Les débuts du programme spatial soviétique d'exploration du système solaire

En 1958, peu après le lancement de Spoutnik, premier satellite artificiel de la Terre, l'équipe d'ingénieurs soviétiques dirigée par Serguei Korolev à l'origine de cette première définit des plans ambitieux pour explorer le système solaire : une sonde spatiale (modèle 1M) doit être lancée dès aout 1958 vers Mars et une autre (modèle 1V) vers Vénus en juin 1959. Ces projets sont stimulés par la Course à l'espace à laquelle se livrent les États-Unis et l'Union soviétique pour des raisons plus idéologiques que scientifiques. Toutefois, les difficultés rencontrées par le programme Luna conduisent à repousser ce calendrier. La première sonde vénusienne est reprogrammée pour 1961 tandis qu'un nouveau lanceur, qui sera baptisé plus tard Molnia, est mis au point pour placer en orbite les sondes interplanétaires. Il comporte deux étages supérieurs dont le dernier est chargé d'injecter les sondes sur leur trajectoire interplanétaire^[1].

La planète Vénus avant l'ère spatiale

Vénus est une planète aux caractéristiques très proches de la Terre (taille, distance au Soleil), qui exerce depuis l'Antiquité une fascination sur les grandes civilisations notamment parce qu'elle constitue l'astre le plus visible dans le ciel après le Soleil et la Lune. Mais à la fin des années 1950, c'est-à-dire au début de l'ère spatiale, les scientifiques disposent de peu d'informations sur la planète notamment parce que sa surface est en permanence masquée par une couche de nuages opaques. À cette époque, les astronomes utilisent de nouveaux moyens d'observation (radar, télescopes utilisés dans l'ultraviolet, infrarouge) avec lesquels ils essaient de percer les mystères de la planète. Ils parviennent ainsi à détecter la présence de dioxyde de carbone dans les nuages ainsi que la présence de vapeur d'eau mais uniquement à l'état de traces. Différentes théories sont avancées pour expliquer cette composition mais aucune ne s'impose. En 1956, la planète est pour la première fois observée dans le spectre des micro-ondes et les scientifiques découvrent que Vénus se comporte comme un corps noir porté à la température de 350 °C : soit cette température est celle de la surface et les hypothèses d'une Vénus humide doivent être révisées de manière radicale, soit ce résultat ne constitue que la résultante de phénomènes électroniques dans l'ionosphère et ne préjuge pas des caractéristiques en surface. En ce qui concerne sa vitesse de rotation, la thèse la plus courante est que la planète, comme Mercure, présente toujours la même face au Soleil car comme celle-ci elle serait synchronisée avec l'astre par effet de marée^[2]. L'incertitude sur les caractéristiques de Vénus est telle que les premières sondes spatiales soviétiques emporteront au début des années 1960 une bouée pour le cas où elles se poseraient sur une surface liquide.

Les tentatives de 1961

Bloc L du lanceur Molnia avec une sonde spatiale de la série 2MV mise en œuvre sans succès au début des programmes Mars et Venera.

Maquette de Venera 1 au Musée mémorial de l'astronautique.

La première sonde spatiale vénusienne soviétique, baptisée 1VA a une masse de 643,5 kg et est dérivée de l'engin soviétique lancé vers Mars la même année. Le corps principal de la sonde spatiale est un cylindre pressurisé long de 2 mètres pour un diamètre de 1,05 mètre contenant l'ensemble de l'électronique. Une antenne parabolique grand gain en treillis de cuivre de 2,33 mètres de diamètre est utilisée pour les communications mais la sonde dispose également d'antennes moyen gain et faible gain. La charge utile scientifique est constituée d'un magnétomètre triaxial, deux variomètres magnétiques, des pièges à ions pour analyser la composition du vent solaire, de détecteurs de micrométéorites et de rayons cosmiques. La sonde est stabilisée trois axes. La sonde dispose de 4 panneaux solaires d'environ 1 m^2[3].

Le déplacement de Vénus est à l'époque mal connu : les éphémérides disponibles ne permettent de prévoir la position de la planète qu'avec une précision de 100 000 km. Aussi, les concepteurs de la première mission vénusienne choisissent de tenter un simple survol. La sonde spatiale emporte une petite sphère capable de flotter au cas où la sonde parviendrait jusqu'au sol : à l'époque, la présence d'étendues d'eau à la surface n'est pas exclue. Le lancement a lieu le 4 février 1961 mais la fusée est victime de la défaillance d'un de ses étages supérieurs. Comme à chacun des échecs de l'astronautique soviétique, les officiels dissimulent la nature de la mission et la sonde est présentée aux médias comme un simple satellite Spoutnik lourd, Spoutnik 7^[4]. La deuxième tentative de lancement effectuée le 12 février est un succès. La nature de la mission de la sonde baptisée pour l'occasion Venera est révélée au public alors que celle-ci entame son transit vers Vénus. Le réseau d'antennes mis en place par les soviétiques pour communiquer avec leurs sondes interplanétaires parvient à contacter la sonde à plusieurs reprises mais les problèmes se multiplient : le système de contrôle thermique ne remplit pas son rôle, le contrôle d'attitude est défaillant et les communications doivent passer par l'antenne omnidirectionnelle. Après un dernier échange alors que la sonde se trouve à 1,7 million de km, toutes les tentatives de reprises de contact échouent^[5].

