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Die Venera 1-8 Raumsonden

Einleitung

Venus im UVDas sowjetische Programm zur Erforschung des Weltraums benannte Sonden primär nach ihrem Ziel. So flogen die "Luna" Sonden zum Mond, die "Mars" Sonden zum Mars und die "Venera" Sonden zur Venus.

Da das Venera Programm ein sehr umfangreiches ist, welches sich über 3 Jahrzehnte hinzieht, habe ich um die Übersicht zu erhöhen, den Artikel in 2 Teile unterteilt. Der Teil 2 behandelt die Venera Sonden der letzten Generation, die ab 1975 mit der Proton Trägerrakete gestartet wurden. Dieser Teil 1 behandelt dagegen die frühen Versuche bis Venera 8, die auf der Molnija Trägerrakete gestartet wurden.

Daneben gibt es in der Rehe sowjetische Raumsonden auch noch einen Artikel über die VeGa Missionen, die auch eine Stippvisite bei der Venus einlegten. Eine Sonde des Zond Programms sollte auch zur Venus starten. Über alle Startversuche in chronologischer Reihenfolge) informiert Sie der Artikel "Missionen zur Venus"

Nomenklatur

Da die Sowjets in der Regel mehrere Sonden starteten, um Fehlstarts abzufangen, gibt es mehrere Sonden mit identischem Aufbau. Ich habe diese zusammengefasst und gehe nur im Teil über die Mission auf die Unterschiede ein. Es gab bei den Sowjets ein System wie bei der Benennung vorgegangen wurde. Zuerst einmal wurde ein Start erst bekannt gegeben, nachdem dieser erfolgreich war. Bei den Amerikanern waren die Programme öffentlich. Jeder wusste Jahre vorher, wie viele Sonden das Ranger Programm umfasste. Wenn es einen Fehlstart gab, so bekam diesen die von Cape Kennedy filmende Presse mit. Auch die Ursache für einen Fehlstart wurde veröffentlicht. Bei den Sowjets erfuhr man von Fehlstarts nichts. Sobald eine Sonde erfolgreich den Erdorbit verlassen hatte, dies geschah in der Regel innerhalb einer Stunde nach dem Start, wurde ihr Start bekannt gegeben und die Sonde bekam den offiziellen Namen und meist eine Nummer. Intern gab es Projektnamen, die jedoch erst in den neunziger Jahren im Westen bekannt wurden.

Erreichte eine Sonde nur eine Erdumlaufbahn und strandete dort (meist durch Versagen der Oberstufe), so ließ sich die nicht verheimlichen. Die Sonde wurde dann einfach als Sputnik (bis 1962) oder Kosmos Satellit (ab 1962) deklariert. Von vielen Fehlstarts, aber auch von den erfolgreichen Flügen hat man im Westen erst nach der Öffnung der Sowjetunion durch Gorbatschow erfahren. Trotzdem sind auch heute noch Details über die Sonden rar. Ich habe mich bemüht diese aus Online Quellen und alten Büchern zusammenzutragen.

Ich habe die Sonden, welche ohne Namen blieben nach ihrem Startfenster benannt, gefolgt von einem Buchstaben. So ist "61A" Die erste im Startfenster 1961 gestartete Venussonde. Im Vergleich zu den Programmen Luna und Mars, wo fast genauso viele Sonden beim Start oder im Erdorbit verloren blieben, gab es diese Ausfälle bei der Venus weniger.

Venus - Sieg der robusten Technik

Bei den Luna Sonden gab es 11 Fehlschläge bis zur geglückten Landung Bei den 3 Sonden die auf dem Mars landen sollten war keine erfolgreich. Die Landung auf einem Körper mit keiner oder fast keiner Atmosphäre macht die Aufgabe ist nicht ganz einfach. Man muss die Geschwindigkeit gezielt auf den Punkt auf 0 absenken. Das gelang den Sowjets nur mit Mühe.

Die Venus ist in dieser Hinsicht anders. Die Atmosphäre übt am Boden einen Boden einen Druck von 90 Bar aus. Das bedeutet, dass dort die Atmosphäre 50 mal dichter ist und entsprechend stärker die Sonde abbremst. Man braucht auf der Venus keinen Fallschirm - eine Sonde landet auch ohne mit geringer Geschwindigkeit. Die Venus Atmosphäre ist mehr mit einer Flüssigkeit zu vergleichen (Bei 90 Bar Druck beträgt die Dichte z.B. 176 g/l). Selbst Gehen würde dort Mühe machen.

Dazu kommt eine Temperatur von etwa 480 Grad Celsius. Eine Sonde die auf der Venus landet muss daher massiv gebaut sein und gut isoliert. Die Fortschritte der USA in Sachen Leichtbauweise sind hier nicht nützlich. Sie erlauben nur etwas ausgeklügelte Instrumente. So konzentrierten sich die Sowjets bald auf die Venus Landung. Hier konnte ihre robuste Technik eingesetzt werden. Fehlerquellen, die es bei der Landung auf Mars oder Venus gab, wie das zu späte Zünden von Bremsraketen oder Stürme die einen Lander umwerfen konnten gab es nicht. Zudem zeigen die Bilder der Venera Sonden einen sehr glatten Boden, während die ersten 3 Marslandeplätze mit Steinen aller Größen übersät sind.

Sehr spät haben die Sowjets einen Venus Orbiter eingesetzt. Lediglich die letzten beiden Sonden waren reine Orbiter. Diese haben vergleichsweise kurz operiert. Dies scheint ein allgemeines Problem der Planetensonden der Sowjetunion zu sein, denn auch die Mars Orbiter haben nur kurze Zeit gearbeitet.

Startfenster zur Venus gibt es alle 584 Tage. Die Reise ist sehr schnell zu absolvieren. Auf einer Hohmannbahn dauert es etwa 5 Monate. Be größerer Startbeschleunigung schafften einige Venussonden diese Strecke aber auch in drei Monaten. Alle acht Jahre wiederholen sich die Startfenster auf den Tag genau, weil in dieser Zeit die Venus genau 13 Umläufe absolviert hat

Die Venus - Ein Steckbrief

Die Venus im UV LichtDie Venus ist der uns nächstgelegene Planet. Lange Zeit nahm man an, dass sich dort sogar Leben bilden konnte. Man konnte nicht zur Oberfläche blicken, da der ganze Planet in Wolken gehüllt war. Daher vermutete man eine subtropische Vegetation, wobei die Wolken mit denen vergleichbar sind, die in Regenwäldern den Himmel bedecken.

Erste Messungen der Radiostrahlung der Venus im Jahre 1956 zeigten, dass diese überraschend viel kurzwellige Radiostrahlung emittiert. Daraus wurde auf Temperaturen von 400 Grad Celsius am Boden geschlossen. Was man zu Beginn der ersten Starts zur Venus jedoch noch nicht wusste, war der Bodendruck. Diese Unkenntnis sollte den Sonden Venera 4-6 zum Verhängnis werden. Erst 1967 lieferte Mariner 5 das erste Druck- und Temperaturprofil, das es erlaubte den Bodendruck auf ca. 90 Bar abzuschätzen.

Neben der dichten und heißen Atmosphäre ist diese auch nicht gemütlich. Neben den Hauptbestandteilen Kohlendioxid (97 %) und Stickstoff (1-3 %) gibt es als Spurenbestandteile auch Schwefeldioxid, Chlorwasserstoff und Fluorwasserstoff. Auf der Venus ist es also "echt ätzend" - so hätte man es in meiner Jugend wohl ausgedrückt

Die Atmosphäre ist auch sehr ausgedehnt. Schon 85 km Höhe beginnt eine Dunstschicht. Zwischen 45 und 75 km Höhe liegen die Wolken - 10 mal höher als auf der Erde. An der Unterseite der Wolken herrschen schon Temperaturen von 130°C, In 30 km Höhe sind es schon 310 °C und in 20 km Höhe 380 °C. Daher gilt es für Sonden, möglichst schnell zu landen. Am Boden herrschen 90 Bar Druck und eine Temperatur von 475 Grad Celsius. Die Atmosphäre ist sechzigmal dichter als auf der Erde auf Meeresniveau.

Der Boden der Venus ist nicht vom Orbit aus mit optischen Instrumenten nicht zu beobachten. Dies ist nur mit Radar möglich. Aufnahmen von Venera 15+16 und Magellan zeigen eine erstaunlich junge Oberfläche. Selbst wenn man die dichte Atmosphäre berücksichtigt, gibt es sehr wenige Einschlagskrater. Man vermutet heute, dass die gesamte Oberfläche vor 550-600 Millionen Jahren aufgeschmolzen wurde. Dies passt auch zu den Oberflächenaufnahmen und Analysen von Venera 9-14, die ein basaltisches Gebiet zeigen.

Sputnik 7 + Venera 1 (4.2.1961 und 12.2.1961)

Die erste erfolgreich gestartete Raumsonde der Sowjetunion (und der Welt überhaupt) flog zur Venus. Ursprünglich war ein gemeinsames Programm "1MV" für Raumsonden zur Venus und zum Mars geplant, doch die unterschiedlichen Anforderungen führten zum Split und so entstand im Januar auf Weisung von Koroljow die Serie "1V". Anders als beim Marsprogramm 1M war ein Landeapparat mit eingeschlossen. Sehr früh beschloss man mehrere Sonden zu starten. Die Kosten für eine zweite Sonde würden nur 15-20% der ersten ausmachen, aber die Chancen verdoppeln, vor allem weil Trägerraketen in der Anfangszeit der Raumfahrt noch zahlreiche Fehlstarts aufwiesen.

