აერობრაკინგის დელიკატური ხელოვნება: ვენერას გამოკვლევის გასაღები

ვენერას ათწლეული თითქმის ჩვენთანაა. თან სამი მომავალი ვენერას მისია NASA-ს და ევროპის კოსმოსური სააგენტოს (ESA) მიერ დაგეგმილი, ჩვენ უფრო მეტის შესწავლის ზღვარზე ვართ ჩვენი მეზობელი პლანეტის შესახებ, ვიდრე ოდესმე.

მაგრამ ჩვენ არ ვისწავლით მხოლოდ პლანეტარული მეცნიერების შესახებ. ამჯერად ჩვენ ასევე ვისწავლით თუ როგორ უნდა მართოთ კოსმოსური ხომალდი უცხოპლანეტელების ატმოსფეროში, ორი მისიის წყალობით - ESA-ს ხედვა და NASA-ს VERITAS - რომლებიც აპირებენ გამოიყენონ ახალი ტექნიკა, სახელწოდებით აერობრაკინგი, რათა თავიანთი კოსმოსური ხომალდი სწორ ორბიტაზე გადაიყვანონ, რათა მათ თავიანთი მეცნიერება გააკეთონ.

ჩვენ ვესაუბრეთ ინჟინრებს და მეცნიერებს EnVision მისიიდან, რათა გაგვეგო, თუ როგორ აპირებენ ამის მიღწევას - და რა შეიძლება ისწავლონ მისგან.

შენელება ატმოსფეროს გამოყენებით

ჩვეულებრივ, თქვენ შეანელებთ კოსმოსურ ხომალდს ისევე, როგორც აჩქარებთ მას: საწვავის დაწვით. ქიმიური ძრავა არის შესანიშნავი გზა დიდი ძალის ძალიან სწრაფად წარმოებისთვის და ეს არის ის, რაც გჭირდებათ როგორც თქვენი საწყისიდან გაშვებისთვის, ასევე თქვენს დანიშნულების ადგილზე ორბიტაზე შესასვლელად.

თუმცა, საწვავი ასევე ძალიან მძიმეა. წონა კი ფულია, როცა საქმე რაკეტების გაშვებას ეხება. რაც უფრო მეტ საწვავს ატარებს კოსმოსური ხომალდი, მით უფრო ძვირი იქნება მისი გაშვება და მით უფრო ნაკლები იქნება სამეცნიერო ინსტრუმენტების დახმარება.

ასე რომ, ბოლო რამდენიმე ათწლეულის განმავლობაში, კოსმოსური ინჟინრები ავითარებდნენ უფრო ეფექტურ გზას კოსმოსური ხომალდის შენელებისთვის. საწვავის დაწვის ნაცვლად, ეს ახალი მეთოდი სარგებლობს ატმოსფეროთი, რომელიც არსებობს უმეტეს ადგილას, სადაც ჩვენ გვინდა მოვინახულოთ. კოსმოსური ხომალდი უახლოვდება ატმოსფეროს ზედა კიდეებს და ეშვება, სადაც ხახუნი მცირე რაოდენობით შეანელებს მას. შემდეგ კოსმოსური ხომალდი უკან იწევს, სანამ ისევ ჩაძირავს, თანდათან ანელებს ტემპს მრავალჯერადი ჩავარდნის შემდეგ და დროთა განმავლობაში იკლებს ორბიტას.

ეს მეთოდი, რომელსაც აერობრაკინგი ჰქვია, გამოიყენეს კოსმოსურმა ხომალდებმა მარსზე და ექსპერიმენტებიც კი ჩაუტარეს დედამიწაზე დაბრუნებულ კოსმოსურ ხომალდებს. მაგრამ ახლა მისიის გუნდებს სურთ გამოიყენონ ტექნიკა ვენერას ორი მისიისთვისაც.

