Како ће НАСА-ина нова сонда преживети пакао Венере

Како је то наш комшија из суседства, можете замислити да имамо темељно разумевање планете Венере. Али погрешили бисте. НАСА није посетила планету више од 30 година, а има толико тога о месту да ми једва разумети, од његове геолошке историје до врсте стена на њеној површини, толики део окружење је у суштини мистерија.

Научници мисле да је Венера била некада као Земља, али су се то двоје разишли у неком тренутку своје еволуције да би постали потпуно различита места каква су данас. Знамо да Венера има густу атмосферу која одржава топлоту и чини је најтоплијом планетом у Сунчевом систему. И знамо да је његова површина прекривена планинама, пукотинама и вулканима, иако не знамо да ли су они још активни.

Један од разлога што толико тога остаје непознато о Венери је тај што њена густа атмосфера скрива већину терена од погледа и тешко је провирити кроз слојеве облака да бисте видели шта је испод. Други разлог је то што је то језиво негостољубиво место. Између температуре печења и густе атмосфере испуњене киселином, ништа што је човек направио није преживело на његовој површини дуже од неколико минута.

Али ако желимо да сазнамо више о овој мистериозној планети поред нас, морамо да је посетимо. А то је управо оно што НАСА-ина мисија ДАВИНЦИ планира да уради, испуштањем сонде кроз атмосферу како би очитавала све доле док падне на површину. Мисија, која ће бити једна од три мисије до Венере у наредној деценији, планирано је да се лансира 2029. године и да стигне на Венеру због свог стрмоглавог пада кроз атмосферу 2031. године.

Да бисмо сазнали како да направите сонду да издржи ово паклено окружење и шта бисмо могли да научимо из ње, разговарали смо са двојицом чланови ДАВИНЦИ тима: Јим Гарвин, главни истраживач за мисију, и Мике Секерак, системски пројекат инжењер.

Шта је са Венерином атмосфером?

Венера представља границу у планетарној науци о којој се врло мало зна, с обзиром на то колико нам је релативно близу. Оно што се дешава испод горњег слоја облака је посебно интригантно питање.

„Карактеризација атмосфере, од врха облака до површине – овако велика, масивна атмосфера, чије се 75% масе налази у доњих 15 до 20 километара – готово је неистражено“, Гарвин рекао.

Сонде послате на Венеру 1960-их и 1970-их покушале су да прикупе податке о атмосфери и постигле су одређени успех. Али претходна мерења атмосфере била су непоуздана, због физичких проблема са претходним сондама као што су зачепљени улази и ограничена доступна технологија. То је довело до неких испреплетених читања, за која Гарвин каже: „Нека од њих немају смисла.

Посебно је нижа атмосфера на много начина мистерија. То би могла бити суперкритична течност, у којој су температура и притисак толико велики да пљуска около попут течности. Ту је и питање како стене на површини планете реагују са атмосфером.

А проучавање атмосфере и површине могло би нам помоћи да одговоримо на једно од највећих питања која имамо о Венери: да ли је некада на својој површини имала течне водене океане, и ако јесте, шта се са њима догодило?

Два велика изазова

Венера није место добродошлице за сонду: дупло је топлија од пећнице и већи је притисак на површини него испод километра океана.

„Технички изазови које имамо овде су прилично узбудљиви“, рекао је Секерак. Највећи проблем за било коју потенцијалну мисију на Венеру је топлота, јер површинске температуре могу бити и до 900 степени Фаренхајта (475 степени Целзијуса). То је довољно вруће да растопи олово, и изазива пустош у електроници.

Међутим, то је само један део еколошког изазова. „Притисак, међутим, не заостаје много у погледу потешкоћа“, рекао је Секерак. Притисак на површини је око 95 бара, или скоро 100 пута већи од атмосферског притиска на Земљине површине, тако да је пројектовање сонде за ову врсту окружења нешто попут изградње а подморница.

Када се испусти у атмосферу, ДАВИНЦИ ће бити у трци са временом да прикупи све информације које су му потребне пре него што топлота и притисак униште његове компоненте. Да би сонда остала активна што је дуже могуће, сферична је и прекривена дебелом титанијумском шкољком да издржи притисак и изолује од топлоте. Затим постоји више изолације унутар ове шкољке, направљене од специјалних материјала укључујући астрокварц, врсту влакана направљеног од топљеног кварца.