Venera 1Von den ersten beiden Missionen zur Venus glückte nur eine. Die zweite strandete im Erdorbit. Trotzdem war Venera 1 eine eindrucksvolle Erstleistung. Sie war die erste Planetensonde, welche die Erde verließ. Über die Mission gibt es zwei Versionen. Offiziell sollte die Sonde den interplanetaren Raum erforschen. Dafür waren auch die drei Experimente an Bord ausgelegt. Andererseits hatte die Sonde wie Luna 1 Metallkugeln mit sowjetischen Hoheitsemblemen wie Hammer und Sichel an Bord. Dies wurde im Westen lange Zeit als eine Aufschlagsmission gedeutet, also einen Aufschlag auf der Venus hin. Dafür war auch ein Wiedereintrittskörper als schwimmfähig ausgelegt (falls es auf der Venus Ozeane geben sollte). Zuletzt sah der Dom aus wie eine Landekapsel. In den neunziger Jahren wurde die Wahrheit bekannt. Venera 1 sollte ursprünglich wirklich einen Lander mitführen. Doch nach dem Verlust der ersten beiden Marssonden im Oktober 1960 schraubte man die Anforderungen zurück und nahm nur eine einfache Kapsel ohne Instrumentierung, aber mit den sowjetischen Hoheitssymbolen mit. Bei den gleichzeitig entwickelten 1M Sonden musste der Lander komplett entfallen, da er nicht rechtzeitig fertig wurde. Beim 1V Projekt gelang es noch einen kleinen Lander von 1 m Durchmesser ohne Fallschirmsystem zu bauen, da die Sonden vier Monate später starteten. Die Instrumentierung bestand nur aus einem Sensor, der die Änderung der räumlichen Ausrichtung feststellen sollte. Damit sollte das Landen festgestellt werden. Da einige Wissenschaftler auch annahmen es gäbe auf der Venus Ozeane, hätte der Sensor auch die Bewegung der Sonde festellenkönnen, wenn sie durch Wellen geschüttelt wird.

Die Sonde bestand aus einem zylindrischen Zentralkörper von 1.05 m Durchmesser und 2.035 m Höhe. Auf diesem saß ein schwimmfähiger Dom, der die Kugeln mit den Symbolen enthielt. Ein komplexerer Lander war geplant, war in der kurzen Zeit jedoch nicht fertig zustellen. Die Gesamtkonstruktion war 3 m hoch. Die Temperatur wurde durch Jalousien geregelt. 2 Solarzellen lieferten Strom. Sie waren angeschlossen an eine Silber-Zink Batterie zur Speicherung des Stroms. Die Solarzellen hatten Abmessungen von 1.6 x 1 m, 2 Quadratmeter der Fläche waren mit Solarzellen belegt. Der Grundkörper soll auch bei den ersten beiden Marssonden verwendet worden sein.

Für die Kommunikation gab es eine große (2,33 m durchmessende) Parabolantenne mit einem Drahtnetz zur Gewichtseinsparung überzogen, sowie je eine bidirektionale und omnidirektionale Antenne mit niedrigem Gewinn. Die parabolische Antenne verwandte ein Kupfernetz als Reflektor, eine leichtgewichtige Konstruktion, die erst vor dem Vorbeiflug entfaltet wurde. Vorher erfolgte die Kommunikation über gekreuzte omnidirektionalen Antennen an den Solarpanels und an einer Antenne an einem 2.4 m langen Mast nahe den Magnetometern in 1.6 m Entfernung von der Sonde. Über diese Antennen wurde bei 928 MHz mit 1 Bit/sec gesendet und Kommandos bei 770 MHz mit 1/6 Bit/sec empfangen. Die Hauptantenne sandte neben 928 MHz auch bei 3.7 GHz.

Die Sonde wog 643.5 kg und hatte ein Korrekturtriebwerk um die Ausrichtung der Sonde zu ändern. Dieses verwandte die Treibstoffe UDMH / Salpetersäure. Zentrales Triebwerk für Bahnkorrekturen war bei den ersten Raumsonden der UdSSR (Mars 1,Venera 1, Zond 2+3) und später im Molnija 1 Satelliten das Triebwerk KDU-414. Es hatte einen Schub von 1.961 kN und verbrannte die Treibstoffe UDMH (Verbrennungsträger) und AK20F, eine russische Bezeichnung für ein Gemisch aus 80 % Salpetersäure und 20 % NTO mit Spuren von Fluor. Das Verhältnis Oxydator zu Verbrennungsträger betrug 2.6 zu 1. Der Verbrennungsdruck des druckgeförderten Triebwerks betrug 11.8 Bar. Die nominelle Brenndauer 40 Sekunden. Bei einem spezifischen Impuls von 2688 m/s errechnet sich ein Treibstoffvorrat von 28-29 kg. Das Triebwerk wog 61.2 kg bei einer Länge von 1.02 m und einem Durchmesser von 0.74 m. Für eine Vorbeiflugsonde war dieses Triebwerk um einiges überdimensioniert. Wahrscheinlich hatte es aber auch die Aufgabe ein Mittkursmanöver durchzuführen.

zentraler Zylinder von Mars 1Eine Schaltung verhinderte die Zündung des Triebwerkes ohne Ausrichtung auf die Sonne. Die Lageregelung erfolgte durch Sonnensensoren, und Sternsensoren, angeschlossen an Photomultipliern. Die Lagekontrolle erfolgte durch Kaltgasdüsen mit komprimiertem Stickstoff. Im Normalfall wurde die Sonde so auf die Sonne ausgerichtet, dass die Solarpanels maximal einen Winkel von 10 Grad zur Sonne hatte. Verlor die Sonde die Orientierung so wurde sie durch Gyroskope mit einer Rotation von 6 Umdrehungen pro Stunde spinstabilisiert. Für die Kommunikation musste die Raumsonde gedreht werden. Nach der Kommunikationssession drehte sie sich wieder zur Sonne hin.

Wie andere sowjetische Raumsonden bestand sie aus einem hermetisch abgeschlossenen Druckkörper, der mit 1.2 Bar Stickstoffgas gefüllt war. Die Temperaturregelung erfolgte durch Jalousien auf der Rückseite die durch eine automatische Schaltung geöffnet wurden sobald die Innentemperatur über 30 Grad gestiegen war.

Es gab folgende Experimente an Bord:

Venera 1Der Detektor für geladene Teilchen bestand aus einem halbkugelförmigen Schild, der vor Treffern mit Mikrometeoriten schützen sollte und einem Detektor der aus einem Gitter aus Wolfram und einer Kollektorplatte aus Nickel bestand. Zwischen den beiden gab es eine Spannung von 50 V. Ein auftreffendes Teilchen veränderte diese Spannung und dies konnte detektiert werden. Um Informationen über das Energiespektrum zu gewinnen konnte man die Nickelplatte wie einen Kondensator aufladen, so dass sie nur Teilchen über einer bestimmten Spannung detektierte.

Der Mikrometeoritendetektor arbeitete wie alle frühen sowjetischen Mikrometeoritendetektoren nach dem akustischen Prinzip: Mikrometeoriten schlugen auf eine Metallplatte ein und übten einen Druck auf einen darunter liegenden piezoelektrischen Kristall aus, der dadurch eine Spannung abgab, die man messen konnte.

Als erstes wurde am 4.2.1961 ein Startversuch unternommen. Trägerrakete war eine Molnija. Die ersten drei Stufen brachten die vierte Stufe mit der Sonde in einen 212 × 318 km hohen Orbit mit 64.9 Grad Neigung. Dort soll je nach Quelle die vierte Stufe bei der Zündung explodiert sein, oder die vierte Stufe nicht gezündet haben, weil ein Stromwandler im Vakuum nicht funktionierte. Die Sowjets tauften die Sonde "Sputnik 7". Sputnik 7 hielt man damals wegen des Startgewichts von 6483 kg (Oberstufe + Sonde) für einen Test eines Wostok Raumschiffs. Am 26.2.1961 verglühte die Oberstufe samt Sputnik 7 wieder in der Erdatmosphäre. Die sowjetischen Hoheitssymbole wurden von der Absturzstelle (dem Fluss Barjuscha in Sibirien) geborgen.

Venera 1 startete dagegen erfolgreich am 12.2.1961. Nun wog das Gespann im Orbit 6.475 kg, davon entfielen nur 643,5 kg auf Venera 1. Die Bahn führte zuerst bis auf 180.000 km an die Venus heran - eine für die damalige Zeit sehr hohe Genauigkeit bei dem Einschuss. Jeden Tag gab es für 90 Minuten Funkkontakt. Die Sonde sollte die Venus in einer Entfernung von 2.000-6.000 km passieren und vorher den Dom auf die Venus absetzen. Die erste Kurskorrektur senkte den minimalen Abstand zur Venus von 180.000 auf 100.000 km ab. Westliche Beobachter gingen davon aus, dass dieses nur zum Teil erfolgreich war, da man noch weit von dem geplanten Minimalabstand entfernt war. Eine größere Änderung würde noch erfolgen. Venera 1 wurde in eine langsame Rotation versetzt um Treibstoff zu sparen und dabei behielten die Solarzellen ihre Ausrichtung auf die Sonne, aber die Hochgewinnantenne zeigte von der Erde weg. Nur ein Zeitgeber unterbrach diese Ausrichtung und die Raumsonde wechselte in einen dreiachsenstabilisierten Modus und es kam zum Funkkontakt zur Erde.