Les découvertes de Mariner 2 (1962)

Le 14 décembre 1962, la sonde spatiale américaine Mariner 2 met fin au mythe d'une Vénus planète jumelle de la Terre en réussissant à faire fonctionner ses instruments lors de son survol de la planète. La température au sol est estimée à 425 °C, l'épaisse atmosphère vénusienne composée essentiellement de dioxyde de carbone et dépourvue de vapeur d'eau se caractérise par une pression atmosphérique au sol écrasante (estimée à l'époque à 20 fois celle à la surface de la Terre). Enfin, Vénus est pratiquement dépourvue de champ magnétique et est donc soumise uniformément aux rayons cosmiques et au vent solaire^[6].

La série des sondes 2MV (1962)

Au printemps 1961, l'équipe de Korolev décide de développer une nouvelle famille de sondes spatiales, baptisées 2MV destinées à être lancées vers Mars et Vénus. Les quatre modèles disponibles partagent une architecture commune. L'électronique est enfermée dans un cylindre pressurisé de 2,1 mètres de long pour un 1,1 mètre de diamètre. À une extrémité du cylindre est fixée la propulsion principale constituée par un moteur fourni par Isaïev brûlant un mélange d'UDMH et d'acide nitrique et capable de délivrer une poussée de 2 kilonewtons durant 40 secondes. À l'autre extrémité se trouve le module hébergeant la charge utile et qui dépend de la mission remplie par la sonde - survol ou atterrisseur - et de la destination - Mars ou Vénus. Deux panneaux solaires d'une superficie de 2,6 m² sont fixés de part et d'autre du compartiment central. À l'extrémité des panneaux se trouvent fixés des radiateurs de forme hémisphérique chargés d'éliminer la chaleur excédentaire transportée dans le cas des sondes vénusiennes par un caloduc utilisant de l'ammoniac. Sur une des faces du compartiment central (entre les panneaux solaires) est fixée l'antenne parabolique grand gain de 1,7 mètre de diamètre composée d'une partie fixe et d'une partie déployable. La face opposée du compartiment central accueille viseurs d'étoiles et autres senseurs utilisés pour le contrôle d'attitude. La sonde est stabilisée 3 axes et utilise pour corriger son orientation des petits moteurs à gaz froid (azote) et quatre roues de réaction. Une fois déployée, la sonde a une longueur de 3,3 mètres pour une envergure de 4 mètres^[7].

Trois sondes spatiales 2MV sont lancées successivement vers Vénus durant la fenêtre de lancement de fin aout/septembre 1962 qui est également utilisée par la NASA pour lancer Mariner 2. Deux sondes de type atterrisseur sont lancées le 25 aout et le 1^er septembre mais elles sont toutes deux victimes d'une défaillance de leur lanceur. La sonde suivante qui doit survoler la planète est lancée le 12 septembre mais le moteur du dernier étage du lanceur est également victime d'une défaillance^[7].

La série des sondes 3MV (1964-1965)

À la lumière des lancements effectués vers Mars et Vénus, des modifications sont apportées à différents composants du modèle 2MV. Des améliorations sont apportées au viseur d'étoiles, à l'électronique, aux panneaux solaires, aux télécommunications et aux moteurs de contrôle d'attitude. Un premier lancement du nouveau modèle baptisé 3MV est effectué le 11 novembre 1963 pour valider son fonctionnement mais est une nouvelle fois victime d'un échec du lanceur. Néanmoins, trois nouvelles sondes sont préparées pour la prochaine fenêtre de lancement vers Vénus qui s'ouvre entre février et avril 1964. La première sonde qui emporte des caméras et doit effectuer un survol de Vénus est perdue au cours du lancement qui a lieu le 19 février. La sonde suivante, qui emporte un atterrisseur, est lancée le 27 mars, mais ne parvient pas à quitter l'orbite terrestre à la suite de la défaillance du dernier étage du lanceur. La troisième sonde, un atterrisseur également, parvient enfin à prendre le chemin de Vénus. Elle est officiellement baptisée Zond 1 (c'est-à-dire sonde) et présentée comme un engin automatique destiné à valider les techniques utilisées pour les missions interplanétaires mais son objectif final est tu par les autorités soviétiques. La partie de la sonde destinée à survoler Vénus emporte un magnétomètre, des détecteurs de micrométéorites, deux types de détecteurs de particules chargés, des pièges à ions et un compteur de photons Lyman-Alpha. L'atterrisseur emporte des instruments destinés à analyser l'atmosphère vénusienne, un photomètre et un compteur de rayons gamma qui doit fournir des informations sur la composition de la surface. L'équipe au sol se rend compte peu après le lancement que le compartiment pressurisé qui contient l'électronique n'est plus étanche et se vide progressivement de son gaz. Malgré tout, le contact avec la sonde est maintenu jusqu'au 25 mai, soit un mois avant le survol de Vénus^[8].

