Yüzen ‘aerobatlar’ Venüs’ün bulut tepelerini keşfetmenin en iyi yolu olabilir

Çok sayıda kanıta göre, Venüs bir zamanlar bugün olduğundan çok farklı bir gezegendi. Ancak kabaca 500 milyon yıl önce, devasa bir yüzey yenileme olayı, bugün orada gördüğümüz zehirli ve cehennem ortamına yol açan kaçak bir sera etkisini tetikledi. Bu nedenle, Venüs çalışması, gelecekte diğer gezegenlere neler olabileceğine dair bir referans olarak hizmet edebilecek gezegen ortamlarının evrimini modelleme fırsatı sunar.

Önümüzdeki yıllarda NASA, sıcaklıkların sabit olduğu ve atmosferik basıncın Dünya ile karşılaştırılabilir olduğu bulut tepelerinin üzerindeki atmosferi keşfetmek için Venüs’e havadan hafif misyonlar göndermeyi planlıyor. NASA’nın desteğiyle, West Virginia Üniversitesi’ndeki (WVU) mühendisler, balon tabanlı hava robotlarının (aerobotlar) Venüs’ün atmosferini küçük filolarda incelemesini sağlayacak bir yazılım geliştiriyor.

Araştırma, WVU’da Makine ve Uzay Mühendisliği Bölümü’nden iki doçent olan Guilherme Pereira ve Yu Gu tarafından yönetiliyor. Onlara, havacılık ve makine mühendisliği alanında iki doktora öğrencisi ve (sırasıyla) makine mühendisliği alanında bir yüksek lisans öğrencisi olan Bernardo Martinez Rocamora Jr., Chizhao Yang ve Anna Puigvert i Juan katıldı. Araştırmaları, NASA’nın Rekabetçi Araştırmayı Teşvik Etmek için Kurulan Programından (EPSCoR) 100.000 dolarlık bir hibe ile destekleniyor.

Bulut tepelerini keşfetmek

Venüs’ü bilim adamları için büyüleyici yapan şeyin bir kısmı, Dünya ile olan benzerlikleridir. Aslında Venüs, halk arasında Dünya’nın “kardeş gezegeni” olarak bilinir, çünkü aynı zamanda esas olarak silikat minerallerinden ve metalik bir çekirdeğe ve silikat bir manto ve kabuğa farklılaştırılmış metallerden oluşan bir karasal cisimdir. Ancak Venüs’ün atmosferi çok farklı bir hikaye. Ortalama 464 santigrat derece (867 derece Fahrenheit) sıcaklığa sahip kurşunu eritecek kadar sıcak olmasının yanı sıra, Dünya’nınkinden 90 kat daha yoğun bir atmosfere sahiptir.

Ancak yüzeyden 50 ila 70 km (30 ila 45 mil) yükseklikte, Venüs’ün atmosferinin sıcaklığı ve basıncı Dünya’nınkine benzer. Bu, havadan hafif araçlar kullanarak atmosferik araştırmalar için fırsatlar sunar. Öneriler arasında NASA’nın Yüksek İrtifa Venüs Operasyonel Konsepti (HAVOC), havadan hafif büyük gemiler kullanarak Venüs’ün üst atmosferini keşfedecek 30 günlük mürettebatlı bir görev için bir dizi konsept yer alıyor.

Bu proje artık aktif olmasa da, NASA ve ticari ortağı Northrop Grumman tarafından geliştirilmekte olan hibrit bir hava gemisi olan Venus Atmosphere Manevra Edilebilir Platform (VAMP) gibi sonraki tekliflere ilham verdi. Bu kavramlar, irtifalarını kontrol etmek için yüzdürme ve aerodinamik yaşama dayanır, gündüzleri bir uçak gibi uçmalarına (pillerine güç sağlamak için güneş enerjisi kullanarak) ve enerji tasarrufu için gece yüzmelerine izin verir.

Şimdiye kadar, bu gemilerin özerk olarak hareket etmesine izin verecek bir yazılım oluşturmak için hiçbir çaba gösterilmedi. Prof. Pereira’nın yakın tarihli bir WVU Today basın bülteninde açıkladığı gibi:

“Projenin temel amacı, hibrit aerobotların Venüs’ün atmosferini keşfetmesini sağlayacak bir yazılım çözümü önermek. Bu projeden önce hibrit araçlar önerilmiş olsa da, herhangi bir yazılımın oluşturulup oluşturulmadığını bilmiyoruz. Projemiz, enerji verimli yollar planlayarak aracın pil ömrünü uzatmak, böylece gece de uçmasını sağlamak.”

Venüs’ün atmosferinde gezinme

Pereira ve Gu’nun şu anda üzerinde çalıştığı yazılım paketinin üç ana hedefi olacak: Seyahat rotalarını optimize etmek, aerobotları Venüs’ün atmosferinde yerelleştirmek ve birlikte çalışmak için aerobot filolarını koordine etmek. İlk hedef, aerobotun bilgisayarlarında çalışacak ve optimize edilmiş seyahate izin verecek bir “hareket planlayıcı” oluşturulmasını içeriyor. NASA bilim ekibi, aerobotlara bir konumdan diğerine seyahat etme emri verirken, yazılım, kullanılan enerji miktarını en aza indiren ve yerel rüzgarlardan yararlanan rotaları seçecektir.

