vignette|Maat Mons, qui s'élève à environ au-dessus du niveau moyen de la planète, représenté ici en fausses couleurs, est reconstitué à partir des données radar de la sonde spatiale Magellan (l'échelle verticale est exagérée de 22,5 fois sur cette image).
L’exploration de Vénus à l'aide de sondes spatiales démarre dès le début de l'ère spatiale. À l'époque, les caractéristiques de la planète Vénus, cachée derrière un épais manteau de nuages, sont très mal connues au point que certains spéculent sur l'existence de conditions à sa surface proches de celle de la Terre. La NASA réussit un premier survol en 1962 avec la mission américaine qui dévoile un monde particulièrement hostile : vents violents, atmosphère acide, températures et pression atmosphérique particulièrement élevées à la surface, absence de champ magnétique protecteur.
L'Union soviétique va par la suite jouer un rôle essentiel dans l'étude de Vénus en lançant une trentaine de missions dans le cadre du programme Venera. Celles-ci vont progressivement dévoiler la structure de l'atmosphère et certaines caractéristiques du sol vénusien. parvient pour la première fois à renvoyer des données de la surface de la planète en 1970. L'atmosphère est explorée avec des ballons et une première carte des reliefs est dressée avec un radar. Les deux sondes du programme Vega lancées en 1985 constituent la dernière participation de l'Union soviétique dont le programme d'exploration du système solaire s'étiole à cette époque. La NASA lance deux missions réussies Pioneer Venus (1978) et Magellan (1989) mais préfère par la suite se concentrer sur l'exploration de la planète Mars. Depuis, l'agence spatiale européenne avec sa sonde spatiale Venus Express de type orbiteur lancée en 2006 a mené à bien une mission entièrement consacrée à la planète. Le Japon a lancé la sonde spatiale Akatsuki en 2010 mais celle-ci n'a pu se placer en orbite comme prévu, une deuxième tentative a cependant réussi fin 2015.
En plus de ces projets dont Vénus est le principal objectif, il faut ajouter les nombreuses sondes spatiales qui utilisent la planète Vénus pour effectuer une manœuvre d'assistance gravitationnelle en raison de sa relative facilité d'accès depuis la Terre. Que leur objectif soit de se rapprocher encore plus du Soleil ou de s'en éloigner, les instruments de ces sondes spatiales sont parfois utilisés lors du survol pour collecter des données sur Vénus.
Après trois décennies d'absence, début 2021, la NASA sélectionne deux missions à coût modéré dont le lancement vers Vénus doit intervenir vers 2029 : VERITAS une mission de cartographie radar et DAVINCI une sonde atmosphérique qui doit analyser la composition de l'atmosphère de la planète Vénus. Enfin, l'ESA sélectionne la mission EnVision, un orbiteur qui apportera des informations cruciales sur l'histoire géologique à long terme de la planète grâce à l'imagerie radar, les mesures de polarimétrie, de radiométrie et la spectroscopie de surface, associées à des sondages de subsurface, une suite d'instruments pour l'étude de l'atmosphère, et une cartographie gravimétrique..
La planète Vénus avant l'ère spatiale
Vénus est une planète aux caractéristiques très proches de la Terre par sa taille et sa distance au Soleil. Elle 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 cette planète notamment parce que sa surface est en permanence masquée par une couche de nuages opaques. C'est justement à cette époque que les astronomes commencent à utiliser de nouveaux moyens d'investigation qui leur permettent de commencer à percer les mystères de la planète. Les données recueillies indiquent que la surface de Vénus comporte moins de relief que la Terre. La présence de grandes quantités de dioxyde de carbone dans l'atmosphère vénusienne est constatée tandis que la vapeur d'eau n'est présente qu'à l'état de traces. Selon certains indices, les couches basses de l'atmosphère sont chaudes et denses. Différentes théories sont avancées pour expliquer ces caractéristiques 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 . Deux hypothèses sont émises : soit cette température est celle de la surface et le scénario d'une Vénus humide doit être révisé de manière radicale, soit ce résultat ne constitue que la résultante de phénomènes électroniques dans l'ionosphère et ne préjuge pas de la température en surface. En ce qui concerne sa vitesse de rotation, la thèse la plus courante est que la planète, comme on le pensait alors de Mercure, présente toujours la même face au Soleil car comme Mercure elle serait synchronisée avec l'astre par effet de marée.. Pas moins de sept scénarios sont envisagés. : une planète humide, marécageuse et grouillante de vie ; une planète chaude avec des océans d'acide carbonique ; une planète froide aux caractéristiques proches de celles de la Terre avec des étendues océaniques et une ionosphère dense ; une planète chaude, avec des couches de nuages de vapeur d'eau épaisses, des pluies continues ; une planète froide aux pôles avec des calottes polaires de d'épaisseur, chaude à l'équateur avec de l'eau au-dessus de la température d'ébullition ; une planète chaude, poussiéreuse, sèche, ventée, couverte de déserts ; une planète très chaude avec des températures à l'équateur dépassant le point de fusion du plomb et du zinc, et aux pôles des mers de brome, d'acide butanoïque et de phénol.
