Laukinis planas namo parsinešti šiek tiek Veneros atmosferos

Jei neseniai sekėte kosmoso naujienas, tikriausiai girdėjote apie Marso mėginio sugrįžimą – ambicingą NASA planą rinkti Marso uolienų pavyzdžius ir sugrąžinti juos į Žemę tyrimams. Šią misiją planuojama pradėti vėliau šį dešimtmetį, tačiau tų mėginių surinkimas ir atėmimas užtruks daug metų ir bus labai brangus.

Tačiau Marsas nėra vienintelė planeta, kurią galima aplankyti. Kodėl gi neperšokus į kitą planetos kaimynę Venerą ir nepaėmus mėginio iš ten?

Būtent tai siūlo Veneros tyrinėtojų grupė. Norėdami sužinoti daugiau, kalbėjomės su pasiūlymų grupės vadovu.

Sena idėja, kurios laikas atėjo

Mokslininkai dešimtmečius diskutuoja apie bandymo paimti pavyzdį iš Veneros privalumus, o misijos koncepcijos buvo tiriamos dar devintajame dešimtmetyje. Nors Marsas buvo planeta, kuriai pastaraisiais metais buvo skiriamas didžiausias dėmesys, yra didelis susidomėjimas planetų mokslu bendruomenei daugiau sužinoti apie Venerą – ypač todėl, kad tai galėtų padėti mums daugiau suprasti kitas planetas, esančias už mūsų Saulės ribų sistema.

Dabar tai gali pasikeisti, nes NASA pradeda veikti Veneros dešimtmetį su keliomis misijomis, kurios ten aplankys, taip pat su Europos kosmoso agentūros misija, visos numatytos kitą dešimtmetį.

Ankstesnės Veneros pavyzdinės misijos niekada nebuvo pradėtos dėl kelių priežasčių: dėmesys Marsui baigėsi Venera, technologijų, leidžiančių tokiai sudėtingai operacijai, trūkumas ir esminis jos nesvetingumas Venera. Venera karšta, jos atmosfera itin tanki, sukurianti labai atšiaurią aplinką elektronikai veikti.

Bandymas skristi į Venerą, nusiųsti zondą žemyn į paviršių, paimti mėginį, grąžinti tą mėginį į orbitą ir tada grąžinti jį į Žemę būtų ir pernelyg brangu, ir pareikalautų daug technologinių pokyčius.

Štai kodėl prancūzų mokslininkų grupė laikosi kitokio požiūrio. Užuot bandę surinkti Veneros paviršiaus gabalėlį, turėtume pabandyti patraukti dalį jos atmosferos. „Venus Atmospheric Sample Return“ misija arba VATMOS-SR yra Paryžiaus planetų fizikos instituto grupės, bandančios palaikyti savo idėją, misijos koncepcija.

Didelis šio metodo pranašumas yra jo santykinis paprastumas. Nereikia nieko leisti ant paviršiaus ar grįžti į orbitą. Vietoj to galėtumėte nusiųsti vieną erdvėlaivį keliu nuo Žemės link Veneros, kur jis patektų į atmosferą ir pripildytų butelius maždaug keturiais litrais dujų. Tada jis toliau keliautų tiesiai į Žemę.

Erdvėlaivis neturėtų jokių prietaisų ir nerodytų. Tai būtų tik surinkimo mašina. Tai daro jį saugesnį, lengvesnį ir pigesnį, „Digital Trends“ paaiškino pagrindinis tyrėjas Guillaume'as Avice'as.

„Jūs tiesiog perbraukite atmosferą balistine trajektorija“, - sakė Avice. „Taigi užtrunka vienerius metus, kad ten nuvyktum, paimtum mėginį ir grįžtum į Žemę.

Planavimas ilgam laikui

Šiomis dienomis planetų mokslo misijose paprastai siunčiami instrumentai (pvz., esantys marsaeigiuose) į vietą ir atliekami matavimai. Šis požiūris skatina rinkti medžiagą ir sugrąžinti ją į Žemę, kur turime daug pajėgesnių ir įvairesnių instrumentų tirti.

O su brangiu pavyzdžiu iš kitos planetos šiek tiek labai daug. Kelių litrų dujų mėginys mokslininkus galėtų užimti daugelį metų.

„Tikrai šaunu yra tai, kad jūs gaunate daug dujų ir galite jas matuoti ne amžinai, o ilgą laiką Žemėje“, - paaiškino Avice. „Jei gerai pagalvosite, galite šiek tiek išsaugoti šio pavyzdžio. Galbūt po dešimtmečio Žemėje turėsime naują spektrometrą, kuris bus naudingas šiam pavyzdžiui.

Šis ateities planavimas yra prasmingas, kai žiūrite į tai, kaip NASA priartėjo prie Mėnulio mėginių, surinktų per „Apollo“ misijas į Mėnulį. Kai kurie mėginiai buvo išanalizuoti, kai tik buvo grąžinti į Žemę, tačiau kiti buvo saugomi remiantis tuo, kad ateities technologijos leis juos analizuoti naujame gylyje. Ir toks ilgalaikis požiūris pasiteisino – 50 metų senumo pavyzdys atidarytas tik pernai ir atskleisti informaciją apie Mėnulio geologiją ir istoriją.