Quatre sondes de type 3MV sont préparées pour la fenêtre de lancement vers Vénus qui s'ouvre en novembre 1965. Deux doivent effectuer un survol tandis que les deux autres doivent pénétrer dans l'atmosphère et larguer un atterrisseur. Les deux premiers lancements sont un succès : Venera 2 qui doit effectuer un survol est lancée le 12 novembre tandis que Venera 3 qui emporte un atterrisseur est lancée le 16 novembre. Le troisième lancement qui a lieu le 26 novembre est un échec. Le dernier lancement est abandonné à la suite de problèmes rencontrés sur le pas de tir qui ne peuvent être résolus qu'après la fermeture de la fenêtre de lancement vers Vénus. Venera 2 suit une trajectoire parfaite et la correction prévue à mi-parcours est annulée car la sonde sur sa lancée doit survoler à une distance de 50 000 km comme prévu. Le survol a lieu le 27 février 1966 mais aucune donnée n'est transmise par la sonde. Les données télémétriques reçues lors du dernier échange radio donnent à penser que la sonde spatiale a été victime d'un dysfonctionnement de son système de contrôle thermique. De son côté, Venera 3, qui emporte un atterrisseur ayant la forme d'une sphère de 90 cm de diamètre, voit sa trajectoire modifiée à mi-course pour que la sonde pénètre dans l'atmosphère de Vénus mais tout contact est perdu le 16 février. La sonde, probablement victime du même problème que Venera 2, devient le premier objet artificiel à s'écraser sur le sol de Vénus et par la même occasion sur une autre planète^[9].

Le bureau d'études de Korolev, contrairement à ce qui se passe aux États-Unis, concentre la conception et le développement d'une grande partie du programme spatial soviétique notamment les lanceurs, les missions spatiales habitées, les missions interplanétaires vers la Lune, Mars et Vénus ainsi que le développement d'un grand nombre de satellites d'applications. Korolev constatant que ses ingénieurs ne peuvent mener toutes ces tâches de front décide de confier en avril 1965 le programme d'exploration du système solaire au bureau d'étude Lavotchkine qui vient d'être réactivé. Son responsable Gueorgui Babakine et ses ingénieurs vont développer toutes les missions du programme Venera à compter de cette date^[10].

Venera 4 : la première étude in situ de l'atmosphère de Vénus (1967)

Maquette de Venera 4 au Musée mémorial de l'astronautique.

Maquette de l'atterrisseur de Venera 4 au Musée mémorial de l'astronautique.

Après avoir évalué le potentiel du modèle M3V de Korolev, les ingénieurs de Lavotchkine décident de développer une sonde entièrement nouvelle pour les missions vers Mars et Vénus en profitant de la disponibilité du nouveau lanceur Proton, capable de lancer une sonde spatiale d'une masse de 4 à 5 tonnes sur une trajectoire interplanétaire. Le nouveau modèle doit être testé d'abord avec deux missions vers Mars planifiées en 1969. Mais le gouvernement soviétique modifie ces plans en exigeant que deux sondes soient envoyées vers Vénus en profitant de la fenêtre de lancement de 1967. Les ingénieurs disposent de moins de 13 mois et ils décident de faire évoluer le modèle M3V en le rendant plus fiable. Le nouveau modèle baptisé 1V est plus lourd de 200 kg, passant à 1 106 kg. De nouveaux capteurs solaires, viseurs d'étoiles et capteurs de Terre, sont développés. Un gaz remplace l'ammoniac du circuit de contrôle thermique et les radiateurs hémisphériques placés en bout de panneau solaire sont remplacés par des radiateurs placés derrière l'antenne parabolique, qui est agrandie. La capsule qui doit être larguée dans l'atmosphère est modifiée de manière à pouvoir résister à une décélération de 350 g et à une pression en surface de 10 bars (10 fois la pression à la surface de la Terre au niveau de l'océan). Le bureau Lavotchkine effectue des tests particulièrement rigoureux en mettant en œuvre pour la première fois une chambre à vide et une centrifugeuse capable de reproduire les conditions de rentrée dans l'atmosphère. Ces mesures auront un impact notable sur la fiabilité des sondes vénusiennes développées par le bureau Lavotchkine puisque tous les échecs des missions suivantes seront uniquement dus à des défaillances du lanceur^[11].