Eine weitere Kurskorrektur sollte die Sonde noch näher an die Venus heranführen. Doch dazu kam es nicht mehr. Am 17.2.1961 kam in 1.9 Millionen km Entfernung der letzte Funkkontakt zustande. Bei der nächsten Kontaktaufnahme am 22.2.1961 antwortete die Sonde nicht mehr. Bei der letzten vorherigen war das Signal schon schwächer gewesen und es gab Unterbrechungen. Es wurden befehle zur Sonde übermittelt, doch es gab keine Bestätigung des Empfangs. Am 27.2.1961 wurde die Mission offiziell aufgegeben. Es gab auch Versuche mithilfe des 76 m Radioteleskops von Jordell Banks die Raumsonde zu orten, als sie am 17.5.1961 ebenfalls durch einen Zeitgeber gesteuert die Hochgewinnantenne entfalten sollte. Dies wurde am 20.6.1961 dann endgültig eingestellt.

Es zeigte sich, das ein Orientierungssensor (Sonnensenor, der sich im inneren des Zylinders befand) durch Ausfall des Kühlungssystems überhitzt war und dadurch die Sonde ihre Ausrichtung auf die Sonne verlor. So wurden die Solarpanels nicht mehr beschienen. Eine andere Theoriespricht von einem Ausfall des Zeitgebers für die Unterbrechung des spinstabilisierten Modus. Ein Ergebnis lieferte die Sonde: Das interplanetare Magnetfeld ist lediglich 3-4 nT stark und es konnte der Sonnenwind der schon von Luna 1 entdeckt wurde erneut bestätigt werden, auch wenn die "offizielle" Entdeckung später Mariner 2 zugeschrieben wird, weil es zu wenige Daten und nur nahe der Erde gab.

Am 19/20.5.1961 passierte die Sonde die Venus in einem Abstand von zirka 100.000 km. Als Episode am Rande: Venera 1 inspirierte auch Billy Wilder zu einem Gag im Kultfilm "1-2-3". In Anlehnung auf die Fehlstarts der USA sagt dort Horst Buchholz, der einen Ostdeutschen spielte, der Raketeningenieur werden will: "Bei der Raketentechnik sind wir den Amerikanern weit voraus: Sowjetische Sonden ssssst! Zur Venus! Amerikanische Sonden Pfffft - Bumm! Miami Beach!"

Sputnik 19-21

Venera 1961Das nächste Startfenster wurde von der UdSSR genutzt um drei Sonden zu starten. Dies waren die zweite Generation von Venus und Mars Sonden. Zu dieser gehörte auch Mars 1. Das Projekt "2MV" hatte zum Ziel eine gemeinsame Raumsonde für Venus und Marsflüge zu bauen. Sie sollten sich in der Instrumentierung unterscheiden oder alternativ anstatt Instrumente auch einen Lander mitführen. Geplant waren die folgenden Flüge:

Die später als Sputnik 19+20 bezeichneten Sonden entsprachen dabei dem Modell 2MV-2 und die als "Sputnik 21" bezeichnete Sonde dem Modell 2MV-1. Von den beiden Mars Sonden startete nur 2MV-4 als Mars-1 erfolgreich. Die Startmasse ist unbekannt, doch wird angenommen, dass sie in etwa so groß wie bei Mars 1 war also etwa 890 kg betrug. Es gibt von den Venus Sonden keine offiziellen Bilder, da sie nie erfolgreich starteten. Die Abbildung oben ist die von Mars-1.

Die Sonden 2MV zogen Lehren aus der Pleite bei Venera 1. Die Thermalkontrolle wurde überarbeitet. Anstatt Louvern verwandte man nun eine Ammoniaklösung, die Wärme aus dem Raumschiff abtransportiere. Der Lande hatte einen echten Hitzeschutzschild anders als die Metallkonstruktion bei Venera 1, war aerodynamisch geformt und setzte Epoxidharz als Ablativschild ein. Er konnte auch abgetrennt werden und wurde vor dem Start sterilisiert. Man hatte aber auch nicht mehr Zeit. 2MV wurde am 30.7.1961 von Koroljow genehmigt und musste schon ein Jahr später starten.

Zentrales Element war ein hermetisch abgeschlossener Zylinder. Dieser hatte eine Länge von 3.3 m und einen Durchmesser von 1.1 m. Diese Konstruktion enthält alle wesentlichen Subsysteme und ist mit Stickstoff unter 1.1 Bar Druck gefüllt. Diese Konstruktion wurde von den Sowjets sehr oft eingesetzt. Dies ist zwar eine schwere Konstruktion, doch sie vereinfacht die Temperaturregelung enorm. Im Prinzip stellt sie fast erdähnliche Bedingungen her. Die Wärmeübertragung geschieht dadurch durch Konvektion, anstatt durch Strahlung. Dadurch ist der Temperaturausgleich erheblich vereinfacht.

Der Zylinder wiederum zerfiel in zwei Teile. Das untere 0.6 m lange Experimentmodul enthielt das Bildsystem und die Spektrometer. Der 2.7 m lange obere Teil enthielt die Elektronik zur Steuerung der Sonde, Die Sender, die Temperaturregelung, das Subsystem zur Lagekontrolle und zur Änderung der Flugbahn.

Die Temperatur wurde durch verflüssigte Gase (Ammoniak) gewährleistet. Das System ähnelt dem eines Kühlschranks: Im Inneren wurde Wärme von komprimierten Gase aufgenommen. Dieses verdampfte und wurde durch Kühlschlangen auf einen halbkugelförmigen Kühlkörper neben den Solarpanels geleitet und dort in den Weltraum abgestrahlt. Im inneren befanden sich nun auch die Sonnen, Sternen und Erdsensoren die durch Quarzfenster nach außen schauten. Die Jalousien wurden durch kugelförmige Radiatoren ersetzt. Die Wärmeregulation erfolgte auch passiv durch aluminiumisierte Folie und eingefärbte Plastikfolien. Der Druckbehälter war zusätzlich mit 20-40 Lagen von Fiberglas und Metallfolie umhüllt. Als Wärmeaustauschmedium wurde Ditoluidylmethan (Heizen) und Isooctan (Kühlung) benutzt.

Strom lieferten zwei Solarpanels, welche der Sonde eine Spannweite von 4 m verliehen und eine Fläche von 2.6 m² hatten. Der Strom schwankte je nach Sonnenabstand zwischen 1.3 und 2.6 A. Zum Abfangen von Zeiten hohen Stromverbrauches oder dem Abwenden der Solarzellen von der Sonne, diente eine 42 Ah Nickel-Cadmium Batterie. Kommunikation erfolgte über eine entfaltbare 1.7 m durchmessende Parabolantenne. Es gab zwei Sender mit Wellenlängen von 8 cm (3.75 GHz) und 5 cm (6 GHz). Es gab daneben noch eine Sendeantenne und eine Sende/Empfangsantenne mit geringerem Gewinn. Kommandos wurden bei 770 MHz empfangen und für die Kommunikation nahe der Erde wurde eine 180 MHz Hilfsfrequenz benutzt.

Das Triebwerk KD-414 wurde von der Venera 1 Sonde übernommen. Es konnte den Kurs der Sonde um 160 m/s ändern. Der Bus wurde bei den folgenden Sonden beibehalten, jedoch verbessert. Er konnte entweder eine Druckkapsel mit Experimenten mitführen (diese verfügte zumeist auch über eine eigene Elektronik und Sender) oder einen Lander. Daneben konnte der Bus kleinere Experimente mitführen. Dies waren meist Experimente zur Untersuchung des interplanetaren Raumes, da die Sowjets keine eigene Sondenserie für diesen Zweck entwarfen.

Experimente

Die Experimente für den interplanetaren Raum sind von anderen Sonden bekannt, über die bei der Venus aktiven Experimente sind keine Details bekannt. Die einfacheren Ionenfallen hatten eine Halbkugel als Abschirmung und verwandten ein Wolframgitter über einer Nickelplatte als Detektor. Zwischen Gitter und Platte gab es eine Spannung und ein einfallendes Teilchen induzierte durch Sekundärelektronen einen Spannungsstoß. Die moderneren flachen Ionenfallen variierten die Spannungen um Teilchen nach der Energie zu unterscheiden. Die Szintillatoren verwandten den Kristall als Szintillator, der einen Lichtblitz abgab wenn er von einem Teilchen getroffen wurde und detektierten diesen mit einem Photomultiplier. Der Cerenkov Zähler detektierte ebenfalls mit einem Photomultiplier den Lichtblitz den ein hochenergetisches Teilchen beim Passieren eines Acrylglases erzeugte.

