Bagaimana wahana baru NASA akan bertahan di tengah kondisi Venus yang mengerikan

Karena planet ini merupakan tetangga sebelah kita, Anda mungkin membayangkan bahwa kita memiliki pemahaman menyeluruh tentang planet Venus. Tapi Anda salah. NASA belum pernah mengunjungi planet ini selama lebih dari 30 tahun, dan ada banyak hal tentang tempat ini yang jarang kita kunjungi Maklum, dari sejarah geologinya hingga jenis batuan apa saja yang ada di permukaannya, itulah sebagian besarnya lingkungan adalah pada dasarnya sebuah misteri.

Para ilmuwan berpendapat bahwa Venus adalah dulu seperti Bumi, namun keduanya berbeda pada titik tertentu dalam evolusinya hingga menjadi tempat yang sangat berbeda seperti sekarang. Kita tahu Venus memiliki atmosfer tebal yang menahan panas dan menjadikannya planet terpanas di tata surya. Dan kita tahu bahwa permukaannya tertutup pegunungan, retakan, dan gunung berapi, meski kita tidak tahu apakah gunung-gunung tersebut masih aktif.

Salah satu alasan mengapa masih banyak hal yang belum diketahui tentang Venus adalah karena atmosfernya yang tebal menyembunyikan sebagian besar wilayahnya dari pandangan, dan sulit untuk mengintip melalui lapisan awan untuk melihat apa yang ada di bawahnya. Alasan lainnya adalah karena tempat ini sangat tidak ramah. Di antara suhu pemanggangan dan atmosfernya yang tebal dan penuh asam, tidak ada benda buatan manusia yang bertahan di permukaannya selama lebih dari beberapa menit.

Namun jika kita ingin tahu lebih banyak tentang planet misterius di sebelahnya ini, kita perlu mengunjunginya. Dan itulah yang direncanakan oleh misi DAVINCI NASA, dengan menjatuhkan wahana ke atmosfer untuk melakukan pembacaan hingga jatuh ke permukaan. Misi yang akan menjadi salah satunya trio misi ke Venus dalam dekade berikutnya, dijadwalkan diluncurkan pada tahun 2029 dan tiba di Venus untuk jatuh ke atmosfer pada tahun 2031.

Untuk mengetahui bagaimana Anda membuat wahana yang mampu bertahan di lingkungan yang mengerikan ini, dan apa yang bisa kita pelajari darinya, kami berbicara dengan dua orang anggota tim DAVINCI: Jim Garvin, peneliti utama misi tersebut, dan Mike Sekerak, proyek sistem insinyur.

Ada apa dengan atmosfer Venus?

Venus mewakili garis depan dalam ilmu keplanetan yang hanya sedikit diketahui orang, mengingat jaraknya yang relatif dekat dengan kita. Apa yang terjadi di bawah lapisan awan bagian atas merupakan pertanyaan yang sangat menarik.

“Karakterisasi atmosfer, dari puncak awan hingga permukaan – sebesar ini, masif atmosfer, 75% massanya berada di kedalaman 15 hingga 20 kilometer – hampir belum dijelajahi,” Garvin dikatakan.

Pesawat luar angkasa yang dikirim ke Venus pada tahun 1960an dan 1970an mencoba mengumpulkan data tentang atmosfer, dan berhasil. Namun pengukuran atmosfer yang dilakukan sebelumnya tidak dapat diandalkan, karena masalah fisik pada wahana sebelumnya seperti saluran masuk yang tersumbat dan terbatasnya teknologi yang tersedia. Hal ini menyebabkan beberapa pembacaan acak, dan Garvin mengatakan: “Beberapa di antaranya tidak masuk akal.”

Atmosfer yang lebih rendah khususnya dalam banyak hal masih merupakan misteri. Bisa jadi itu adalah fluida superkritis, yang suhu dan tekanannya sangat tinggi sehingga mengalir seperti cairan. Ada juga pertanyaan tentang bagaimana batuan di permukaan planet berinteraksi dengan atmosfer.

Dan mempelajari atmosfer dan permukaannya dapat membantu menjawab salah satu pertanyaan terbesar yang kita miliki tentang Venus: Apakah pernah ada lautan air cair di permukaannya, dan jika ya, apa yang terjadi pada mereka?

