Villi suunnitelma tuoda kotiin hieman Venuksen tunnelmaa

Jos olet viime aikoina seurannut avaruusuutisia, olet luultavasti kuullut Mars Sample Returnista – NASAn kunnianhimoisesta suunnitelmasta kerätä näytteitä Marsin kivistä ja tuoda ne takaisin Maahan tutkittavaksi. Tämä tehtävä on tarkoitus käynnistää myöhemmin tällä vuosikymmenellä, mutta näiden näytteiden kerääminen ja hakeminen on vuosia kestävä ja erittäin kallis prosessi.

Mutta Mars ei ole ainoa planeetta vierailuetäisyydellä. Miksi emme hyppää toisen planeetan naapurimme Venuksen luo ja poimimme sieltä näytteen?

Juuri tätä Venuksen tutkijoiden ryhmä ehdottaa. Keskustelimme ehdotusryhmän johtajan kanssa saadaksemme lisätietoja.

Vanha idea, jonka aika on tullut

Tiedemiehet ovat keskustelleet Venuksesta näytteen saamisen ansioista vuosikymmeniä, ja lähetyskonsepteja on tutkittu jo 1980-luvulla. Vaikka Mars on ollut planeetta, joka on saanut eniten huomiota viime vuosina, kiinnostus planeetatiedettä kohtaan on vahvaa. yhteisöä oppimaan lisää Venuksesta – erityisesti siksi, että se voisi auttaa meitä ymmärtämään enemmän muista aurinkokuntamme ulkopuolisista planeetoista järjestelmä.

Nyt se saattaa muuttua, kun NASA aloittaa Venuksen vuosikymmen pari tehtävää vierailee siellä sekä Euroopan avaruusjärjestön tehtävä, jotka kaikki on suunniteltu seuraavalle vuosikymmenelle.

Aiemmat Venus-näytetehtävät eivät koskaan käynnistyneet muutamasta syystä: keskittyminen Marsiin on ohi Venus, tekniikan puute mahdollistaa niin monimutkaisen toiminnan, ja olennainen epävieraanvaraisuus Venus. Venus on kuuma, ja sen ilmapiiri on erittäin tiheä, mikä luo erittäin ankaran ympäristön elektroniikkatoiminnalle.

Yritän lentää Venukseen, lähettää luotain alas pintaan, ottaa näyte, saada näyte takaisin kiertoradalle ja sitten sen palauttaminen Maahan olisi sekä kohtuuttoman kallista että vaatisi huomattavaa teknologiaa kehitystä.

Siksi ranskalaisten tutkijoiden ryhmällä on erilainen lähestymistapa. Sen sijaan, että yrittäisimme kerätä palan Venuksen pinnasta, meidän pitäisi yrittää tarttua osaan sen ilmakehästä. Venus Atmospheric Sample Return -tehtävä eli VATMOS-SR on Pariisin planeettafysiikan instituutin ryhmä, joka yrittää saada tukea idealleen.

Tämän lähestymistavan suuri etu on sen suhteellinen yksinkertaisuus. Ei tarvitse laskeutua pintaan tai palata kiertoradalle. Sen sijaan voit lähettää yhden avaruusaluksen polulle poispäin Maasta ja kohti Venusta, missä se menisi ilmakehään ja täyttäisi pullot noin neljällä litralla kaasua. Sitten se jatkaisi matkaa takaisin Maahan.

Avaruusaluksella ei olisi instrumentteja eikä se ottaisi lukemia. Se olisi vain keräilyauto. Tämä tekee siitä turvallisempaa, helpompaa ja halvempaa, johtava tutkija Guillaume Avice selitti Digital Trendsille.

"Siirät vain ilmakehän läpi ballistisella radalla", Avice sanoi. "Joten kestää vain yksi vuosi mennä sinne, ottaa näytteesi ja päästä takaisin maan päälle."

