Ce va fi nevoie pentru a merge pe Venus?

Există o planetă chiar lângă care ar putea explica originile vieții în univers. Probabil că odată a fost acoperit de oceane (SN Online: 8/1/17). Este posibil să fi fost locuibil de miliarde de ani (SN Online: 8/26/16). Astronomii sunt disperați să aterizeze nave spațiale acolo.

Nu, nu Marte. Acea planetă tentantă este Venus. Dar, în ciuda întregului său atractiv, Venus este unul dintre cele mai greu locuri din sistemul solar de cunoscut. Asta se datorează parțial pentru că Venus modernă este celebru infernală, cu temperaturi suficient de calde pentru a topi plumbul și nori sufocați de acid sulfuric.

„Dacă ai vrea ca păcătoșii să se prăjească în sucul lor, Venus ar fi locul în care să-i trimită”, a spus VS Avduevsky, director adjunct al centrului de control al zborurilor spațiale al Uniunii Sovietice, în 1976, după ce aterizatoarele Venera 9 și 10 din țara sa și-au întors viziunea tristă. a peisajului planetei (SN: 19.6.76, str. 388).

Astăzi, potențialii exploratori Venus spun că au tehnologia pentru a stăpâni acele condiții blestemate. „Există percepția că Venus este un loc foarte dificil pentru a avea o misiune”, spune planetarist Darby Dyar de la Mount Holyoke College din South Hadley, Massachusetts. „Toată lumea știe despre presiunile și temperaturile ridicate de pe Venus, așa că oamenii cred că noi știm. Nu am tehnologie care să supraviețuiască asta. Răspunsul este că o facem.”

Iar cercetătorii dezvoltă în mod activ mai multă tehnologie care sfidează Venus, în timp ce luptă pentru sprijinul financiar necesar pentru a demara o misiune.

În 2017, cinci proiecte Venus – inclusiv un orbiter de cartografiere, o sondă care ar gusta atmosfera în timp ce cădea prin ea și aterizatoare care ar distruge pietre cu lasere – nu au reușit să obțină undă verde a NASA pentru zbor. Dar toate au fost considerate gata din punct de vedere tehnologic, iar echipa laser a primit finanțare pentru dezvoltarea tehnologiei.

„Procesul de selecție a misiunilor NASA este extrem de competitiv”, spune Thomas Zurbuchen, administrator asociat pentru programele de misiune științifică ale NASA din Washington, DC. „Așa-numita planetă „geamănă” a Pământului, Venus, este un corp fascinant și de un interes extraordinar pentru comunitatea noastră științifică… Comunitatea Venus ar trebui să continue să concureze pentru misiuni viitoare.”

IADUL PE PAMANT Glenn Extreme Environment Rig (GEER) de la Centrul de Cercetare Glenn al NASA din Ohio poate crea condiții asemănătoare lui Venus într-un spațiu controlat. GEER/NASA

În vizită pe Venus

De departe, Venus și Pământul ar arăta ca niște ținte la fel de promițătoare în căutarea vieții extraterestre. Ambele au aproximativ aceeași dimensiune și masă, iar Venus se află aproape de zona locuibilă a Soarelui, unde temperaturile permit apă lichidă stabilă pe suprafața planetei.

„Trebuie să înțelegem ce a făcut ca o planetă să meargă pe calea lui Venus și nu pe calea Pământului”, spune astrobiologul David Grinspoon de la Institutul de Științe Planetare, care are sediul în Washington, DC.

Câțiva orbitatori au vizitat Venus în ultimul deceniu, inclusiv Venus Express al Agenției Spațiale Europene din 2006 până în 2014 și Akatsuki al agenției spațiale japoneze, pe orbită din decembrie 2015. Dar, în ciuda a zeci de misiuni propuse pe o perioadă de aproape 30 de ani, nicio navă spațială NASA a vizitat geamănul Pământului de când ambarcațiunea Magellan și-a încheiat misiunea, scufundându-se în atmosfera lui Venus în 1994 și arzând. Și nicio navă spațială nu a aterizat deloc pe suprafața venusiană din 1985.

