Vénus | Histoire

1. Introduction

Vénus, appelée Venera en russe, est la deuxième planète du système solaire, et la plus proche de la Terre. Les astronomes des années 1950 savent qu'elle gravite à environ 110 millions de kilomètres du Soleil (contre 150 millions pour la Terre), qu'elle est de nature tellurique et qu'elle possède une atmosphère.

Alors que les progrès de l'aviation rendent les rêves spatiaux de plus en plus accessibles, les scientifiques du monde entier commencent à rêver d'y envoyer des appareillages pour des études in situ.

Puis arrive la soirée du 4 octobre 1957. Au beau milieu du Kazakhstan, un groupe d'hommes ouvre l'ère spatiale en envoyant le premier satellite artificiel sur orbite. Tous les fantasmes des scientifiques deviennent soudainement possibles.

Immédiatement, les ingénieurs commencent à dessiner les plans d'engins destinés à aller à l'encontre de notre satellite naturel : la Lune. Le 5 juillet 1958, Sergueï KOROLIOV écrit un programme de la conquête spatiale. Il y note que les premières tentatives d'exploration de Vénus devront être réalisées entre 1959 et 1961.

2. La première tentative

Le 10 décembre 1959, un décret du Parti communiste (1388-618) sur « le développement de la recherche spatiale » officialise la volonté soviétique d'exploration des planètes Mars et Vénus.

Il nomme un conseil scientifique et technique qui sera chargé de mener à bien un programme de construction de « stations automatiques interplanétaires », ou AMS (Автоматическая межпланетная Станция).

Mstislav KELDYCH est placé à la tête de ce conseil, qui comprend également KOROLIOV, BLAGONRAVOV, BOUCHOUIEV, GLOUCHKO, RIAZANSKI, PILIOUGUINE, YANGUEL, TIOULINE et BARMINE.

Le décret ordonne aux ingénieurs de remettre les plans d'un avant-projet d'ici au mois de février 1960, en vue d'un premier lancement vers Vénus au début de l'année 1961, lors de la prochaine fenêtre de tir. En effet, quiconque voulant envoyer une sonde vers une autre planète est contraint d'attendre une période où sa position relative par rapport à la Terre le permet.

C'est le département n°9 de l'OKB-1, dirigé par Gleb MAKSIMOV, qui est chargé des premières recherches. MAKSIMOV est l'un des plus brillants ingénieurs de KOROLIOV. Il a dirigé la conception des sondes Luna-1 à -3 et c'est sans surprise qu'il est maintenant désigné pour s'attaquer à Vénus et Mars.

Fig. 1 : Gleb Yourievitch MAKSIMOV.
Crédit : RKK Energuia.

L'une des premières tâches à laquelle il s'attelle est de confirmer ce qu'avait prédit TSIOLKOVSKI, à savoir qu'il est beaucoup plus avantageux de lancer un engin interplanétaire depuis l'orbite terrestre qu'en trajectoire directe depuis le sol. Ainsi, KOROLIOV ordonne le développement d'un quatrième étage pour le lanceur Vostok qui sera mis en orbite avec les sondes et qui leur servira de plate-forme de lancement. Le nouvel étage est dénommé Bloc L, et le lanceur ainsi équipé reçoit la désignation 8K78, ou Molnia.

Par ailleurs, les moyens de réception existants se sont montrés inadaptés à l'Espace lointain lors des missions lunaires. Ainsi, la construction d'une grande station est décidée. Répondant au nom de Pluton, elle sera installée à Eupatorie, en Crimée.

Les équipes de MAKSIMOV se mettent au travail immédiatement après la publication du décret du 10 décembre. Les premières études portent sur les systèmes de thermorégulation (STR), d'orientation, de communication, de contrôle d'attitude et d'investigation (appareils photo et autres instruments scientifiques). La sonde est dénommée 1V (V pour Venera) et devra se poser à la surface de Vénus - un objectif extrêmement ambitieux à un moment où aucun engin n'a encore atterri ne serait-ce que sur la Lune !

Le 8 mai 1960, KOROLIOV ratifie les études préliminaires. Commence alors la phase de conception proprement dite. Elle dure plusieurs mois, et en septembre 1960 il devient clair que la sonde ne pourra être terminée d'ici à la fenêtre de tir, qui s'ouvre le 15 janvier 1961 et se termine le 15 février suivant.