Der Mikrometeoritendetektor war auf der Rückseite der Solarpanels angebracht und benutzte diese mit ihrer großen Fläche als Detektoren.

Die beiden 2MV-1 Missionen hatten zusätzlich einen jeweils 250 kg schweren Lander. Er bestand aus einem Hitzeschutzschild, einem zweistufigen Fallschirmsystem (Pilot- und Hauptfallschirm), einem Sender und einigen Experimenten. Gekühlt wurde der Lander mit einem System das Ammoniak als Kühlmittel einsetzte. Folgende Experimente sollen mitgeführt worden sein:

Missionen

Sputnik 19 war am 25.8.1962 der erste Versuch eines Starts. Die Sonde erreichte mit der Oberstufe Block L einen Erdorbit. Doch bei der Zündung von Block L, der vierten Stufe der Molnija, arbeitete diese nur 45 anstatt 240 Sekunden. Ursache war eine taumelnde Bewegung, durch ungenügende Stabilisierung der Lage. So erreichte die Sonde nur einen 173 × 252 km hohen Orbit. Die Sonde wurde in Sputnik 19 umbenannt. Sie verglühte am 28.8.1961.

Am 1.9.1962 startete die zweite Sonde. Ein Ventil für die Treibstoffzufuhr von Block L öffnete sich nicht. So zündete die Block L Oberstufe nicht. Die Sonde wurde in Sputnik 20 umgetauft. Die Sonde verblieb in einem 185 × 252 km hohen Orbit. Sie verglühte fünf Tage später.

Am 12.9.1962 fand der letzte Start im 1962 Startfenster statt. Auch diese Sonde war in eine taumelnde Bewegung geraten. Dies verursachte schon die Drittstufe, als Luftbläschen am Schluss der Verbrennung Schubunregelmäßigkeiten ergaben. So zündete die Block L Oberstufe zwar, schaltete sich aber nach 0.8 Sekunden wieder ab. Die Sonde wurde in Sputnik 21 umgetauft. Sie verglühte 2 Tage später.

Damit war während eines Startfensters keine einzige Sonde erfolgreich gestartet. Dies blieb im Venusprogramm allerdings eine Ausnahme. Ursache dieses Fehlstarts (und anderer im Mars- und Lunaprogramm) war ein Konstruktionsfehler im Block L, der vierten Stufe der Molnija Rakete. Er verhinderte eine Steuerung der Lage beim Zünden der Oberstufe, so das in den meisten Fällen die Oberstufe beim Zünden oder kurz danach Probleme bekam und dass Triebwerk dann abgeschaltet wurde. Da es nur einmal zündbar war, verblieben die Sonden dann im Erdorbit. Erst im März 1964 konnte der Fehler gefunden und eliminiert werden.

Venera 2Venera 2+3, Kosmos 96

Das nächste Projekt war 3MV. Es sah wiederum eine gemeinsame Sonde für eine Marsmission und eine Venusmission vor. Ursprünglich sollten 6 Sonden gebaut werden, zwei technologische Sonden um das Konzept zu erproben (jeweils eine für eine Marsmission und eine Venusmission) und jeweils eine Landemission und Vorbeiflugmission an Venus und Mars. Die technologische Venusmission sollte 800 kg wiegen. Die beiden Flugsonden dann 935 kg (Vorbeiflugsonde) beziehungsweise 948 kg (Landesonde, inklusive 290 kg schwerer Lander).

Später hat man diesen Plan geändert. Die beiden Technologischen Missionen waren Zond 1 und Kosmos 21 (im Orbit gestrandet). Diese werden im Zond Programm näher erläutert. Die Marssonden wurden gestrichen. Stattdessen wurden 3 Venussonden und später noch die verbliebene Landesonde als Zond 2 gestartet.

Das Grunddesign von 2MV wurde beibehalten, aber in Details verbessert. Man vergrößerte die Redundanz des Lageregelungssystems und installierte mehr Sender. Die Sonnensensoren wurden mit schwarzer Folie umgeben um die Reflexion durch den Sondenkörper zu verringern. Die Batterien hatten nun eine Kapazität von 110 Ah bei 14 V Bordspannung. Es gab nun auch Empfänger bei 3.7 GHz, daneben blieb es beim Senden bei 928 MHz und Empfang bei 770 MHz. Hinzugefügt wurden zwei besonders frequenzstabile Oszillatoren für Doppleruntersuchungen. Auch der Bandrekorder war nun redundant vorhanden. Ein elektronischer Timer schaltete die Meßeinrichtungen nach Ablauf einer Zeit ein oder aus.

Ein Erdsensor war parallel zur Hochgewinnantenne montiert worden. Sobald er die Erde registrierte schaltete ein Schalter den Datenstrom auf die parabolische Hochgewinnantenne um. Sonst erfolgte die Kommunikation über zwei halbkugelförmige Anntennen an den Solarpanel.

Bei Venera 3 (Landesonde) hatte man daher keine Experimente, bis auf ein Strahlenmessgerät montiert und führte stattdessen einen 310-339 kg schweren Lander mit. Die Startmasse der Sonden wird mit 963 kg (Venera 3) und 960 kg (Venera 2) angegeben.

Der Aufbau lehnte sich sehr an den von Sputnik 19-21 an und sollte in Zukunft, zumindest was den Bus betrifft kaum noch modifiziert werden. Der Zylinder war hermetisch abgeschlossen unter Druck gesetzt und durch Kühlschlangen mit eine Kühlmittel Ammoniak gekühlt. Diese Kühlschlangen wurden auf Radiatoren geleitet wo es die Wärme abgab. Diese Konstruktion wurde in ihren wesentlichen Eigenschaften bei allen sowjetischen Raumsonden über Jahre eingesetzt. Der Vorteil ist, dass man irdischen Bedingungen im Weltall hat: Die Elektronik arbeitet in einer Stickstoffatmosphäre bei moderaten Temperaturen.

Die Lageregelung erfolgte wie bei den 2MV Sonden durch eine Kombination aus dem S5.45 Triebwerk zur Kursänderung und Stickstoffkaltgas zur Lageänderung. Das S5.45 war eine Weiterentwicklung des KD-414 von Venera 1 und wurde bis zur Venera 8 Generation eingesetzt. Bei gleichem Schub (1961 N) war es mit 52 kg Masse leichter. Bei einem Entspannungsverhältnis von 16 betrug der spezifische Impuls 2619 m/s bei einem Brennkammerdruck von 11.8 Bar. Das druckgeförderte Triebwerk konnte die Geschwindigkeit der Sonde um etwa 100 m/s ändern. Dazu hatte es 40 kg Treibstoff an Bord. Treibstoff war wie bei Venera 1 AK20F/UDMH im Verhältnis 2.6 zu 1. Die Daten über die Ausrichtung der Sonden im Raum bekam die Sonne durch elektrooptische Sensoren (Stern- und Sonnensensoren) und 2 Gyroskope.

Der Stickstoff befand sich in 6 Kugeltanks mit je 320 Bar Druck. Gasjets mit 2-6 Bar Druck änderten die Lage der Sonde. Dafür wurden 300 g Stickstoff pro Monat benötigt. Alle Sonden wurden vor dem Start sterilisiert.

Experimente (Kosmos 96 + Venera 2)

Diese beiden Sonden hatten Experimente am Bus und in dem Experimentmodul. Am Bus befanden sich folgende Experimente

Im Experimentmodul:

Das Bilderfassungssystem verwandte wie bei allen Sowjetischen Planetensonden bis Ende der Siebziger auf photographischem Film, der an Bord entwickelt wurde Es war eine miniaturisierte Weiterentwicklung der Mars-1 Kamera. Anstatt mit 70 mm Film arbeitete die Kamera nun mit 25.4 mm Film (manchen noch von den Pocket-Kameras aus den siebziger Jahren bekannt). Das Gewicht konnte von 32 auf 6.5 kg gedrückt werden. 40 Bilder gingen auf den Film. Abgetastet konnte er mit 550 oder 1100 Zeilen/Bild x 860 Punkte. Detektor war ein Logarithmischer Photomultiplier (FEU-54). Angeschlossen war wie bei Mars-1 und Zond-3 ein UV-Spektrograph. Das UV-Spektrum wurde auf einen von der Kamera nicht benutzten Teil des Films projiziert und mit übertragen. Aus 25.000 km Entfernung hätte das System Bilder mit einer Kantenlänge von 3.100 km und einer Auflösung von 4 km anfertigen können.

Das Experimentmodul hatte einen eigenen Sender (bei 3.7 und 6 GHz), einen Kommando Decoder und einen eigenen Magnetbandspeicher und hätte bei Ausfall des Busses alleine das Messprogramm durchführen können.

Lander (Venera 3)

Die Kapseln von 90 cm Durchmesser verfügten über 2 Radiosender im 960 MHz Bereich, Batterien, 2 Quarzoszillatoren und einen Programmgeber. Er soll je nach Quelle zwischen 290 und 337 kg gewogen haben. Hierbei wurde im wesentlichen auch das Design der 2-MV Sonden übernommen und verbessert. Er war wie der 2MV Lander recht optimistisch gebaut und hatte neben Batterien auch Solarzellen, die Strom liefern sollten. Der Außendruck sollte maximal 5 Bar betragen, die Außentemperatur maximal 77 Grad Celsius. Ein Kühlsystem mit Ammoniak sollte den Lander über einige Tage funktionsfähig halten. Er verfügte über folgende Experimente:

Venera 3Missionen

Es gab drei Missionen: Venera 2 und Kosmos 96 sollten eine Vorbeiflugmission sein. Die Sonde Venera 3 sollte eine Landekapsel absetzen.

