Дивљи план да кући донесем мало атмосфере Венере

Ако сте недавно пратили вести из свемира, вероватно сте чули за Марс Сампле Ретурн — НАСА-ин амбициозни план да прикупи узорке марсовских стена и врати их на Земљу ради проучавања. Планирано је да та мисија буде покренута касније ове деценије, али ће то бити вишегодишњи и изузетно скуп процес прикупљања и узимања тих узорака.

Али Марс није једина планета на удаљености од посете. Зашто не бисмо скочили до нашег другог планетарног суседа, Венере, и одатле прикупили узорак?

То је управо оно што предлаже група истраживача Венере. Разговарали смо са лидером групе за предлоге да сазнамо више.

Стара идеја чије је време дошло

Научници су деценијама расправљали о предностима покушаја да се узме узорак са Венере, док су концепти мисије проучавани још 1980-их. Иако је Марс планета која је добила највише пажње последњих година, постоји велико интересовање за планетарну науку заједнице у учењу више о Венери - посебно зато што би нам то могло помоћи да разумемо више о другим планетама изван нашег Сунца система.

Сада би то могло да се промени, јер НАСА покреће деценија Венере са пар мисија које треба да посете тамо, заједно са мисијом Европске свемирске агенције, све планирано за следећу деценију.

Претходне мисије узорка Венере никада нису покренуте из неколико разлога: фокус на Марс је завршен Венера, недостатак технологије која би омогућила тако сложену операцију и суштинска негостољубивост Венера. Венера је врућа, са изузетно густом атмосфером, стварајући веома тешко окружење за рад електронике.

Покушавајући да одлетим до Венере, пошаљи сонду на површину, сакупи узорак, врати тај узорак у орбиту и онда би га враћање на Земљу било изузетно скупо и захтевало би значајне технолошке развој догађаја.

Због тога група француских истраживача има другачији приступ. Уместо да покушавамо да прикупимо део Венерине површине, требало би да покушамо да ухватимо део њене атмосфере. Мисија Венус Атмоспхериц Сампле Ретурн или ВАТМОС-СР је концепт мисије групе на Париском институту за планетарну физику, која покушава да прикупи подршку за своју идеју.

Велика предност овог приступа је његова релативна једноставност. Нема потребе да било шта слетите на површину или да се вратите у орбиту. Уместо тога, могли бисте да пошаљете једну летелицу на пут од Земље ка Венери, где би ушла у атмосферу и напунила боце са око четири литра гаса. Онда би наставио да путује право назад на Земљу.

Свемирска летелица не би имала инструменте и не би имала очитавања. То би било само сабирно возило. То га чини сигурнијим, лакшим и јефтинијим, објаснио је за Дигитал Трендс водећи истраживач Гуиллауме Авице.

„Само прелазите кроз атмосферу на балистичкој путањи“, рекао је Авице. „Дакле, потребна је само једна година да одете тамо, да узмете свој узорак и да се вратите на Земљу.“

Дугорочно планирање

Ових дана, планетарне научне мисије обично укључују слање инструмената (као што су они на Марсовим роверима) на локацију и њихово мерење. Овај приступ заговара прикупљање материјала и његово враћање на Земљу, где имамо много способније и разноврсније инструменте за истраживање.

А са драгоценим узорком са друге планете, мало иде далеко. Узорак од неколико литара гаса могао би годинама да заокупља научнике.

„Оно што је заиста кул је то што добијете пуно гаса и можете га мерити, не заувек, већ дуго времена на Земљи“, објаснио је Авице. „Ако размислите о томе, можете сачувати мало тог узорка. Можда ћемо за деценију имати нови спектрометар на Земљи који ће бити користан за овај узорак."

Ово планирање за будућност има смисла када погледате како је НАСА приступила лунарним узорцима прикупљеним током Аполо мисија на Месец. Неки узорци су анализирани чим су враћени на Земљу, али су други похрањени на основу тога да ће будућа технологија омогућити да буду анализирани у новој дубини. И тај дугорочни приступ се исплатио, са узорком од 50 година отворен тек прошле године и откривање информација о геологији и историји Месеца.

