de apertura sintética Polyus-V empleado para mapear la superficie, el altímetro radar Omega, el espectrómetro infrarrojo Fourier, 6 sensores y detectores de rayos cósmicos, y por fin detectores de plasma solar.

El espectrómetro Fourier fue creado por V.I. Moroz. Los experimentos de rayos cósmicos y del viento solar eran creados por el Instituto de Física Nuclear de la Universidad de Moscú, y eran incluidos en todas las naves soviéticas desde la Venera 1.

Durante ocho meses, las Venera hicieron un mapa de radar de la superficie, con resolución de 1 a 2 kilómetros. El radar era un sistema de observación lateral, que operaba en el largo de onda de 8 centímetros. La antena tenía el tamaño de 6 x 1,4 metros.

Era posible obtener una imagen de radar por órbita, que mostraba una área de 120 x 7500 kilómetros, que demoraba 16 minutos para ser diseñada. El radar era utilizado en simultáneo con un radio altímetro. Por día, la cantidad de datos transmitidos a Tierra era de 8,1 megabytes, entre datos del radar, del altímetro y del espectrómetro infrarrojo

Vamos a conocer con más detalles como se hacía un mapa de radar de Venus.

El radar iluminaba por microondas durante 3,9 milisegundos un punto de la superficie. El pulso era modulado en 20 ciclos de 127 fases, y al ser recibido de vuelta, era almacenado en un secuencia numérica de 2540 números complexos (siendo 4 bits reales y 4 bits imaginarios). Esto era repetido a cada 0,3 segundos, los datos almacenados en la memoria RAM y grabados en 2 grabadores de cintas onboard alternados.

En la Tierra, los datos eran analizados por computador, y la señal era separada por filtros digitales de eventuales atrasos en la recepción. La región mapeada era dividida en 127 fajas. Eran retirados distorsiones causadas por el movimiento de la nave alrededor de Venus, y al final, se obtenía con los datos una imagen de 31 por 127 pixels; 3200 imágenes de radar como éstas eran combinadas en una tira de 195 × 10000 pixels, donde entre 6 a 14 imágenes podían sobreponer cada elemento de la superficie. El procesamiento de estos datos era hecho por el Instituto Rzhiga empleando un par de mini computadoras SM-4 y un especial Fourier Transform Processor (SPF-SM) de 20-mips, creado por el Instituto de Control Electrónico de Computadoras liderado por Iu.N. Alexandrov.

Cada una de estas tiras era unida en mosaicos que formaron un mapa de parte de la región norte de Venus. Un catálogo de 27 mosaicos fue montado, cada uno con 4000 x 5000 pixels, empleando proyección Lambert-Gauss.
La exploración rusa de Venus
Venera 15: Imagen de radar de Venus
(región norte)
Las sondas estaban en una órbita polar de 24 horas, a cerca de 1000 kilómetros de altitud del polo norte. La área mapeada fue la región norte, del polo hasta la latitud 30°N. Los soviéticos no tenían una red como la Deep Space de los EE.UU. para mantener comunicación 24 horas con sus naves, entonces la órbita era sincronizada para mantener contacto con el radiotelescopio de Evpatoriia, en Crimea. Muchas correcciones de órbita fueron hechas para mantener la forma de la órbita.
La exploración rusa de Venus   La exploración rusa de Venus
Sistemas de antenas en la estación Evpatoriia
 
La exploración rusa de Venus
Sala de cómputos empleada para el procesamiento
de datos de radar de las Venera.
Se alternaba entre el altímetro y el radar a cada 0,3 segundos. El altímetro era compuesto de una antena parabólica de 1 metro de diámetro, un oscilador principal y un modulador de fase. Las mediciones del altímetro eran hechas cada 2,5 kilómetros, con una resolución vertical de 230 metros. Fueron obtenidas 415 mil lecturas del altímetro. La calidad de los datos obtenidos era excepcional.

En Internet, se cuenta que fueron construidas las Venera 17 y 18, pero no fueron lanzadas. Se cuenta también que las dos fueron vendidas en los años 90 por apenas 3 millones de dólares...

Pero, las últimas naves soviéticas en visitar Venus no fueron las Venera, sino las sondas Vega. Y ellas no se quedarían contentas sólo con visitar Venus.
 
 
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