Von den 3 Sonden startete zuerst Venera 2 am 12.11.1965 erfolgreich zur Venus. Ihre Schwestersonde Venera 3 folgte am 16.11.1965. Die letzte Sonde, Kosmos 96 strandete am 23.11.1965 in einem Erdorbit. Eine der vier Brennkammern der dritten Stufe explodierte durch einen Riss in den Treibstoffleitungen. Trotzdem erreichte die Sonde mit der vierten Stufe einen Orbit von 222 × 296 km. Durch den ungleichmäßigen Schub der dritten Stufe taumelte die vierte Stufe mit der Sonde aber um ihre eigene Achse. Sie konnte nicht gezündet werden. Kosmos 96 verglühte am 9.12.1965 wieder in der Atmosphäre.

Venera 2 sollte die Venus in einer Distanz von weniger als 40.000 km passieren und Fotos machen. Die Bahn war beim Einschuss so genau, dass keine Kurskorrektur nötig war. Doch schon während des Fluges gab es Probleme mit der Kommunikation. Ab dem 10.2.1966 stiegen die Temperaturen an Bord an. Am 27.2.1966 wurden alle Instrumente an Bord aktiviert und die Sonde passierte die Venus in 23.950 km Entfernung. Danach sollte sie die Daten übermitteln, die sie aufgezeichnet hatte. Doch es gab keine Daten. Es konnte keine Verbindung zum Raumschiff mehr aufgebaut werden. Am 4.3.1966 gab man Venera 2 auf. Es zeigte sich später, das die 40 Radiatoren der Sonde nicht korrekt funktionierten und die Innentemperatur der Sonde rapide anstieg. Als Folge versagten Sender und Empfänger und die Solarzellen wurden überhitzt. Dabei gehen Experten davon aus, dass das autonome Experimentmodul seine Messungen durchgeführt und gespeichert hat. Bis zu diesem Zeitpunkt gab es bei 26 Übertragungen von Messdaten zur Sonde.

Venera erreichte zuerst eine Bahn welche sie auf 60.050 km an das Zentrum der Venus heranführen sollte. Venera 3 machte am 26.12.1965 eine Kurskorrektur, wobei sie ihre Geschwindigkeit um 19.68 m/s änderte. Das Lageregelungssystem arbeitete äußerst präzise und erreichte fast die Sollvorgabe von 19.75 m/s. Sie führte die Kapsel bis auf 800 km auf die Mitte der Venus. Doch am 16.2.1966 kam nach 93 Kontakten keine Kommunikation zustande. Es zeigte sich, dass die Sonde unter den gleichen Problemen litt wie Venera 2, darunter Überhitzung des Inneren und der Solarzellen. Dabei war die Sonde voll auf Kurs und hat eventuell sogar den Lander automatisch abgetrennt. Am 1.3.1966 traten Lander und Bus in die Venusatmosphäre ein. Es waren die ersten Körper der Erde, die auf einem anderen Planeten landeten. Dabei verfehlte der Lander seine geplante Landestelle nur um 450 km.

Venera 4, Kosmos 167

Venera 4Im nächsten Programm V-67 ging man nun zu einer Trennung. Es wurden nun nur noch Venussonden gebaut, nachdem man die 3MV Marssonden schon in Venussonden umgewidmet hatte. Die nächsten Marsmissionen sollten erst 1969 stattfinden und dann mit wesentlich größeren Sonden. Beauftragt mit V-67 war NPO Lawotschkin, nachdem die Sonden die vom OKV-1 gebaut wurden bisher alle versagt hatten. Lawotschkin hatte nur ein Jahr Zeit, daher übernahm man für die erste Generation das 3MV-Design und besserte an den Stellen nach wo es nötig war.

Lavochkin hatte weniger als ein Jahr Zeit bis zum nächsten Startfenster, sodass man wie bei Luna 9-14 erst einmal das 3MV-Design übernahm, es aber verbesserte. Die Kühlung des Busses wurde nach den Erfahrungen mit überhitzter Elektronik überarbeitet. Das Kühlsystem, das bisher auf einem Gas-Flüssigkreislauf beruhte, wurde auf ein System umgestellt, das nur mit Gas arbeitete. Der Radiator wurde mit der entfaltbaren Hochgewinnantenne kombiniert. Die 2,30 m große entfaltbare Hochgewinnantenne aus einem Metallnetz konnte nach 45 Flugtagen genutzt werden. Kühler kühlte nun auch den Sender der Regenschirmantenne.

Telemetrie wurde wie bisher im Dezimeterband mit Datenraten von bis zu 64 Bit/s übertragen. Jeder Wert hatte eine „Breite“ von 6 Bit. Ein Tonbandgerät speicherte 150.000 Bits für Blackouts ab. Dieselbe Datenrate erreichte auch die Hochgewinnantenne.

Das Ausrichtungssystem arbeitete mit Grob-Sonnensensoren (±10 Grad und Sensoren zur Ausrichtung auf die Venus und Erde. Mit ihnen wurde die Hochgewinnantenne auf die Erde ausgerichtet und die Solarpaneele so gedreht, dass sie zur Sonne zeigten. Dieses System war fähig, die Sonde auf 6 Bogenminuten genau auszurichten. Für Kurskorrekturen wurde dann noch ein System aus Gyroskopen hinzugenommen, um eine noch höhere Genauigkeit zu erhalten. Sollte das System ausfallen, wie schon bei vorhergehenden Sonden geschehen, hätte man die Sonde so gedreht das die Düse direkt auf die Sonne oder direkt gegen die Sonne zeigte. Während des Flugs war die Sonde die meiste Zeit über spinstabilisiert.

Die Solarpaneele mit einer Fläche von 2,4 m² waren so in jedem Falle auf die Sonne ausgerichtet. Sie speisten eine 84 Ah Nickelcadmiumbatterie als Puffer. Unverändert wurde die Antriebssektion übernommen.

Außen befanden sich die Sensoren für Sonne, Erde und Venus und einige ungerichtete Antennen. Drei Experimente befanden sich auf dem Bus: ein Magnetometer, ein Plasmamessgerät und ein UV-Spektrometer.

Die gesamte Sonde war mit Lander 3.5 m hoch. Die Spannweite betrug 4 m. Die Startmasse 1.106 kg, davon entfielen 383 kg auf den Landeapparat.

Der Bus trug folgende Experimente:

Der Lander

Der Lander der beiden Missionen wog nun 383 kg. Er war ausgelegt bis zu Verzögerungen von 350 g zu trotzen. Dafür baute man eigens eine 500 g Vakuum Zentrifuge um die Belastungen beim Auftreffen auf die Atmosphäre zu simulieren. Der Lander wurde von einem Hitzeschutzschild umgeben und durch einen Fallschirm abgebremst. Er war ausgelegt zu wassern. Dazu war die Antenne so angebracht, das sich die Befestigung durch Wasser auflöste und die Antenne aufschwimmen konnte. Er hatte einen Durchmesser von 1 m. Das Design wurde in den folgenden Missionen verbessert, basierte aber auf demselben Grundkörper. Eine ungerichtete helikale Antenne sandte die Daten mit 1 Bit/sec zur Erde. Es gab zwei Sender die bei einer Frequenz von 922 MHz die Daten übertrugen

Der Lander trug folgende Experimente:

Der Lander sandte seine Daten direkt zur Erde über zwei Radiosender im Dezimeterband mit 1 Bit/s. Es gab zuerst einen 2.2 m² Pilotfallschirm, der nachdem die Geschwindigkeit unter ein bestimmtes Maß gesunken war von einem 55 m² Hauptfallschirm abgelöst wurde. Die Kapsel war für einen maximalen Außendruck (ja nach Quelle) von 7.2 Bar bis 10 Bar und 100 Minuten Messzeit ausgelegt.

Die Mission sah vor das der Bus direkt auf die Venus stürzte. Das Zusammentreffen auf die Atmosphäre löst die Trennung vom Bus aus. Auf dem Weg zur Venus gab es bis zu zwei Kurskorrekturen. Der Bus sollte Telemetrie bis zu seiner Zerstörung übertragen.

Der Hitzeschutzschild reduziert dann die Geschwindigkeit von 11,2 auf 210-240 m/s. Dabei treten Belastungen von bis zu 300 g auf. Um die Sonde zu qualifizieren, wurde sie auch in einer Zentrifuge auf 450 g beschleunigt. Es brachen einige Teile und diese wurden dann durch verstärkte ersetzt. Ebenso hatte man sie in einer Druckkammer den zu erwartenden Temperatur- und Druckbedingungen unterzogen. Sobald Abbremsung 40 g unterschritt, wird ein Zeitgeber gestartet, der nach 32 s den Pilotfallschirm auslöst. Dieser wird auch durch zwei weitere unabhängige Sensoren ausgelöst: wenn die Beschleunigung unter 2 g sinkt oder der Druck 0,4 Bar übersteigt. Bei mehr als 0,7 Bar wird der Hauptfallschirm entriegelt, der dann vom Pilotfallschirm herausgezogen wird. Dann begannen Funkhöhenmesser, Sender und Instrumente mit ihrer Arbeit. Alle 48 s wurde ein Messzyklus abgeschlossen. Der Fallschirm bremste die Sinkgeschwindigkeit auf 3 m/s ab.