Les ambitions sont alors réduites, et l'atterrisseur est abandonné. Le nouveau projet est appelé 1VA et est principalement dérivé de l'engin 1M à destination de Mars, de manière à utiliser au maximum les technologies déjà développées et ainsi réduire les délais. Mais même avec cela, les ingénieurs de l'OKB-1 n'ont pas assez de temps pour tester tous les systèmes de la sonde.

Le 1er janvier 1961, le premier exemplaire du 1VA est livré à Baïkonour sans avoir été correctement préparé. Un deuxième exemplaire a été construit et ne tarde pas à suivre. Le cosmodrome connaît des problèmes au niveau de ses systèmes de communications rendant impossible un lancement avant le 26 janvier. Les équipes de KOROLIOV profitent de ces contretemps pour finir leurs travaux sur la sonde. Il n'empêche : beaucoup émettent des doutes sur la capacité de l'engin à fonctionner à de très grandes distances de la Terre. Mais les ordres sont les ordres : il faut lancer en février.

Le lancement, qui est le premier de toute l'histoire en direction de Vénus, intervient le 4 février 1961. Malheureusement, il se solde par un échec car le Bloc L ne fonctionne pas et la sonde ne peut quitter l'orbite terrestre. La deuxième tentative a lieu une semaine plus tard, le 12 février. Cette fois, le lanceur fonctionne parfaitement et la sonde est baptisée Venera-1. Cependant, le système d'orientation tombe rapidement en panne et toute communication avec la Terre devient impossible.

Cela dit, au mois de mai, Venera-1 survole Vénus à environ 100.000km. La mission n'est donc pas un échec total, car passer à cette distance de l'étoile du berger est déjà un exploit en soi.

3. Mars et Vénus : même combat

Immédiatement après la perte de contact avec Venera-1, en février 1961, l'OKB-1 décide de développer un nouveau type de sondes. Elles répondent au nom de 2MV (Deuxième génération, Mars, Venera) et seront capables d'explorer aussi bien Mars que Vénus. En effet, pourquoi gaspiller du temps et des moyens pour construire deux types de sondes distincts alors que leur mission sera approximativement la même ?

Le 30 juillet 1961, les premières études concernant le projet 2MV sont terminées. Pour l'exploration de Vénus, deux sous projets sont définis :

- les 2MV-1 auront pour mission de se poser à la surface,
- les 2MV-2 se contenteront de survoler la planète.

Tous les 2MV comporteront un module principal commun abritant tous les systèmes de vol. Seul le module spécialisé différera entre les 2MV-1 et les 2MV-2.

Trois sondes - deux 2MV-1 et une 2MV-2 - sont lancées lors de la fenêtre d'août-septembre 1962. Malheureusement, aucune des trois ne parvient à atteindre la deuxième vitesse cosmique en raison de pannes du Bloc L de leur lanceur. Les 2MV lancées à destination de Mars auront un peu plus de succès.

Seulement deux jours après le décollage de la première 2MV, les Etats-Unis lancent leur Mariner 2 qui, après une croisière de quatre mois, passera à 35000km de Vénus, devançant ainsi les Soviétiques sur le terrain de l'exploration de l'étoile du berger.

Fig. 3.1 : Préparation de la sonde Mariner 2.
Crédit : NASA.

On notera qu'il existe une grande différence de fonctionnement entre les sondes américaines et soviétiques. Les premières maintiennent leur attitude en permanence pour que leurs antennes soient constamment orientées vers la Terre, de façon à pouvoir transmettre leurs données de manière continue.

Les engins russes, eux, sont à la dérive pour la majeure partie du temps et enregistrent leurs données sur bande magnétique. Ils ne s'orientent que pendant de courtes périodes au cours desquelles ils transmettent tout ce qu'ils ont préalablement enregistré. Le grand avantage de cette technique est qu'elle économise les précieuses ressources nécessaires à l'orientation.

4. La troisième vague

A la fin 1962, alors qu'une 2MV en direction de Mars est toujours en vol (Mars-1), l'OKB-1 se lance dans le développement d'un troisième modèle de sondes interplanétaires. Dénommée 3MV, il est comme le précédent adapté aussi bien à Vénus qu'à Mars.