Jei pavyktų paimti panašų Veneros atmosferos pavyzdį, didžioji jo dalis taip pat galėtų būti saugoma ilgą laiką. O tyrėjams praverstų net saujelė dujų mėginio atomų, todėl pakaktų kelių litrų mėginio, kad būtų gauta tyrimų medžiaga visai Veneros bendruomenei.

Artėjanti misija į Venerą, pavadinta Davinci, planuoja atlikti panašius atmosferos matavimus, tačiau šiuo atveju tai yra realus laiko trūkumas. Misija apima mėginio sferos išmetimą per atmosferą, todėl mėginiai turi būti paimti ir apdoroti vos per vieną valandą.

Tai sukėlė problemų ankstesnėse Veneros misijose ankstesniais dešimtmečiais, todėl išvados buvo klaidingos, greičiausiai dėl neteisingo kalibravimo arba užsikimšusių ventiliacijos angų. Inžinieriai deda visas pastangas, kad nuspėtų visas galimas mėginių ėmimo problemas, tačiau tai sunku padaryti, kai yra tiek daug nežinomųjų apie aplinką, į kurią patenka misija.

Tačiau jei mėginys grąžinamas į Žemę, lieka daug laiko kalibruoti prietaisus ir dar kartą patikrinti rezultatus, todėl radiniai tampa patikimesni.

Imant mėginį labai dideliu greičiu, kyla tam tikrų sunkumų. Vyksta procesas, vadinamas frakcionavimu, kuris gali padalyti mėginį į skirtingas dalis, kai jis surenkamas taip greitai, tačiau turėtų būti įmanoma tai ištaisyti.

Kaip veiktų atmosferos mėginių ėmimo misija

Tačiau yra rimtų priežasčių, kodėl niekas anksčiau nebandė atlikti Veneros mėginio grąžinimo misijos. Nes tai nėra lengva.

Akivaizdi Veneros mėginio grąžinimo misijos paralelė būtų Marso mėginio grąžinimo misija, an būsima bendra NASA ir Europos kosmoso agentūros įmonė, kurią planuojama paleisti vėlai 2020-ieji. Šis planas paimti pavyzdį iš Marso apima kelis marsaeigius, nusileidimus ar sraigtasparnius, kuriamas dešimtmečius, o jo biudžetas didėja, o tai susirūpina net karštais Marso entuziastais.

O Venera yra dar nesvetingesnė už Marsą – jos tiršta atmosfera, sieros rūgšties debesys ir slėgis, panašus į vandenyno gelmes. Bandymas grąžinti pavyzdį iš Veneros paviršiaus būtų „košmaras“, sakė Avice, ir „turbūt net brangiau nei Marse“.

Štai kodėl Avice grupė siūlo paimti pavyzdį iš planetos atmosferos. „Tai labai pigu“, – sakė jis santykinai: Grupė mano, kad tokios misijos kaina yra 100 milijonų eurų (110 milijonų dolerių), palyginti su Dabartiniais skaičiavimais, nuo 8 iki 9 mlrd Marso mėginio grąžinimui.

Tačiau net ir esant santykinai paprastam atmosferos pavyzdžiui, jokia sena atmosfera nepadės. Labai dideliame aukštyje atmosfera yra labai plona, ​​o kai kurias molekules atskiria gravitacija. Taigi, norėdami gauti reprezentatyvų mėginį, turite nukristi žemiau lygio, vadinamo homopauze, žemiau kurio atmosfera yra pakankamai gerai sumaišyta, kad jame būtų visos skirtingos esančios molekulės.

Veneroje homopauzė yra maždaug 110 km (70 mylių) atstumu nuo paviršiaus, todėl misija turi pasiekti žemiau šio lygio. Tačiau kuo giliau eini, tuo sunkesnė misija. „Taigi tikslas yra būti šiek tiek žemiau homopauzės su tam tikra saugumo riba“, - sakė Avice. „Jei eisime giliau, tai taps daug sudėtingiau ir brangiau.

Iššūkiai

Tačiau net tiesiog patekti į planetos atmosferą sunku. Vienas didelis iššūkis yra apsaugoti erdvėlaivį nuo didžiulio karščio, kuris susidaro dėl trinties atmosferoje.

Erdvėlaiviai, kurie ketina patekti į planetos atmosferą – nesvarbu, ar tai aplankys kitą planetą, pvz., Marsą, ar erdvėlaivis, grįžtantis į Žemę per mūsų planetos atmosferą – turi storą šilumos skydą, kuris apsaugo viduje esančias subtilias sudedamąsias dalis nuo labai didelio temperatūros.

