فينيرا 4

فينيرا 4 ( بالروسية : Венера-4 ، وتعني حرفيًا " فينوس-4 " )، والتي تحمل أيضًا الرمز 4V-1 رقم 310 ، كانت مسبارًا ضمن برنامج فينيرا السوفيتي لاستكشاف كوكب الزهرة . تألف المسبار من مركبة هبوط مصممة لدخول الغلاف الجوي لكوكب الزهرة والهبوط بالمظلة على سطحه، ومركبة حاملة/ مركبة تحليق ، حملت مركبة الهبوط إلى كوكب الزهرة وعملت كمحطة اتصالات لها.

في عام 1967، كانت أول مركبة فضائية ناجحة تُجري تحليلًا مباشرًا لبيئة كوكب آخر . قدّمت فينيرا  4 أول تحليل كيميائي لغلاف الزهرة الجوي، مُظهرةً أنه يتكون أساسًا من ثاني أكسيد الكربون مع نسبة ضئيلة من النيتروجين وأقل من واحد بالمئة من الأكسجين وبخار الماء. أثناء دخولها الغلاف الجوي، أصبحت أول مركبة فضائية تنجو من دخول غلاف جوي لكوكب آخر. ^{[ 3 ]} رصدت المحطة مجالًا مغناطيسيًا ضعيفًا وانعدامًا للإشعاع. احتوت الطبقة الخارجية من الغلاف الجوي على كمية ضئيلة جدًا من الهيدروجين وانعدام الأكسجين الذري. ^{[ 4 ]} أرسلت المركبة أولى القياسات المباشرة التي أثبتت أن الزهرة شديدة الحرارة، وأن غلافها الجوي أكثر كثافة بكثير مما كان متوقعًا، وأنها فقدت معظم مياهها منذ زمن بعيد.

كان ارتفاع المركبة الفضائية الحاملة الرئيسية 4 يبلغ 3.5 متر (11 قدمًا) ، وامتدت ألواحها الشمسية على مسافة 4 أمتار (13 قدمًا) بمساحة 2.5 متر مربع (27 قدمًا مربعًا ) . تضمنت المركبة الحاملة مقياسًا مغناطيسيًا بطول مترين (6 أقدام و7 بوصات) ، وكاشفًا للأيونات، وكاشفًا للأشعة الكونية، ومطيافًا للأشعة فوق البنفسجية قادرًا على رصد غازي الهيدروجين والأكسجين. كان من المقرر أن تعمل هذه الأجهزة حتى دخول الغلاف الجوي لكوكب الزهرة. عند هذه المرحلة، صُممت المحطة لإطلاق كبسولة المسبار والتفكك. احتوى الجزء الخلفي من المركبة الحاملة على دافع يعمل بالوقود السائل قادر على تصحيح مسار الرحلة. خُطط لبرنامج الرحلة أن يتضمن تصحيحين هامين للمسار، ولهذا الغرض، كان بإمكان المحطة استقبال وتنفيذ ما يصل إلى 127 أمرًا مختلفًا مُرسلًا من الأرض. ^{[ 5 ]}      

احتوى الجزء الأمامي من المركبة الفضائية الحاملة على كبسولة هبوط شبه كروية قطرها متر واحد (3 أقدام و3 بوصات) ووزنها 383 كيلوغرامًا (844 رطلًا) . وبالمقارنة مع مسبارات فينيرا السابقة (الفاشلة) ، احتوت الكبسولة على درع حراري مُحسَّن قادر على تحمل درجات حرارة تصل إلى 11000 درجة مئوية (19800 درجة فهرنهايت) . وبدلًا من تصميم التبريد السائل السابق، تم تركيب نظام غازي أبسط وأكثر موثوقية. ^{[ 6 ]} تم اختبار متانة الكبسولة بتعريضها لدرجات حرارة وضغوط وتسارعات عالية باستخدام ثلاث منصات اختبار فريدة. كما تم اختبار مقاومتها للحرارة في نظام فراغ عالي الحرارة يحاكي الطبقات العليا من الغلاف الجوي. ^{[ 7 ]} تم ضغط الكبسولة حتى 25 ضغطًا جويًا. (كان الضغط السطحي على كوكب الزهرة غير معروف في ذلك الوقت، وتراوحت التقديرات من بضعة ضغوط جوية إلى مئات الضغوط الجوية). ^{[ ٨ ]} وأخيرًا، خضعت المركبة لتسارع يصل إلى ٤٥٠ ضعف تسارع الجاذبية الأرضية في جهاز طرد مركزي. تسبب اختبار الطرد المركزي في تشقق المكونات الإلكترونية ودعامات الكابلات، والتي تم استبدالها قبل الإطلاق بوقت قصير. كان توقيت الإطلاق دقيقًا للغاية، حتى لا تفوت نافذة الإطلاق - وهي أيام السنة التي يكون فيها المسار من الأرض إلى الكوكب المستهدف أقل استهلاكًا للطاقة. ^{[ ٩ ] [ ١٠ ]}     

