В эпической поэме Данте Алигьери Божественная комедияЗнаменитые слова «Оставьте всякую надежду входящие сюда» украшают врата ада. Интересно, что видение ада Данте является подходящим описанием условий на Венере. Со средней температурой 450 °C (842 °F), атмосферным давлением, в 92 раза превышающим земное, и облаками сернокислотных дождей, Венера является самой враждебной средой в Солнечной системе. Неудивительно, почему космическим агентствам, начиная с начала космической эры, было так трудно исследовать атмосферу Венеры.
Несмотря на это, существует множество предложений по миссиям, которые могли бы выжить в адских условиях Венеры достаточно долго, чтобы выполнить миссию по возвращению образцов. Одно из таких предложений, Возвращение образца с поверхности Венеры, исходит от аэрокосмического инженера и писателя Джеффри Лэндиса и его коллег из Исследовательского центра Гленна НАСА. Предложенная ими концепция была выбрана для программы NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) в этом году. Он состоит из самолета на солнечной энергии, который будет получать топливо непосредственно из атмосферы Венеры и доставлять на поверхность марсоход, возвращающий образцы.
Идею самолета на солнечной энергии, исследующего Венеру, Лэндис и его коллеги разрабатывали около двадцати лет. В своей первой статье «Исследование Венеры на солнечном самолете», опубликованной в 2001 году, Лэндис показал, как самолет на солнечной энергии может безопасно исследовать облачную палубу на Венере – примерно в 60 км (37 миль) над поверхностью. На этой высоте, по его словам, интенсивность солнечной активности «сопоставима или превышает интенсивность солнечной энергии на Земле», а атмосферное давление делает полет легче, чем на Марсе.
Он также отметил, что медленное вращение Венеры гарантирует, что самолет будет постоянно подвергаться воздействию солнечного света и не потребует накопленной энергии для полета в ночное время. В опубликованной в 2003 году статье «Атмосферный полет на Венере: концептуальный проект» Лэндис и его коллеги из НАСА Гленн и Университета Иллинойса поделились спецификациями потенциального парка самолетов на солнечных батареях. Два года спустя за этим последовало «исследование атмосферы Венеры солнечными самолетами» в 2005 году, когда Лэндис и те же коллеги выступали за миссию по исследованию атмосферы Венеры на расстоянии от 50 до 75 км (от 31 до 47 миль) от поверхности.
Этот регион является частью «средней атмосферы» Венеры, где температура колеблется от -100 °C (-148 °F) до примерно 30-70 °С. °C (86–158 °F), а воздействие сернокислотных дождей будет минимальным. Более того, благодаря медленному периоду вращения Венеры (243 дня) самолет на солнечной энергии, летающий над облачной палубой, также будет подвергаться воздействию постоянного дневного света. Как рассказал Лэндис Universe Today по электронной почте:
«Средняя атмосфера Венеры — едва ли не самая неизведанная область планеты, и простой полет на самолете в этой области может привести к интересной науке. Преимущество самолетов заключается в том, что они полностью контролируют полет; ты идешь туда, куда хочешь, а не туда, куда тебя посылает ветер. Для возврата образца самолет дает нам возможность провести контролируемое сближение с возвращаемой ракетой».
В последующей статье, опубликованной в 2004 году, «Роботизированное исследование поверхности и атмосферы Венеры», Лэндис представил архитектуру миссии, которая включала как наземных роботов, так и самолет на солнечной энергии. В то время как роботы будут исследовать поверхность в течение 50 дней (полный срок их службы), самолет будет исследовать атмосферу Венеры на высоте от 100 км (62 миль) до 60 км (37 миль) над поверхностью, то есть чуть выше облачного слоя. С этого момента Лэндис и его коллеги из НАСА в Гленне начали размышлять над тем, как достижения в области материаловедения позволят осуществить миссию на поверхность.