Pitkän aikavälin suunnittelua

Nykyään planeettatieteellisiin tehtäviin kuuluu tyypillisesti instrumenttien (kuten Mars-kulkijoilla olevien) lähettäminen paikkaan ja mittausten tekeminen. Tämä lähestymistapa puoltaa materiaalin keräämistä ja sen tuomista takaisin maan päälle, missä meillä on paljon tehokkaampia ja monipuolisempia välineitä tutkimiseen.

Ja arvokkaalla näytteellä toiselta planeetalta vähällä pääsee pitkälle. Usean litran kaasunäyte voi pitää tutkijat kiireisinä vuosia.

"On todella siistiä, että saat paljon kaasua ja voit mitata sitä, ei ikuisesti, vaan pitkän ajan maan päällä", Avice selitti. "Jos ajattelee sitä, voit säilyttää osan siitä näytteestä. Ehkä vuosikymmenen kuluttua meillä on maapallolla uusi spektrometri, joka on hyödyllinen tälle näytteelle."

Tämä tulevaisuuden suunnittelu on järkevää, kun tarkastellaan, kuinka NASA on lähestynyt Apollon Kuu-lentojen aikana kerättyjä kuunäytteitä. Jotkut näytteet analysoitiin heti, kun ne palautettiin Maahan, mutta toiset säilytettiin sillä perusteella, että tulevaisuuden teknologia mahdollistaisi niiden analysoinnin uudella syvyydellä. Ja tämä pitkäaikainen lähestymistapa on tuottanut tulosta, 50 vuotta vanhalla näytteellä avattiin vasta viime vuonna ja paljastaa tietoa kuun geologiasta ja historiasta.

Jos pystyisimme ottamaan samanlaisen näytteen Venuksen ilmakehästä, suuri osa siitä voitaisiin säilyttää myös pitkällä aikavälillä. Ja tutkijat hyötyisivät vain kourallisesta kaasunäytteen atomeista, joten usean litran näyte riittäisi tarjoamaan tutkimusmateriaalia koko Venus-yhteisölle.

Tuleva Davinci-tehtävä Venukseen aikoo tehdä samanlaisia ​​​​ilmakehän mittauksia, mutta tässä tapauksessa kyseessä on tosiaikainen murros. Tehtävä sisältää näytepallon pudotuksen ilmakehän läpi, joten näytteet on otettava ja käsiteltävä vain tunnin sisällä.

Tämä on aiheuttanut ongelmia aikaisemmissa Venus-lennoissa aikaisempina vuosikymmeninä, mikä johti vääristyneisiin löydöksiin, jotka todennäköisesti johtuivat virheellisistä kalibroinneista tai tukkeutuneista tuuletusaukoista. Insinöörit tekevät parhaansa ennakoidakseen mahdollisia näytteenottoon liittyviä ongelmia, mutta se on vaikea tehdä, kun ympäristössä, johon tehtävä on saapunut, on niin paljon tuntemattomia.

Jos näyte tuodaan takaisin maan päälle, on kuitenkin runsaasti aikaa instrumenttien kalibrointiin ja tulosten tarkistamiseen, mikä tekee löydöistä luotettavampia.

Näytteen ottaminen erittäin suurilla nopeuksilla on monimutkainen. Tapahtuu fraktiointi-niminen prosessi, joka voi jakaa näytteen eri osiin, kun se kerätään niin nopeasti, mutta sen pitäisi olla mahdollista korjata.

Miten ilmakehän näytteenottotehtävä toimisi

On kuitenkin hyviä syitä, miksi kukaan ei ole yrittänyt Venuksen näytepalautustehtävää aiemmin. Koska se ei ole helppoa.

Ilmeinen rinnakkaisuus Venus-näytteen palautustehtävälle olisi Mars-näytteen paluutehtävä, an NASAn ja Euroopan avaruusjärjestön tuleva yhteisyritys, jonka on määrä laukaista myöhään 2020-luku. Tämä suunnitelma kerätä näyte Marsista sisältää useita kulkijoja, laskeutujia tai helikoptereita, ja sitä valmistellaan vuosikymmeniä, ja sen budjetti on valtava, mikä kiinnostaa jopa innokkaita Mars-harrastajia.