Pour la première, deux versions seront construites : les 3MV-1 largueront un module de descente sur la planète, alors que les 3MV-2 seront chargées de la survoler. De plus, une version 3MV-1A sera lancée dès que possible, et sans attendre une fenêtre de tir, afin de tester les équipements sur un vol simulé.

La première 3MV est lancée le 11 novembre 1963 dans le cadre du programme martien, mais le tir est un échec. Trois sondes 3MV sont envoyées vers Vénus lors de la fenêtre de début 1964, les 19 février 1964, 27 mars 1964 et 2 avril 1964. Mais ces trois missions sont des échecs, toujours à cause du lanceur Molnia. Seule la troisième sonde parvient à quitter l'orbite terrestre, mais l'imprécision du Bloc L la fait passer à des dizaines de milliers de kilomètres de Vénus. Elle est baptisée Zond-1 afin de dissimuler son véritable objectif.

Trois nouvelles tentatives sont réalisées à la fin de l'année 1965. La troisième sonde, lancée le 23 novembre 1965, souffre d'une énième défaillance du lanceur Molnia, mais les deux autres parviennent à prendre le chemin de Vénus.

Fig. 4.1 : Réplique de la sonde Venera-3.
Musée de la RKK Energuia. Crédit : Nicolas PILLET.

La première, baptisée Venera-2, s'approche de Vénus à une distance de 23.950km, battant ainsi le record de Mariner 2. Elle ne récolte toutefois aucune donnée car le contact radio avait été perdu quelques semaines avant le survol.

Le sort de Venera-3 n'est pas beaucoup plus enviable. Le contact avec la sonde est perdu quelques jours avant son arrivée sur Vénus. Il est possible qu'elle ait largué son Compartiment de Descente (SA) de façon automatique avec succès, mais cela n'a pas pu être confirmé. Le SA n'avait de toute manière aucune chance de survivre, car il avait été conçu pour résister à des températures maximales de 77°C.

5. L'exploration change de main

A la fin du programme 3MV, les responsables de l'OKB-1 dressent le bilan de la première vague d'exploration interplanétaire qu'ils ont entreprise, et sont forcés de constater qu'il est bien maigre. Sur 19 sondes lancées en quatre ans (11 vers Vénus et 8 vers Mars), deux seulement peuvent être qualifiées de succès. Ils tirent alors quatre conclusions :

- Le Bloc L n'est pas au point, et il est difficile de l'améliorer car l'allumage de ses moteurs doit toujours avoir lieu au-dessus de l'océan Atlantique, où aucune station de réception de données n'est installée. En conséquence, les échecs restent relativement inexpliqués et aucune mesure corrective sérieuse n'a pu être prise après les multiples échecs.

- Les différentes tâches confiées aux sondes ont entraîné une extrême complexité de leurs systèmes, ce qui a de graves conséquences sur leur fiabilité.

- La durée de fonctionnement des instruments embarqués sur les sondes n'a pas été suffisamment prise en compte par leurs concepteurs.

- De très nombreuses inconnues demeurent encore sur les technologies des voyages interplanétaires.

A la fin de l'année 1965, KOROLIOV décide de transférer toutes les activités liées aux sondes interplanétaires à l'OKB Lavotchkine, dirigé par Gueorgui BABAKINE. Ce bureau d'études, anciennement connu sous le nom d'OKB-301, n'a aucune expérience dans le domaine spatial.

Il s'est en revanche particulièrement distingué dans la construction d'avions supersoniques. Le programme d'exploration martien est momentanément suspendu : BABAKINE décide de se concentrer sur Vénus.

Fig. 4 : Gueorgui Nikolaïevitch BABAKINE.
Crédit : RGANtd.

Les ingénieurs de l'OKB Lavotchkine décident de procéder étape par étape pour éviter les nombreux problèmes qu'ont rencontrés leurs collègues de l'OKB-1. Il leur apparaît rapidement que ces derniers n'avaient pas conçu correctement les systèmes de thermorégulation de leurs sondes. Il est en effet primordial qu'une sonde à destination de Vénus soit correctement protégée de la chaleur, car elle sera amenée à se rapprocher du Soleil et à subir ainsi d'effroyables températures.