Pereira, “Hareket planlayıcı, aerobotun dinamiklerini, güneş panellerinin ve pillerinin özelliklerini ve Venüs atmosferinin özelliklerini anlayarak oluşturulacak” dedi. Aracın dinamikleri ile planlayıcı, yalnızca pervanelerden gelen itme veya kontrol yüzeylerinin sapmaları gibi uçağa belirli girdiler verildiğinde mümkün olan hareketleri dikkate alacaktır.”

Bu amaçla, yazılım, teknenin güneş panellerinin, pillerinin ve güneş yoğunluğunun birlikte çalışabilirliğini hesaba katmalıdır. Bu, aracın sistemlerine güç sağlamak için ne kadar şarja ihtiyacı olduğunu ve yeniden şarj oranının nasıl olacağını belirlemesine olanak tanır. Pereira, bu modellerle hareket planlayıcının aerobotun alması için enerji açısından en verimli rotaları hesaplayacağını açıkladı:

“Atmosferin anlaşılması, robotlara rüzgar yönü ve büyüklüğü, basınç, sıcaklık ve güneş yoğunluğu gibi nicelikleri sağlıyor. Optimum bir enerji stratejisi bulmaya çalışıyoruz. Araç, Venüs’ün atmosferi etrafında yörüngede dolanacağı için bu önemli. dört gün. Gezegenin karanlık tarafında ışıksız uzun sürelere maruz kalacak ve bu dönemlerde hayatta kalabilmek için yeterli enerjiye sahip olması gerekiyor.”

Hareket planlayıcı ayrıca aerobotun konumu, istenen hedef konumu ve bu iki konum arasındaki atmosferik koşullar hakkındaki bilgileri karşılaştıracaktır. Örneğin, rüzgar, aerobotun hedefine giden yolu ile aynı yönde esiyorsa, bu rotayı rüzgar direnci gösterecek başka bir rota üzerinden seçecektir.

Pereira, “İlk konumdan başlayarak, planlayıcı, aerobotun yapabileceği farklı hareketleri simüle edecek ve daha önce belirtilen miktarlara bağlı olarak her biri için maliyetleri ilişkilendirecektir.” “Bundan sonra, hareket planlayıcı, aerobotun hareketlerini daha düşük maliyetle yaymaya devam edecek ve biz hedefimize ulaşana kadar bir olasılıklar ağacı yaratacak.”

Aerobotları Venüs’ün atmosferinde konumlandırmak olan ikinci hedef ise daha karmaşık. Şu anda, Venüs’ün yörüngesinde GPS uydusu yok, bu da yerelleştirmeyi zorlaştırıyor. Bu nedenle, Pereira ve Gu yazılım paketlerini gezegenin diğer araçlarından ve haritalarından gelen bilgileri kullanabilmek için tasarlıyorlar. Bu, birkaç aerobotun Venüs’ün bulut tepelerinde gezinirken konumlarını takip etmelerini sağlayacak.

Üçüncü amaç, Venüs’ün atmosferik koşullarını daha iyi tahmin edebilmeleri için araçları daha iyi lokalizasyon sağlayacak şekilde koordine etmektir. Bu amaçla, Pereira ve Gu, Öncü Venüs misyonları, Cassini–Huygens, MESSENGER ve ESA’nın Venüs Ekspresi gibi misyonlardan elde edilen verilerden NASA tarafından oluşturulan Venüs atmosferinin rüzgar modellerine güvendiler. Ayrıca, yerel rüzgar hızını ve yönünü tahmin etmek için her bir aerobotu rüzgar sensörleriyle donatmayı planlıyorlar.

Pereira, birden fazla lokasyondan veri paylaşarak, bir aerobot filosunun genel rüzgar modelleri ve bunların atmosferdeki mekansal dağılımı hakkında daha iyi bir fikre sahip olacağını söyledi:

“Rüzgar akışının önemi, aerobotu istenilen yerlere götürmek için yararlanılabilmesiyle ilgilidir. Tıpkı olimpiyatlardaki sprinterlerde kuyruk rüzgarı yaşıyorlarsa daha iyi not aldıklarında olduğu gibi. Rüzgar yönlendirilirse Uçağın amacına doğru, aerobot hareketine rüzgar yardım edecek ve sonuç olarak yol, enerji açısından daha verimli olacaktır.”

Pereira ve Gu, yazılımlarını ve aerobotların işlevselliğini değerlendirmek için bir Venüs atmosfer simülatörü geliştirmeyi planlıyor. Pereira, “Venüs’e yapılan birkaç keşif görevi, rüzgar, sıcaklık, basınç ve hava yoğunluğu verilerini topladı.” Dedi. “Bu bilgi daha sonra aracın enlem, boylam ve yüksekliğine göre araca etki eden tüm kuvvetleri hesapladığımız bir simülatör oluşturmak için kullanıldı.”

Pereira ve Gu, aracın kaldırma gücünün 50 km’nin (31 mil) altına inmesini engelleyeceğini ve birkaç aydan bir yıla kadar (seyir yüksekliğinde) bir ömre sahip olacağını tahmin ediyor. Bu ve Venüs’e yapılan diğer görevler tarafından elde edilen verilerin, gezegenin atmosferinin evrimine, Venüs’ün hala volkanik olarak aktif olma olasılığına ışık tutması ve burada, Dünya’daki sera etkisi ile başa çıkmak için ipuçları sağlaması bekleniyor.