რამდენიმე წინა ვენერას კოსმოსურმა ხომალდმა, როგორიცაა მაგელანი და ვენერა ექსპრესი, გამოიყენეს აერობუხრუჭება ბოლოს მათი მისიები, როდესაც მათი ძირითადი სამეცნიერო სამუშაო შესრულდა და გუნდებს სურდათ ექსპერიმენტების ჩატარება ტექნიკა. მაგრამ EnVision და VERITAS იქნება პირველი კოსმოსური ხომალდი, რომელიც გამოიყენებს აერობრახუნას მათი მისიის დაწყებისას სწორ ორბიტაზე მოსახვედრად.

15 თვიანი მარათონი 

როდესაც EnVision ვენერას მივა, ის ორბიტაზე 150 000 მილის სიმაღლეზე იქნება. და მან უნდა გაიაროს ზედაპირიდან 300 მილის სიმაღლეზე, რათა მიიღოს ის კითხვები, რაც გუნდს სურს. ამისათვის ის ატმოსფეროში ათასობითჯერ ჩავარდება 15 თვიდან ორ წლამდე პერიოდში და თანდათან გადავა სწორ ორბიტაზე.

ეს მოითხოვს ზედმიწევნით დაგეგმვას, მაგრამ ასევე მოითხოვს ატმოსფერული პირობების დეტალურ ცოდნას იმის პროგნოზირებისთვის, თუ როგორ იმოქმედებს მანევრები კოსმოსურ ხომალდზე. ყველაზე დიდი ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ აეროდამუხრუჭებაზე, იქნება ტემპერატურა, სიმკვრივე და ქარის სიჩქარე, ეს ყველაფერი მნიშვნელოვნად განსხვავდება ვენერას ატმოსფეროს სხვადასხვა ნაწილში.

ეს ხდის ვენერაზე აეროდამუხრუჭებას ბევრად უფრო რთულს, ვიდრე მარსზე, მაგალითად. ვენერას გაცილებით მაღალი გრავიტაცია აქვს ვიდრე მარსს, რაც ნიშნავს, რომ კოსმოსური ხომალდი ატმოსფეროში გავლისას გაცილებით მაღალ სიჩქარეს განიცდის. ამიტომაც, პროცესი ამდენ ხანს გაგრძელდება.

ვენერას მკაცრი გარემო

კიდევ ერთი გამოწვევა ის არის, რომ ვენერა არის ა ღრმად არასასიამოვნო ადგილი, და ეს ვრცელდება მის ატმოსფეროზეც. ვენერა უფრო ახლოს არის მზესთან, ვიდრე დედამიწა, ამიტომ ის იღებს მნიშვნელოვან სითბოს და მზის გამოსხივებას, რომელსაც კოსმოსური ხომალდი უნდა გაუძლოს. და როდესაც კოსმოსური ხომალდი ატმოსფეროში აერობრაკინგისთვის ეშვება, ხახუნი იწვევს მის შენელებას - მაგრამ ეს ასევე იწვევს გათბობას.

ზუსტი ტემპერატურა, რომელსაც კოსმოსური ხომალდი განიცდის, დამოკიდებული იქნება საბოლოო დიზაინის გადაწყვეტილებებზე, მაგრამ ეს იქნება რეგიონი "შესაძლოა 200 ან 300 გრადუსი ცელსიუსით უმაღლესი ტემპერატურისთვის", ადრიან ტიგი, EnVision-ის მასალების მეცნიერი, განაცხადა. ასევე არის მზის ულტრაიისფერი გამოსხივება, რომელსაც კოსმოსური ხომალდი უნდა გაუმკლავდეს. ”ეს საკმაოდ მკაცრი გარემოა მასალებისთვის.”

თუმცა, კოსმოსური ხომალდისთვის ყველაზე დიდი საფრთხე აეროდამუხრუჭების დროს არ არის სიცხე ან რადიაცია. პირიქით, ეს არის ზედა ატმოსფეროს კომპონენტი, ატომური ჟანგბადი. დედამიწაზე არსებული ჟანგბადის მოლეკულების უმეტესობისგან განსხვავებით, რომლებიც შედგება ჟანგბადის ორი ატომისგან, ატომური ჟანგბადი დაყოფილია მზის გამოსხივებით და ასევე მხოლოდ ერთი ჟანგბადის ატომი. ეს ნიშნავს, რომ ის ძალიან რეაქტიულია, ამიტომ მას შეუძლია შეჭამოს მასალები და კოროზია მოახდინოს.