La structure centrale de la sonde spatiale emporte une charge utile composée d'un magnétomètre triaxial, de quatre détecteurs de rayons cosmiques et d'un spectromètre capable de détecter les atomes d'oxygène et d'hydrogène (raie Lyman-alpha). La sonde spatiale doit plonger dans l'atmosphère de Vénus puis larguer une capsule chargée d'étudier l'atmosphère durant sa descente et, après un atterrissage en douceur sur le sol vénusien, de poursuivre ses investigations. La capsule est une sphère d'un mètre de diamètre et de 383 kg. Elle est recouverte d'un bouclier thermique posé sur un matériau isolant qui doit atténuer les chocs et les vibrations. L'intérieur de la capsule est divisé en deux compartiments. Le premier contient les parachutes, l'antenne de télécommunications et deux antennes pour le radioaltimètre. Un premier parachute de 2,6 m² est ouvert durant la descente lorsque la pression est montée à 0,6 bar, puis le parachute principal de 55 m² est déployé. Ces deux parachutes sont réalisés dans un matériau capable de supporter une température de 450 °C. Le deuxième compartiment contient six instruments scientifiques. L'instrument principal, pesant un kilogramme, doit analyser les gaz de l'atmosphère. Il doit déterminer la proportion de dioxyde de carbone, de vapeur d'eau, d'azote et d'oxygène. La capsule emporte également un baromètre, des thermomètres, un densitomètre et un radioaltimètre^[12].

Trois sondes spatiales sont fabriquées pour la fenêtre de lancement de 1967, dont deux doivent être envoyées vers Vénus. La première, baptisée Venera 4, est lancée avec succès le 12 juin 1967 par une fusée Molnia. Le deuxième tir, le 17 juin, est victime d'une défaillance du dernier étage du lanceur et la sonde spatiale se retrouve bloquée en orbite basse terrestre. De son côté, la NASA lance le 14 juin la sonde spatiale Mariner 5 qui a pour mission d'analyser l'atmosphère et la surface de Vénus en effectuant un survol de la planète. Une correction de trajectoire à mi-course est effectuée le 19 juillet pour que Venera 4 pénètre dans l'atmosphère de Vénus dans l'hémisphère nocturne à 1 500 km du terminateur. Le 18 octobre, alors qu'elle est sur le point de plonger dans l'atmosphère de Vénus, la sonde mesure un champ magnétique extrêmement faible de la planète, représentant moins de 0,03 % de celui de la Terre. Une très mince enveloppe composée uniquement d'hydrogène est détectée à compter de 20 000 km d'altitude : cette formation témoigne de la présence passée d'une atmosphère de vapeur d'eau qui s'est progressivement échappée sous l'effet du rayonnement solaire. La capsule blindée se détache de la sonde spatiale alors que celle-ci pénètre dans l'atmosphère à 10,7 km/s, ce qui entraine rapidement sa destruction. La capsule entame sa descente vers le sol en subissant une décélération de 350 g et sa surface extérieure est portée à une température de 1 100 °C. Lorsque sa vitesse est tombée à 300 m/s, le processus de déploiement des parachutes est enclenché. Les instruments scientifiques sont mis en route lorsque la vitesse de descente est tombée à moins de 10 m/s. 94 minutes plus tard, Venera 4 cesse d'émettre car sa coque pressurisée a cédé sous une pression évaluée à 18 bars. Durant sa descente, la capsule a envoyé 70 mesures de pression et 50 mesures de température ont pu être transmises. L'instrument chargé de l'analyse de l'atmosphère indique que celle-ci contient 90 % de dioxyde de carbone, 7 % d'azote et 0,7 % d'oxygène. Par reconstruction du profil de descente de la capsule, les ingénieurs soviétiques déterminent que la collecte des données a débuté alors que la capsule se trouvait à 26 km d'altitude et s'est interrompue lorsqu'elle s'est posée sur le sol. Mais les mesures effectuées le lendemain par Mariner 5 durant son survol de Vénus par le biais de la radio-occultation viennent contredire ces derniers résultats, en aboutissant à une pression au sol de 100 bars. Les scientifiques soviétiques se rallient à ce chiffre et admettent que la capsule de Venera 4 a cessé d'émettre alors qu'elle était à plus de 20 km au-dessus de la surface de Vénus^[13].

Venera 5 et 6 (1969)

Moteur à propulsion liquide des sondes spatiales Venera.

