Det er lenge siden noen prøvde å lande på Venus, en av de mest uvennlige planetene i solsystemet. Det er dekket med svovelsyreskyer, og temperaturene på overflaten når 460 grader celsius, og atmosfæretrykket er 90 ganger høyere enn jordens. Bly, sink og tinn er flytende på Venus, og en atmosfære av karbondioksid veier omtrent det samme som vårt kilometer dypt hav - nok til å knuse en ubåt.
Til tross for alt dette, i vår tid, har planeten igjen begynt å tiltrekke seg oppmerksomhet: Det japanske Akatsuki-oppdraget gikk vellykket inn i bane til Venus i desember 2015; på 2020-tallet vil nye oppdrag planlagt av NASA og ESA finne sted. Til og med Russland planlegger å gjenta de svært vellykkede Venus- og Vega-oppdragene fra 70- og 80-tallet. Orbiters vil delta overalt, som vil studere planetens atmosfære, magnetfelt og geografi.
For å virkelig forstå planeten, må du lansere en lander på den. Modulene kan sjekke den kjemiske sammensetningen av luft og bergarter på overflaten og forstå hvordan det indre av planeten ser ut. Venera-D hadde en landingsmodul, men oppdraget oversteg ikke tre timer. Den forrige rekorden for overlevelse på overflaten ble satt av USSR-modulen Venera-13, som landet i 1982. Det varte 127 minutter i det giftige og etsende miljøet i Venus.
Å lage en sonde som varer lenger - minst en dag - krever robust elektronikk som tåler høye temperaturer, eller et kjølesystem for sonden, som egentlig er i ovnen. Han vil måtte jobbe uten solcellepaneler, som er ineffektive på en planet med en evig skygge. Batteriene vil ikke vare lenge og vil ikke kunne generere nok strøm.
Når vi snakker om elektronikk, leter forskere i NASA etter nye materialer til datamaskinbrikker som vil fortsette å operere ved høye temperaturer. "Ved 500 grader Celsius endrer spillereglene," sier Gary Hunter, forskningsingeniør ved NASA. "Vi trenger andre isolatorer og andre kontakter … Vi må finne opp på nytt hvordan vi skal sette sammen disse kretsene."
Problemet, sier Hunter, er at mange materialer oppfører seg annerledes ved høye temperaturer. For eksempel er silisium en halvleder, og ved høye temperaturer - omtrent 300 grader - blir det en leder som er mindre nyttig for elektronikk. Et annet problem er at selv om silisiumkretsløpene i seg selv overlever, er det vanskelig å komme med materialer for forbindelser mellom kretsløp som ikke vil slutte å fungere i den varme atmosfæren til Venus.
Salgsfremmende video:
Hunter sier at NASA jobber med karbidbasert silisiumelektronikk som kan vare lenger ved venusiske overflatetemperaturer. Ulempen med denne tilnærmingen er at slike brikker vil være svakere enn moderne datamaskinbrikker. I følge en presentasjon fra Venus Exploration Analyse Group på NASA fra 2014, vil slik elektronikk være sammenlignbar i kraft med 60-tallet. "Vi kommer ikke til å ta Pentiums der," sier Hunter. Men med litt hjernetrening kan det være nok å ta bilder og motta data fra sonden og overføre den til bane, til en mer avansert banemodul.
Målet til forskerne er ifølge Hunter å få elektronikk til å fungere i tusenvis av timer - å overleve minst en venusisk dag, som er 117 ganger lengre enn jorden.
For kraftsystemer har Pennsylvania State University Timothy Miller og Michael Paul foreslått bruk av en Stirling-motor.
Stirling-motoren starter med arbeidsvæsken inne i det "kalde" kammeret (kaldt betyr at temperaturen er lavere, ikke helt kald). Væsken komprimeres av stempelet og beveger seg inn i det andre kammeret, der det varmes opp. Det oppvarmede fluidet ekspanderer ved å bevege det andre stempelet, som er koblet til det første ved hjelp av et hjul eller spak. Når det andre stempelet beveger seg, skyver det væsken tilbake til den kalde enden, der den avkjøles, og syklusen begynner igjen. Så lenge det er en varmekilde, fortsetter motoren å gå. I dag brukes Stirling-motorer i kjølesystemer og til og med på ubåter.
Selve teknologien har eksistert siden 1816, den ble oppfunnet av den skotske presten Robert Stirling. Miller og Paul tror at denne gamle ideen kan brukes til fremtidens romfartøy, og skrev om den i tidsskriftet Acta Astronautica. NASA har allerede finansiert de første testene.
En Stirling-motor, sier Miller, kan gi nok kraft til å kjøle elektronikk og gi verktøy strøm slik at de kan vare lenger enn batterier. Arbeidsfluidet er mest sannsynlig helium, da det overfører varme mer effektivt enn andre gasser og ikke reagerer.
Men energi er ikke bare begrenset til: Stirling-motoren trenger drivstoff. Miller og teamet hans slo seg ned på litium, som kan brenne i en atmosfære av karbondioksid og nitrogen. (Nitrogen utgjør 4% av luften i Venus.) Litium smelter også ved 180 grader, noe som gjør det til et effektivt flytende drivstoff for Venus.
Samtidig reduseres romfartøyets vekt ved sjøsetting - alt som trengs er å ta litium med seg. 50 kiloene, kombinert med fremdrifts- og drivstoffsystemet, kunne drive sonden i to dager, ifølge Millers forskning.
Motoren må konfigureres som et enkelt stempelsystem, kaldt på den ene siden og varmt på den andre; stemplet skyver dynamoen frem og tilbake og genererer strøm. Millers team gjennomførte små tester, ved 4-5 atmosfærer; ytterligere finansiering er nødvendig for å gjennomføre tester i forhold nær Venus.
I tillegg forurenser litium ikke miljøet. Det ser ut til at på en ubebodd planet er dette den siste tingen å tenke på, men forskere liker ikke denne tilnærmingen. De trenger et system som vil fungere like bra og rent under alle forhold, ikke bare på Venus.
Når litium forbrennes i en karbondioksidatmosfære, dannes litiumkarbonat. Av dette følger at målingene til lander, som utforsker atmosfæren, ikke vil bli vansiret av avgassene.
Hvis teamet med forskere lykkes med å vise at systemet deres fungerer med et trykk på 90 atmosfærer, vil det være mulig å snakke seriøst om mulige flyreiser til Venus. Hvis vi kan vise at det vil fungere i minst en uke.
Venus og Jorden er like på mange måter. Radiene deres skiller seg med bare et par prosent, og massen av Venus er 81% av jorden. Da planetene dannet seg, var de i nærliggende deler av solens tåke, så deres grunnleggende sammensetning er også lik. Teknologiene som gjør det mulig for oss å skape en langlevd lander, kan være nøkkelen til å løse gåten om hvorfor en planet ble et hjem for livet og en annen ble en gren av helvete.
ILYA KHEL
