vignette|Position des atterrisseurs Venera à la surface de Vénus. Le programme Venera (en russe , ce qui signifie Vénus) est une suite de missions spatiales automatiques développées par l'Union soviétique dans les et 1970 pour étudier la planète Vénus. Au début de l'exploration spatiale, les caractéristiques de la planète, dont la surface est masquée par une épaisse couche de nuages, sont pratiquement inconnues. Le programme Venera est lancé dans le cadre de la course à l'espace qui oppose l'Union soviétique aux États-Unis et constitue un enjeu autant politique que scientifique. Les sondes spatiales du programme Venera vont progressivement dévoiler la structure de l'atmosphère et certaines caractéristiques du sol vénusien. Le programme constitue le plus grand succès de l'astronautique soviétique dans le domaine de l'exploration du système solaire.
Après une série d'échecs entre 1961 et 1965 qui sont autant dus au lanceur Molnia utilisé qu'à la qualité des sondes spatiales, le programme est confié au bureau Lavotchkine. Celui-ci obtient une longue série de succès. Les premières données sur l'atmosphère vénusienne sont renvoyées par la mission en 1967. réussit à se poser intacte sur le sol malgré la pression écrasante de . fournit les premières données depuis le sol. En 1975, le programme inaugure un nouveau type de sonde de , particulièrement bien équipé en instrumentation scientifique et lancé par la fusée Proton. La première mission ayant recours à ce modèle, , est lancée en 1975. Les missions suivantes, qui s'achèvent en 1981 avec , ramènent une moisson de données sur l'atmosphère de Vénus ainsi que les premières photos de sa surface. Le programme se conclut par les orbiteurs et , qui dressent une première carte de la surface de la planète à l'aide d'un radar capable de percer la couche nuageuse. En 1985, le programme Vega constitue un prolongement du programme Venera.
Contexte
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 . 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.
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 : 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. 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.
Une série d'échecs (1961-1965) Les tentatives de 1961
vignette|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. vignette|Maquette de au Musée mémorial de l'astronautique. La première sonde spatiale vénusienne soviétique, baptisée 1VA a une masse de 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 pour un diamètre de contenant l'ensemble de l'électronique. Une antenne parabolique grand gain en treillis de cuivre de 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 quatre panneaux solaires d'environ .
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 . 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 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, .. La deuxième tentative de lancement effectuée le 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 de kilomètres, toutes les tentatives de reprises de contact échouent.
Les découvertes de Mariner 2 (1962)
Le , la sonde spatiale américaine 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 , 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 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.
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 de long pour un 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 durant . À l'autre extrémité se trouve le module hébergeant la charge utile et qui dépend de la mission remplie par la sonde et de la destination . Deux panneaux solaires d'une superficie de 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 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 trois 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 pour une envergure de .
Trois sondes spatiales 2MV sont lancées successivement vers Vénus durant la fenêtre de lancement de fin aout/ qui est également utilisée par la NASA pour lancer . Deux sondes de type atterrisseur sont lancées le et le mais elles sont toutes deux victimes d'une défaillance de leur lanceur. La sonde suivante qui doit survoler la planète est lancée le mais le moteur du dernier étage du lanceur est également victime d'une défaillance.
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 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 . La première sonde qui emporte des caméras et doit effectuer un survol de Vénus est perdue au cours du lancement qui a lieu le . La sonde suivante, qui emporte un atterrisseur, est lancée le , 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 () 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 , soit un mois avant le survol de Vénus.