Vega 2

De Vega-missies (Vega 1 en Vega 2) behoren tot de meest ambitieuze en veelzijdige Sovjet-ruimteprojecten uit de jaren tachtig. Vega 2 was één van twee vrijwel identieke ruimtesondes die in 1984 werden gelanceerd met een dubbeldoel: fysisch-chemisch onderzoek van Venus, inclusief de eerste inzet van atmosferische ballonnen, en daarna een rendez-vous met komeet 1P/Halley in maart 1986.

De missie combineerde landers (Venera-afstammelingen), atmosferische ballonnen, een orbiter/moederkundig platform en een uitgebreide reeks wetenschappelijke instrumenten van Sovjet- en West-Europese makelij.

Lancering

Vega 2 werd gelanceerd vanaf het Cosmodrome van Baikonur op 21 december 1984 aan boord van een Proton-K draagraket. De twee Vega-sondes waren functioneel vrijwel identiek; elk droeg een atmosferische capsule met daaronder een lander (die afgeleid was van de Venera-serie) plus een ballon die rond 55 km hoogte in de Venus-atmosfeer zou zweven. Na het afleveren van de ballonnen en landers bij Venus kregen de orbiters door een geplande zwaartekrachtsassistentie (gravity assist) een nieuwe baan waarmee ze vervolgens Halley’s komeet konden passeren en bestuderen in maart 1986.

Uit wat bestond Vega 2?

De Vega-2-sonde bestond in feite uit vier hoofdcomponenten:

• Orbiter / moederplatform: het hoofdruimteschip dat de interplanetaire vlucht uitvoerde, telemetrie en beelden naar de aarde stuurde en instrumenten droeg om zowel Venus (op afstand) als Halley te bestuderen.
• Lander (Venera-afkomst): een drukbestendige lander die een gecontroleerde afdaling maakte naar het Venusoppervlak en data overdruk, temperatuur, chemische samenstelling en oppervlaktemateriaal verzamelde. Deze landers waren afstammelingen van de succesvolle Venera-serie.
• Atmosferische ballon - een Franse-Sovjet bijdrage: een ballon van ongeveer 3,5 m doorsnede, uitgerust met meteorologische en dynamische instrumenten, ontworpen om ~48–54 km hoogte te blijven drijven en directe metingen van windsnelheid, druk, temperatuur en wolkdeeltjes uit te voeren. De inzet van ballonnen was bijzonder, nooit eerder (en sindsdien zelden) had een ballon op een andere planeet gevlogen.
• Wetenschappelijke instrumentenpakket: aan boord van orbiter, lander en ballon bevonden zich spectrometers, camera’s, massaspectrometers, stofdetectoren, magnetometers, en meer (zie volgende sectie).

Instrumenten aan boord van Vega 2

Vega 2 droeg een uitgebreid en gevarieerd instrumentarium, waarbij sommige instrumenten identiek waren aan die op Vega 1 en anderen specifiek afgesteld voor Halley of Venus. Belangrijke instrumenten en experimenten (selectie) waren:

• Televisiesysteem (TVS): smalle en brede lens-camera’s voor opname van coma en nucleus tijdens de Halley-flyby en voor opnamen van Venus vanuit de orbiter.
• PUMA (dust impact mass analyzer): een stof-inslag massaspectrometer om samenstelling en massa-verdeling van coma-deeltjes te meten (gericht op Halley).
• Magnetometer en plasma-instrumenten voor bestudering van de interactie tussen de komeet-omgeving en de zonnewind.
• Op de lander: instrumenten afgeleid van de Venera-serie, druk- en temperatuurmeters, spectrometers (o.a. röntgenfluorescentie/XRF) voor oppervlaktesamenstelling, en analyzers voor atmosferische samenstelling. Deze landers waren ontworpen om meerdere tientallen minuten tot een uur op het hete, hoge-druk oppervlak te overleven en data te sturen.
• Op de ballon: meteorologische sensoren, microfoon-achtige wind-anemometers (om windsnelheid en -richting te meten), en instrumenten voor het detecteren van aerosolen en wolkchemicalie (sulfaatdruppeltjes). Europese (voornamelijk Franse) instrumenten en sensoren waren geïntegreerd in het ballonpakket.

Missieverloop bij Venus: ballon en lander

Vega 2 voerde zijn Venus-fase uit in juni 1985. De atmosferische capsule trad in de atmosfeer binnen en op ~63–64 km hoogte werd de cap en parachute afgeworpen waarna de ballon werd opgeblazen. De Vega-ballonnen zweefden op ongeveer 53–54 km hoogte in de wolkenlaag en bleven daar vrijwel twee dagen (meer dan 46 uur) baanvluchten maken rond de planeet met metingen van windsnelheden, temperatuur, druk, wolkenstructuur en elektrische velden. De lander maakte vervolgens een gecontroleerde afdaling en bereikte het oppervlak op 15 juni 1985 (Vega 2-lander); het landingsvoertuig zond van het oppervlak data terug voor ongeveer 56 minuten voordat het contact verloor. De landingsgegevens lieten hoge oppervlaktetemperaturen en enorme drukken zien (ruwweg 700 K en ~90 atm, vergelijkbaar met eerdere Venera-metingen). Een opvallend resultaat uit latere heranalyse van de ballongegevens was het aanwijzen van kleine veranderingen in signaal en elektrische eigenschappen die geïnterpreteerd konden worden als ‘drizzle’ of fijne neerslag van zwavelzuurdruppeltjes in de wolkenlaag waarin de ballonnen zweefden. Dat zou de eerste aanwijzing zijn voor neerslagprocessen hoog in Venus’ atmosfeer. Deze interpretatie blijft onderwerp van wetenschappelijke discussie maar gaf een nieuw perspectief op Venus-meteorologie.