O barieră evidentă este atmosfera groasă a lui Venus care, în imaginile recente de la Akatsuki, face planeta să arate ca o marmură netedă, lăptoasă. Atmosfera este compusă în proporție de 96,5% dioxid de carbon, ceea ce blochează vederea oamenilor de știință asupra suprafeței în aproape toate lungimile de undă ale luminii. În 2011, astronomii au crezut că este imposibil să folosească spectroscopia – o tehnică care împarte lumina dintr-un obiect în lungimi de undă diferite pentru a spune compoziția unui obiect – de pe orbită pentru a dezvălui din ce este făcută suprafața lui Venus.

Dar se dovedește că atmosfera lui Venus este transparentă la cel puțin cinci lungimi de undă de lumină care pot ajuta la identificarea diferitelor minerale. Venus Express a dovedit că va funcționa: Privirea unei lungimi de undă în infraroșu a permis astronomilor să vadă puncte fierbinți care ar putea fi semne de vulcanism activ (SN Online: 19.06.15). Un orbiter care a folosit și celelalte patru lungimi de undă ar putea face și mai mult, spune Dyar.

Adevărul de bază

Pentru a înțelege cu adevărat suprafața, oamenii de știință vor să meargă acolo. Dar un lander ar trebui să se confrunte cu atmosfera opacă în timp ce caută un loc sigur pentru a ateriza. Cea mai bună hartă a suprafeței lui Venus, bazată pe datele radar de la Magellan, are o rezoluție prea mică pentru a arăta stânci sau pante care ar putea răsturna o aterizare, spune James Garvin de la Centrul de Zbor Spațial Goddard al NASA din Greenbelt, Maryland.

Garvin și colegii săi testează o tehnică de viziune computerizată numită Structure from Motion, care ar putea ajuta un lander să-și carteze propriul loc de aterizare în coborâre. Analizarea rapidă a multor imagini cu obiecte staționare luate din unghiuri diferite pe măsură ce navele spațiale coboară poate crea o redare 3-D a solului.

O încercare într-un elicopter deasupra unei cariere din Maryland a arătat că tehnologia poate reprezenta bolovani cu o diametru mai mic de jumătate de metru, aproximativ de dimensiunea unui coș de baschet. „Cu o mână de fotografii GoPro, am făcut hărți topografice mici și frumoase”, spune Garvin. „Putem face asta la Venus chiar și cu această atmosferă proastă care este atât de tulbure încât nu ai crede că funcționează.” El plănuiește să prezinte experimentul în martie în The Woodlands, Texas, la Conferința Lunar and Planetary Science.

Odată ce un lander a ajuns la suprafața lui Venus, se confruntă cu următoarea sa provocare: supraviețuirea.

Primele aterizări pe Venus, nava spațială sovietică Venera din anii 1970 și 80, au durat aproximativ o oră fiecare. Recordul de longevitate stabilit de Venera 13 în 1982 a fost de două ore și șapte minute. Suprafața planetei este de aproximativ 460° Celsius și presiunea sa este de aproximativ 90 de ori mai mare decât nivelul mării Pământului, așa că navele spațiale nu au mult timp înainte ca o componentă crucială să fie topită, zdrobită sau corodata de atmosfera acidă.

Nu se așteaptă ca misiunile moderne să se descurce mult mai bine: minim o oră, cinci ore optimist și 24 de ore „în cele mai nebunești vise ale tale”, spune Dyar.

Dar o echipă de la Centrul de Cercetare Glenn al NASA din Cleveland proiectează un lander care ar putea dura luni. „Vom încerca să trăim pe suprafața lui Venus”, spune inginerul Tibor Kremic de la NASA Glenn.

PRIN FOC Electronicele supuse unor condiții asemănătoare lui Venus de 460° Celsius și presiunea de 90 de ori mai mare decât cea a Pământului au apărut carbonizate, dar funcționale după un test de 21,7 zile.Neudeck et al/Avansuri AIP 2016

În loc să folosească vrac pentru a absorbi căldura sau să o contracareze prin refrigerare, aterizarea propusă, numită LLISSE (Long-Lived In-Situ Solar System Explorer), ar folosi electronice simple din carbură de siliciu care pot rezista la temperaturile venusiene.

„Nu sunt Pentium, dar sunt capabili să ofere o cantitate rezonabilă de funcționalitate”, spune inginerul electronic de la NASA Glenn, Gary Hunter.