Les responsables soviétiques, qui veulent capitaliser sur le succès de Venera 4, décident de mettre à profit la fenêtre de lancement de 1969 pour lancer à nouveau vers Vénus deux sondes emportant chacune un atterrisseur. La capsule de Venera 4 n'a pas résisté à la pression beaucoup plus importante que prévu mais les ingénieurs soviétiques n'ont pas le temps de développer une capsule suffisamment rigide pour parvenir intacte jusqu'au sol. Ils doivent se contenter d'aménagements lui permettant de résister à une pression de 25 bars (contre 18 bars pour Venera 4) et de réduire la taille de son parachute de 55 m² à 18 m², afin d'accroitre sa vitesse de descente et d'obtenir ainsi des données sur une hauteur plus importante de l'atmosphère. Le nouveau modèle de sonde, baptisé 2V, utilise une plateforme très proche de son prédécesseur. L'ensemble pèse 1 130 kg, dont 405 kg pour la capsule. En ce qui concerne les instruments scientifiques, le système d'analyse des gaz est amélioré pour accroitre sa précision et un photomètre est embarqué pour mesurer la luminosité ambiante dans les nuages. L'agence spatiale française, le CNES, est chargé de fournir des baromètres et thermomètres plus précis. Mais les grèves de mai 1968 ne permettent pas de livrer à temps les instruments français^[14].

La première sonde, Venera 5, est lancée le 5 janvier 1969, puis Venera 6 le 10 janvier, en pleine tempête de neige. Les deux sondes subissent en mars une correction à mi-parcours. Il est prévu que Venera 5 pénètre dans l'atmosphère de l'hémisphère nocturne de Vénus à 2 700 km du terminateur, tandis que Venera 6 doit effectuer sa rentrée atmosphérique le lendemain. Il aurait été intéressant que les deux sondes spatiales pénètrent en même temps dans l'atmosphère vénusienne, notamment pour effectuer des mesures de vitesse et de direction du vent, mais l'Union soviétique ne dispose pas de la seconde antenne parabolique nécessaire pour recueillir les données de la deuxième sonde.

Venera 5 entame son approche finale le 16 mai et libère sa capsule à une altitude de 37 000 km avant d'être détruite en pénétrant dans l'atmosphère à la vitesse de 11,18 km/s. De son côté, la capsule déploie son parachute à 60 km d'altitude alors que sa vitesse est tombée à 210 m/s. Elle est détruite par la pression 53 minutes plus tard et 36 km plus bas, alors que la pression a atteint 27 bars et la température 320 °C.

Venera 6 suit le même parcours le lendemain ; sa capsule est détruite 51 minutes après le début du recueil des données scientifiques. Les instruments des deux sondes ont permis de mesurer la composition de l'atmosphère à quatre niveaux de pression (0,6 bar, 2 bars, 5 bars et 10 bars). La prépondérance du dioxyde de carbone dans la haute atmosphère est confirmée (97 %). Les autres gaz sont essentiellement de l'azote avec des traces d'oxygène. Le photomètre de la capsule de Venera 5 détecte quelques minutes avant sa destruction un phénomène lumineux qui pourrait être interprété comme un éclair^[15].

Venera 7 : premier atterrissage sur le sol vénusien (1970)

Pour la fenêtre de lancement qui s'ouvre en aout 1970, le modèle lourd de sonde spatiale qui doit être lancée par la fusée Proton n'est pas encore prêt. Babakine, le responsable du bureau d'études Lavotchkine, choisit de faire évoluer la capsule existante de manière qu'elle puisse atteindre le sol vénusien. D'un diamètre plus faible que les versions précédentes, cette nouvelle version est constituée de deux demi-sphères en titane dans laquelle le nombre d'ouvertures destinées à l'instrumentation a été réduit pour préserver sa rigidité. La capsule est conçue pour résister à une pression de 180 bars et à une température de 540 °C. Le parachute d'une superficie totale de 2,4 m² ne doit se déployer complètement que dans la basse atmosphère pour diminuer le temps de descente de la capsule dont l'autonomie est limitée par les capacités de ses batteries. La masse de la structure de la capsule a augmenté fortement et, pour que le lanceur Molnia puisse être utilisé, l'instrumentation scientifique placée dans la capsule ne comprend plus qu'un baromètre et un thermomètre. Un premier lancement a lieu le 17 aout et parvient à placer Venera 7 sur la trajectoire désirée. Le lancement d'une deuxième sonde qui a lieu le 22 aout est une fois de plus victime du dysfonctionnement du dernier étage du lanceur qui ne parvient pas à placer l'engin sur son orbite interplanétaire^[16].