Dua tantangan besar

Venus bukanlah tempat yang cocok untuk penyelidikan: suhunya dua kali lebih panas dari oven dan tekanan di permukaannya lebih besar daripada berada di bawah satu kilometer lautan.

“Tantangan teknis yang kami hadapi di sini cukup menarik,” kata Sekerak. Masalah terbesar dalam misi apa pun ke Venus adalah panas, karena suhu permukaannya bisa mencapai 900 derajat Fahrenheit (475 derajat Celsius). Suhu tersebut cukup panas untuk melelehkan timah, dan dapat merusak perangkat elektronik.

Namun hal tersebut hanyalah salah satu bagian dari tantangan lingkungan hidup. “Namun, tekanannya tidak jauh di belakang dalam hal kesulitan,” kata Sekerak. Tekanan di permukaan sekitar 95 bar, atau hampir 100 kali lipat tekanan atmosfer di permukaan permukaan bumi, jadi merancang wahana untuk lingkungan semacam ini seperti membangun a kapal selam.

Ketika dijatuhkan ke atmosfer, DAVINCI akan berpacu dengan waktu untuk mengumpulkan semua informasi yang diperlukan sebelum panas dan tekanan menghancurkan komponen-komponennya. Untuk menjaga agar probe tetap aktif selama mungkin, probe berbentuk bulat dan dilapisi cangkang titanium tebal untuk menahan tekanan dan mengisolasi panas. Lalu ada lagi insulasi di dalam cangkang ini, terbuat dari bahan khusus termasuk astroquartz, sejenis serat yang terbuat dari leburan kuarsa.

Bagian dalam dirancang untuk menjaga komponen tetap terisolasi secara termal dari bagian luar, untuk mencegah perpindahan panas dari cangkang. Kemudian diisi dengan gas karbon dioksida untuk melindungi perangkat elektronik bertegangan tinggi dari percikan api dan untuk mencegah kebocoran gas bumi selama peluncuran.

Secara keseluruhan, wahana tersebut, yang oleh tim disebut sebagai descendingphere, berukuran sekitar satu meter. Pesawat ini akan dilepaskan dari pengorbit dengan parasut untuk memperlambat penurunannya, meskipun atmosfer membantu dengan ini karena sangat tebal sehingga lebih seperti menjatuhkan probe melalui air daripada melalui udara.

Secara total, dibutuhkan waktu 63 menit bagi wahana tersebut untuk mencapai permukaan, dan dalam satu jam tersebut wahana tersebut akan mengumpulkan data sebanyak mungkin sebelum akhirnya dihancurkan oleh lingkungan yang brutal.

Pengambilan sampel sepenuhnya

Bola yang turun akan jatuh melalui atmosfer dan mengambil sampel ke bawah, untuk membangun gambaran atmosfer dari atas ke bawah.

Di dalam bola tersebut akan terdapat instrumen seperti spektrometer, mirip dengan instrumen pada penjelajah Mars Curiosity dan Perseverance, yaitu dapat mengukur komposisi kimia suatu sampel dengan melihat panjang gelombang cahaya yang dimilikinya menyerap. Namun tidak seperti penjelajah Mars, yang memerlukan waktu berjam-jam atau berhari-hari untuk mengumpulkan dan menganalisis sampel dengan cermat, DAVINCI harus melakukan pengambilan sampel dan analisis dalam hitungan menit.

Terdapat katup masuk di berbagai titik di atas bola, dengan penutup keramik yang dapat dibuka untuk menyerap gas. Gas-gas ini harus dianalisis dengan sangat cepat, kemudian dibuang agar lebih banyak sampel dapat diambil. Hal ini akan memungkinkan wahana tersebut untuk mendapatkan gambaran paling detail tentang kimia atmosfer di seluruh lapisannya.

Saat hal ini terjadi, sensor lain dalam wahana tersebut akan mengukur faktor-faktor seperti suhu dan tekanan, untuk membantu memahami struktur atmosfer. Kemudian semua data ini akan dikirim kembali ke pengorbit sebelum wahana tersebut menyentuh permukaan.

