A vad terv, hogy hazahozzunk egy kicsit a Vénusz hangulatából

Ha mostanában követte az űrhíreket, valószínűleg hallott a Mars Sample Return-ról – a NASA ambiciózus tervéről, hogy mintákat gyűjtsön marsi kőzetekből, és azokat visszahozza a Földre tanulmányozás céljából. Ez a küldetés a tervek szerint még ebben az évtizedben elindul, de évekig tartó és rendkívül költséges folyamat lesz a minták összegyűjtése és visszakeresése.

De nem a Mars az egyetlen bolygó a látogató távolságon belül. Miért nem ugrunk át másik bolygószomszédunkhoz, a Vénuszhoz, és onnan is gyűjtünk mintát?

Éppen ezt javasolja a Vénusz kutatóinak egy csoportja. A javaslati csoport vezetőjével beszélgettünk, hogy többet megtudjunk.

Egy régi ötlet, aminek eljött az ideje

A tudósok évtizedek óta vitatják a Vénuszról való mintavétel érdemeit, és a küldetés fogalmait már az 1980-as években tanulmányozták. Bár az elmúlt években a Mars volt az a bolygó, amelyre a legnagyobb figyelem irányult, nagy az érdeklődés a bolygótudomány iránt közösséget abban, hogy többet tudjon meg a Vénuszról – különösen azért, mert ez segíthet nekünk jobban megérteni a Naprendszerünkön kívüli bolygókat rendszer.

Most ez változhat, ahogy a NASA elindítja a a Vénusz évtizede két küldetéssel, valamint az Európai Űrügynökség missziójával, amelyeket a következő évtizedre terveznek.

A korábbi Vénusz mintaküldetések néhány okból nem indultak el: a Marsra való összpontosítás véget ért Vénusz, a technológia hiánya, amely lehetővé teszi egy ilyen összetett műveletet, és az alapvető vendégszeretettelenség Vénusz. A Vénusz forró, rendkívül sűrű atmoszférájú, ami nagyon kemény környezetet teremt az elektronika működéséhez.

Megpróbál a Vénuszra repülni, leküldeni egy szondát a felszínre, mintát venni, visszajuttatni a pályára, és akkor visszaküldeni a Földre megfizethetetlenül költséges lenne, és jelentős technológiai ráfordítást igényelne fejlesztéseket.

Ezért van az, hogy egy francia kutatócsoport más megközelítést alkalmaz. Ahelyett, hogy megpróbálnánk összegyűjteni egy darabot a Vénusz felszínéből, meg kell próbálnunk megragadni valamennyit a légköréből. A Venus Atmospheric Sample Return (VaTMOS-SR) küldetés a Párizsi Bolygófizikai Intézet egy csoportjának küldetési koncepciója, akik megpróbálnak támogatást szerezni ötletüknek.

Ennek a megközelítésnek a nagy előnye a viszonylagos egyszerűsége. Nem kell semmit a felszínen landolni, vagy visszaállni a pályára. Ehelyett egy űrszondát küldhetne a Földtől távolabbi ösvényre a Vénusz felé, ahol belépne a légkörbe, és körülbelül négy liter gázzal töltené meg a palackokat. Aztán tovább utazna vissza a Földre.

Az űrszondának nem lenne műszere, és nem tudna leolvasni. Csak egy gyűjtőjármű lenne. Ez biztonságosabbá, egyszerűbbé és olcsóbbá teszi – magyarázta Guillaume Avice vezető kutató a Digital Trendsnek.

„Egy ballisztikus pályán átfutja a légkört” – mondta Avice. „Tehát mindössze egy évbe telik, hogy odajussunk, mintát vegyünk, és visszatérjünk a Földre.”

Hosszú távú tervezés

Napjainkban a bolygótudományi küldetések általában azt jelentik, hogy műszereket (például a Mars-járókat) küldenek egy helyre, és méréseket végeznek velük. Ez a megközelítés azt javasolja, hogy gyűjtsük össze az anyagot, és hozzuk vissza a Földre, ahol sokkal hatékonyabb és változatosabb eszközök állnak rendelkezésünkre a vizsgálathoz.

És egy másik bolygóról származó értékes mintával egy kevés sokra megy. Egy több literes gázminta évekig elfoglalhatja a tudósokat.

„Ami igazán klassz, az az, hogy sok gázt kapunk, és mérhetjük, nem örökké, hanem hosszú ideig a Földön” – magyarázta Avice. „Ha belegondolsz, megőrizhetsz egy kicsit abból a mintából. Talán egy évtized múlva lesz egy új spektrométerünk a Földön, amely hasznos lesz ehhez a mintához.”

Ennek a jövőre vonatkozó tervezésnek van értelme, ha megnézzük, hogyan közelítette meg a NASA az Apollo Hold-küldetések során gyűjtött holdmintákat. Néhány mintát azonnal elemeztek, amint visszakerültek a Földre, de másokat tároltak azon az alapon, hogy a jövő technológiája lehetővé teszi új mélységben történő elemzésüket. És ez a hosszú távú megközelítés kifizetődött, egy 50 éves mintával csak tavaly nyílt meg és információkat tár fel a Hold geológiájáról és történetéről.