Après deux corrections de trajectoire à mi-course, la sonde spatiale arrive aux abords de Vénus le 15 décembre. La capsule est larguée sur la face nocturne de la planète à 2 000 km du terminateur et entame sa descente. Elle subit une décélération de 350 g et son bouclier thermique est porté à une température de 1 100 °C. Le parachute s'ouvre à une altitude de 60 km alors que la vitesse a été réduite à 200 mètres par seconde. La pression est alors de 0,7 bar. À la suite d'une panne affectant la télémétrie, seule la température est transmise durant la descente. Parvenu à une altitude de 20 km, le parachute commence à fondre et à se déchirer et la vitesse de descente s'accroit. Les émissions radio de la capsule cessent 35 minutes après le début de la rentrée atmosphérique alors qu'elle devait survivre au moins 60 minutes. Les soviétiques affirment d'abord que la sonde s'est tue lorsqu'elle a heurté le sol mais une étude minutieuse des données radio leur permettent de déterminer que la sonde a continué à émettre un signal radio très faible égal à un centième de la puissance normale durant 22 minutes et 58 secondes. Les seules données fournies sont la température qui est constante à 475 °C. Les Soviétiques en concluent que le câble reliant le parachute à la capsule s'est rompu : celle-ci est tombée en chute libre sur les 3 derniers km et a heurté le sol à une vitesse de 16,5 m/s. Elle a alors roulé sur le côté et son antenne s'est trouvée pointée dans une direction autre que celle de la Terre. Sur la base de modèles mathématiques, les Soviétiques déterminent que la pression au sol est de 90 bars avec une incertitude de plus ou moins 15 bars. La décélération subie au moment du contact avec le sol permet d'affirmer que la dureté du sol est comprise entre celle de la lave et de l'argile humide. Venera 7 est la première sonde à survivre à un atterrissage sur une autre planète^[17].

Venera 8 : premières données de la surface (1972)

Timbre soviétique édité en 1972 pour célébrer l'exploit de Venera 8.

Pour la fenêtre de lancement de 1972, la sonde spatiale « lourde » est toujours en développement et les soviétiques décident de lancer une version légèrement modifiée de Venera 7, le modèle 3V. Pour pouvoir concevoir les caméras qui seront emportées par les futures sondes vénusiennes, les ingénieurs soviétiques décident d'équiper la capsule d'un photomètre, chargé de mesurer la luminosité durant la descente. Pour pouvoir mettre en œuvre cet instrument, la capsule doit pour la première fois faire son entrée dans l'hémisphère éclairé de la planète. Mais seul un mince croissant de celle-ci est sur la trajectoire venant de la Terre et cette contrainte nécessite une navigation extrêmement précise. Par ailleurs, compte tenu de ce point d'entrée, la Terre sera relativement basse sur l'horizon sur le site d'atterrissage (moins de 30° contre une position zénithale lors des missions précédentes). Il faut développer une antenne capable de compenser ce handicap. Les ingénieurs soviétiques ont une meilleure connaissance de la pression au sol et ils développent une capsule allégée en limitant sa capacité de résistance à 105 bars contre 180 bars pour Venera 7. La masse économisée permet d'équiper la capsule avec un parachute plus résistant et de la doter d'un système de contrôle thermique actif qui comprend un compresseur et un échangeur de chaleur. Une seconde antenne est embarquée : celle-ci doit être éjectée à l'atterrissage tout en restant reliée à la capsule et offre une solution de secours si l'antenne principale n'est pas pointée correctement vers la Terre. La capsule emporte trois instruments supplémentaires : le photomètre pour mesurer la luminosité à partir de l'altitude de 50 km, un instrument capable de détecter l'ammoniac présent dans l'atmosphère et un spectromètre à rayons gamma chargé d'analyser la composition des roches de la surface^[18].

Le lancement de la première des deux sondes de 1972, baptisée Venera 8, a lieu le 27 mars et se déroule de manière nominale. Le deuxième lancement qui a lieu 4 jours plus tard est un échec. Une correction de la trajectoire de Venera 8 a lieu le 6 avril. Quelques jours avant la rentrée atmosphérique, le système de régulation thermique abaisse la température interne à −15 °C. La capsule pénètre dans l’atmosphère de Vénus le 22 juillet à une vitesse de 11,6 km/s. Les mesures scientifiques débutent lorsque la vitesse de la sonde est tombée à 250 m/s entrainant le déploiement du parachute. Les deux analyses de l'ammoniac effectuées durant la descente indiquent des concentrations de 0,1 % à 46 km d'altitude et 0,01 % à 33 km. Mais des astronomes détecteront cette année-là que l'atmosphère de Vénus comporte des nuages d'acide sulfurique qui en réagissant avec les composants des détecteurs d'ammoniac de Venera 8 ont faussé les résultats obtenus. Le photomètre indique que la luminosité diminue fortement entre 65 et 49 km puis plus faiblement entre 49 et 32 km avant de rester constante jusqu'au sol. Ces changements de luminosité sont attribués à des couches de nuages plus ou moins denses. Sur le site d'atterrissage, alors que le Soleil vient tout juste de se lever, seul 1 % de la lumière incidente du Soleil parvient jusqu'à la surface. La composition de l'atmosphère est évaluée à 97 % de dioxyde de carbone, 2 % d'azote, 0,9 % de vapeur d'eau et 0,15 % d'oxygène. Du fait de son angle d'entrée en biais dans l'atmosphère, la vitesse de la capsule a été affectée par la vitesse du vent local dans le sens de sa progression ; l'amplitude du phénomène a pu être mesurée par l'effet Doppler induit. La vitesse du vent est ainsi mesurée à 100 m/s à haute altitude, 50 m/s à 40 km d'altitude et à 1 m/s en dessous de 10 km. La super-rotation en quatre jours de l'atmosphère vénusienne dans le sens rétrograde est confirmée par ces données. La chute de la capsule étant en partie horizontale, le radio-altimètre détecte le survol d'au moins deux reliefs de respectivement 1000 et 2 000 mètres^[19].