ეს ცუდი ამბავია კოსმოსური ხომალდისთვის, რომელსაც უნდა გადაურჩოს აერობრაკინგის რამდენიმე თვის ფაზა და შემდეგ შეძლოს თავის სამეცნიერო მისიაზე გადასვლა. და კოსმოსური ხომალდი ფაქტიურად დაიბომბა ამ ნაწილაკებით, რადგან ის მოძრაობს მაღალი სიჩქარით, დაახლოებით ხუთი მილი წამში. „ეს არის ქიმიური რეაქციისა და დარტყმის სიჩქარის ერთობლიობა“, რომელიც გამოიწვევს პრობლემას, განმარტა ტიგემ, ნაწილაკებით, რომლებიც კოსმოსურ ხომალდს „სიჩქარის ტყვიის მსგავსად“ ურტყამს.

ვენერას საწინააღმდეგო მასალების მოძიება

ატომურ ჟანგბადს შეუძლია ლითონების დაჟანგვა, მაგრამ ეს კიდევ უფრო უარესია პოლიმერებისთვის. ეს პლასტმასის მსგავსი მასალები, დამზადებული ნახშირბადისგან, წყალბადისა და ჟანგბადისგან, რეაგირებს ატომურ ჟანგბადთან და წარმოქმნის ნაერთებს, როგორიცაა ნახშირორჟანგი, რომელიც აორთქლდება და ასე იკარგება მასალა კოსმოსში. ატომურ ჟანგბადს ასევე შეუძლია რეაგირება საღებავებთან, როგორიცაა თეთრი საღებავები, რომლებიც საჭიროა სითბოს ასახვისთვის და რომელიც შეიძლება გახდეს ყავისფერი და გახდეს ნაკლებად ეფექტური, ასევე საიზოლაციო მასალით, რომელსაც ეწოდება მრავალშრიანი იზოლაცია.

ყველაზე დიდი საზრუნავი ხომალდის მზის პანელებია, რადგან ისინი ასე დაუცველია. მზის უჯრედები დაფარულია მინით, რომელიც მდგრადია ატომური ჟანგბადის მიმართ, მაგრამ ისინი მოთავსებულია სუბსტრატში, როგორც წესი, დამზადებულია ნახშირბადის ბოჭკოებისგან, რომელიც მგრძნობიარეა ეროზიის მიმართ. კიდევ ერთი მგრძნობიარე კომპონენტია თხელი კილიტა, რომელიც გამოიყენება როგორც იზოლაცია უჯრედსა და პანელს შორის, რომელსაც ეწოდება კაპტონი. და არის თხელი კილიტა, რომელიც აკავშირებს სხვადასხვა უჯრედებს, რომელიც ზოგჯერ დამზადებულია ვერცხლისგან - და ეს ასევე მგრძნობიარეა. ასე რომ, ინჟინრები მუშაობენ სხვადასხვა მასალის არჩევაზე, ან ატომური ჟანგბადის ზემოქმედებისგან მასალების დასაცავად.

მიუხედავად იმისა, რომ ატომური ჟანგბადი დიდი რაოდენობით არ არის ნაპოვნი დედამიწის ზედაპირზე, ჩვენ გვაქვს გარკვეული გაგება, თუ როგორ უნდა გავუმკლავდეთ მას, რადგან ის დედამიწის ორბიტაზეა ნაპოვნი. თანამგზავრები შექმნილია იმისთვის, რომ გაუძლოს ატომური ჟანგბადის გარკვეულ სიმკვრივეს, ამიტომ ინჟინრები ანალოგიურ პრინციპებს იყენებენ EnVision კოსმოსური ხომალდის შესაქმნელად, რათა ის რეზისტენტული იყოს. მაგრამ დედამიწის გარემო არ ითვალისწინებს ასეთ მაღალ ტემპერატურას, ამიტომ ატომური ჟანგბადის და მაღალი ტემპერატურის კომბინაცია ახალი გამოწვევაა.