Wahana ini hanya dirancang untuk mengambil sampel ke atmosfer, dan bukan untuk mendarat. Namun ketika ia mendarat di permukaan, ada kemungkinan ia akan bertahan. Atmosfer yang tebal dan parasut akan membantu memperlambat penurunannya, namun, “pesawat tersebut pasti akan menghantam dengan kecepatan yang, uhh, kurang dari ideal untuk perangkat keras penerbangan luar angkasa,” kata Sekerak sambil tertawa.

Namun, jika wahana tersebut selamat dari pendaratan, pengumpulan data mungkin memerlukan waktu hingga 20 menit sebelum panas meresap ke dalam bola dan merusak perangkat elektronik. Dan itu akan menjadi lebih banyak lagi data bonus mengenai suhu dan tekanan permukaan, serta gas yang ada.

Memahami kimiawi atmosfer hanyalah salah satu bagian dari tujuan DAVINCI. Bagian lainnya, yang mungkin paling menarik bagi publik, adalah mengambil foto permukaan Venus yang misterius.

Venus dalam skala manusia

Wahana ini akan diluncurkan “di pegunungan Venus, di medan yang belum pernah dilihat umat manusia sebelumnya,” kata Garvin. Dan tim ingin merekam pengalaman ini secara visual dan kimia.

Bola turun juga akan memiliki kamera yang akan mengambil gambar permukaan dengan kontras tinggi, yang kemudian dapat dibuat menjadi peta 3D.

Namun, agar kamera dapat beroperasi dari dalam bola logam, Anda memerlukan jendela. Dan kaca bukanlah bahan yang bagus untuk menghadapi lingkungan bertekanan tinggi. Itu sebabnya jendela DAVINCI tidak akan terbuat dari kaca melainkan safir.

“Ini benar-benar sebuah batu safir yang sangat, sangat besar,” kata Sekerak. “Karena ia memiliki sifat optik yang bagus.” Sangat kuat namun juga sangat jernih, sehingga tidak akan merusak gambar yang diambil melaluinya. Namun mau tidak mau, jendela yang memungkinkan cahaya masuk juga akan membiarkan lebih banyak panas masuk, sehingga para insinyur menambahkan bahan pengubah fase di sekitar rakitan jendela. Bahan ini meleleh pada suhu tertentu untuk menyerap panas berlebih dari jendela.

Ini akan memungkinkan kamera mengambil gambar yang jelas dan tajam saat turun. Ini akan digunakan untuk memotret medan Venus, dari ketinggian hingga ke permukaan.

“Gambar akhir kami akan memiliki resolusi 10 sentimeter,” kata Garvin. “Itulah skala yang Anda lihat di ruang tamu Anda.”

Selain menawarkan banyak data ilmiah, Garvin berharap pengambilan gambar pada skala ini bisa dilakukan membantu masyarakat merasa bahwa mereka dapat melihat Venus sebagai tempat yang nyata, bukan sekedar titik untuk diamati jauh.

“Kami ingin membawa penglihatan manusia dan persepsi sensorik kami ke Venus,” ujarnya. “Kami akan mulai merasakan Venus dalam skala manusia.”

Menguji hal yang tidak diketahui

Bagian tersulit dari misi ke Venus bukanlah menghadapi tantangan yang kita ketahui, seperti suhu dan tekanan. Ia mencoba mengantisipasi tantangan apa yang mungkin timbul dari lingkungan yang informasinya sangat sedikit.

Itu sebabnya pengujian dan persiapan akan menjadi bagian besar dari apa yang dilakukan tim DAVINCI selama tujuh tahun ke depan, sebagai persiapan peluncuran yang dijadwalkan pada tahun 2029.

“Kami melakukan pengujian dalam kasus terburuk,” jelas Sekerak. “Jadi kami menguji lingkungan terburuk apa yang mungkin terjadi.”

Misalnya, para peneliti mengetahui bahwa awan Venus memiliki tetesan asam sulfat di dalamnya – dan asam sulfat menggerogoti material. Hal ini menjadi perhatian khusus pada lanyard Kevlar yang akan menempelkan bola turun ke parasut. Jadi untuk menguji apakah lanyard dapat tahan terhadap lingkungan asam, para insinyur tidak hanya mencelupkannya ke dalam beberapa tetes asam – mereka juga melapisi seluruh permukaannya. dalam asam, lalu uji kekuatan tarikan lanyard untuk memastikannya dapat bertahan cukup lama untuk membawa probe melewati atmosfer bahkan dalam kondisi terburuk sekalipun. kasus.