La capsule atterrit à la surface de Vénus à une vitesse de 8 m/s après une descente de 55 minutes. Immédiatement après l'atterrissage, la sonde transmet les mesures de température (470 °C) et de pression (93 bars) qui confirment les données fournies par Venera 7. Le spectromètre gamma détecte dans les roches de surface 4 % de potassium, 6,5 ppm de thorium et 2,2 ppm ce qui les range plutôt dans la catégorie des granits que des basaltes. Ces mesures seront contredites par celles effectuées par les atterrisseurs suivants. La capsule transmet des données durant 63 minutes après son arrivée au sol avant de cesser ses émissions^[20].

Venera 9 et 10 (1975)

Maquette de Venera 10 au Musée mémorial de l'astronautique.

Maquette de l'atterrisseur enfermé dans son bouclier thermique.

Vue d'artiste de l'atterrisseur Venera 9 posé sur le sol de Vénus.

Venera 11 et 12 (1978)

Les sondes spatiales Venera 11 et 12 sont une version légèrement améliorée de la génération précédente des sondes vénusiennes soviétiques : les Venera 9 et 10 lancées en 1975. La fenêtre de lancement de 1978 étant moins favorable, le vaisseau mère (porteur de l'atterrisseur) ne s'insère pas en orbite, contrairement à ses prédécesseurs, mais effectue un simple survol de Vénus en relayant les données fournies par l'atterrisseur. La trajectoire qui en découle présente toutefois l'avantage de permettre au vaisseau mère, qui a la charge de retransmettre les données de l'atterrisseur, de rester plus longtemps en vue du site d'atterrissage et donc de prolonger la phase utile du séjour en surface. Le vaisseau mère des deux sondes emporte notamment deux détecteurs de sursaut gamma : Konus développé par les soviétiques et SIGNE 2 développé par les chercheurs français. SIGNE 2 est également installé à bord du satellite Prognoz 7 ce qui permet de localiser les sources des sursauts gamma par triangulation. L'atterrisseur emporte de nouveaux instruments scientifiques : pour l'étude de l'atmosphère un chromatographe en phase gazeuse et un spectromètre à fluorescence X, pour l'étude de la surface la caméra couleur remplace la caméra noir et blanc, un spectromètre à fluorescence X remplace le spectromètre à rayons gamma et un système de prélèvement sophistiqué est chargé de fournir un échantillon au spectromètre. Le débit du système de radio utilisé au sol permet de transmettre 3 kilobits par seconde (une amélioration d'un facteur 10 par rapport à Venera 9). Le nombre de parachutes utilisés durant la descente passe de 5 à 2 et les projecteurs utilisés pour illuminer la surface sont éliminés car à l'expérience, estimés superflus. Enfin, le système d'éjection des obturateurs des objectifs des caméras, dont la défaillance avait interdit toute prise de photo de la surface durant les missions Venera 9 et 10, est modifié^[30].

Venera 11 est lancée le 9 septembre 1978 et son atterrisseur entame sa descente vers le sol vénusien le 25 décembre et atterrit sur la partie éclairée de Vénus à une vitesse estimée à 7 à 8 m/s. L'atterrisseur interrompt la transmission de données au bout de 95 minutes alors que le vaisseau-mère était encore en vue. Durant la descente, le chromatographe analyse neuf échantillons de l'atmosphère entre 49 km d'altitude et la surface en détectant 2,5 % d'azote, 25 à 100 ppm de vapeur d'eau, 40 à 100 ppm d'argon, 130 ppm dioxyde de soufre, 28 ppm de monoxyde de carbone et moins de 20 ppm d'oxygène moléculaire. À l'arrivée au sol, l'atterrisseur mesure une température de 458 °C et une pression de 91 bars. Mais tous les autres instruments sont victimes de défaillance qui sont mis sur le compte d'une arrivée au sol trop brutale. Venera 12 est lancée le 14 septembre et son atterrisseur entame sa descente vers le sol de Vénus le 17 décembre. Après son arrivée à la surface, il transmet des données jusqu'à ce que son vaisseau-mère passe sous l'horizon et ne puisse plus assurer la retransmission soit durant 110 minutes. Les instruments d'analyse de l'atmosphère fonctionnent normalement mais ceux mis en œuvre au sol sont victimes des mêmes défaillances que ceux de Venera 11. De leur côté, les instruments d'observation des sursauts gamma utilisés par les deux sondes avant et après le survol de Vénus permettent d'identifier 143 sources dont l'origine peut être localisées dans le ciel permettant la constitution d'un premier catalogue recensant ces évènements^[31].

