Forskare och ingenjörer testade en Venus-ballongprototyp i Nevadas Black Rock Desert i juli 2022. Det nedskalade fordonet genomförde framgångsrikt två första testflygningar

Med sin brännande hetta och överväldigande tryck är Venus yta fientlig och oförlåtande. I själva verket har sonderna som hittills landat där bara varat några timmar som mest. Men det kan finnas ett annat sätt att utforska denna farliga och fascinerande värld bortom orbiters, som kretsar runt 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 luftrobotballong, ett av dess flygrobotkoncept, 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 Venus ballong prototyp testflygning

Den planerade Venus Aerobot är 40 fot (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 venusiska ballonger borde kunna överleva i den täta atmosfären i denna grannvärld. 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 är designad. Jacob Izraelevitz, chefsutredare för JPL Flight Test, Robotics Specialist, sa: "Vi är mycket nöjda med prestandan hos prototypen. Den sjösatte, visade kontrollerad höjdmanöver och vi fick den tillbaka i bra form efter båda flygningarna. Vi har spelat in omfattande data från dessa flygningar och ser fram emot att använda dem för att förbättra våra simuleringsmodeller innan vi utforskar vår systerplanet.

Paul Byrne från Washington University i St. Louis och en samarbetspartner inom flygrobotteknik tillade: "Framgången för dessa testflygningar betyder mycket för oss: Vi har framgångsrikt demonstrerat den teknik som behövs för att undersöka Venus moln. Dessa tester lägger grunden för hur vi kan möjliggöra långsiktig robotutforskning på Venus helvetesyta.

Res i Venus vindar

Så varför ballonger? NASA vill studera en region av Venus atmosfär som är för låg för att omloppsbanan ska kunna analyseras. Till skillnad från landare, som blåser upp inom några timmar, kan ballonger flyta i vinden i veckor eller till och med månader och driva från öst till väst. Ballongen kan också ändra sin höjd mellan 171 000 och 203 000 fot (52 till 62 kilometer) över ytan.

Flygande robotar är dock inte helt ensamma. Den fungerar med en omloppsbana 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 i en ballong", sa forskarna. Tryckheliumfyller stel inre reservoar. Under tiden 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 uppdragsteamet ville lyfta ballongen skulle de ventilera helium från den inre reservoaren till den yttre ballongen. För att sätta tillbaka ballongen på platsheliumventileras tillbaka in i behållaren. Detta gör att den yttre ballongen drar ihop sig och förlorar en del flytförmåga.

Frätande miljö

På den planerade höjden 55 kilometer över Venus yta är temperaturen inte lika hemsk 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 frätande miljö byggde ingenjörer 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 borde fungera även på Venus. Materialen som används för Venus överlevnadsförmåga är utmanande att tillverka, och robustheten i hanteringen som vi visade i vår sjösättning och återhämtning i Nevada ger oss förtroende för tillförlitligheten hos våra ballonger på Venus.

I decennier 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 Venusiska jordbävningar. Några av de mest spännande analyserna kommer att vara själva atmosfärens sammansättning.Koldioxidutgör det mesta av Venus atmosfär, och underblåser den skenande växthuseffekten som har gjort Venus till ett helvete på ytan. Den nya analysen kan ge viktiga ledtrådar om exakt hur detta hände. Faktum är att forskare säger att Venus i början var mer lik jorden. Så vad hände?

Naturligtvis, sedan forskare rapporterade upptäckten av fosfin i Venus atmosfär 2020, har frågan om möjligt liv i Venus moln återupplivat intresset. Ursprunget till fosfin är osäkra, och vissa studier ifrågasätter fortfarande dess existens. Men ballonguppdrag som detta skulle vara idealiskt för djupanalys av moln och kanske till och med för att direkt identifiera eventuella mikrober. Ballonguppdrag som detta kan hjälpa till att reda ut några av de mest förvirrande och utmanande hemligheterna.