Унутрашњост је дизајнирана да задржи компоненте термички изоловане и од спољашњости, како би се спречило преношење топлоте са шкољке. Затим се пуни гасом угљен-диоксида како би заштитио електронику високог напона од варничења и спречио цурење земаљских гасова током лансирања.

Све у свему, сонда, коју тим назива сфером за спуштање, има око један метар пречника. Биће пуштен из орбитера са падобраном да успори спуштање, иако атмосфера помаже са овим јер је толико густа да више личи на испуштање сонде кроз воду него кроз ваздух.

Укупно ће бити потребно 63 минута да сонда стигне до површине, а за тај сат ће прикупити што више података пре него што је неминовно уништи брутално окружење.

Узорковање до краја

Сфера за спуштање ће падати кроз атмосферу и узорковати све до доле, да би се створила слика атмосфере од врха до дна.

Унутар сфере ће се налазити инструменти попут спектрометара, слични инструментима на Марс роверима Цуриосити и Истрајност, која може да измери хемијски састав узорака гледајући таласне дужине светлости коју они апсорбовати. Али за разлику од ровера за Марс, којима могу потрајати сати или дани да прикупе и пажљиво анализирају узорак, ДАВИНЦИ ће морати да уради узорковање и анализу за неколико минута.

Постоје улазни вентили на различитим тачкама изнад сфере, са керамичким поклопцима који се ломе да би прогутали гасове. Ови гасови морају да се анализирају изузетно брзо, а затим одзраче како би се могло узети више узорака. Ово ће омогућити сонди да добије најдетаљнији поглед на хемију атмосфере у свим њеним слојевима.

Док се ово дешава, други сензори у сонди ће мерити факторе као што су температура и притисак, како би се разумела структура атмосфере. Тада ће сви ови подаци бити послати назад у орбитер пре него што сонда удари на површину.

Сонда је дизајнирана само за узорковање у атмосферу, а не за слетање. Али када дотакне површину, постоји могућност да ће преживети. Густа атмосфера и падобран ће помоћи у успоравању његовог спуштања, али „дефинитивно ће достићи брзину која је, ух, мање него идеална за хардвер за свемирске летове“, рекао је Секерак кроз смех.

Међутим, ако сонда преживи слетање, могла би трајати до 20 минута прикупљања података пре него што се топлота упије кроз сферу и спржи електронику. А то ће бити још више бонус података о површинској температури и притиску, као и о присутним гасовима.

Разумевање хемије атмосфере само је један део ДАВИНЦИ-јевих циљева. Други део, који би могао да буде најузбудљивији за јавност, јесте фотографисање мистериозне површине Венере.

Венера у људском обиму

Сонда ће се спустити "у планине Венере, на неку врсту терена који човечанство никада раније није видело", рекао је Гарвин. А тим жели да забележи ово искуство визуелно као и хемијски.

Сфера за спуштање ће такође имати камеру која ће снимати слике површине високог контраста, које се затим могу уградити у 3Д мапе.

Међутим, да би камера радила из металне сфере, потребан вам је прозор. А стакло није одличан материјал за рад у окружењима са интензивним високим притиском. Зато ДАВИНЦИ-јев прозор неће бити од стакла већ од сафира.

„То је буквално веома, веома велики комад сафира“, рекао је Секерак. "Зато што има сјајна оптичка својства." Веома је јак, али и веома јасан, тако да неће изобличити слике снимљене кроз њега. Али неизбежно, прозор који пропушта светлост такође ће пропуштати више топлоте, па су инжењери додали материјале за промену фазе око склопа прозора. Овај материјал се топи на одређеној температури да би апсорбовао вишак топлоте из прозора.

Ово ће омогућити камери да прави јасне, оштре слике током спуштања. Они ће се користити за фотографисање терена Венере, од висине до саме површине.

„Наше коначне слике ће имати резолуцију од 10 центиметара“, рекао је Гарвин. "То је размера коју бисте видели гледајући преко ваше дневне собе."

Осим што нуди обиље научних података, Гарвин се нада да ће снимање слика у овој скали бити помозите јавности да се осећа као да може да види Венеру као право место, а не само тачку са које се може посматрати афар.