L'OKB Lavotchkine se lance dans la construction d'une chambre à vide thermique, de manière à pouvoir recréer les conditions de vide et de très hautes températures auxquelles seront soumises les sondes. Les travaux se termineront en janvier 1967.

De plus, il est décidé de mettre en place une centrifugeuse capable d'accélérer jusqu'à 500G (!) afin de pouvoir simuler les décélérations que connaissent les sondes en entrant dans l'atmosphère de Vénus à la vitesse de 11km/s et avec un angle d'attaque de moins de 30° par rapport à la verticale.

Lors du premier essai dans cette centrifugeuse d'un module de descente conçu avec les normes de l'OKB-1, la quasi-totalité des systèmes de l'engin ont été détruits. Les premières tentatives soviétiques d'atterrissage sur Vénus n'avaient donc en fait aucune chance d'aboutir.

6. Le renouveau

La prochaine fenêtre de tir vers Vénus s'ouvre en juin 1967. L'OKB Lavotchkine commence dès 1965 à modifier les 3MV dans le but de les faire voler à ce moment-là. Les 3MV modifiées prennent la désignation V-67. Le système de régulation thermique est amélioré et les sondes sont rendues plus robustes aux hautes pressions et aux fortes températures.

Deux V-67 sont envoyées en juin 1967. Si la seconde ne parvient pas à quitter l'orbite terrestre à cause d'une défaillance du Bloc VL, la première connaît plus de succès et est baptisée Venera-4. Elle largue son SA dans l'atmosphère de Vénus en octobre 1967, et il transmet des données durant sa plongée avant de s'écraser. Le lendemain, la sonde américaine Mariner 5 survole Vénus à environ 4000km.

Fig. 6.1 : Venera-4 en préparation.
Crédit : Здравствуй, Венера!.

Après ce grand succès, la NPO Lavotchkine lance le développement d'une nouvelle série de sondes en prévision de la prochaine fenêtre de tir de janvier 1969 : c'est le modèle V-69. Il est très semblable aux V-67, mais le SA est plus résistant aux décélérations car les paramètres astronomiques de la fenêtre de 1969 contraignent le vaisseau à aborder l'atmosphère de Vénus avec une plus grande vitesse.

Fig. 6.2 : Venera-5 en préparation.
Crédit : NPO Lavotchkine.

Deux V-69 sont lancés avec succès et sont baptisées Venera-5 et Venera-6. Elles arrivent à proximité de Vénus en mai 1969. Les Compartiments de Descente sont largués et fournissent de nouvelles informations extrêmement précieuses sur l'atmosphère. Les deux engins s'écrasent au sol.

L'OKB Lavotchkine a d'ores et déjà lancé quatre sondes en direction de Vénus, et trois ont parfaitement rempli leur mission. Dans le contexte de guerre froide qui règne à l'époque, il est important de souligner que l'Union soviétique a pris une avance considérable sur les Etats-Unis, qui n'ont réussi jusqu'alors que deux survols à très haute altitude de Vénus.

7. Atteindre la surface

La prochaine fenêtre de tir interviendra en août 1970, et les ingénieurs de l'OKB Lavotchkine sont bien décidés cette fois à poser leurs sondes intactes à la surface de Vénus. Un nouveau modèle, dénommé V-70 ou 3V, est introduit. De plus, une nouvelle chambre pressurisée est mise en chantier, capable de recréer des pressions de 150atm et d'être chargée en dioxyde de carbone et en azote, le tout porté à la température de 540°C, de manière à simuler les conditions régnant sur le sol de l'étoile du berger.

Fig. 6 : Essai de largage du module de descente d'une V-70.
Crédit : NPO Lavotchkine.

La première V-70 est lancée le 17 août 1970 et elle est baptisée Venera-7. En revanche, un deuxième exemplaire lancé cinq jours plus tard, le 22 août 1970, reste prisonnier de l'attraction terrestre. Le 15 décembre 1970, Venera-7 arrive à proximité de Vénus et largue son Compartiment de Descente. Celui-ci met 12 minutes à traverser l'atmosphère et parvient à se poser en douceur.

