为撩开金星面纱，苏联如何百折不挠不懈探测？

贺兰石

截至目前，人类共向金星发射过46个探测器，其中苏联28个，美国12个，欧空局3个，日本3个。其中包括7个借力飞行探测器（水手10号、信使号、贝皮·科隆坡号、伽利略号、卡西尼号、帕克号、太阳轨道器），它们虽然目的地不是金星，但是会在飞掠过程中进行金星环境研究。剩下的39个金星探测器中，17个成功地开展了探测活动。有11个探测器在发射阶段就损失了，其中10个属于苏联，另1个则是美国的水手1号探测器；5个在巡航阶段失败，包括4个苏联探测器，以及日本的UNITEC-1试验立方星；日本的破晓号金星轨道器在插入时，点火失败，但通过轨道设计在5年后成功回到金星轨道。

苏联是世界上第一个进行金星探测的国家，早在1961年就向金星发射了探测器，比1962年把第一位航天员加加林送入太空还要早。苏联实现了人类金星探测史上的多个首次，包括首次发射人造物体进行其他行星大气层的进入探测（“金星4号”）、首次在除地球之外的行星表面软着陆（“金星7号”）、首次从除地球之外的行星表面返回图像（“金星9号”）等。上世纪80年代中期，苏联的Venera Gallay-1/2（“织女星”1号和2号）金星探测器成功利用气球探测金星大气层，创造了使用气球首次探测地外大气的纪录。
卫星7号/金星1号

1957年，苏联的1V金星探测器就已经开始研发，计划使用月球号运载火箭发射。然而早期技术导致的高故障率使得任务被推迟到1961年，火箭也改成了闪电号运载火箭。闪电号运载火箭是一种四级火箭，用于发射高轨道载荷。

8K78闪电号运载火箭

苏联人最初计划直接发射着陆器，然而由于缺乏星历数据不得不先改成使用飞掠探测器确定数据，并且投放进入舱测量大气密度。

1960年两个1M火星探测器发射失败后，苏联人被迫将1V金星探测器进行修改，新的探测器称为1VA。1VA发射质量643.5千克。

1961年2月4日0时34分，第一个1VA探测器成功发射，但是因为火箭四级的主发动机无法第二次点火，探测器被滞留在低地球轨道，22天后再入。苏联人将其命名为“卫星7号”。

1VA探测器还携带了一些带有热防护的纪念性徽章，其中包括一面有苏联盾徽的圆盘，另一个是太阳系内部的示意图。它们被放置在直径7厘米的加压金属地球仪内。这个地球仪被设计成可漂浮在金星海洋中——当时一些天文学家认为金星可能存在海洋。

8天后第二个1VA探测器成功发射。苏联人将这个探测器命名为“金星1号”。但是好景不长，2月17日的通信中，发现探测器的热控系统故障，姿态控制系统损坏，使其无法维持指向。2月22日，探测器失去了信号。这两次金星探测任务失败了，只获得了有限的地球轨道附近的太阳风数据和磁场数据，但苏联的工程师们从这次飞行中获得了许多经验和教训，对接下来的探测器进行了各种改进。

金星1号探测器

卫星19号/卫星20号/卫星21号

1961年春天，新的通用探测器2MV金星探测器相继发射，然而由于闪电号火箭出现了一系列问题，这3个探测器都没有成功踏上奔向金星的轨道。它们分别被命名为“卫星19号”“卫星20号”和“卫星21号”。苏联人声称这些任务全部成功，而美国人表示这些任务全部是失败的。这些失败的探测器在不久之后都坠入了地球大气层。
宇宙27号/探测号1号

基于2MV探测器改进的3MV探测器，也遭受了不可靠的闪电号运载火箭的干扰。

1964年3月27日和1964年4月2日，两个3MV探测器相继发射升空前往金星，前者因为电气系统故障，四级火箭姿态出现问题未能入轨，后者则成功进入了轨道。然而不久，探测器加压电子设备舱的气体就开始出现泄露。因为当时苏联电子工业技术落后，电子器件必须安装在加压舱内，否则就无法运转，随后任务宣告失败。苏联人对外声称这只是一次深空工程试验任务，前者被命名为宇宙27号，后者被命名为探测号1号。
金星2号/金星3号

金星2号和金星3号发射时，苏联人已经知道金星表面至少400℃的高温超出了3MV航天器进入舱能承受的范围。两个成功出发的探测器携带质量为337千克的进入舱。1965年11月12日“金星2号”成功发射，4天后“金星3号”发射。两个探测器终于摆脱了火箭四级的故障困扰，踏上了金星之旅。

然而，“金星2号”在接近目标的时候通信系统出现问题。1966年3月4日，苏联人宣布与“金星2号”失去联系。

金星2号探测器

“金星3号”在1966年2月16日也出现通信系统故障，此时该探测器正在一条撞击金星的轨道上。金星3号可能在3月1日释放了进入器，却没有获得任何信号，但它仍然成为了第一个抵达另一个行星的人造探测器。
金星4号/宇宙167号

到了1967年，苏联的深空探测已经落后于美国。美国人在1962年成功地飞掠了金星，但锲而不舍的苏联人仍然想抢在对手之前完成探测金星任务，将探测器发至金星，获取大气层和表面的最新信息。

基于OKB-1设计局的3MV航天器，苏联人研制了新的金星进入器。1967年6月12日，“金星4号”发射成功。第二个探测器则在5天后发射升空，但是因为火箭四级发动机预冷失败而无法进行二次点火。该探测器被命名为“宇宙167号”。