 

Missionen

Venera 4 KapselDen Anfang machte Venera 4. Sie startete am 12.6.1967, zwei Tage vor der Mariner 5 Sonde. Ihr folgte am 17.6.1967 ihre Schwestersonde, die jedoch als Kosmos 167 wieder nur einen Erdorbit erreichte. Die Block L Oberstufe zündete nicht, wahrscheinlich weil die Kühlung der Turbopumpe versagte. Andere Quellen sprechen von Problemen bei der Verkabelung und der pyrotechnischen Abtrennung der Oberstufe von der dritten Stufe. Sie erreichte nur einen 211 × 264 km Orbit. Am 25.6.1967 verglühte die Sonde mit Oberstufe wieder in der Atmosphäre.

Erfolgreich verlief der Flug von Venera 4. Nach einem Kurskorrekturmanöver am 29.7.1967 trat die Landekapsel am 18.10.1967 mit einer Geschwindigkeit von 11.35 km/s in die Venusatmosphäre ein. Der Bus tat dasselbe. Die Sonde sandte die Daten direkt zur Erde. 5 Minuten später wurden die Instrumente aktiviert, als die Sonde eine Geschwindigkeit von 210 m/s erreicht hatte. Dies war in 55 km Höhe der Fall. Der Pilotfallschirm wurde bei 0.6 Bar Außendruck ausgelöst und zog den Hauptfallschirm aus der Sonde. Die ersten Messungen ergaben einen Außendruck von 0.75 Bar und eine Temperatur von -31 Grad Celsius.

Durch den Fallschirm fiel die Sonde sehr langsam mit nur 3.5 m/s durch die Atmosphäre. Nach 94 Minuten verstummte die Kapsel plötzlich. Zuerst dachte man daran, dass die Sonde auf der Oberfläche aufgeschlagen war. Russland nahm auch einen Radius der Venus von 6072 km an. Doch spätere Analysen zeigten, dass die Sonde in einer Höhe von 24.96 km sich zu diesem Zeitpunkt befand. Die Mariner 5 Mission bestimmte den Venusradius durch präzisere Vermessungen der Abschwächung des Radiosignals beim Vorbeiflug auf 6048 km (wahrer Wert 6051,6 km). Damit war die Sonde nicht gelandet, sondern nach den Mariner 5 Daten noch 24 km über der Oberfläche als ihr Signal verstummte.  Ein Druck von 17 bis 20 Bar hatte die Sonde zerquetscht. Die letzte Temperaturmessung ergab eine Temperatur von 270 Grad Celsius. Der Druckmesser hatte schon vorher versagt, den Druck musste man aus den Dichtedaten extrapolieren.

Weswegen die Sonde ausfiel ist bis heute nicht geklärt. Die Angaben über die Beständigkeit der Kapseln sind widersprüchlich. Manche Autoren sprechen von 7.2 Bar, andere von 10 Bar. Der Ausfall könnte im einen Falle durch den Außendruck bedingt sein, aber die Batterien könnten auch einfach leer gewesen sein, schließlich sind 94 Minuten nahe an den 100 Minuten Maximalzeit. Ich habe die Angabe von 7.2 Bar von Leonid Ksanfomaliti übernommen, da er persönlich im Venera Programm involviert war als "PI" (Prinicpal Investigator) für Experimente auf den Venera 9-14 Sonden.

Obwohl einige sowjetische Wissenschaftler aus dem Anstieg der Werte für Temperatur und Druck von einem Bodendruck von 75 Bar und 500 Grad Temperatur schlossen, zog man für Venera 5+6 nicht die Konsequenzen aus diesen Werten. Der Bus hatte in 9900 km Entfernung zur Venus die ersten Anzeichen einer Atmosphäre: neutralen Wasserstoff gefunden. Er war jedoch 1000-mal seltener als auf der Erde. Atomarer Sauerstoff wurde nicht gefunden. Er konnte kein Magnetfeld (<1/3000 des irdischen) und keine Strahlungsgürtel nachweisen. Der Lander hatte ein Temperatur und Druckprofil bis in 25 km Höhe geliefert. Darüber hinaus bestimmte er die Zusammensetzung der Atmosphäre zu:

Die Wasserstoffkorona konnte einen Tag später von der Raumsonde Mariner 5 bestätigt werden. Auch diese Sonde lieferte als Abschätzung für den Bodendruck einen wert von 75-100 Bar. Die Temperatur bestimmte sie zu 527 Grad Celsius, also vergleichbar mit den Werten von Venera 4. Um so unverständlicher ist es, dass man Venera 5+6 nicht für diese Drücke auslegte.

Venera 5+6

Venera 5Das Startfenster von 1969 war das bisher einzige, in dem alle Sonden der Sowjetunion ihr Ziel erreichten. Gegenüber Venera 4 hatte man die Kapseln auf eine Außentemperatur von 500° C und 30 Bar Druck ausgelegt. Sie wogen nun mit dem verstärkten Schild 405 kg. Die gesamte Sonde wog 1130 kg. Es handelte sich um ein evolutionär verbessertes Design von Venera 4. Der Bus war nahezu identisch zu dem von Venera 4, und trug auch dieselben Experimente. Nur das Magnetometer hatte man entfernt, da es bei Venera 4 kein Magnetfeld detektierte und die Kapsel 33 kg schwerer war. So wurde der Bus um 14 kg leichter und war wieder im Gewichtsudget.

An die hohen Werte des Bodendruckes, den Mariner 5 und die Extrapolation der Daten von Venera 4 ergaben, glaubte man allerdings nicht. Der 405 kg schwere Lander war dennoch robuster gebaut. Er konnte nun Verzögerungen von 450 g widerstehen. Man verkleinerte den Pilotfallschirm auf 1,9m² und den  Fallschirm auf 12 m², damit die Sonde in der dichten Atmosphäre schneller fiel, weil Venera 4 an der Grenze der maximalen Betriebszeit lag. Der Lander war druckfest bis zu einem Außendruck von 25 Bar. Dazu wurde auch der Innendruck von 2 auf 2,5 Bar erhöht. Alle Maßnahmen zusammen machten den Lander 33 kg schwerer. Der Lander und der Fallschirm waren ausgelegt Temperaturen von 490 Grad zu trotzen. Die Datenübertragungsrate betrug wiederum nur 1 Bit/sec. Ein Multiplexer teilte diese Datenrate nacheinander auf die Messungen auf. Es gab ein Zeitintervall von 45 Sekunden pro Messung. Insgesamt übermittelten beide Sonden 50 Druck und 70 Temperaturmessungen. Vor allem der Höhenmesser lieferte nun genauere Höhenangaben.

Der Bus trug folgende Experimente:

Der Lander trug folgende Experimente:

Die Experimente hatten nun bei den Druckmessern einen größeren dynamischen Bereich. Die chemischen Gasanalysatoren, welche Kohlendioxid mit KOH banden, Wasser mit Calciumchlorid und Phosphorpentoxid und Sauerstoff mit einem glühenden Wolframfaden waren nun für kleinere Messbereiche ausgelegt, da man die Mengen von Venera 4 grob kannte. Stickstoff wurde bestimmt, indem Kohlendioxid, Sauerstoff und Wasser entfernt wurden. Argon und Stickstoff gab es nur als Summenparameter.

No Text
1: Pilotfallschirm 14: Stromversorgung
2: Hauptfallschirm 15: Onboard Sender
3: Sprengbolzen für die Abdeckung 16: Beschleunigungsmesser
4: Senderantenne 17: Programmgeber
5: Dichtemesser 18: Hitzeschutzschild
6: Gaseinlass 19: Hitzeschutzschild
7: Feuchtigkeitsbinder 20: Externe Isolation
8: Ventilator 21: interne Isolation
9: elektrische Hauptleitung 22: Temperatur-Kontrollsystem
10: Kommunikationseinheit 23: Instrumente
11: Beschleunigungsmesser 24: Sprengbolzen
12: Sender 25: Fallschirmabdeckung
13: Antivibrationsdämpfer 26: Radio Altimeterantenne
27: Gas Analysator

Der Start beider Sonden am 5.1.1969 und 10.1.1969 verlief problemlos. Am 16.5.1969 trat Venera 5 nach einer Kurskorrektur am 14.3.1969 in die Venus Atmosphäre ein. 53 Minuten lang gab es Kontakt mit der Landesonde, dann verstummte Sie in einer Höhe von 23 km bei 26.1 Bar Außendruck. Die letzten Daten ergaben eine Außentemperatur von 320 Grad Celsius. Sie landete bei 3 Grad Süd und 18 Grad Ost.