”ასე რომ, ჩვენ მოგვიწია ყველაზე გამძლე მასალების გამოყენება”, - თქვა ტიგემ, რომლის ჯგუფიც დაკავებული იყო მასალების ტესტირებით, როგორიცაა იზოლაცია, საღებავი და მზის ენერგია. პანელის კომპონენტები, რათა იპოვოთ ის, ვინც შეძლებს გაუძლოს 15 თვის განმავლობაში ამ მკაცრ გარემოს, სანამ მის მთავარ მისიას დაიწყებს.

მეცნიერების მონაცემები უფასოდ

EnVision-ის მთავარი მისია არ დაიწყება მანამ, სანამ აერობრაკინგის მანევრები კოსმოსურ ხომალდს საბოლოო ორბიტამდე 130-დან 340 მილამდე არ ჩამოიყვანენ. მაგრამ მეცნიერები არასოდეს უშვებენ სწავლის შესაძლებლობას, ამიტომ კვლევითი ჯგუფი მუშაობს იმაზე, თუ რისი სწავლა შეძლებენ ვენერას შესახებ აეროდამუხრუჭების ფაზაშიც.

ატმოსფეროს მეცნიერები აღფრთოვანებულნი არიან პლანეტის ზედა ატმოსფეროს ახლოდან ნახვის შესაძლებლობით, რაც იშვიათად არის შესწავლილი. EnVision-ის მეცნიერის გაბრიელა გილის თქმით, ზედა ატმოსფეროს შესწავლა რთულია Instituto de Astrofísica de Andalucía ესპანეთში, რადგან ის ძალიან თხელია მკვრივ ქვედასთან შედარებით ატმოსფერო. „ძნელია გაზომვა დისტანციური ზონდირების ინსტრუმენტებით. ჩვენ არ გვაქვს საკმარისი სიზუსტე ინსტრუმენტებისთვის, რომ გავზომოთ ასეთი მცირე სიმკვრივე, ”- განმარტა გილიმ.

ამიტომ აერობრაკინგის მანევრი ასეთ უნიკალურ სამეცნიერო შესაძლებლობას გვთავაზობს. მანევრების დროს ისეთი ფაქტორების გაზომვით, როგორიცაა სიმკვრივე და ტემპერატურა, მეცნიერებს შეუძლიათ შექმნან უფრო სრულყოფილი სურათი ატმოსფეროს ზედა რეგიონზე.

”ჩვენ ნამდვილად გვინდა ვიცოდეთ, როგორია ატმოსფერო პლანეტის ყველა ნაწილში,” - თქვა გილიმ. მაგრამ ამჟამად, ვენერისგან მიღებული შეზღუდული მონაცემები შემოიფარგლება უაღრესად ლოკალიზებული დაკვირვებებით. ასევე დიდი განსხვავებებია, თუ როგორ იქცევა ატმოსფერო დღის განმავლობაში და ღამის განმავლობაში, რაც ჩვენ მხოლოდ ახლა ვიწყებთ გაგებას.

თუ მეცნიერებს შეუძლიათ მიიღონ მონაცემები ზედა ატმოსფეროზე ამ ფაზის განმავლობაში, მათ შეუძლიათ შეადარონ ის სხვა მისიების მონაცემებს. დავინჩის მსგავსად, შეეცადოს გააერთიანოს ის, რაც ხდება ატმოსფეროში მთლიანობაში და არა მხოლოდ ერთში მდებარეობა.

პირობებზე მორგება

აერობრაკინგის ფაზის დროს შეგროვებული დაკვირვებები მხოლოდ სამეცნიერო ინტერესს არ წარმოადგენს. ისინი ასევე მიეწოდება კოსმოსური ხომალდის გუნდს, რომელსაც შეუძლია შეცვალოს მანევრების მიმდინარეობა დაგეგმილია, თუ, ვთქვათ, აღმოჩნდება, რომ ატმოსფეროს ერთ ნაწილში სიმკვრივე განსხვავდება იმისგან, რაც იყო მოსალოდნელია.

