Автоматические межпланетные станции (АМС) серии В-67 разработки ОКБ имени С. А. Лавочкина, представляли собой развитие станции МВ, созданных в ОКБ-1 под руководством С. П. Королева (более ранние станции «Венера-1…-3»). После передачи планетной тематики в 1965 г. из ОКБ-1 в ОКБ Лавочкина и, соответственно, чертежей, они были переосмыслены; в частности, была изменена система терморегулирования.

Изначально предусматривалось отправка в 1967 г. двух типов станций: пролетной с фотоаппаратами и научной аппаратурой и еще одной со спускаемым аппаратом. Но по решению главного конструктора ОКБ им. Лавочкина Г. Н. Бабакина было решено сосредоточить все усилия только на задаче спуска, отправив к Венере две станции со спускаемыми аппаратами.

Спускаемый аппарат заметно изменился по сравнению с чертежом ОКБ-1. Он стал более прочным, из его конструкции исчезли индикаторы уровня, которые раньше предназначались для изучения гипотетического «венерианского океана», так как к тому времени стало ясно, что шансы отыскать океан маловероятны (испытания станции по посадке на воду тем не менее проводились).

Согласно техническому заданию АМС В-67 разрабатывался как глубинный атмосферный зонд, предназначенный для:

• проникновения в атмосферу Венеры до максимально возможной глубины;
• осуществления попытки посадки на поверхность планеты;
• передачи телеметрической информации в процессе погружения в атмосферу, посадки на поверхность планеты и пребывания на поверхности планеты, если это окажется возможным.

Чтобы предотвратить возможное заражение Венеры земными микроорганизмами, внутренние полости станций простерилизовали смесью ОБ (60 % окиси этилена и 40% бромистого метла), а также продержав при температуре 35 градусов 20 часов с последующим вакуумированием и заполнением сухим азотом.

Комплекс научной аппаратуры на борту станции «Венера-4»

Научные приборы перелетного модуля

• СГ-59М – трёхкомпонентный магнитометр на штанге длиной 3.5 м для измерения величины и направления магнитного поля в межпланетном пространстве и вблизи Венеры (ИЗМИРАН)
• КС-18-2М для изучения потоков космических частиц (НИИЯФ МГУ)
• ЛА-2 для определения распределения кислорода и водорода в атмосфере планеты (ГАИШ)

Научные приборы спускаемого аппарата

• Датчики давления типа МДДА для измерения давления атмосферы в диапазоне 0.13–6.8 атм
• Газоанализаторы Г-8 для определения состава атмосферы (ГЕОХИ)
• ТПВ для определения плотности и температуры по высоте (ИПГ ГУГМС)

Полет и измерения на спуске

12 июня 1967 г. ракета-носитель «Молния-М» вывела в космос станцию В-67 №310, которая получила название «Венера-4». 17 июня 1967 г. была предпринята попытка запуска ее дублера (В-67 № 311/«Молния-М», позже получила обозначение «Космос-167»), но из-за отказа разгонного блока станция осталась на орбите спутника Земли.

29 июля 1967 г. на удалении от Земли на 12 млн км «Венера-4» провела коррекцию траектории для попадания в Венеру и обеспечения времени входа в атмосферу планеты, удобного для наблюдения с научно-измерительных пунктов (НИПов) Советского Союза.

На 128 сутки полета, 18 октября 1967 г. в 07 часов 40 мин 52 сек по московскому времени, станция вошла в атмосферу Венеры на ночной стороне планеты в точке с координатами 19° С, 38º В, со скоростью порядка 10 км/с.

Это был первый в истории рабочий аппарат в атмосфере Венеры и вообще какой-либо другой планеты кроме Земли, с которого удалось получить информацию (ранее вход в атмосферу Венеры выполнила АМС «Венера-3» в 1965 г., но научной информации при спуске получить не удалось).

После торможения штатно открылся парашют, развернулись антенны радиовысотомера, газоанализатор начал цикл работы по определению основных газов, составляющих венерианский «воздух». Сразу после развертывания прошла информация о дальности до поверхности Венеры в 26 км. Газоанализатор показал, что основным элементом атмосферы является углекислый газ.

Через 20 мин спуска в атмосфере планеты станция передала, что забортное давление превысило 4 атм, а температура — 135 градусов. По мнению директора института микробиологии АН СССР академика А. А. Имшенецкого, при подобных параметрах идет уничтожение живых микроорганизмов. В 8 ч 30 мин 31 сек прекратил показания манометр МДДА, забортное давление превысило 6.8 атм (5 200 мм рт.ст.) — максимальное, на которое он был рассчитан.

Станция прекратила работу в 9 час 13 мин 57 сек московского времени (данные передавались 94 мин). Последнее переданное значение температуры составила около 262+/-17 градусов Цельсия. По оценке 1967 г., давление в этот момент составляло 18 атм (по современным данным — 13 атм). Максимальное давление, установленное для станции в техническом задании от АН СССР, составляло 10 атм.

После изучения пройденного станцией пути удалось определить, что до момента разрушения она прошла 26 км, что совпадало с единственным полученным изменением высоты со станции. Была выдвинута гипотеза о том, что станция прекратила передачу данных из-за жесткой посадки на поверхность Венеры. Но дальнейший детальный анализ данных и известных материалов по атмосфере Венере, полученных по затмению планетой Регула в 1960 г., а также о поверхности планеты, полученных при радиолокационных экспериментах в СССР, США и Великобритании, данных с американской станции «Маринер-5», пролетевшей мимо Венеры на следующий день после посадки «Венеры-4», показали, что станция достигнуть поверхности не могла и разрушилась на высоте 25 км.

С большой степенью вероятности причиной была забортное давление. Также возможно, что закончился запас электроэнергии, т.к. общее время работы станции составило 93 мин при расчетном 100 мин. Из-за более плотной атмосферы спуск станции стал очень медленным, порядка 3-5 м/с.