Ако бисмо успели да узмемо сличан узорак атмосфере Венере, велики део би могао да се сачува и на дужи рок. Истраживачи би имали користи чак и од само неколико атома у узорку гаса, тако да би узорак од неколико литара био довољан да обезбеди материјале за истраживање за целу заједницу Венере.

Предстојећа мисија на Венеру под називом Давинци планира да изврши слична мерења атмосфере, али у овом случају постоји временска криза. Мисија укључује испуштање сфере узорка кроз атмосферу, тако да се узорци морају узети и обрадити у року од само једног сата.

Ово је изазвало проблеме са претходним мисијама Венера у ранијим деценијама, што је резултирало погрешним налазима вероватно због нетачних калибрација или зачепљених вентилационих отвора. Инжењери дају све од себе да предвиде све могуће проблеме са узорковањем, али то је тешко урадити када постоји толико непознаница о окружењу у које мисија улази.

Међутим, ако се узорак врати на Земљу, има довољно времена за калибрацију инструмената и двоструку проверу резултата, чинећи налазе поузданијим.

Постоје неке сложености са узимањем узорка при веома великим брзинама. Долази до процеса који се зове фракционисање и који може да подели узорак на различите делове када се тако брзо прикупи, али би требало да постоји могућност да се то исправи.

Како би функционисала мисија узорковања атмосфере

Ипак, постоје добри разлози да нико раније није покушао да врати узорак Венере. Јер то није лако.

Очигледна паралела са мисијом враћања узорка Венере била би мисија Марс Сампле Ретурн, ан предстојеће заједничко улагање НАСА-е и Европске свемирске агенције које би требало да буде лансирано у касним 2020-те. Овај план за прикупљање узорка са Марса укључује више ровера, лендера или хеликоптера, настајао је деценијама и има велики буџет за који су забринути чак и ватрени ентузијасти Марса.

А Венера је још негостољубивија од Марса, са својом густом атмосфером, облацима сумпорне киселине и притиском упоредивим са дубинама океана. Покушај да се врати узорак са површине Венере био би "ноћна мора", рекао је Авице, и "вероватно чак скупљи него на Марсу".

Зато Авицеова група предлаже да се уместо тога узме узорак из атмосфере планете. „Супер је јефтино“, рекао је он, релативно говорећи: Група процењује цену такве мисије на 100 милиона евра (110 милиона долара), у поређењу са Тренутне процене од 8 до 9 милијарди долара за Марс Сампле Ретурн.

Међутим, чак и са релативном лакоћом узорка атмосфере, ниједан стари део атмосфере неће успети. На веома великим висинама, атмосфера је изузетно танка, а неки молекули су одвојени гравитацијом. Дакле, да бисте добили репрезентативан узорак, потребно је да се спустите испод нивоа који се зове хомопауза, испод којег је атмосфера довољно добро измешана да садржи све различите присутне молекуле.

На Венери, хомопауза је око 110 км (70 миља) од површине, тако да мисија треба да достигне испод тог нивоа. Али што дубље идете, мисија постаје тежа. „Дакле, циљ је да буде одмах испод хомопаузе, са извесном сигурносном маргином“, рекао је Авице. "Ако идемо дубље, постаје много изазовније и скупље."

Изазови

Међутим, тешко је чак и само проћи кроз атмосферу планете. Један велики изазов је питање чувања свемирске летелице од огромне топлоте која се ствара услед трења у атмосфери.

Свемирске летелице које ће ући у атмосферу планете - било да се ради о посети другој планети као што је Марс или да се свемирски брод враћа на Земљу кроз атмосферу наше планете — имамо дебели топлотни штит који штити деликатне компоненте изнутра од веома високих температуре.