Dasselbe Schicksal traf auch Venera 6 als Sie einen Tag später am 17.5.1969 landete. Nach der Entfaltung des Fallschirms bei 205 m/s Geschwindigkeit arbeitete Venera 5 insgesamt 51 Minuten lang, bis zu einer Höhe von 12 km. Auch sie wurde bei einem Druckniveau von 27 Bar zerstört. Die Koordinaten betrugen 5 Grad Süd und 23 Grad Ost. Man vermutete damals, die Höhendifferenz bei fast gleichem Außendruck wäre auf einen Berg zurückzuführen.

Die Daten erlaubten es eine Bodentemperatur von 530 Grad (Venera 5) bzw. 400 Grad (Venera 6) und Bodendrücke von 140 Bar (Venera 5) bzw. 60 Bar (Venera 6) abzuleiten. Die Atmosphärenanalysen ergaben schon fast das heutige Bild mit 95 % Kohlendioxid 2-5 % Stickstoff und nur Spuren anderer Gase. Bestimmt wurden:

Die Sonden waren zerquetscht worden, denn die Telemetrie zeigte auch dass die innere Temperatur beim Abstieg nur von 13 auf 28 Grad gestiegen war. Auch die Batterie konnte nun nicht leer sein, denn beide Sonden hatten nur 50 beziehungsweise 53 Minuten gearbeitet. Da beide Sonden bis zur ihrer Designgrenze gearbeitet hatten wurde das Programm als voller Erfolg eibgestuft.

Venera 7 + Kosmos 359

Venera 7Nun wechselte das Management bei dem Bau des Landers. V. G. Perminow, der nun für den Bau der Landekapseln zuständig war, ordnete den Bau einer Hochdruckkammer an, um die Kapsel auf der Erde unter Druck zu testen. In dieser wurden Temperaturen von 150 Bar bei 540 Grad Celsius simuliert und die neue Kapsel überlebte diese. Auch wurde eine besondere Zentrifuge gebaut, um die starken Bremskräfte zu simulieren die Kapseln erlitten, wenn sie in die Atmosphäre eintraten, die sehr rasch dichter wurde und die Sonden innerhalb 1 Minute von 11 km/s auf 200-250 m/s abbremste. Die V-70 Kapseln (so der interne Projektname) waren nun etwas weniger aerodynamisch und sahen mehr eierförmig als rund aus.

Über den Schutz der Kapseln gab es heiße Diskussionen. Die meisten Wissenschaftlern neigten zu Bodendrücken von 60-100 Bar. Doch Perminow wollte ganz sicher gehen, und legte die Kapsel auf 180 Bar Druckresistenz und maximal 530 Grad Celsius aus. Die Kapsel bekam eine stabile Titanhülle. Sie wurde mit Glasfasern und Glaswolle isoliert. Die Sonde sollte einerseits schnell durch die Atmosphäre fallen, andererseits aber nicht zu hart landen. Man überlegte wie man dies mit der bislang programmgesteuerten Fallschirmauslösung lösen konnte. Die Idee war den Fallschirm mit leinen zu befestigen, die bei 200 Grad Celsius schmolzen. Nun konnte der Fallschirm entfaltet werden, der selbst aus einem besonderen über 500 Grad hitzebeständigen Material bestand (in sowjetischen Quellen als "Nitronglas" bezeichnet). Gegenüber Venera 5+6 fielen die Kapseln nun noch schneller, so dass Venera 7 schon nach 35 Minuten die Oberfläche erreichte. Der Fallschirm war nun nur noch 2,8 m² groß und einteilig.

Die Sonde sollet 30 Minuten an Oberfläche bei maximal 150°C und +540°C Außentemperatur arbeiten können. Die Schutzhülle war auf einen Außendruck von +180 Atmosphären ausgelegt.

Die Kapsel wog nun 490 kg und die ganze Sonde mit Bus nun 1180 kg. Die Instrumentierung musste abgespeckt werden, wegen des Mehrgewichts des Landers. Der Bus trug nur noch ein Teilchenexperiment und einen Detektor für den Sonnenwind. Der Lander ein Thermometer und ein Barometer und den Radarhöhenmesser. Dazu kam ein Gammastrahlenspektrometer zur Detektion der radiogenen Elemente.

Am 17.8.1970 startete Venera 7 erfolgreich von der Erde zur Venus. Die Schwestersonde Kosmos 359 strandete dagegen im Erdorbit. Block L arbeite nur 25 Sekunden und beförderte die Sonde am 22.8.1970 in einen 171 × 908 km hohen Orbit. Ein Spannungsabfall hatte zum Ausfall des Programmschaltwerkes geführt. Dadurch wurde die Oberstufe vorzeitig abgeschaltet. Die Sonde trat am 6.11.1970 wieder in die Erdatmosphäre ein und verglühte.

Venera 7 KapselDagegen korrigierte Venera 7 ihren Kurs zweimal am 2.10.1970 und 17.11.1970 und befand sich danach auf Kollisionskurs mit der Venus. Am 15.12.1970 trat die Kapsel mit 11.5 km/s in die Atmosphäre in 135 km Höhe ein. Bei einer Geschwindigkeit von 200 m/s wurde in 55 km Höhe bei 0.7 Bar Druck der Fallschirm entfaltet. Man hatte ihn abermals verkleinert, damit die Sonde noch schneller die Atmosphäre passierte. Auch dieser Fallschirm war bis 500 Grad Celsius belastbar.

Nach 13 Minuten wurde der Hauptfallschirm entfaltet, als die Sonde sich in einer 200 Grad heißen Umgebung befand. Nach 19 Minuten stieg die Geschwindigkeit wieder, wahrscheinlich weil der Fallschirm sich teilweise zusammengefaltet hatte. Die Sonde fiel aus etwa 3 km zum Boden.

Nach 35 Minuten verstummten die Signale. Venera 7 war mit 17 m/s (61 km/h) auf der Venus gelandet. Doch dann hörte ein Techniker aus dem schwachen Signal noch ein Geräusch heraus. Venera 7 funkte weiter - war aber wahrscheinlich auf die Seite gerollt, so dass die Antenne von der Erde wegzeigte. Noch 22 Minuten 58 Sekunden konnten Signale empfangen werden. Ob diese auch auswertbare Messdaten enthielten ist unbekannt. Das Signal hatte nur noch 3 Prozent seiner ursprünglichen Stärke. Techniker errechneten daraus, dass die Antenne sich um 50 Grad zur Seite geneigt hatte.

Das Barometer war bei Venera 8 ausgefallen, doch die Doppelfrequenzmessungen der Funkwellen erlaubten eine grobe Berechnung des Drucks. Man fand Oberflächentemperaturen von 475 ± 20 Grad Celsius und 92 ± 15 Bar Bodendruck. Die Sowjetunion hatten zum ersten mal eine Sonde erfolgreich auf dem Boden eines anderen Planeten gelandet! Die Vermessung der Dopplerverschiebung ergab, dass in größeren Höhen die Atmosphäre rasch retrograd rotierte, am Boden aber nur eine Windgeschwindigkeit von 2.5 km/h aufwies. Venera 7 kann heute noch bei 5° Süd, 351° Ost auf der Venus besichtigt werden.

Venera 8 + Kosmos 482

Venera 8 Bus + LanderMit den Erfahrungen von Venera 7 konnte man bei Venera 8 an eine Verbesserung des Designs gehen. Die Auslegung auf 180 Bar erwies sich nun als zu aufwändig. Venera 7 war nur noch auf 120 Bar ausgelegt. (Andere Quellen 105 Bar). Obgleich die Sonde mit 495 kg nur 5 kg leichter als Venera 7 war, erlaubte das eingesparte Gewicht der Abschirmung hier eine bessere Instrumentierung. Auch der Bus war nun wieder mit mehr Experimenten ausgestattet und wog beim Start 1184 kg.

Die Dicke der Schale sank unten von 25 auf 15 mm, oben von 8,3 auf 5,7 mm. das reduzierte ihr Gewicht um 38,5 kg. Berylliumplatten senkten die Temperaturabgabe nach innen. Die Isolierung aus Fiberglas wurde verbessert.-

Der Lander war nun erheblich besser isoliert und verwandte Litiumnitrat-Trihydrid als Kältemittel. Es schmilzt bei 30 Grad Celsius und hält solange die Temperatur auf diesem Wert, genauso wie Eiswürfel in einem Wasserglas dieses bei 0 Grad Celsius halten. Eine neue Isolierung in Honigwabenbauweise sollte einerseits leicht und andererseits durch die eingeschlossene Luft auch gut isolieren.

Der Fallschirm wurde erneut verkleinert und hatte nun nur noch 2.5 m Durchmesser. Trotzdem brauchte Venera 8 erheblich länger um die Atmosphäre zu durchqueren. Die gesamte Sonde wurde vor dem Eintritt auf -10° Celsius gekühlt um die Lebensdauer in der Hitze der Venus zu verlängern.

Experimente

Der Bus führte folgende Experimente mit:

Der Lander trug folgende Experimente:

Die beiden Cadmiumsulfid Photometer sollten die Helligkeit während des Abstiegs und am Boden messen. Manche Wissenschaftler meinten durch die dicken Wolken und den Druck von 90 Bar wäre es am Boden völlig dunkel. Die Photometer waren empfindlich von 1 bis 10000 Lux, wobei die Werte logarithmiert wurden. Aus den Daten konnte man auch die optische Dichte der Atmosphäre bestimmen. Da man für die nächste Generation den Einsatz von Kameras plante war es wichtig zu wissen wie hell die Atmosphäre ist.