L'incertitude sur les caractéristiques de Vénus est telle que les premières sondes spatiales soviétiques emporteront au début des années 1960 un système de flottaison pour le cas où elles se poseraient sur une surface liquide.
Premiers résultats Premières sondes spatiales soviétiques vignette|Vue d'artiste de . En 1958, peu après le lancement de Spoutnik, premier satellite artificiel de la Terre, l'équipe d'ingénieurs soviétiques dirigée par Sergueï 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 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 les sondes spatiales envoyées vers la Lune (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 vers Mars et Vénus..
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. 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. Elle dispose de quatre panneaux solaires d'environ .. Le déplacement de Vénus autour du Soleil 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 choisissent-ils de limiter cette tentative à 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 par certains scientifiques. Le lancement a lieu le mais la fusée est victime d'une défaillance d'un de ses étages supérieurs. 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 à bord de l'engin spatial. Après un dernier échange alors que la sonde se trouve à de kilomètres, toutes les tentatives de reprises de contact échouent..
Mariner 2 : premier survol réussi (1962) Contrairement aux Soviétiques, la NASA ne dispose pas au début des années 1960 de lanceurs très puissants. La mise au point de l'étage Centaur qui doit augmenter fortement les capacités de la fusée Atlas est laborieuse. Aussi, l'agence spatiale américaine doit-elle se rabattre sur l'Atlas équipée d'un étage supérieur Agena qui ne permet de lancer au maximum que sur une trajectoire interplanétaire. Une première sonde spatiale, baptisée , est lancée vers Vénus le mais est perdue lorsque la fusée dévie de sa trajectoire à la suite d'une erreur de programmation. Sa copie, , est lancée à son tour le vers la même destination. La sonde spatiale a une masse de et emporte quinze kilogrammes d'instrumentation scientifique dont deux radiomètres micro-ondes et infrarouge, un magnétomètre et des détecteurs de particules. Le , survole Vénus et les données collectées par ses instruments mettent fin au mythe d'une planète jumelle de la Terre. 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 vingt fois celle à la surface de la Terre (cette valeur sera multipliée par 4,5 par les sondes spatiales suivantes). Enfin, Vénus est dépourvue de champ magnétique significatif et n'est donc pas protégée du rayonnement stérilisant produit par le vent solaire et des rayons cosmiques d'origine solaire ou galactique..
Les années 1962 à 1969 : étude de l'atmosphère Le programme soviétique va d'abord d'échec en échec. Pas moins de treize sondes spatiales sont lancées consécutivement entre 1962 et 1967 et aucune d'entre elles ne parvient à collecter des données sur Vénus. La plupart d'entre elles ne parviennent pas à quitter l'orbite terrestre car elles sont victimes de défaillances de leur lanceur. Toutefois en 1965, Korolev, dont les équipes sont accaparées par de multiples projets spatiaux, a décidé de confier le développement des sondes spatiales au bureau d'études Lavotchkine. qui va développer une version de la sonde spatiale qui va enfin rencontrer le succès. Les sondes spatiales de type M4V, profitant de la mise au point du lanceur soviétique lourd Proton, sont plus massives et atteignent permettant d'emporter un atterrisseur. La première sonde à atteindre Vénus en état de fonctionnement est lancée le . La capsule destinée à atterrir est larguée le et plonge dans l'atmosphère. La sonde spatiale transmet des données sur la composition de l'atmosphère vénusienne jusqu'à une altitude de avant de cesser d'émettre, écrasée par la pression atmosphérique. Les données recueillies par la sonde permettent d'établir que l'atmosphère de Vénus est composée à 90 % de dioxyde de carbone, 7 % d'azote et 0,7 % d'oxygène et que la planète possède un champ magnétique extrêmement faible : 0,03 % de celui de la Terre. La capsule cesse de transmettre des données lorsque la pression atteint ..