Cel mai bun mod de a cunoaște o lume este să o atingi. Oamenii de știință au observat planetele și lunile din sistemul nostru solar timp de secole și au zburat nave spațiale pe lângă globuri timp de decenii. Dar pentru a înțelege cu adevărat aceste lumi, cercetătorii trebuie să-și murdărească mâinile – sau cel puțin platformele de aterizare ale unei nave spațiale.
Încă din zorii erei spațiale, Marte și Luna au căpătat aproape toată dragostea de aterizare. Doar câteva nave spațiale au aterizat pe Venus, cealaltă lume vecină a noastră cea mai apropiată, și niciuna nu a aterizat pe Europa, o lună înghețată a lui Jupiter considerată a fi unul dintre cele mai bune locuri din sistemul solar pentru a căuta viața de astăzi (SN: 5/2/14).
Cercetătorii lucrează pentru a schimba asta. În mai multe discuții de la reuniunea virtuală a Uniunii Geofizice Americane, care a avut loc între 1 decembrie și 17 decembrie, oamenii de știință și inginerii planetari au discutat despre noi trucuri de care ipoteticele viitoare nave spațiale ar putea avea nevoie pentru a ateriza pe un teren necunoscut pe Venus și Europa. Misiunile sunt încă într-o fază de proiectare și nu sunt în programul de lansare al NASA, dar oamenii de știință vor să fie pregătiți.
Navigarea într-o mănușă venusiană
Venus este o lume notoriu dificil de vizitat (SN: 2/13/18). Temperaturile sale groaznice și presiunea atmosferică zdrobitoare au distrus fiecare navă spațială suficient de norocoasă pentru a ajunge la suprafață în aproximativ două ore de la sosire. Ultima aterizare a avut loc acum peste 30 de ani, în ciuda încrederii crescânde a oamenilor de știință planetar că suprafața lui Venus a fost cândva locuibilă (SN: 26/08/16). Acea posibilitate a vieții trecute, și poate actuale, pe Venus este unul dintre motivele pentru care oamenii de știință sunt nerăbdători să se întoarcă (SN: 28/10/20).
Într-unul dintre planurile propuse discutate în cadrul reuniunii AGU, oamenii de știință au în vizor un teren montan crestat și pliat pe Venus, numit tessera. „Aterizarea în siguranță pe terenul teselor este absolut necesară pentru a ne satisface obiectivele științifice”, a spus omul de știință planetar Joshua Knicely de la Universitatea din Alaska Fairbanks într-o discuție înregistrată pentru întâlnire. „Trebuie să o facem.”
Knicely face parte dintr-un studiu condus de geologul Martha Gilmore de la Universitatea Wesleyan din Middletown, Connecticut, pentru a proiecta o misiune ipotetică pe Venus care ar putea fi lansată în anii 2030. Misiunea ar include trei orbitere, un aerobot care să plutească în nori și un dispozitiv de aterizare care ar putea să foreze și să analizeze mostre de roci tessera. Se crede că acest teren s-a format acolo unde marginile continentelor au alunecat unele peste și sub altele cu mult timp în urmă, aducând roci noi la suprafață în ceea ce ar fi putut fi o versiune a plăcilor tectonice. Pe Pământ, acest tip de refacere la suprafață ar fi putut fi important pentru a face planeta primitoare vieții (SN: 22/04/2020).
Dar aterizarea în aceste zone pe Venus ar putea fi deosebit de dificilă. Din păcate, cele mai bune hărți ale planetei – de la orbiterul Magellan al NASA în anii 1990 – nu le pot spune inginerilor cât de abrupte sunt pantele pe terenul teselor. Hărțile respective sugerează că cele mai multe sunt mai mici de 30 de grade, pe care landerul le-ar putea descurca cu patru picioare telescopice. Dar unele ar putea fi de până la 60 de grade, lăsând nava spațială vulnerabilă să se răstoarne.
„Avem o înțelegere foarte slabă a modului în care este suprafața”, a spus Gilmore într-o discuție înregistrată pentru întâlnire. „Care este dimensiunea bolovanului? Care este distribuția dimensiunii rocii? Este pufos?”
Deci, aterizatorul va avea nevoie de un fel de sistem de navigație inteligent pentru a alege cele mai bune locuri pentru a ateriza și a vira acolo. Dar această nevoie de direcție ridică o altă problemă: spre deosebire de aterizatoarele de pe Marte, un aterizare Venus nu poate folosi motoare mici de rachetă pentru a încetini pe măsură ce coboară.
Forma unei rachete este adaptată densității aerului pe care o va împinge. De aceea, rachetele care lansează nave spațiale de pe Pământ au două secțiuni: una pentru atmosfera Pământului și una pentru aproape vidul spațiului. Atmosfera lui Venus își schimbă densitatea și presiunea atât de repede între spațiu și suprafața planetei, încât „scăderea unui kilometru ar merge de la funcționarea perfectă a rachetei, până la aprinderea greșită și, probabil, să se destrame”, spune Knicely.
În loc de rachete, aterizatorul propus ar folosi ventilatoare pentru a se împinge, aproape ca un submarin, transformând dezavantajul atmosferei dense într-un avantaj.