Halley-komeet encounter

Na de Venus-passages kregen beide Vega-moederplatforms de juiste baan om Halley’s komeet te passeren. Vega 2 voerde zijn Halley-flyby uit op 9 maart 1986 en maakte daarbij een van de dichtste passages van het komeetstelsel (ongeveer 8 030 km van de kern volgens archiefgegevens). Tijdens die encounter nam Vega 2 honderden tot duizenden opnamen en voerde intensieve metingen uit van coma-gas, stofpartikels en de interactie met de zonnewind; de PUMA-instrumenten leverden waardevolle informatie over de samenstelling en de massa-verdeling van stofdeeltjes. De encounter leverde gegevens die internationaal gebruikt werden om de fysische eigenschappen van Halley beter te begrijpen.

Belangrijkste ontdekkingen en wetenschappelijke resultaten

De Vega-2-missie (in combinatie met Vega 1) leverde een rijkdom aan resultaten op meerdere gebieden:

• Directe in-situ meteorologie van Venus: de ballonnen leverden de eerste langdurige metingen van windsnelheden, stromingspatronen en temperatuur op ~50–55 km hoogte. Deze resultaten verfijnden modellen van superrotatie en wolkstructuur in de middelste atmosfeer van Venus.
• Potentiële aanwijzingen voor neerslag in de wolken: heranalyse van ballondata suggereerde korte episodes van kleine afzetting (drizzle) van zwavelzuur-aerosolen, wat nieuw licht wierp op de microfysica van Venuswolken. Deze interpretatie is suggestief en stimuleerde vervolgonderzoek.
• Oppervlakteanalyse door de lander: Vega 2’s lander zond informatie over temperatuur, druk en beperkte chemische analyses van het oppervlak. De gegevens bevestigden het extreem hete en drukrijke milieu en leverden aanwijzingen over de samenstelling van de bodem (in lijn met eerdere Venera-metingen).
• Komeetwetenschap: de flyby leverde hoge-resolutiebeelden en stof-en gasmetingen van Halley, verbeterde kennis van coma-structuren en de samenstelling van stofdeeltjes, en droeg bij aan vergelijkende studies tussen de verschillende vaartuigen (internationaal) die Halley bestudeerden in 1985–86.

Vega 2 toonde dat gecombineerde, meerdere doelstellingen (planetair en cometaire wetenschap) in één missie uitvoerbaar zijn, en dat internationale samenwerking (met Europese instrumenten en bijdragen) de wetenschappelijke opbrengst kan vergroten. De inzet van atmosferische ballonnen op Venus was technisch innovatief en wetenschappelijk zeer waardevol, sindsdien is het concept voor Venus-ballons regelmatig teruggekeerd in voorgestelde missies. De dataset van Vega (orbiter, ballon en lander) blijft een referentiepunt in Venus-onderzoek en kometenonderzoek.

De langzame neergang

Na de succesvolle flyby van Halley bleef Vega 2 actief. De Sovjetwetenschappers besloten de missie te verlengen en gebruikten de overgebleven instrumenten om metingen te doen van de zonnewind en het interplanetaire medium. De sonde was nog steeds functioneel, maar haar energievoorraad begon af te nemen. De energie werd geleverd door zonnepanelen, maar de boordaccu’s, essentieel voor de communicatie en temperatuurregeling, begonnen langzaam hun capaciteit te verliezen. Tegelijkertijd verwijderde Vega 2 zich steeds verder van de aarde, waardoor het radiosignaal zwakker werd en de communicatie ingewikkelder. De wetenschappers moesten steeds grotere antennes gebruiken om contact te houden, en de datastroom nam af. Gedurende 1986 en begin 1987 bleef sporadisch contact bestaan. De sonde stuurde nog gegevens over de zonnewind, maar haar systemen werden onstabieler. De Sovjet-ingenieurs probeerden de oriëntatie van het ruimtevaartuig aan te passen om de antenne beter op de aarde te richten, maar de besturing werd steeds moeilijker naarmate de boordcomputers verouderden en het vermogen afnam. Uiteindelijk, ergens in de loop van 1987, werd het signaal van Vega 2 te zwak om nog betrouwbare data te ontvangen. De exacte datum van het laatste contact is niet bekend, maar uit archieven blijkt dat de missie officieel werd beëindigd tegen het einde van dat jaar. De sonde was toen al maanden stil.