Ha sikerülne egy hasonló mintát venni a Vénusz légköréből, akkor annak nagy része hosszú távon is tárolható lenne. A kutatóknak pedig egy maroknyi atomnyi gázmintából is hasznot húznának, így egy több literes minta elegendő lenne ahhoz, hogy az egész Vénusz közösség számára kutatási anyagot biztosítsanak.

A Davinci nevű közelgő Vénusz-misszió hasonló légköri méréseket tervez, de ebben az esetben valós időzavar van. A küldetés során egy mintagömböt ejtenek át a légkörön, így a mintákat mindössze egy órán belül kell venni és feldolgozni.

Ez problémákat okozott a korábbi Vénusz-küldetések során a korábbi évtizedekben, ami hibás eredményeket eredményezett, valószínűleg a helytelen kalibrálás vagy az eltömődött szellőzőnyílások miatt. A mérnökök mindent megtesznek annak érdekében, hogy előre jelezzék a mintavételezéssel kapcsolatos esetleges problémákat, de ezt nehéz megtenni, ha olyan sok az ismeretlen a környezettel kapcsolatban, amelybe a küldetés belép.

Ha azonban egy mintát visszahoznak a Földre, akkor bőven van idő a műszerek kalibrálására és az eredmények kétszeri ellenőrzésére, ami megbízhatóbbá teszi a leleteket.

A nagyon nagy sebességgel történő mintavétel bizonyos nehézségekkel jár. Frakcionálásnak nevezett folyamat megy végbe, amely a mintát különböző részekre bonthatja, ha ilyen gyorsan gyűjtik, de ezt korrigálni kell.

Hogyan működne a légköri mintavételi küldetés

Jó okai vannak annak, hogy korábban senki sem kísérelte meg a Vénusz minta-visszaküldési küldetését. Mert nem könnyű.

A Vénusz minta-visszatérési küldetésének nyilvánvaló párhuzama a Mars minta-visszatérési küldetése, an Közelgő közös vállalkozás a NASA és az Európai Űrügynökség között, amely a tervek szerint a késői napon indul 2020-as évek. Ez a Marsról való mintagyűjtési terv több roverből, leszállóból vagy helikopterből áll, évtizedek óta készül, és a költségvetés még a lelkes Mars-rajongókat is foglalkoztatja.

A Vénusz pedig még a Marsnál is barátságtalanabb, sűrű légkörével, kénsavfelhőivel és az óceán mélyéhez hasonló nyomással. A Vénusz felszínéről való minta visszajuttatásának kísérlete „rémálom” lenne – mondta Avice –, és „valószínűleg még drágább is, mint a Marson”.

Ezért az Avice csoportja azt javasolja, hogy inkább vegyünk mintát a bolygó légköréből. „Szuper olcsó” – mondta viszonylagosan: a csoport 100 millió euróra (110 millió dollárra) becsüli egy ilyen küldetés költségét, összehasonlítva a A jelenlegi becslések szerint 8-9 milliárd dollár a Mars-minta visszaküldéséhez.

Még a légköri minták viszonylagos könnyűsége ellenére sem a légkör egyetlen régi darabja sem alkalmas. Nagyon nagy magasságban a légkör rendkívül vékony, és egyes molekulákat a gravitáció választ el. Tehát ahhoz, hogy reprezentatív mintát kapjunk, a homopauzának nevezett szint alá kell menni, amely alatt a légkör kellően jól elkeveredik ahhoz, hogy az összes jelenlévő molekulát tartalmazza.

A Vénuszon a homopauza körülbelül 110 km-re (70 mérföldre) van a felszíntől, tehát a küldetésnek e szint alá kell érnie. De minél mélyebbre mész, annál nehezebbé válik a küldetés. „Tehát a cél az, hogy a homopauza alatt legyen, némi biztonsági ráhagyással” – mondta Avice. "Ha mélyebbre megyünk, sokkal nagyobb kihívást és drágább lesz."

A kihívások

Azonban még csak átjutni a bolygó légkörén is nehéz. Az egyik nagy kihívás az űrhajó biztonságban tartása az atmoszférában fellépő súrlódás miatt felgyülemlett hatalmas hőtől.

Űrhajók, amelyek egy bolygó légkörébe fognak belépni – legyen szó egy másik bolygóról, például a Marsról, vagy egy visszatérő űrhajóról a Földre saját bolygónk atmoszféráján keresztül – vastag hőpajzsa van, amely megvédi a benne lévő kényes alkatrészeket a nagyon magas hőmérséklettől hőmérsékletek.