C'est la première fois dans l'Histoire qu'un engin fabriqué par l'Homme atterrit sur une autre planète. Ce succès est malheureusement entaché par une panne des systèmes de communications, et seules les données des thermomètres peuvent être transmises pendant les 23 minutes durant lesquelles Venera-7 parvient à survivre. Il apparaît que la température atteint environ 465°C.

L'OKB Lavotchkine conçoit un dernier modèle de première génération prévu pour utiliser la fenêtre de mars 1972. Appelées logiquement V-72, ces sondes sont très semblables aux V-70. La première est lancée le 27 mars 1972 et est baptisée Venera-8 mais la seconde, lancée le 31 mars 1972, reste coincée sur orbite terrestre suite à une défaillance du Bloc 2VL.

Le 22 juillet 1972, le Compartiment de Descente de Venera-8 renouvelle l'exploit de Venera-7 en réussissant un atterrissage en douceur. Les conditions au sol sont alors de 90atm pour 470°C. BABAKINE ne pourra pas assister à cette dernière réussite : le constructeur principal est décédé en 1971. Son remplaçant est Sergueï KRIOUKOV.

8. La deuxième génération

Les atterrissages de Venera-7 et Venera-8 sont d'incontestables succès, mais ils n'ont que peu de valeur scientifique du fait de la faible masse de la charge utile qu'il est possible de monter sur des sondes aussi légères.

Or, l'OKB-52 de Vladimir TCHELOMEÏ a mis au point un nouveau lanceur lourd qui vole depuis 1965 : Proton-K. Dans un premier temps, la capacité de ce nouvel outil est utilisée pour l'exploration lunaire. Ensuite, l'OKB Lavotchkine suit la même stratégie que l'OKB-1 quelques années auparavant en lançant le développement d'un modèle de sondes polyvalentes capables d'atteindre aussi bien Mars que Vénus. L'ingénieur V.A. ASSIOUCHKINE est placé à la tête de ce projet.

La première planète visée par ce nouveau type d'engins est Mars. Sept exemplaires sont envoyés lors des fenêtres de 1971 et 1973. Le succès de ces deux vagues d'exploration martienne, tout comme de celle qui a précédé, est extrêmement mitigé : outre un échec du Bloc D, les atterrisseurs et les orbiteurs ne parviennent jamais à accomplir leur mission.

Le mois de novembre 1973 offre une fenêtre de tir vers Vénus, mais l'OKB Lavotchkine ne l'utilise pas. Il est en effet jugé préférable de perfectionner les sondes pendant deux années supplémentaires afin d'augmenter les chances de réussite. Il s'agit de ne pas connaître avec Vénus le même fiasco qu'avec Mars. Les Américains, en revanche, profitent de la fenêtre de 1973 pour lancer leur sonde Mariner 10 à destination de Mercure et la faire transiter par Vénus, afin de bénéficier de l'effet de fronde gravitationnelle. L'engin passe à environ 5800km de l'étoile du berger et prend de très bonnes photographies.

La version vénusienne du nouveau modèle de sondes est désigné 4V. Avec une masse de 5 tonnes, il est capable de se mettre sur orbite autour de la planète et d'y larguer un atterrisseur de près de 700kg. Deux exemplaires sont lancés pendant la fenêtre de juin 1975 et sont baptisés Venera-9 et Venera-10.

Elles arrivent près de Vénus les 22 et 25 octobre 1975 et larguent leurs atterrisseurs. Ils arrivent tous les deux intacts à la surface et survivent environ une heure. Ils renvoient les premiers panoramas de la surface ainsi que d'importantes données scientifiques. D'autre part, les orbiteurs transmettent leurs observations six mois durant.

Fig. 8.1 : Le sol de Vénus, vu par Venera-9.
Crédit : NPO Lavotchkine.

Deux sondes améliorée, le modèle 4V-1, sont lancées en septembre 1978. Elles deviennent Venera-11 et Venera-12 et arrivent à destination en décembre 1978. Elles larguent leurs atterrisseurs mais ne se placent pas sur orbite pour des raisons purement astronomiques. Les SA atterrissent en douceur et leurs instruments se mettent en route. Malheureusement, les appareils photo ne fonctionnent pas et aucune image ne pourra être envoyée.