Venera 13 et 14 (1981)

Venera 11 et 12 n'ont pas complètement atteint leurs objectifs du fait de la défaillance des instruments utilisés à la surface de Vénus. Les ingénieurs soviétiques s'emploient à développer des équipements plus résistants à la chaleur. La mise au point de la nouvelle version de l'atterrisseur est achevée lorsque la fenêtre de lancement de 1981 s'ouvre. Les objectifs principaux assignés aux sondes lancées cette année-là sont la prise d'images en couleurs du sol de Vénus et l'analyse d'un échantillon de la surface. Les vaisseaux porteurs ne doivent effectuer qu'un survol de la planète et l'instrumentation scientifique qu'ils emportent est réduite au profit de l'atterrisseur. L'anneau qui tient lieu de train d'atterrissage à celui-ci est dentelé dans cette version pour diminuer les oscillations et les mouvements de rotation durant la descente et permettre une arrivée au sol moins brutale qu'en 1978. La masse totale de la sonde spatiale au lancement est de 4,363 tonnes dont 760 kg pour la partie de l'atterrisseur qui arrive au sol. Deux sondes jumelles de ce nouveau modèle sont lancées avec succès en 1981 : Venera 13 le 30 octobre et Venera 14 le 4 novembre. Les deux atterrisseurs parviennent sur le sol de Vénus et les instruments utilisés durant la descente comme en surface fonctionnent de manière nominale en retournant de nombreuses données sur l'atmosphère et la surface de la planète. Venera 13 fournit la première photo en couleurs de la surface de Vénus^[32].

Les types de sondes Venera

Historique des missions

Sources

• (en) Wesley T. Huntress et Mikhail Ya. Marov, Soviet robots in the Solar System : missions technologies and discoveries, New York, Springer Praxis, 2011, 453 p. (ISBN 978-1-4419-7898-1, lire en ligne)
• (en) Brian Harvey et Olga Zakutnayaya, Russian space probes : scientific discoveries and future missions, Springer Praxis, 2011 (ISBN 978-1-4419-8149-3)
• (en) Brian Harvey, Russian Planetary Exploration : History, Development, Legacy and Prospects, Berlin, Springer Praxis, 2007, 351 p. (ISBN 978-0-387-46343-8, lire en ligne)
  Historique des missions interplanétaires russes des débuts jusqu'en 2006
• (en) Paolo Ulivi et David M. Harland, Robotic Exploration of the Solar System Part 1 The Golden Age 1957-1982, Chichester, Springer Praxis, 2007, 534 p. (ISBN 978-0-387-49326-8)
  Description détaillée des missions (contexte, objectifs, description technique, déroulement, résultats) des sondes spatiales lancées entre 1957 et 1982.
• (en) Paolo Ulivi et David M Harland, Robotic Exploration of the Solar System Part 2 Hiatus and Renewal 1983-1996, Chichester, Springer Praxis, 2009, 535 p. (ISBN 978-0-387-78904-0)
  Description détaillée des missions (contexte, objectifs, description technique, déroulement, résultats) des sondes spatiales lancées entre 1983 et 1996.
• (en) Boris Chertok, Rockets and people, vol. 2 : creating a rocket industry, NASA History series, 2006 (ISBN 978-1-288-54781-4, OCLC 829378424)
• (en) Boris Chertok, Rockets and people, vol. 3 : Hot days of the cold war, NASA, coll. « NASA History series », 2006, 832 p. (ISBN 978-0-16-081733-5, OCLC 656365714)
• (en) Andrew J. Ball, James R.C. Garry, Ralph D. Lorenz et Viktor V. Kerzhanovichl, Planetary Landers and entry Probes, Cambridge University Press, 2007 (ISBN 978-0-521-12958-9)
• (en) Asif A. Siddiqi, The soviet space race with Apollo, University Press of Florida, 1996, 489 p. (ISBN 978-0-8130-2628-2)

Articles connexes

• Exploration de Vénus
• Programme Vega
• Mariner 2 Premier survol réussi de Vénus
• Magellan Mission de cartographie de Vénus lancée par la NASA

Liens externes

• [vidéo] VENERA - L'incroyable exploration de Venus par l'URSS sur YouTube