Pavyzdžiui, norint pristatyti marsaeigį į Marsą, jį reikia apvynioti šilumos skydu, o tada užsandarinti visą daiktą. roveris ir šilumos skydas kartu su pristūmikliais ir kitomis erdvėlaivių dalimis – į paleidimo raketos nosies kūgį. Patekęs į kosmosą erdvėlaivis dislokuojamas ir nukeliauja į Marsą, tada šilumos skydas apsaugo marsaeigį, kai jis leidžiasi per atmosferą.

Tačiau norint atlikti atmosferos mėginio misiją, jums reikės vieno šilumos skydo, kuris veiktų du kartus – tiek imant mėginius Veneroje, tiek vėl grąžinant mėginį į Žemę. Neaišku, ar dabartinė šilumos skydo technologija būtų tinkama apsaugoti erdvėlaivį dviem tokiais eksponatais.

Šilumos skydo veikimas du kartus yra „kažkas, ko mes tikrai nežinome, kaip tai padaryti“, sakė Avice. Ir gali prireikti metų tobulėjimo, jei tai net įmanoma.

Ką daryti su mėginiu, kai jis grįš į Žemę

Kitas iššūkis stebina. Galite pamanyti, kad paimti pavyzdį yra sunku, o jį išanalizuoti, kai jis grįš į Žemę, būtų lengvas. Tačiau pasirodo, kad dirbti su dujų mėginiais yra sunkiau, nei galite įsivaizduoti.

Veneros atmosferoje gausu medžiagų, kurios lengvai išgaruoja, vadinamos lakiosiomis medžiagomis. Tai inerniosios dujos ir junginiai, įskaitant azotą, vandenilį, anglį ir sierą. Jų studijavimas yra labai svarbus norint suprasti Veneros atmosferą, tačiau juos nėra lengva transportuoti ar studijuoti.

Norint tinkamai sulaikyti lakiąsias medžiagas mėginio buteliuke, reikia labai gero vožtuvo – abiejų, kad nė vienas iš mėginys išbėga, kad į vidų nepatektų jokios kitos aplinkos, pvz., Žemės atmosferos, dujos. Tai buvo problema Hayabusa2 misijai, kuri sugebėjo grąžinti pavyzdį iš asteroido, bet patyrė Žemės atmosferos nuotėkis greičiausiai sukeltas šoko parašiuto išsiskleidimo jam grįžtant į Žemę.

Net jei mėginys grįžta į Žemę visiškai nesugadintas ir be jokių nutekėjimų, vis tiek turite greitai judėti, kad mėginys iš buteliuko būtų perkeltas į saugesnę talpyklą. Net ir patys sandariausi vožtuvai šiek tiek nutekės per kelis mėnesius, todėl jums reikia kelių sistemų talpyklos, kuriose galima užfiksuoti viską, kas nuteka iš mėginio, ir išsaugoti tiek pat jo galima.

Mokslininkai kuria vakuuminės sistemos dujoms išgauti ir analizuoti, įskaitant tuos naudojamas Hayabusa2 pavyzdžiui, tačiau tai vis dar yra nauja technologijų sritis, kurią reikia sukurti, kad atmosferos mėginių grąžinimo misija būtų visiškai veiksminga.

Planetų mokslo ateitis: in situ vs. pavyzdžio grąžinimas

Atmosferos mėginių ėmimo misija vis dar tvirtai suplanuota, ir grupė tikisi, kad ji bus įtraukta į kitą Europos kosmoso agentūros ar galbūt NASA pasiūlymų etapą.

Tai ambicingas planas, tačiau tai nėra tokia neįprasta koncepcija, kokia būtų buvusi prieš kelerius metus. „Prieš kelis dešimtmečius mėginio grąžinimas tebuvo svajonė ir tikrai nebuvo rimta“, – sakė Avice tokiose misijose kaip Hayabusa2 ir būsimose misijose, pvz., Mars Sample Return, tai tampa realia galimybe.

Ir yra galimybė parodyti, kad mėginius galima grąžinti palyginti greitai ir pigiai dėl galimų trajektorijų tarp Žemės ir Veneros ir todėl, kad erdvėlaiviui nereikėtų sulėtinti greičio, pakilti į paviršių ir grįžti į orbitą prieš grįždamas į Žemė.

Misija gali būti greitas plakimas pirmyn ir atgal, mėginio grąžinimas per metus.

„Tikrai šaunu yra tai, kad Veneros atmosferos pavyzdį gautume prieš gaudami mėginius iš Marso“, – sakė Avice. "Taigi tai būtų pirmasis pavyzdys iš kitos planetos."

Redaktorių rekomendacijos

• Štai kodėl mokslininkai mano, kad gyvybė galėjo klestėti „pragaro planetoje“ Veneroje
• Vera C viduje. Rubino observatorija, didžiausio pasaulyje skaitmeninio fotoaparato namai
• „Rocket Lab“ planuoja nusiųsti pirmąją privačią misiją į Venerą
• MIT tyrėjai detaliai rengia privačių misijų planus ieškoti gyvybės Veneroje
• NASA vaizdo įrašas parodo, ką reiškia pasinerti į Veneros atmosferą