Például egy rover Marsra szállítása azt jelenti, hogy a rovert be kell csavarni egy hőpajzsba, majd az egészet lezárni. a rover és a hőpajzs együtt, tolóerőkkel és más űrhajóalkatrészekkel együtt – egy rakéta orrkúpjába az indításhoz. Az űrben az űrszonda bevetésre kerül, és a Marsra utazik, majd a hőpajzs védi a rovert, amikor az a légkörön áthaladva landol.

Egy atmoszférikus mintavételi küldetéshez azonban egy hőpajzsra van szükség, hogy kétszer működjön – mind a Vénusznál végzett mintavétel során, mind pedig a minta Földre történő visszaküldésekor. Nem világos, hogy a jelenlegi hővédő technológia alkalmas lenne-e egy űrhajó védelmére két ilyen expozíció révén.

A hővédő pajzs kétszeri működésbe hozása „olyan dolog, amit nem igazán tudunk” – mondta Avice. És lehet, hogy több éves fejlesztést igényel, ha egyáltalán lehetséges.

Mi a teendő a mintával, miután visszatért a Földre

Egy másik kihívás meglepő. Azt gondolhatnánk, hogy a minta gyűjtése a legnehezebb dolog, és ha egyszer visszakerül a Földre, az elemzése könnyű lenne. De kiderül, hogy a gázmintákkal dolgozni nehezebb, mint gondolnád.

A Vénusz légköre tele van olyan anyagokkal, amelyek könnyen elpárolognak, ezeket illékony anyagoknak nevezzük. Ide tartoznak a nemesgázok és vegyületek, köztük a nitrogén, a hidrogén, a szén és a kén. Ezek tanulmányozása kulcsfontosságú a Vénusz légkörének megértéséhez, de nem könnyű őket szállítani vagy tanulmányozni.

Ahhoz, hogy az illékony anyagokat megfelelően befoghassa a mintapalackba, nagyon jó szelepre van szüksége – mindkettőre, hogy egyik se a minta kiszökik, és így más környezetből, például a Föld légköréből származó gázok egyike sem szivárog be. Ez problémát jelentett a Hayabusa2 küldetésnél, amely egy aszteroidából származó mintát tudott visszahozni, de tapasztalta a földi légkör beszivárgása valószínűleg az ejtőernyő bevetése által okozott sokk okozta, amikor visszatért a Földre.

Még akkor is, ha a minta teljesen érintetlen, szivárgás nélkül kerül vissza a Földre, akkor is gyorsan kell mozognia, hogy a mintát a palackból egy biztonságosabb tartályba vigye át. Még a legszorosabb szelepek is szivárognak hónapok alatt, ezért több rendszerre van szükség konténerek, amelyek képesek felfogni bármit, ami a mintából szivárog, és annyit megőrizni belőle lehetséges.

A kutatók fejlődnek vákuumrendszerek gázok kivonására és elemzésére, beleértve azokat is a Hayabusa2 mintához használt, de ez még mindig egy új technológiai terület, amelyet fejleszteni kell ahhoz, hogy az atmoszférikus minta-visszaadási küldetés teljes mértékben hatékony legyen.

A bolygótudomány jövője: in situ vs. minta visszaküldése

A légköri mintavételi küldetés még mindig a koncepció stádiumában van, és a csoport azt reméli, hogy az Európai Űrügynökségnek vagy esetleg a NASA-nak szóló javaslatok következő körében sikerül átvenni.

Ez egy ambiciózus terv, de nem olyan szokatlan koncepció, mint néhány évvel ezelőtt. „Évtizedekkel ezelőtt a minta visszaküldése csak álom volt, és nem igazán komoly” – mondta Avice, de most az előzővel küldetések, mint a Hayabusa2 és a közelgő küldetések, mint a Mars Sample Return, valós lehetőséggé válik.

És megvan a lehetőség annak bemutatására, hogy a minta visszaküldése viszonylag gyorsan és olcsón elvégezhető a lehetséges pályák miatt a Föld és a Vénusz között, és mert az űrhajónak nem kellene lassítania, feljutnia a felszínre, és vissza kell állnia a pályára, mielőtt visszatér Föld.

A küldetés potenciálisan egy gyors oda-vissza ostorozás lehet, egy éven belül visszahozva a mintát.

„Ami igazán klassz, az az, hogy a Vénusz légkörből vett mintát azelőtt kapunk mintát a Marsról” – mondta Avice. – Tehát ez lenne az első minta egy másik bolygóról.

Szerkesztői ajánlások

• Ezért gondolják a tudósok, hogy az élet virágozhatott a „pokolbolygó” Vénuszon
• A Vera C belsejében. Rubin Obszervatórium, a világ legnagyobb digitális fényképezőgépének otthona
• A Rocket Lab azt tervezi, hogy az első privát küldetést a Vénuszra küldi
• Az MIT kutatói részletes terveket dolgoznak ki magánküldetésekre, amelyek élet után kutatnak a Vénuszon
• A NASA videója megmutatja, milyen érzés átmerülni a Vénusz légkörében