“金星4号”巡航状态良好，1967年10月18日04时34分抵达金星，进入器以高达10.7千米/秒的高速进入金星大气层。5分钟后，进入舱减速至10米/秒，开始收集金星环境数据。94分钟后，进入舱失去了信号，应该是在金星大气层中“牺牲”了。

金星4号

金星4号探测器获得了70个大气压力截面数据和50个大气温度截面数据，大气样本分析得出金星的高层大气90%是二氧化碳，7%是氮气，而氧气只占0.7%。值得注意的是金星大气中二氧化碳的占比和地球碳酸盐中的碳占比接近，如果有水可以将二氧化碳吸收形成碳酸盐，那么剩下的气体将主要是氮气，这和地球大气的成分非常接近。

从1969年到1972年，苏联人先后发射了金星5号/金星6号、金星7号/宇宙359号、金星8号/宇宙482号等一批探测器，它们有的直接挂掉，有的则抵达了金星，测量了金星的大气风速和风向。

1970年12月15日5点37分10秒，苏联金星7号探测器成功软着陆在金星表面，并传回数据。这是人造物体第一次在地球之外的行星上软着陆，在被烤坏之前，它报告了金星表面温度为475摄氏度，大气中的二氧化碳含量为97%，压强为90个大气压。“金星8号”测定了大气密度，并且直接确定了大气的温度、压力、成分以及着陆阶段的光通量，这些都足以证明金星的高温是温室效应引起的。“金星8号”携带的气体分析仪确认云层中存在硫酸液滴，而这种液滴可以高效地反射日光，也解释了金星的反照率为什么这么高。金星9号/金星10号3MV探测器的性能已经达到了极限，而更大的探测器则需要运载能力更大的火箭。四级质子号火箭当仁不让地接过了苏联金星探测的接力棒，同时苏联人又开发了新的金星探测器。

金星8号着陆器进入金星

1975年6月8日，四级型质子号火箭发射了金星9号轨道器。随后，“金星10号”于6月14日发射升空。10月22日，金星9号轨道器发动机点火，进入了周期48.30小时的椭圆轨道，并释放了一个着陆器，“金星9号”成为第一个进入金星轨道的航天器。10月25日，金星10号轨道器进入周期49.38小时的轨道。两个轨道器在3个月后均因为信号发射器故障而终止任务。

金星9号

金星11号/金星12号/金星13号/金星14号

“金星9号”和“金星10号”的成功，鼓舞了苏联人的士气。随后苏联人发射了“金星11号”/“金星12号”，两个探测器都没有完成预定任务。1981年10月30日，质子号火箭发射了金星13号航天器。11月4日，“金星14号”也开始它的旅程。金星13号/金星14号2个探测器均进入金星轨道，并都成功释放着陆器。金星13号着陆器的彩色相机正常工作，获得了金星的360°全景图像。“金星14号”比较倒霉，采样器钻头部署的时候刚好钻到了被抛弃的镜头盖上。

金星11号探测器

经过一次又一次的失败，苏联人终于在金星13和14号身上取得重要收获——它们分别传回了很多金星地表图像和金星上的声音。

金星13号

录下的金星声音

金星15号/金星16号

1983年6月2日2时38分，金星15号探测器发射升空，一天之后金星16号发射升空。经过130天的巡航，两个探测器进入了金星轨道。它俩没有携带进入器，而是携带了合成孔径雷达进行表面测绘。两个探测器发现了金星表面的新地形——冕区、穹顶、蛛网结构及镶嵌地块。测绘图像仅覆盖了北纬30°至北极的一小部分金星区域。

金星15号探测器

金星15 号 金星16号对金星地表成像图

织女星1号/织女星2号

Venera-Gallay（VeGa，中文译为“织女星号”）的前身是金星-84探测器。苏联计划在1984年的金星任务中，携带两个直径10米的气球探测器，每个探测器带有法国人提供的质量为50千克的吊舱，包括携带28千克科学载荷。受经费影响，探测气球缩水，气球探测器本体质量为21.74千克。

1984年12月15日9时16分，“织女星1号”发射升空。12月21日9时13分，“织女星2号”发射升空。“织女星1号”和“织女星2号”分别于1985年6月11日和6月15日进入金星大气层。

“织女星 -1”的模型

气球探测器部署在54千米高度大气中，此处温度为32摄氏度，气压535百帕。两个气球发现金星高层大气的湍流活动数量高于预期，“织女星1号”的探测气球报告的水平平均风速为69米/秒，“织女星2号”的探测气球报告的平均风速是66米/秒。这个风速甚至超过地球上的17级风速。两个探测气球工作46.5小时，其间收集了大量金星大气数据。

“织女星2 号”发射升空

不同于西方金星探测的多样性，苏联金星探测的方案几乎一致，即使用巡航级携带金星进入器，目标是先探索金星的环境，再对金星表面进行探测。28个金星探测器中只有约一半成功抵达了金星，另外一半则因为早期的闪电号火箭可怜的可靠性而被撒到西伯利亚平原上，或是因为落后的电子元器件技术而迷失在茫茫太空。但苏联人从未放弃过金星探测，目前正在寻求国际合作，再探金星。


本文原标题为《苏联时期的探测：为撩开金星面纱百折不挠》，载于《太空探索》杂志2021年第8期。
文/张晨
编辑/杨斯爽
审核/穆檀
监制/姜军