В 2008 году Лэндис и его команда представили свою концепцию Группе определения науки и технологий НАСА (STDT) для Венеры. Как они сообщили, концепт будет иметь размах крыльев 9 метров (29,5 футов) и длину 7 м (23 фута) и складную конструкцию, которая позволит ему поместиться внутри аэрооболочки. Самолет развернется, как только достигнет Венеры, и будет иметь много преимуществ перед другими воздушными концепциями, такими как воздушные шары и дирижабли на солнечных батареях. За этим последовало несколько исследований, проведенных Лэндисом и его командой, и со временем конструкция изменилась.
Достаточно сказать, что эта концепция значительно изменилась за последние двадцать лет и обязана своим существованием множеству различных источников. В своей последней версии, которая была выбрана для фазы I разработки NIAC, самолет использует ракетную технологию с угарным газом и генерирует собственное топливо непосредственно из атмосферы Венеры. Как рассказал Лэндис журналу Universe Today, эта концепция все еще соответствует первоначальной идее и может позволить осуществить первую миссию по возврату образцов с Венеры:
«[T]Первую статью, посвященную самолетам Венеры, я написал еще в 2001 году, когда мы еще надеялись, что будет интересно отпраздновать столетие «Райт Флайера» первым полетом на другую планету. Однако солнечные самолеты, на которые мы смотрели в прошлом, предназначались для полетов в верхних слоях атмосферы, а не в горячей приземной атмосфере. Но высокотемпературная электроника разрабатывается в НАСА в Гленне и других местах, и было разумно задуматься, возможно ли на самом деле долететь до поверхности и вернуться обратно».
«Отдельно мы рассматривали возможность производства топлива на месте для других миссий, и я начал думать, где еще мы могли бы подумать о применении производства топлива на месте, которое еще не было проанализировано, и, в частности, где оно могло бы принести реальную пользу. разница в практически невыполнимой в противном случае миссии? — сказал Лэндис. «Возвращение образца Венеры стало результатом такого рода размышлений».
Самолет будет соединен с надводным элементом, использующим преимущества высокотемпературных наземных систем. Как говорилось в предыдущих статьях, ученые потратили годы на разработку концепций, которые могли бы работать в адских условиях Венеры. Это привело к появлению широкого спектра предложений, включающих технологию «стимпанк», ветровой парус или специальные электронные системы, способные противостоять экстремальной жаре и давлению атмосферы Венеры. Кроме того, самолет мог бы также получить образцы атмосферы, что, возможно, разрешит споры о том, может ли быть жизнь в облаках Венеры.
«Что касается поверхностного образца, это будет в первую очередь миссия по геологии и минералогии», — сказал Лэндис. «Образец атмосферы также имел бы огромную научную ценность для астробиологии и стал бы хорошей ступенькой к более сложной миссии по сбору образцов с поверхности. Недавнее открытие фосфина в облаках Венеры делает идею пробоотборника облаков еще более захватывающей».
Обеспечив финансирование Фазы I, Лэндис и его коллеги теперь сосредоточены на превращении концептуальной архитектуры миссии в детальные проекты. Как пояснил Лэндис, это будет состоять из поэтапной концепции операций (CONOPS), в которой все компоненты миссии будут объединены для создания массового бюджета, получения некоторых точных цифр и демонстрации того, что это осуществимо. Заглядывая в будущее, Лэндис и его коллеги надеются, что их предложение приведет к применению летательных аппаратов и исследованиям, которые выходят далеко за рамки Венеры и Марса:
«Я действительно думаю, что следующим большим шагом в исследовании планет, пионером которого стал вертолет Mars Insight, являются полеты. Использование ресурсов на месте, хотя об этом много говорится, еще не предпринималось ни на одном теле Солнечной системы (кроме Земли). Их объединение должно открыть двери для исследования многих планетарных тел».
Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с полным списком выбранных НАСА NIAC 2024 здесь.
Дополнительная литература: НАСА