Grupul a testat circuitele într-o cameră de simulare Venus numită GEER (Glenn Extreme Environment Rig). „Gândiți-vă la o cutie uriașă de supă”, dar cu pereți groși de 6 centimetri, spune Kremic. Circuitele încă au funcționat după 21,7 zile într-o atmosferă simulată de Venus, a raportat Philip Neudeck de la NASA Glenn în Avansuri AIP în 2016. Problemele de programare au pus capăt experimentului, dar circuitele ar fi putut dura mai mult, spune Hunter.

În cele din urmă, echipa vrea să construiască un prototip de aterizare care poate dura 60 de zile. Pe Venus, asta ar fi suficient de lung pentru a acționa ca o stație meteo, monitorizând schimbările atmosferei în timp. „Asta nu s-a mai făcut niciodată”, spune Kremic.

Roci de citit

Și asta prezintă următoarea provocare: oamenii de știință planetari trebuie să-și dea seama ce le spun datele.

Rocile interacționează cu atmosfera venusiană diferit decât cu atmosfera Pământului sau a lui Marte. Mineralogiștii identifică rocile pe baza luminii pe care o reflectă și o emit, dar temperatura și presiunea ridicată pot schimba lumina în moduri care depind de structura cristalină a mineralului. Chiar și atunci când oamenii de știință obțin date despre rocile venusiene, interpretarea ar putea fi dificilă.

„Nici nu știm ce să căutăm”, spune Dyar.

Experimentele în curs de desfășurare la GEER ajută la stabilirea liniei de bază. Oamenii de știință pot lăsa pietre și alte materiale în cameră luni de zile odată doar pentru a vedea ce se întâmplă cu ele. Dyar și colegii ei fac experimente similare într-o cameră cu temperatură ridicată de la Institutul de Cercetări Planetare din Berlin.

„Încercăm să înțelegem fizica modului în care lucrurile se întâmplă pe suprafața lui Venus, astfel încât să putem fi mai bine pregătiți atunci când explorăm”, spune Kremic.

Două dintre conceptele misiunii pe care NASA nu le-a dat undă verde folosesc strategii diferite. VISAGE (Venus In-Situ Atmospheric and Geochemical Explorer) a propus aducerea de roci sub formă de pulbere într-o cameră din interiorul landerului care menține condițiile pământești și măsurarea lor acolo.

VICI (Venus In-situ Composition Investigations) adoptă o abordare fără mâini: trageți pietre cu un laser și analizați puful de praf rezultat. Roverul Mars Curiosity folosește această tehnică, dar densitatea atmosferei lui Venus ar putea face rezultatele mai greu de înțeles. Echipa testează tehnica într-o cameră de simulare Venus la Laboratorul Național Los Alamos din New Mexico.

„Suntem convinși că va funcționa”, spune investigatorul principal VICI Lori Glaze de la NASA Goddard. „Trebuie doar să mai lucrăm pentru a convinge restul comunității.”

Există speranță la orizont, dacă exploratorii lui Venus își pot micșora ambițiile. Anul trecut, NASA a stabilit un program numit Venus Bridge pentru a vedea dacă vreo misiune către Venus poate zbura pentru 200 de milioane de dolari sau mai puțin. Această cifră reprezintă mai puțin de jumătate din costul – și în unele cazuri mult mai puțin de jumătate – din misiunile propuse recent.

„Sunt un puternic convins că constrânge inovația”, spune Zurbuchen, adăugând că progresele în tehnologie înseamnă că există modalități de a explora care nu existau acum un deceniu. „Dacă puneți o constrângere financiară, se pot întâmpla misiuni grozave.”

Ar fi greu să faci progrese semnificative în privința întrebărilor științifice pentru acel mic, notează Dyar. „Comunitatea Venus este sfâșiată”, adaugă ea. Dar oricum ar fi nevoie de mai multe misiuni fragmentare pentru a înțelege Venus. „Vom primi glazura într-o călătorie și tortul într-o călătorie diferită.”

Între timp, Venus speră soldat mai departe.

„Noua mea zicală preferată pentru comunitatea Venus este: „Nu renunța niciodată, nu te preda niciodată”, spune Glaze. „Încercăm în continuare.”