Fig. 8.2 : Préparation de Venera-11 chez NPO Lavotchkine.
Crédit : NPO Lavotchkine.

En mai et août 1978, les Etats-Unis lancent deux sondes vers Vénus, dénommées Pioneer Venus. L'une largue quatre petites sondes dans l'atmosphère de la planète, qui ne sont pas destinées à atterrir en douceur, et l'autre se met sur orbite. Elle y restera jusqu'en octobre 1992, soit pendant près de quatorze ans.

Les Soviétiques, de leur côté, décident de ne pas utiliser la fenêtre de 1980 pour se concentrer sur celle de 1981. Ils lancent en octobre-novembre deux sondes améliorées 4V-1M qui reçoivent les noms de Venera-13 et Venera-14. A leur arrivée près de Vénus en mars 1982, elles larguent deux SA qui atterrissent sans problème. Cette fois-ci, les caméras fonctionnent et renvoient des images détaillées de la surface.

Fig. 8.3 : Le sol de Vénus vu par Venera-14.
Crédit : NPO Lavotchkine.

Après une telle série de succès, l'OKB Lavotchkine décide de tenter une nouveauté. L'atmosphère de Vénus est si dense que même en l'absence de nuage il est impossible de distinguer sa surface depuis l'orbite. Le seul moyen de dresser une carte de la planète et de répertorier ses reliefs et d'utiliser la technologie radar.

Les sondes de la série 4V ont été conçues sur le principe de la modularité; c'est à dire qu'au prix de faibles modifications, elles seront capables d'emporter un instrument radar en lieu et place d'un module de descente. Les travaux sont lancés, et le nouvel engin prend la dénomination 4V-2.

Une paire d'exemplaires décolle de Baïkonour en juin 1983 et les deux appareils, comme c'est devenu une habitude, quittent l'orbite terrestre. Ils sont rebaptisés Venera-15 et Venera-16, et entrent dans l'orbite de Vénus en octobre 1983. 115 millions de kilomètres carrés sont cartographiés jusqu'en juillet 1984 : la mission est encore une fois une immense réussite.

9. Le bouquet final

L'Union soviétique lance en 1984 ce qui sera l'une des plus ambitieuses missions interplanétaires de l'histoire, ainsi que le dernier assaut de la planète Vénus. Cette année offre une fenêtre de tir non seulement  vers l'étoile du berger, mais aussi vers la comète de Halley. Deux sondes (5VK) sont construites et sont lancées en décembre 1984.

Les lanceurs Proton-K fonctionnent correctement et envoient les sondes, baptisées Vega-1 et Vega-2, en direction de Vénus. L'arrivée a lieu en juin 1985, et les sondes larguent chacune un Compartiment de Descente. Ces derniers se posent sans encombre sur le sol de la planète, mais lâchent aussi dans l'atmosphère deux ballons sondes, développés dans le cadre d'une coopération avec la France. Après cela, les orbiteurs continuent leur route en direction de la comète de Halley, qu'ils parviennent à survoler en mars 1986.

Les deux missions Vega sont une fois de plus une incontestable preuve du savoir-faire soviétique en matière d'exploration interplanétaire automatique. Malheureusement, avec la fin des années 1980 arrive également la grave crise économique qui conduit, en 1991, à la chute de l'URSS. Les budgets scientifiques sont annulés et plus aucune sonde ne sera envoyée en direction de Vénus. A l'heure actuelle, la majeure partie des connaissances de la communauté scientifique internationale relative à cette planète sont dues aux missions Venera et Vega.

La seule contribution de la Russie à l'exploration vénusienne après l'arrêt des programmes Venera est sa participation à la mission Venus Express de l'Agence Spatiale Européenne. La partie russe a fourni le lanceur Soyouz-FG, qui, décollant de Baïkonour en novembre 2005, a dû rappeler à beaucoup d'anciens de l'OKB Lavotchkine les grandes heures du passé.

De plus, à la fin de l'année 2005, l'Agence Spatiale Fédérale, Roscosmos, a inscrit au budget 2006-2015 la réalisation de l'ambitieuse sonde Venera-D. En 2016, le projet n'a toujours pas reçu de financement.