Ученые и инженеры провели испытания прототипа воздушного шара «Венера» в пустыне Блэк-Рок в Неваде в июле 2022 года. Уменьшенный аппарат успешно выполнил два первоначальных испытательных полета.

Поверхность Венеры, с её обжигающей жарой и подавляющим давлением, враждебна и беспощадна. Фактически, зонды, которые до сих пор там высаживались, продержались там от силы несколько часов. Но, возможно, есть другой способ исследовать этот опасный и увлекательный мир, помимо орбитальных аппаратов, вращаясь вокруг Солнца всего в двух шагах от Земли. Это воздушный шар. Лаборатория реактивного движения НАСА (JPL) в Пасадене, штат Калифорния, сообщила 10 октября 2022 года, что воздушный роботизированный воздушный шар, один из её концептов, успешно провёл два испытательных полёта над Невадой.

Исследователи использовали тестовый прототип — уменьшенную версию воздушного шара, который однажды действительно сможет дрейфовать сквозь плотные облака Венеры.

Первый испытательный полет прототипа воздушного шара «Венериан»

Планируемый Venus Aerobot будет иметь диаметр 40 футов (12 метров), что составляет около 2/3 размера прототипа.

Испытательный полет провела группа учёных и инженеров из JPL и Near Space Corporation в Тилламуке, штат Орегон. Их успех свидетельствует о том, что венерианские аэростаты способны выживать в плотной атмосфере соседней планеты. На Венере аэростат будет летать на высоте 55 километров над поверхностью. Чтобы соответствовать температуре и плотности атмосферы Венеры во время испытания, команда подняла испытательный аэростат на высоту 1 км.

Во всех отношениях воздушный шар ведёт себя так, как и было задумано. Джейкоб Израэлевиц, ведущий исследователь лётных испытаний JPL, специалист по робототехнике, сказал: «Мы очень довольны характеристиками прототипа. Он стартовал, продемонстрировал управляемый манёвр на высоте, и мы вернули его в исправное состояние после обоих полётов. Мы записали обширный объём данных, полученных в ходе этих полётов, и с нетерпением ждём возможности использовать его для улучшения наших имитационных моделей перед исследованием нашей родственной планеты».

Пол Бирн из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, научный сотрудник в области аэрокосмической робототехники, добавил: «Успех этих испытательных полётов очень важен для нас: мы успешно продемонстрировали технологию, необходимую для исследования венерианского облака. Эти испытания закладывают основу для того, как мы можем обеспечить долгосрочное роботизированное исследование адской поверхности Венеры».

Путешествие по ветрам Венеры

Итак, зачем нужны воздушные шары? НАСА хочет изучить область атмосферы Венеры, которая находится слишком низко для анализа с орбитального аппарата. В отличие от посадочных модулей, которые взрываются в течение нескольких часов, воздушные шары могут парить под действием ветра неделями или даже месяцами, дрейфуя с востока на запад. Высота воздушного шара может изменяться от 52 до 62 километров (от 171 000 до 203 000 футов) над поверхностью.

Однако летающие роботы не совсем одиноки. Они работают с орбитальным аппаратом, находящимся над атмосферой Венеры. Помимо проведения научных экспериментов, воздушный шар также выполняет функцию ретранслятора связи с орбитальным аппаратом.

Воздушные шары в воздушных шарах

По словам исследователей, прототип представляет собой «воздушный шар внутри воздушного шара».гелийзаполняет жёсткий внутренний резервуар. При этом гибкий внешний гелиевый шар может расширяться и сжиматься. Шары также могут подниматься выше или опускаться ниже. Это происходит с помощьюгелийВентиляционные отверстия. Если бы команда миссии хотела поднять шар, они бы перепускали гелий из внутреннего резервуара во внешний шар. Чтобы вернуть шар на место,гелийВоздух выпускается обратно в резервуар. Это приводит к сжатию внешнего баллона и потере плавучести.

Коррозионная среда

На запланированной высоте 55 километров над поверхностью Венеры температура не такая экстремальная, а атмосферное давление не такое сильное. Однако эта часть атмосферы Венеры всё ещё довольно суровая, поскольку облака полны капель серной кислоты. Чтобы противостоять этой коррозионной среде, инженеры построили воздушный шар из нескольких слоёв материала. Материал имеет кислотостойкое покрытие, металлизацию для уменьшения солнечного нагрева и внутренний слой, который остаётся достаточно прочным для размещения научных приборов. Даже уплотнители кислотостойкие. Лётные испытания показали, что материалы и конструкция воздушного шара также должны быть пригодны для использования на Венере. Материалы, используемые для обеспечения живучести на Венере, сложны в производстве, и надёжность в обращении, которую мы продемонстрировали во время запуска и возвращения в Неваде, даёт нам уверенность в надёжности наших воздушных шаров на Венере.

Десятилетиями учёные и инженеры предлагали использовать воздушные шары для исследования Венеры. Возможно, вскоре это станет реальностью. Изображение предоставлено NASA.

Наука в атмосфере Венеры

Ученые оснащают воздушные шары для различных научных исследований. Среди них — поиск звуковых волн в атмосфере, возникающих при землетрясениях на Венере. Одним из самых интересных исследований станет изучение состава самой атмосферы.Углекислый газСоставляет большую часть атмосферы Венеры, подпитывая неконтролируемый парниковый эффект, из-за которого на поверхности Венеры царит настоящий ад. Новый анализ может дать важные подсказки о том, как именно это произошло. Более того, учёные утверждают, что в ранние годы Венера была больше похожа на Землю. Так что же произошло?

Конечно, с тех пор, как в 2020 году учёные сообщили об обнаружении фосфина в атмосфере Венеры, вопрос о возможной жизни в её облаках вновь обрёл интерес. Происхождение фосфина не выяснено, и некоторые исследования всё ещё ставят под сомнение его существование. Но подобные полёты с использованием воздушных шаров были бы идеальным решением для глубокого анализа облаков и, возможно, даже для прямой идентификации микробов. Подобные полёты с использованием воздушных шаров могли бы помочь раскрыть некоторые из самых запутанных и сложных тайн.