Vorherige Raumsonden landeten auf der Nachtseite der Venus. Dies war bedingt durch die Funkverbindung zur Erde. Die eine Landung auf der Nachtseite bedingte, wenn man eine schnelle Bahn zur Venus einschlug. Venera 8 schlug einen Mittelweg ein und landete nahe der Tag- und Nachtgrenze um 6:23 Ortszeit bei einem Winkel der Sonne 5,5 Grad über dem Horizont.

Das Gammastrahlenspektrometer sollte die von der Oberfläche emittierten Gammastrahlen messen die aus dem radioaktiven Zerfall von Kalium, Uran und Thorium stammten. Es war eine Weiterentwicklung eines Gerätes von Luna 10.

Der Chemische Nachweis von Ammoniak beruhte auf einem Farbtest. Dazu wurde der Indikator Bromphenolblau der Atmosphäre ausgesetzt. Basische Gase (und davon konnte eigentlich nur Ammoniak vorkommen) verfärben diesen. Die Farbänderung wurde durch ein Photometer bestimmt.

No Text
1: Fallschirmabdeckung 14: Kommunikationseinrichtung
2: Pilotfallschirm 15: Ventilator
3: Hauptfallschirm 16: Anschluss an Bus Kühlaggregat
4: Altimeter Antenne 17: ausfahrbare sekundäre Antenne
5: Wärmeaustauscher 18: Fallschirmbehälter
6: Wärmeabsorber 19: primäre Antenne
7: interne Isolation 20: Hauptstromleitung
8: Programmgeber 21: Antennenausfahrmechanismus
9: Wärmeabsorber 22: Abdeckung mit Sprengbolzen
10: Schock und Vibrationsdämpfer 23: Telemetrieeinheit
11: Externe Isolation 24: Quarz Oszillatoren
12: Sender 2: 5Kommunikationseinrichtung
13: runde Instrumentenabteilung

Venera 8 KapselDer Start von Venera 8 glückte am 27.3.1972. Dagegen scheiterte der Start der Schwestersonde am 31.3.1972. Zwar zündete Block L diesmal korrekt, schaltete sich aber nach 125 Sekunden Brennzeit vorzeitig ab (nominelle Brennzeit 285 Sekunden). Die Sonde gelangte in einen elliptischen Orbit von 204 km × 9,806 km Erdentfernung und einer Inklination von 52.0 Grad, Sie trat im Mai 1981 wieder in die Atmosphäre ein.

Nach zwei Kurskorrekturmanövern am 6.4.1972 trat die Kapsel am 22.7.1972 mit 11.6 km/sec in die Venusatmosphäre ein. Die maximale Verzögerung betrug 335 g. In 55 km Höhe begannen die Messungen. Der Abstieg dauerte 58 Minuten, danach übermittelte die Sonde noch 50 Minuten und 11 Sekunden von der Oberfläche Daten. Neben einer Präzisierung der Druck- und Temperaturmessungen auf 470 ± 8 Grad Celsius und 90 ± 1.5 Bar Bodendruck machte die Sonde auch Messungen der Helligkeit. Dadurch konnten 4 Wolkenschichten zwischen 48 und 70 km Höhe identifizieren, aber auch, das ab 32 km Höhe die Atmosphäre durchsichtiger wurde. Am Boden herrschte eine Helligkeit wie "Moskau an einem trüben Wintertag" und man konnte 1 km weit sehen. (einige Hundert Lux, entsprechend der Beleuchtung die auch für einen Arbeitsplatz in einem Büro vorgeschrieben ist).

Diese Daten waren für die folgenden Sonden, welche Bilder anfertigen sollten wichtig. Weiterhin gab es in tieferen Luftschichten kaum Windbewegung. Die Werte lagen zwischen 1-10 m/s.

Die Kapsel landete in einem Kreis von 150 km Radius rund um die Koordinaten 10.70° Süd, 335.25° Ost.

Das Gammastrahlenspektrometer lieferte Werte für das Vorkommen der radiogenen Elemente Kalium, Thorium und Uran. Diese entsprechen denen von irdischem Granit. (4 Prozent Kalium, 0.0065 Prozent Thorium und 0.00002 Prozent Uran). Weitere Ergebnisse von Venera 8 waren, dass die Atmosphäre geschichtet ist. Unterhalb von 35 km Höhe ist es weitgehend klar. Darüber liegen zwei Wolkenschichten in 35-47 und 47-56 km Höhe Man nahm für die Aerosole der ersten Schicht an, dass sie aus Ammoniumchlorid und bei der zweiten Schicht aus Ammoniumcarbonat bestanden, da die Sonde beim Abstieg keinerlei Wasser aber der chemische Test einen Gehalt von 0.01 bis 0.1 Prozent Ammoniak nachweisen konnte. Diese Annahme war falsch. Der Wert ist wahrscheinlich zu hoch, weil andere Atmosphärenbestandteile mit dem Indikator reagiert haben. Die Atmosphäre enthält Schwefeldioxid und Schwefelsäure die als Säuren mit dem Indikator reagieren.  Die Ammoniakbestimmung erfolgte bei 2 und 8 Bar Außendruck.

Das Photometer lieferte 27 Messungen der Helligkeit zusammen mit 9 Temperaturmessungen des Sensors ab 48 km Höhe. Ab 35 km Höhe ging die Helligkeit rapide zurück. Die scharf ausgeprägte Untergrenze der Wolken, bei der keine Aerosole mehr nachweisbar waren, von 32 km Höhe, konnte bei den folgenden Missionen nicht wieder beobachtet werden. Die Helligkeit am Boden betrug 350±150 Lux. Allerdings war die Sonne nur 5,5 Grad über dem Horizont. Im Zenit sollten es 1000 bis 3000 Lux sein, so viel wie an einem trüben Wintertag bei uns.

Ein weiteres Ergebnis lieferte der Radarhöhenmesser der Sonde. Da sich die Sonde auch horizontal bewegte lieferten die Daten ein sehr grobes Bodenprofil der Strecke die Venera 8 beim Abstieg in horizontaler Richtung überflog. Das Gebiet zeigte Höhenunterschiede von 1.2 km, war aber in den letzten 10 km sehr flach. Es gibt 35 Messungen von 45.5 bis 0.9 km Höhe über einen 60 km langen Streifen. Sowjetische Geologen meinen, das Venera 8 in einem Gebiet mit Vulkanen gelandet ist.

Nun konnte die Sowjetunion an den Bau neuer, noch größerer Landesonden gehen. Die neuen Sonden waren nun viermal schwerer und erforderten den Start mit einer Proton Trägerrakete. Diese werden im Teil 2 über die Sonden Venera 9-16 vorgestellt.

Startdaten

Sonde Startdatum Ankunftsdatum Gewicht Mission Bemerkung
Sputnik 7 4.2.1961 - 643.5 kg Venusvorbeiflug Sonde verbleibt im Erdorbit
Venera 1 12.2.1961 19.5.1961 643.5 kg Venusvorbeiflug Am 22.2.1961 ausgefallen
Sputnik 19 25.8.1962 - 890 kg Venusvorbeiflug Sonde verbleibt im Erdorbit
Sputnik 20 1.9.1962 - 890 kg Venusvorbeiflug Sonde verbleibt im Erdorbit
Sputnik 21 12.9.1962 - 890 kg Venusvorbeiflug Sonde verbleibt im Erdorbit
Venera 2 12.11.1965 27.2.1966 963 kg Venusvorbeiflug Ausfall von Sendern vor Erreichen der Venus
Venera 3 16.11.1965 1.3.1966 963 kg Venuslandung Ausfall von Sendern vor Erreichen der Venus
Kosmos 96 23.11.1965 - 963 kg Venusvorbeiflug Sonde verbleibt im Erdorbit
Venera 4 12.6.1967 18.10.1967 1106 kg Venuslandung Messungen bis 25 km Höhe
Kosmos 167 17.6.1967 - 1106 kg Venuslandung Sonde verbleibt im Erdorbit
Venera 5 5.1.1969 16.5.1969 1130 kg Venuslandung Messungen bis 26 km Höhe
Venera 6 10.1.1969 17.5.1969 1130 kg Venuslandung Messungen bis 23 km Höhe
Venera 7 17.8.1970 15.12.1970 1180 kg Venuslandung 23 Minuten auf der Oberfläche überlebt
Kosmos 359 22.8.1970 - 1180 kg Venuslandung Sonde verbleibt im Erdorbit
Venera 8 27.3.1972 22.7.1972 1184 kg Venuslandung 50 Minuten Daten von der Oberfläche
Kosmos 482 31.3.1972 - 1184 kg Venuslandung Sonde verbleibt im Erdorbit

Venera Starts

Links:

NSSDC Query: NASAs Katalog der Raumsonden und Satelliten

Don P. Mitchell: Sowjet Exploration of Venus

http://www.laspace.ru/rus/venera4.php

http://www.laspace.ru/rus/venera56.php

http://www.laspace.ru/rus/venera6.php

 


© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.
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