„Желимо да људску визију и нашу чулну перцепцију пренесемо на Венеру“, рекао је он. „Почећемо да осећамо Венеру у људском обиму.

Тестирање за непознато

Прави шкакљиви део мисије на Венеру није чак ни суочавање са изазовима за које знамо, попут температуре и притиска. Покушава да предвиди који би изазови могли настати из окружења о којем имамо тако мало информација.

Зато ће тестирање и припрема бити велики део онога што ДАВИНЦИ тим ради у наредних седам година, у припреми за лансирање заказано за 2029.

„Радимо тестирање у најгорем случају“, објаснио је Секерак. "Тако да тестирамо које би најгоре окружење могло бити."

На пример, истраживачи знају да облаци Венере имају капи сумпорне киселине у себи - а сумпорна киселина једе материјале. Посебна брига је за уже од кевлара који ће причврстити сферу за спуштање на падобран. Да би тестирали да ли трака може да издржи кисело окружење, инжењери је не стављају само у неколико капи киселине – већ премазују целу површину у киселини, а затим тестирајте снагу ужета да бисте били сигурни да може да преживи довољно дуго да прође сонду кроз атмосферу чак иу најгорем могућем случају случај.

Што се тиче начина на који тестирате хардвер у окружењима која су толико различита од Земље, морате бити креативни. Да би видели колико ће времена требати да се метална сфера загреје, тим ју је однео у ливницу метала. „Њихов посао је да топе метал“, рекао је Секерак. „И стављамо наше инструменте унутра да вежбамо да се загрејемо, да измеримо тај топлотни ток.“

Идеја је да се у сваки критични систем угради довољна маргина да би се омогућиле све непознате ствари које планета може бацити на сферу. Гарвин је објаснио: „Уградили смо... много инжењерских мисли и смањења ризика у начин на који то радимо.

Ово чак утиче на начин на који ће се подаци прикупљати. „Ако будемо имали добар дан на Венери, вероватно ћемо добити 500 слика спуштања“, рекао је он. „Ако имамо апсолутно најгори дан познат човечанству, вероватно ћемо добити 35 назад. Али 35 је много више него што нам је потребно за ову врсту мапирања." Наравно, више слика значи више информација, а то је пожељно јер омогућава више науке. Али чак и у најгорим условима, они ће сазнати непроцењиве информације.

Увек нешто ново за научити

Посета Венери је огроман изазов, чак и по амбициозним стандардима великих свемирских мисија. Али потенцијална исплата у смислу онога што можемо научити је огромна.

Учење о Венери биће фасцинантно само по себи. Али то је такође важно за наше разумевање егзопланета. Док мисије попут свемирског телескопа Џејмс Веб откривају и истражују нове планете ван нашег Сунчевог система, биће нам потребна референтна тачка за стеновите планете попут Земље, Марса и Венере.

Имамо прилично добро разумевање основних карактеристика Земље и Марса, а додавањем података са Венере, моћи ћемо много боље да разумемо удаљене планете.

„Венера ће постати тачка калибрације за врсте великих, стеновитих планета са атмосфером које ћемо моћи да видимо и разумемо са Вебом и великим телескопима који долазе иза њих“, Гарвин рекао.

И наравно, постоји онај највећи људски инстинкт, да учи и истражује и да путује на нова места. "Ово је један од разлога зашто волим да радим на овим мисијама истраживања свемира - идемо негде о коме не знамо пуно", рекао је Секерак.

Научили смо много о изградњи за окружења Земље и Марса, а сада можемо узети део тог знања и применити га негде другде. Изградња за то окружење ће проширити нашу технологију, а посета је сондом може да почне да открива неке од њених мистерија. Као што је Секерак рекао, када посетите ново свемирско окружење, „увек постоји нешто ново што можете научити“.

Препоруке уредника

• Унутар лудог плана да се сакупи и донесе кући део атмосфере Венере
• Како гледати како НАСА-ина приватна мисија стиже на свемирску станицу
• Како је НАСА-ина класа астронаута из 1978. променила лице истраживања свемира
• Како гледати како НАСА открива своје свемирско одело нове генерације
• Венера, Јупитер и Церера налазе се у НАСА-иним саветима за посматрање неба за март