Ja Venus on vielä epävieraanvaraisempi kuin Mars, sen paksu ilmakehä, rikkihappopilvet ja valtameren syvyyteen verrattavissa oleva paine. Yritys palauttaa näyte Venuksen pinnalta olisi "painajainen", Avice sanoi, ja "luultavasti jopa kalliimpi kuin Marsissa".

Siksi Avicen ryhmä ehdottaa sen sijaan näytteen ottamista planeetan ilmakehästä. "Se on erittäin halpaa", hän sanoi suhteellisesti: Ryhmä arvioi tällaisen tehtävän kustannuksiksi 100 miljoonaa euroa (110 miljoonaa dollaria) verrattuna Nykyisten arvioiden mukaan 8-9 miljardia dollaria Mars Sample Returnille.

Jopa ilmakehän näytteen suhteellisen helppoudesta huolimatta mikään vanha ilmakehän pala ei kelpaa. Erittäin suurilla korkeuksilla ilmakehä on erittäin ohut, ja jotkut molekyylit erottuvat painovoiman vaikutuksesta. Joten saadaksesi edustavan näytteen, sinun on alitettava taso, jota kutsutaan homopausiksi, jonka alapuolella ilmakehä on riittävän hyvin sekoittunut sisältämään kaikki eri molekyylit.

Venuksella homopaussi on noin 110 kilometrin (70 mailia) päässä pinnasta, joten tehtävän on päästävä tämän tason alapuolelle. Mutta mitä syvemmälle menet, sitä vaikeammaksi tehtävästä tulee. "Joten tavoite on olla juuri homopaussin alapuolella, jossa on turvamarginaali", Avice sanoi. "Jos mennään syvemmälle, siitä tulee paljon haastavampaa ja kalliimpaa."

Haasteet

Jopa pelkkä planeetan ilmakehän läpi pääseminen on kuitenkin vaikeaa. Yksi suuri haaste on avaruusaluksen pitäminen turvassa valtavalta lämmöltä, joka muodostuu ilmakehän kitkan vuoksi.

Avaruusalukset, jotka ovat tulossa planeetan ilmakehään – olipa kyseessä sitten vierailu toisella planeetalla, kuten Mars, tai avaruusalus, joka palaa Maahan oman planeettamme ilmakehän kautta – niissä on paksu lämpösuoja, joka suojaa sisällä olevia herkkiä komponentteja erittäin korkealta lämpötilat.

Esimerkiksi mönkijän toimittaminen Marsiin sisältää sen käärimisen lämpösuojaan ja sitten koko asian tiivistämisen - rover ja lämpösuoja yhdessä potkurien ja muiden avaruusaluksen osien kanssa - raketin kärkikartioon laukaisua varten. Avaruuteen päästyään avaruusalus otetaan käyttöön ja matkaa Marsiin, minkä jälkeen lämpösuoja suojaa mönkijää, kun se kulkee ilmakehän läpi laskeutumaan.

Ilmakehän näytetehtävää varten tarvitset kuitenkin yhden lämpösuojan toimimaan kahdesti – sekä Venuksen näytteenoton aikana että uudelleen, kun näyte palautetaan Maahan. Ei ole selvää, voisiko nykyinen lämpösuojatekniikka suojata avaruusalusta kahdella tällaisella altistuksella.

Lämpösuojan saaminen toimimaan kahdesti on "jotain, jota emme todella tiedä miten tehdä", Avice sanoi. Ja se saattaa vaatia vuosien kehitystyötä, jos se on edes mahdollista.

Mitä tehdä näytteelle, kun se on palannut maan päälle

Toinen haaste on yllättävä. Saatat ajatella, että näytteen kerääminen on vaikeaa, ja sen analysointi, kun se on palannut maan päälle, olisi helppoa. Mutta käy ilmi, että kaasunäytteiden kanssa työskentely on vaikeampaa kuin voisi kuvitella.