Mengenai cara Anda menguji perangkat keras di lingkungan yang tidak seperti Bumi, Anda harus kreatif. Untuk melihat berapa lama waktu yang dibutuhkan bola logam tersebut untuk memanas, tim membawanya ke pabrik pengecoran logam. “Tugas mereka adalah melebur logam,” kata Sekerak. “Dan kami menempatkan instrumentasi kami di dalamnya untuk berlatih memanaskannya, untuk mengukur aliran panas tersebut.”

Idenya adalah untuk membangun margin yang cukup ke dalam setiap sistem penting untuk memungkinkan terjadinya hal-hal yang tidak diketahui yang mungkin terjadi di planet ini. Garvin menjelaskan: “Kami telah membangun… banyak pemikiran teknis dan pengurangan risiko dalam cara kami melakukan hal ini.”

Hal ini bahkan mempengaruhi cara pengumpulan data. “Jika kita memiliki hari yang baik di Venus, kita mungkin akan mendapatkan 500 gambar keturunan,” katanya. “Jika kita mengalami hari terburuk yang diketahui umat manusia, kita mungkin akan mendapatkan 35 hari kembali. Namun angka 35 jauh lebih banyak dari yang kita perlukan untuk melakukan pemetaan semacam ini.” Tentu saja, lebih banyak gambar berarti lebih banyak informasi, dan ini lebih baik karena memungkinkan lebih banyak ilmu pengetahuan. Namun bahkan dalam kondisi terburuk sekalipun, mereka akan mendapatkan informasi yang sangat berharga.

Selalu sesuatu yang baru untuk dipelajari

Mengunjungi Venus merupakan tantangan yang sangat besar, bahkan jika dibandingkan dengan standar misi luar angkasa yang ambisius. Namun potensi manfaat dari apa yang dapat kita pelajari sangatlah besar.

Mempelajari tentang Venus akan sangat menarik. Namun hal ini juga penting untuk pemahaman kita tentang planet ekstrasurya. Saat misi seperti Teleskop Luar Angkasa James Webb menemukan dan menyelidiki planet baru di luar tata surya kita, kita memerlukan titik referensi untuk planet berbatu seperti Bumi, Mars, dan Venus.

Kami memiliki pemahaman yang cukup kuat tentang karakteristik penting Bumi dan Mars, dan dengan menambahkan data dari Venus, kami akan dapat memahami planet-planet jauh dengan lebih baik.

“Venus akan menjadi titik kalibrasi untuk planet-planet besar, berbatu, dan memiliki atmosfer yang dapat kita lihat dan pahami dengan Webb dan teleskop besar yang ada di luar sana,” Garvin dikatakan.

Dan tentu saja, ada naluri sebagian besar manusia, untuk belajar dan menjelajah serta bepergian ke tempat-tempat baru. “Inilah salah satu alasan mengapa saya senang mengerjakan misi eksplorasi luar angkasa – kita akan pergi ke suatu tempat yang belum banyak kita ketahui,” kata Sekerak.

Kami telah belajar banyak tentang pembangunan untuk lingkungan Bumi dan Mars, dan sekarang kami dapat mengambil sebagian dari pengetahuan tersebut dan menerapkannya di tempat lain. Membangun lingkungan tersebut akan memperluas teknologi kita, dan mengunjunginya dengan sebuah wahana dapat mulai mengungkap beberapa misterinya. Seperti yang dikatakan Sekerak, saat mengunjungi lingkungan luar angkasa baru, “selalu ada hal baru yang bisa Anda pelajari.”

Rekomendasi Editor

• Di dalam rencana gila untuk mengambil dan membawa pulang sedikit atmosfer Venus
• Cara menyaksikan misi pribadi NASA tiba di stasiun luar angkasa
• Bagaimana kelas astronot NASA tahun 1978 mengubah wajah eksplorasi ruang angkasa
• Cara menyaksikan NASA mengungkap pakaian antariksa generasi berikutnya
• Venus, Jupiter, dan Ceres ditampilkan dalam tips pengamatan langit NASA untuk bulan Maret