كان بإمكان الكبسولة أن تطفو في حال هبوطها على الماء. ونظرًا لاحتمالية هذا الهبوط، صمّم مصمّموها قفل الكبسولة باستخدام السكر؛ ^{[ 5 ] [ 7 ] [ 11 ]} وكان من المفترض أن يذوب في الماء السائل، مما يؤدي إلى تحرير هوائيات جهاز الإرسال. احتوت الكبسولة على نظام مطوّر حديثًا لتخميد الاهتزازات، وكان بإمكان مظلتها تحمّل درجات حرارة تصل إلى 450 درجة مئوية (723 كلفن) . ^{[ 7 ]}  

احتوت الكبسولة على مقياس ارتفاع ، ونظام تحكم حراري، ومظلة، ومعدات لإجراء قياسات الغلاف الجوي. شملت هذه المعدات مقياس حرارة ، ومقياس ضغط جوي ، ومقياس كثافة الرطوبة ، ومقياس ارتفاع، ومجموعة من أجهزة تحليل الغازات. أُرسلت البيانات بواسطة جهازَي إرسال بتردد 922 ميجاهرتز وبمعدل بت واحد في الثانية؛ وكانت القياسات تُرسل كل 48 ثانية. تم تفعيل أجهزة الإرسال عند فتح المظلة بمجرد وصول الضغط الخارجي إلى 0.6 ضغط جوي قياسي (61 كيلو باسكال) ، والذي يُعتقد أنه يحدث على ارتفاع حوالي 26 كيلومترًا (16 ميلًا) فوق سطح الكوكب. استقبلت الإشارات عدة محطات، من بينها مرصد جودريل بانك . ^{[ 6 ] [ 5 ]}  

زُوِّدت الكبسولة ببطارية قابلة للشحن بسعة تكفي لتشغيل أنظمة القياس والإرسال لمدة 100 دقيقة. ولتجنب نفاذ شحن البطارية أثناء الرحلة إلى كوكب الزهرة، تم الحفاظ على شحنها باستخدام الألواح الشمسية للمركبة الفضائية الحاملة. وقبل الإطلاق، عُقِّمت محطة فينيرا 4 بالكامل لمنع أي تلوث بيولوجي محتمل لكوكب الزهرة. ^{[ 6 ]}

أُطلق مسباران من طراز 4V-1، متطابقان ظاهريًا، في يونيو 1967. أُطلق المسبار الأول، فينيرا 4، في 12 يونيو بواسطة صاروخ حامل من طراز مولنيا-إم من قاعدة بايكونور الفضائية . ^{[ 12 ]} أُجري تصحيح للمسار في 29 يوليو عندما كان على بُعد 12 مليون كيلومتر (7.5 مليون ميل) من الأرض؛ وإلا لكان المسبار قد أخطأ كوكب الزهرة. على الرغم من التخطيط لتصحيحين، إلا أن الأول كان دقيقًا بما فيه الكفاية، ولذلك أُلغي التصحيح الثاني. في 18 أكتوبر 1967، دخلت المركبة الفضائية الغلاف الجوي لكوكب الزهرة، وكان من المُقدّر أن تهبط بالقرب من خط عرض 19 ° شمالًا وخط طول 38 ° شرقًا . [ ^{5 ] أُطلق} المسبار الثاني، كوسموس 167 ، في 17 يونيو، لكنه فشل في مغادرة مدار أرضي منخفض. ^{[ 13 ]} 

