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金星气球飞行器完成第一次试飞
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金星气球飞行器完成第一次试飞

 

金星气球原型:日出时在沙漠中由 2 人手持的大型椭圆形银色气球。

 

科学家和工程师于 2022 年 7 月在内华达州黑岩沙漠测试了金星气球原型。按比例缩小的飞行器成功完成了 2 次初始试飞。图片来自NASA / JPL-Caltech。

 

凭借其灼热的热量和压倒性的压力,金星的表面充满敌意和无情。事实上,迄今为止降落在那里的探测器最多只持续了几个小时。但是,除了轨道飞行器之外,可能还有另一种方式来探索这个危险而迷人的世界,它围绕太阳运行,距离地球仅一步之遥。那就是气球。位于加利福尼亚州帕萨迪纳的美国宇航局喷气推进实验室 (JPL) 于2022年10月10日报告称,其航空机器人概念之一的空中机器人气球已成功在内华达州上空完成了两次试飞。

 

研究人员使用了一个测试原型,这是一个缩小版的气球,实际上有一天它可能会在密密麻麻的金星云层中漂流。

 

第一次金星气球原型试飞

 

计划中的金星航空机器人直径为 40 英尺(12 米),比原型机大约 2/3。

 

来自JPL和俄勒冈州蒂拉穆克的近太空公司的一组科学家和工程师进行了试飞。他们的成功表明,金星气球应该能够在这个邻近世界的稠密大气中生存。在金星上,气球将在距地表 55 公里的高度飞行。为了匹配测试中金星大气的温度和密度,研究小组将测试气球升空至 1 公里的高度。

 

从各方面来看,气球的表现都和它的设计一样。JPL 飞行测试的首席研究员、机器人技术专家Jacob Izraelevitz说:我们对原型的性能非常满意。它发射了,展示了可控高度机动,我们在两次飞行后都恢复了它的良好状态。我们已经记录了这些飞行的大量数据,并期待在探索我们的姐妹星球之前使用它来改进我们的模拟模型。

 

圣路易斯华盛顿大学的Paul Byrne和一位航空机器人科学合作者补充道:这些试飞的成功对我们来说意义重大:我们已经成功展示了调查金星云所需的技术。这些测试为我们如何在金星地狱般的表面上实现长期机器人探索奠定了基础。

 

在金星风中旅行

 

那么为什么是气球呢?美国宇航局想要研究金星大气层的区域,该区域的高度太低,轨道器无法分析。与在几个小时内被炸毁的着陆器不同,气球可以在风中漂浮数周甚至数月,从东向西漂流。气球还可以在地表以上 171,000 到 203,000 英尺(52 到 62 公里)之间改变其高度。

 

然而,飞行机器人并不完全孤单。它与金星大气层上方的轨道器一起工作。除了进行科学实验外,气球还充当与轨道器的通信中继。

 

“气球中的气球”

 

研究人员说,原型基本上是“气球中的气球”。加压氦气填充刚性内部储液罐。同时,柔性的外层氦气球可以膨胀和收缩。气球也可以上升得更高或下降得更低。它借助氦气通风口来做到这一点。如果任务团队想让气球上升,他们会将氦气从内部储层排放到外部气球。为了将气球放回原处,氦气被排放回储液罐。这会导致外气球收缩并失去一些浮力。

 

腐蚀性环境

 

在金星表面上方55公里的计划高度,气温并没有那么可怕,大气压力也没有那么强烈。但是金星大气层的这一部分仍然非常恶劣,因为云层中充满了硫酸液滴。为了帮助抵御这种腐蚀性环境,工程师们用多层材料建造了气球。这种材料具有防酸涂层、减少太阳加热的金属化层和保持其强度足以承载科学仪器的内层。甚至密封件也是耐酸的。飞行测试表明,气球的材料和结构也应该适用于金星。用于金星生存能力的材料制造起来具有挑战性,而我们在内华达州发射和回收中展示的处理稳健性使我们对气球在金星上的可靠性充满信心。

 

几十年来,一些科学家和工程师一直提议将气球作为探索金星的一种方式。这可能很快就会成为现实。图片来自美国国家航空航天局。

 

金星大气中的科学

 

科学家们装备气球进行各种科学调查。其中包括寻找大气中由金星地震(金星版地震)产生的声波。一些最令人兴奋的分析将是大气本身的成分。二氧化碳构成了金星的大部分大气层,助长了失控的温室效应,使金星在地表变成了这样一个地狱。新的分析可以提供重要的线索,以了解这究竟是如何发生的。事实上,科学家们说,在早期,金星曾经更像地球。所以发生了什么事?

 

当然,自从科学家报告2020 年在金星大气层中发现了磷化氢以来,金星云中可能存在生命的问题再次引起了人们的兴趣。对磷化氢的起源尚无定论,一些研究仍然质疑它的存在但像这样的气球任务将是对云进行深入分析甚至可能直接识别任何微生物的理想选择,像这样的气球任务可以帮助揭开一些最令人困惑和最具挑战性的秘密。

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