„ვენერას ატმოსფერო უკიდურესად ცვალებადია“, - განმარტა გილიმ, რაც იმას ნიშნავს, რომ მისი ტემპერატურა და სიმკვრივე იცვლება რთული გზებით. ”და ცვალებადობა კიდევ უფრო მაღალია ატმოსფეროს ზედა ნაწილში.”

ეს ნიშნავს, რომ შეზღუდული პროგნოზები, რაც ჩვენ გვაქვს იმის შესახებ, თუ რას უნდა ველოდოთ, შეიძლება საჭირო გახდეს მნიშვნელოვანი კორექტირება მას შემდეგ, რაც კოსმოსური ხომალდი ვენერას მოვა. თომას ვოირინის, EnVision Study-ის მენეჯერის თქმით, პირობების მოდელირება, რომელსაც კოსმოსური ხომალდი შეხვდება, იქნება „უწყვეტი მუშაობა გაშვებამდე“.

და გაშვების შემდეგაც კი, აერობრაკინგის მანევრების რეგულირება განმეორებადი პროცესია. მისიის გუნდს აქვს მოდელები, რისი პოვნაც შეიძლება, მაგრამ „რა თქმა უნდა, რეალობა განსხვავებული იქნება“, თქვა ვოირინმა. მთელი პროცესი შექმნილია ფართო მინდვრებით, რათა მოხდეს სხვადასხვა შესაძლო გადახრები პროგნოზებისგან.

დელიკატური ეტაპი

ნებისმიერი პლანეტათაშორისი მისიის გაშვება რთულია, მაგრამ ვენერაზე აერობრეკინგი განსაკუთრებული გამოწვევაა. ატმოსფეროს ნაწილების სწრაფი ბრუნვიდან დაწყებული მზის აქტივობის ეფექტებამდე, სწრაფი ქარებით და მაღალი ცვალებადობა, არსებობს მრავალი ფაქტორი, რომელსაც EnVision-ის მსგავს კოსმოსურ ხომალდს მოუწევს წინააღმდეგობა თან.

„ეს ძალიან რთული ეტაპია. ძალიან დელიკატური ეტაპია“, - თქვა გილიმ.

მაგრამ თუ ის მუშაობს, მას შეუძლია აჩვენოს ახალი და უფრო ხელმისაწვდომი გზა კოსმოსური ხომალდის მათ ორბიტაში მოხვედრისთვის - და ეს ნიშნავს, რომ მისიები შეიძლება იყოს უფრო ამბიციური თავიანთი მეცნიერების მიზნებში მეტის გარეშე ძვირი.

პროცესი ხანგრძლივია და მოითხოვს მოთმინებას მკვლევართა და საზოგადოებისგან, მაგრამ მას აქვს პოტენციალი შეცვალოს პლანეტარული მეცნიერების კეთება ვენერაში.

”ეს საკმაოდ რთულ საქმედ გამოიყურება. შენ ფიქრობ, აბა, რატომ გააკეთებ ამას? რატომ უნდა გაატაროთ ორი წელი სარისკო მანევრის მოლოდინში? ეს იმიტომ ხდება, რომ ეს ნამდვილად იძლევა მისიის შესაძლებლობას, ”- თქვა ტიგემ. და მასში არის რაღაც არსებითად დამაკმაყოფილებელიც. ”ეს უბრალოდ სისუფთავეა, იყენებს ატმოსფეროს ორბიტაზე მოხვედრის საშუალებას. ეს არის კარგი გზა ამის გასაკეთებლად. ”

რედაქტორების რეკომენდაციები

• აი, რატომ ფიქრობენ მეცნიერები, რომ შესაძლოა სიცოცხლე აყვავებულიყო "ჯოჯოხეთის პლანეტაზე" ვენერაზე
• იხილეთ მთვარე და იუპიტერი, რომლებიც მყუდროდ იქცევიან მაისის ცის დაკვირვებით
• როგორ შეცვალა NASA-ს 1978 წლის ასტრონავტების კლასმა კოსმოსის გამოკვლევის სახე
• ვენერას ვულკანურმა აქტივობამ მას გარე გარსი დაუტოვა
• ორი კოსმოსური ხომალდი ერთად მუშაობდა, რათა გაეგოთ ვენერას მაგნიტური ველის შესახებ