Atmosfera planetei prezintă, de asemenea, cea mai mare provocare dintre toate: a vedea pământul. Atmosfera densă a lui Venus împrăștie lumina mai mult decât cea a Pământului sau a lui Marte, estompând vederea suprafeței până la ultimii câțiva kilometri de coborâre.
Mai rău, lumina împrăștiată face să pară că iluminarea vine din toate direcțiile simultan, ca și cum ai străluci o lanternă în ceață. Nu există umbre care să ajute să arate pante abrupte sau să dezvăluie bolovani mari în care landerul s-ar putea prăbuși. Aceasta este o problemă majoră, potrivit lui Knicely, deoarece toate programele de navigație existente presupun că lumina vine dintr-o singură direcție.
„Dacă nu putem vedea pământul, nu putem afla unde sunt lucrurile sigure”, spune Knicely. „Și nici nu putem afla unde este știința.” În timp ce soluțiile propuse pentru celelalte provocări ale aterizării pe Venus sunt aproape fezabile, spune el, acesta rămâne cel mai mare obstacol.
Lipirea aterizării pe Europa
Luna înghețată a lui Jupiter, Europa, pe de altă parte, nu are aer care să estompeze suprafața sau să spargă rachete. Un viitor ipotetic lander Europa, discutat și la ședința AGU, ar putea folosi tehnica „macara cerească” (SN: 8/6/12). Acea metodă, în care o platformă plutește deasupra suprafeței folosind rachete și aruncă o navă spațială la sol, a fost folosită pentru a ateriza roverul Curiosity pe Marte în 2012 și va fi folosită pentru aterizatorul Perseverance în februarie 2021.
„Inginerii sunt foarte încântați că nu trebuie să aibă de-a face cu o atmosferă în coborâre”, a declarat inginerul de nave spațiale Jo Pitesky de la Laboratorul de propulsie cu reacție al NASA din Pasadena, California, într-o discuție înregistrată pentru întâlnire.
Totuși, există multe lucruri pe care oamenii de știință nu le știu despre suprafața Europei, care ar putea avea implicații pentru orice aterizare care aterizează, a spus cercetătorul planetar Marissa Cameron de la Jet Propulsion Laboratory într-o altă discuție.
Cele mai bune vederi ale peisajului lunii sunt de la orbiterul Galileo în anii 1990, iar cele mai mici caracteristici pe care le putea vedea aveau o jumătate de kilometru. Unii oameni de știință au sugerat că Europa ar putea avea vârfuri de gheață zimțate numite penitentes, similare cu caracteristicile de gheață din Munții Anzi din Chile, care sunt numite pentru asemănarea lor cu călugării cu glugă, cu capul plecat – deși studii mai recente arată că lipsa atmosferei Europei ar trebui să împiedice formarea penitenților. .
O altă misiune, Europa Clipper, care este deja în curs de desfășurare, va lua imagini la rezoluție mai mare atunci când orbiterul va vizita Luna Joviană mai târziu în acest deceniu, ceea ce ar trebui să ajute la clarificarea problemei.
Între timp, oamenii de știință și inginerii organizează repetiții generale elaborate pentru o aterizare Europa, de la simularea gheții cu diferite compoziții chimice în camerele de vid până la aruncarea unui aterizare fals numit Olaf dintr-o macara pentru a vedea cum rezistă.
„Avem o cerință care spune că terenul poate avea orice configurație – zimțat, gropi, cum spuneți – și trebuie să fim capabili să ne conformăm acelei suprafețe și să fim stabili la ea”, spune John Gallon, inginer la Jet Propulsion. Laborator. (Manechinul de aterizare a fost numit după personajul preferat al fiicei sale de 4 ani din film Îngheţat.)
În ultimii doi ani, Gallon și colegii au testat diferite picioare, picioare și configurații ale aterizatorului într-un laborator prin suspendarea aterizatorului de tavan ca o marionetă. Suspensia respectivă ajută la simularea gravitației Europei, care este o șapte din cea a Pământului.
Fără prea multă gravitație, un aterizare masiv ar putea sări cu ușurință și să se deterioreze atunci când încearcă să aterizeze. „Nu o să blochezi aterizarea ca o gimnastă care iese din gratii”, spune Gallon. Echipa sa a încercat picioare lipicioase, picioare în formă de bol, arcuri care comprimă și împing în suprafață și picioare care se blochează pentru a ajuta landerul să rămână pe diverse terenuri. Elementul de aterizare s-ar putea ghemui ca o broasca sau sa stea rigid ca o masa, in functie de tipul de suprafata pe care aterizeaza.
Deși Olaf lucrează din greu pentru a ajuta oamenii de știință să-și dea seama de ce va fi nevoie pentru a construi un aterizare Europa de succes, misiunea în sine, ca și omologul său venusian, rămâne deocamdată doar pe listele de dorințe ale unor oameni de știință planetari. Între timp, alți cercetători visează la călătorii în lumi complet diferite, inclusiv luna gheizer a lui Saturn, Enceladus.
„Unii oameni vor alege favorite”, spune Cameron. „Vreau doar să aterizez într-un loc unde nu am fost niciodată, care nu este Marte. Mi-ar place.”