Venuksen ilmakehä on täynnä helposti haihtuvia aineita, joita kutsutaan haihtuviksi aineiksi. Näitä ovat jalokaasut ja yhdisteet, mukaan lukien typpi, vety, hiili ja rikki. Näiden tutkiminen on avainasemassa Venuksen ilmakehän ymmärtämisessä, mutta niitä ei ole helppo kuljettaa tai tutkia.

Jotta haihtuvat aineet jäävät kunnolla näytepulloon, tarvitset erittäin hyvän venttiilin – molemmat niin, ettei mikään näyte karkaa, ja niin ettei mikään muusta ympäristöstä, kuten Maan ilmakehästä, vuoda kaasuista. Tämä oli ongelma Hayabusa2-tehtävälle, joka onnistui palauttamaan näytteen asteroidista, mutta koki Maan ilmakehän vuoto todennäköisesti johtui laskuvarjon laukauksen aiheuttamasta sokista sen palatessa Maahan.

Vaikka näyte tekisi sen takaisin maan pinnalle täysin koskemattomana ilman minkäänlaisia ​​vuotoja, sinun on silti liikuttava nopeasti siirtääksesi näyte pullosta turvallisempaan astiaan. Jopa tiukimmat venttiilit vuotavat hieman kuukausien kuluessa, joten tarvitset usean järjestelmän säiliöt, jotka voivat ottaa talteen kaiken, mikä vuotaa näytteestä ja säilyttää niin paljon kuin mahdollista.

Tutkijat kehittyvät tyhjiöjärjestelmät kaasujen erottamiseen ja analysointiin, mukaan lukien ne käytetään Hayabusa2-näytteessä, mutta tämä on edelleen uusi teknologia-alue, jota on kehitettävä, jotta ilmakehän näytteiden palautustehtävä olisi täysin tehokas.

Planeettatieteen tulevaisuus: in situ vs. näytepalautus

Ilmakehän näytteenottotehtävä on edelleen tiukasti konseptivaiheessa, ja ryhmä toivoo saavansa sen esille seuraavalla ehdotuskierroksella Euroopan avaruusjärjestölle tai kenties NASAlle.

Se on kunnianhimoinen suunnitelma, mutta se ei ole niin outo konsepti kuin se olisi ollut muutama vuosi sitten. "Vuosikymmeniä sitten näytteen palautus oli vain unta eikä todella vakavaa", Avice sanoi, mutta nyt edellisen kanssa tehtävistä, kuten Hayabusa2, ja tulevista tehtävistä, kuten Mars Sample Return, siitä on tulossa todellinen mahdollisuus.

Ja on mahdollista osoittaa, että näytteen palautus voidaan tehdä suhteellisen nopeasti ja halvalla mahdollisten kulkureittien vuoksi Maan ja Venuksen välillä ja koska avaruusaluksen ei tarvitsisi hidastaa vauhtia, päästä pintaan ja palata kiertoradalle ennen paluuta Maapallo.

Tehtävä voisi mahdollisesti olla nopea piiska edestakaisin ja palauttaa näyte vuoden sisällä.

"On todella siistiä, että saisimme Venuksen ilmakehän näytteen ennen kuin saamme näytteitä Marsista", Avice sanoi. "Joten se olisi ensimmäinen näyte toiselta planeetalta."

Toimittajien suositukset

• Tästä syystä tutkijat ajattelevat, että elämä on voinut kukoistaa "helvettiplaneetalla" Venuksella
• Vera C: n sisällä. Rubinin observatorio, maailman suurimman digikameran koti
• Rocket Lab aikoo lähettää ensimmäisen yksityisen tehtävän Venukseen
• MIT-tutkijat suunnittelevat yksityiskohtaisesti yksityisiä tehtäviä, joilla etsitään elämää Venuksella
• NASAn video näyttää, millaista on sukeltaa Venuksen ilmakehän läpi