Forskare och ingenjörer testade en prototyp av en Venusballong i Black Rock-öknen i Nevada i juli 2022. Den mindre farkosten genomförde framgångsrikt två inledande testflygningar.

Med sin brännande hetta och överväldigande tryck är Venus yta fientlig och oförlåtande. Faktum är att de sonder som hittills har landat där bara varat i några timmar som mest. Men det kan finnas ett annat sätt att utforska denna farliga och fascinerande värld bortom omloppsbanan, som kretsar kring solen bara ett stenkast från jorden. Det är ballongen. NASA:s Jet Propulsion Laboratory (JPL) i Pasadena, Kalifornien, rapporterade den 10 oktober 2022 att en robotballong, ett av deras robotkoncept, framgångsrikt har genomfört två testflygningar över Nevada.

Forskarna använde en testprototyp, en krympt version av en ballong som faktiskt en dag skulle kunna driva genom Venus täta moln.

Första testflygningen av Venusballongprototypen

Den planerade Venus Aerobot är 12 meter i diameter, ungefär 2/3 av prototypens storlek.

Ett team av forskare och ingenjörer från JPL och Near Space Corporation i Tillamook, Oregon, genomförde testflygningen. Deras framgång tyder på att Venus-ballonger borde kunna överleva i den täta atmosfären i denna grannplanet. På Venus kommer ballongen att flyga på en höjd av 55 kilometer över ytan. För att matcha temperaturen och densiteten i Venus atmosfär i testet lyfte teamet testballongen till en höjd av 1 km.

På alla sätt beter sig ballongen som den var konstruerad. Jacob Izraelevitz, chefsutredare på JPL Flight Test, robotspecialist, sa: ”Vi är mycket nöjda med prototypens prestanda. Den lanserades, demonstrerade kontrollerad höjdmanövrering och vi fick den i gott skick igen efter båda flygningarna. Vi har samlat in omfattande data från dessa flygningar och ser fram emot att använda den för att förbättra våra simuleringsmodeller innan vi utforskar vår systerplanet.”

Paul Byrne från Washington University i St. Louis och en samarbetspartner inom flyg- och rymdrobotikvetenskap tillade: ”Framgången med dessa testflygningar betyder mycket för oss: Vi har framgångsrikt demonstrerat den teknik som behövs för att undersöka Venusmolnet. Dessa tester lägger grunden för hur vi kan möjliggöra långsiktig robotutforskning på Venus helvetiska yta.”

Res i Venusvindar

Så varför ballonger? NASA vill studera en region i Venus atmosfär som ligger för lågt för att rymdfarkosten ska kunna analysera den. Till skillnad från landare, som exploderar inom några timmar, kan ballonger sväva i vinden i veckor eller till och med månader, och driva från öst till väst. Ballongen kan också ändra sin höjd mellan 52 och 62 kilometer över ytan.

Flygande robotar är dock inte helt ensamma. Den arbetar med en orbiter ovanför Venus atmosfär. Förutom att utföra vetenskapliga experiment fungerar ballongen också som ett kommunikationsrelä med orbitern.

Ballonger i ballonger

Prototypen är i grunden en "ballong inuti en ballong", sa forskarna. Trycksattheliumfyller en stel inre reservoar. Samtidigt kan den flexibla yttre heliumballongen expandera och dra ihop sig. Ballonger kan också stiga högre eller falla lägre. Den gör detta med hjälp avheliumventiler. Om missionsteamet ville lyfta ballongen skulle de ventilera helium från den inre behållaren till den yttre ballongen. För att sätta tillbaka ballongen på plats,heliumventileras tillbaka in i reservoaren. Detta gör att den yttre ballongen drar ihop sig och förlorar lite flytkraft.

Frätande miljö

På den planerade höjden 55 kilometer över Venus yta är temperaturen inte lika extrem och atmosfärstrycket inte lika starkt. Men den här delen av Venus atmosfär är fortfarande ganska hård, eftersom molnen är fulla av droppar av svavelsyra. För att motstå denna korrosiva miljö byggde ingenjörerna ballongen av flera lager av material. Materialet har en syrabeständig beläggning, metallisering för att minska solvärme och ett inre lager som förblir tillräckligt starkt för att bära vetenskapliga instrument. Även tätningarna är syrabeständiga. Flygtester har visat att ballongens material och konstruktion också borde fungera på Venus. Materialen som används för Venus överlevnadsförmåga är utmanande att tillverka, och den robusthet i hanteringen vi visade under vår uppskjutning och bärgning i Nevada ger oss förtroende för tillförlitligheten hos våra ballonger på Venus.

I årtionden har vissa forskare och ingenjörer föreslagit ballonger som ett sätt att utforska Venus. Detta kan snart bli verklighet. Bild via NASA.

Vetenskap i Venus atmosfär

Forskare utrustar ballonger för olika vetenskapliga undersökningar. Dessa inkluderar att leta efter ljudvågor i atmosfären som produceras av jordbävningar på Venus. Några av de mest spännande analyserna kommer att vara själva atmosfärens sammansättning.Koldioxidutgör större delen av Venus atmosfär och ger näring åt den skenande växthuseffekten som har gjort Venus till ett sådant helvete på ytan. Den nya analysen skulle kunna ge viktiga ledtrådar om exakt hur detta hände. Forskare säger faktiskt att Venus i början brukade vara mer lik jorden. Så vad hände?

Sedan forskare rapporterade upptäckten av fosfin i Venus atmosfär år 2020 har frågan om möjligt liv i Venus moln återuppväckt intresset. Ursprunget till fosfin är oklart, och vissa studier ifrågasätter fortfarande dess existens. Men ballonguppdrag som detta skulle vara idealiska för djupgående analyser av moln och kanske till och med för att identifiera eventuella mikrober direkt. Ballonguppdrag som detta skulle kunna hjälpa till att reda ut några av de mest förvirrande och utmanande hemligheterna.