أثناء دخول المركبة إلى الغلاف الجوي لكوكب الزهرة، ارتفعت درجة حرارة الدرع الحراري إلى 11000 درجة مئوية (19800 درجة فهرنهايت) ، ووصل تباطؤ المقصورة في إحدى المراحل إلى 300 جي. ^{[ 14 ]} استغرق الهبوط 93 دقيقة. فتحت الكبسولة مظلتها على ارتفاع حوالي 52 كيلومترًا (32 ميلًا) ، وبدأت بإرسال بيانات عن الضغط ودرجة الحرارة وتكوين الغازات إلى الأرض. حافظ نظام التحكم في درجة الحرارة على درجة حرارة داخل الكبسولة عند -8 درجات مئوية (18 درجة فهرنهايت) . سُجلت درجة الحرارة عند ارتفاع 52 كيلومترًا (32 ميلًا) عند 33 درجة مئوية (91 درجة فهرنهايت) ، وكان الضغط أقل من ضغط جوي قياسي واحد (100 كيلو باسكال) . في نهاية الهبوط لمسافة 26 كيلومترًا (16 ميلًا) ، وصلت درجة الحرارة إلى 262 درجة مئوية (504 درجة فهرنهايت) وارتفع الضغط إلى 22 ضغطًا جويًا قياسيًا (2200 كيلو باسكال) ، ثم توقف إرسال الإشارة. تم قياس التركيب الجوي بنسبة 90-93% ثاني أكسيد الكربون ، و0.4-0.8% أكسجين، و7% نيتروجين، و0.1-1.6% بخار ماء. ^{[ 5 ]} وكانت هذه البيانات حاسمة لتصميم القمر الصناعي فينيرا 7 لاحقاً.             

لأول مرة، أُجري تحليلٌ مباشرٌ لغلافٍ جويٍّ لكوكبٍ آخر، وأُرسلت البيانات إلى الأرض؛ وشمل التحليل التركيب الكيميائي ودرجة الحرارة والضغط. وقد صحّحت النسبة المقاسة لثاني أكسيد الكربون إلى النيتروجين ، والتي بلغت حوالي 13، التقديرات السابقة بشكلٍ كبير (إذ كان يُتوقع نسبة عكسية في بعض الأوساط)، ما دفع بعض العلماء إلى التشكيك في هذه الملاحظات. ولم ترصد المحطة الرئيسية أي أحزمة إشعاعية؛ وكان المجال المغناطيسي المقاس، مقارنةً بالأرض، أضعف بـ 3000 مرة، وكانت كثافة هالة الهيدروجين أقل بـ 1000 مرة. ولم يُرصد أي أكسجين ذري. وتشير جميع البيانات إلى أن الماء، إن وُجد، قد تسرب من الكوكب منذ زمنٍ بعيد. وكان هذا الاستنتاج غير متوقعٍ بالنظر إلى كثافة غيوم الزهرة. ونظرًا لانخفاض الرطوبة إلى حدٍّ كبير، تم التخلي عن نظام قفل السكر، الذي استُخدم في مركبة فينيرا 4 في حالة الهبوط على الماء، في المركبات اللاحقة التي سافرت إلى الزهرة. ^{[ 6 ] [ 5 ]}

اعتُبرت المهمة ناجحةً تمامًا، لا سيما بالنظر إلى إخفاقات عديدة سابقة لمسبارات فينيرا. ^{[ 6 ]} ورغم أن تصميم فينيرا 4 سمح بنقل البيانات بعد الهبوط، إلا أن مسابير فينيرا 3-6 لم تُصمم لتحمّل الضغوط على سطح الزهرة. وقد حققت فينيرا 7 أول هبوط سلس ناجح على الزهرة عام 1970. ^{[ 23 ]}

أدرك القائمون على البرنامج أنه بدلاً من الهبوط السلس والسريع عبر الغلاف الجوي كما هو الحال على الأرض، اصطدم المسبار بالغلاف الجوي بسرعات هائلة، لكنه سرعان ما تباطأ إلى حوالي 18 كيلومترًا في الساعة (11.2 ميلًا في الساعة) في غضون ثوانٍ معدودة. هذا، بالإضافة إلى المعرفة المكتسبة من مهمة فينيرا 4 (التي عملت في جوٍّ بضغط 22 بار)، يعني أنه لم يكن لديهم وقتٌ يُهدر بمجرد بدء الهبوط على كوكب الزهرة. وقد مهّد هذا الإدراك الطريق أمام مهمات فينيرا 5 و6، وما بعدها.

• قائمة البعثات إلى كوكب الزهرة

• صديقي، آصف أ. (2018). ما وراء الأرض: سجل استكشاف الفضاء السحيق، 1958-2016 (ملف PDF) . سلسلة تاريخ ناسا (  الطبعة الثانية). واشنطن العاصمة: ناسا. ISBN 9781626830424. LCCN 2017059404 . SP2018-4041. 
• أوليفي، باولو؛ هارلاند، ديفيد مايكل (2007). الاستكشاف الروبوتي للنظام الشمسي: العصر الذهبي 1957-1982 . سبرينغر. ISBN 978-0-387-49326-8.