Испорука ровера на Марс, на пример, укључује умотавање ровера у топлотни штит, а затим заптивање целе ствари - ровер и топлотни штит заједно, заједно са потисницима и другим деловима свемирских летелица — у носни конус ракете за лансирање. Једном у свемиру, летелица се распоређује и путује на Марс, а затим топлотни штит штити ровер док пролази кроз атмосферу до слетања.

Међутим, за мисију атмосферског узорка, потребан вам је један топлотни штит да би радио два пута - и током узорковања на Венери, и поново приликом враћања узорка на Земљу. Није јасно да ли би тренутна технологија топлотног штита била дорасла задатку заштите свемирског брода кроз два таква излагања.

Натерати топлотни штит да ради два пута је „нешто што заправо не знамо како да урадимо“, рекао је Авице. И можда ће бити потребне године развоја да би функционисало, ако је то уопште могуће.

Шта урадити са узорком када се врати на Земљу

Још један изазов је изненађујући. Можда мислите да је прикупљање узорка тежак део, а да би га анализирали када се врати на Земљу било би лако. Али испоставило се да је рад са узорцима гаса тежи него што можете замислити.

Атмосфера Венере је пуна супстанци које лако испаравају, које се називају испарљивим. То укључује племените гасове и једињења укључујући азот, водоник, угљеник и сумпор. Проучавање ових је кључно за разумевање Венерине атмосфере, али их није лако транспортовати или проучавати.

Да бисте правилно ухватили испарљиве супстанце у боцу за узорке, потребан вам је веома добар вентил - оба тако да ниједан од узорак побегне, и тако да ниједан од гасова из других окружења као што је Земљина атмосфера не процури. Ово је био проблем за мисију Хаиабуса2 која је успела да врати узорак са астероида, али је доживела цурење Земљине атмосфере вероватно изазван шоком активирања падобрана током његовог повратка на Земљу.

Чак и ако се узорак врати на Земљу потпуно нетакнут, без икаквог цурења, и даље морате брзо да се крећете да бисте узорак пребацили из боце у безбеднији контејнер. Чак и најтежи вентили ће мало пропуштати током месеци, тако да вам је потребан систем вишеструких контејнери који могу да захвате све што цури из узорка и сачувају онолико колико могуће.

Истраживачи се развијају вакуум системи за екстракцију и анализу гасова, укључујући и оне коришћено за узорак Хаиабуса2, али ово је још увек нова област технологије коју треба развити да би мисија враћања узорка атмосфере била потпуно ефикасна.

Будућност планетарне науке: ин ситу вс. враћање узорка

Мисија узорковања атмосфере је још увек у фази концепта, а група се нада да ће је добити у следећој рунди предлога за Европску свемирску агенцију или можда НАСА.

То је амбициозан план, али није тако необичан концепт као што би био пре неколико година. „Пре неколико деценија повратак узорка био је само сан и не баш озбиљан“, рекао је Авице, али сада са претходним мисије попут Хаиабуса2 и предстојеће мисије попут Марс Сампле Ретурн, постаје реална могућност.

И постоји потенцијал да се покаже да се повратак узорка може обавити релативно брзо и јефтино, због путања које су могуће између Земље и Венере и зато што свемирска летелица не би морала да успорава, да изађе на површину и да се врати у орбиту пре него што се врати у Земља.

Мисија би потенцијално могла да буде брзи бич напред-назад, враћајући узорак у року од годину дана.

„Оно што је заиста цоол је да бисмо добили узорак атмосфере Венере пре него што добијемо узорке са Марса“, рекао је Авице. "Дакле, то би био први узорак са друге планете."

Препоруке уредника

• Ево зашто научници мисле да је живот могао напредовати на „пакленој планети“ Венери
• Унутар Вера Ц. Опсерваторија Рубин, дом највеће дигиталне камере на свету
• Роцкет Лаб планира да пошаље прву приватну мисију на Венеру
• Истраживачи са МИТ-а детаљно планирају приватне мисије у потрази за животом на Венери
• НАСА видео вам показује како је урањати кроз Венерину атмосферу