Venüs’ün atmosferinde gezinmek için uzay aracı hazırlıyor

ESA’nın EnVision Venüs misyonu, Dünya’nın kardeş gezegeninin optik, spektral ve radar haritalamasını gerçekleştirecek. Ancak minibüs boyutundaki uzay aracının işe başlamadan önce “aerobrake” yapması gerekiyor – gezegenin sıcak, kalın atmosferinden iki yıla kadar binlerce geçişle yörüngesini indiriyor. Eşsiz bir ESA tesisi, şu anda, bu zorlu atmosferik sörf sürecine güvenli bir şekilde dayanabileceklerini kontrol etmek için aday uzay aracı malzemelerini test ediyor.

ESA’nın EnVision çalışma yöneticisi Thomas Voirin, “Şu anda tasarlanan EnVision, bu uzun aerobraking aşaması olmadan gerçekleşemez” diye açıklıyor.

“Uzay aracı çok yüksek bir irtifada, yaklaşık 250.000 km’de Venüs yörüngesine enjekte edilecek, daha sonra bilim operasyonları için 500 km irtifa kutupsal yörüngeye inmemiz gerekiyor. Ariane 62 ile uçarken, tüm ekstra itici yakıtı karşılayamayız. Yörüngemizi alçaltmamız gerekecek. Bunun yerine, yüzeyden 130 km kadar alçak olan Venüs’ün üst atmosferinden tekrarlanan geçişlerle kendimizi yavaşlatacağız.”

EnVision’ın öncülü uzay aracı Venus Express, 2014’teki görevinin son aylarında deneysel aerobraking gerçekleştirerek teknik hakkında değerli veriler topladı. Aerobraking, 2017 yılında ESA’nın ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) tarafından 11 aylık bir süre boyunca Kızıl Gezegen etrafındaki yörüngesini düşürmek için operasyonel olarak kullanıldı.

Thomas şunları belirtiyor: “Venüs’ün etrafında hava freni yapmak, TGO’dan çok daha zor olacak. Başlangıç ​​olarak, Venüs’ün yerçekimi Mars’ınkinden yaklaşık 10 kat daha fazladır. Bu, TGO’nun yaklaşık iki katı hızların uzay aracı atmosferden geçerken – ve ısı bir hız küpü olarak üretilir. Buna göre, EnVision daha düşük bir aerobraking rejimini hedeflemek zorundadır, bu da iki kat daha uzun bir aerobraking aşamasına neden olur.

“Üstelik, aynı zamanda Güneş’e çok daha yakın olacağız, atmosferin kalın beyaz bulutları çok fazla güneş ışığını doğrudan uzaya yansıtarak, Dünya’nın güneş yoğunluğunun yaklaşık iki katını deneyimleyeceğiz. Sonra tüm bunların üzerine, daha önce sadece düşük Dünya yörüngesinde deneyimlenen, öngördüğümüz binlerce yörünge üzerinde başka bir faktörü hesaba katmamız gerektiğini fark ettik: oldukça aşındırıcı atomik oksijen.”

Bu, uzay çağının ilk on yıllarında bilinmeyen bir olgudur. Mühendisler ancak 1980’lerin başında düşük yörüngeden ilk Uzay Mekiği uçuşları döndüğünde bir şok yaşadı: uzay aracının termal battaniyeleri ciddi şekilde aşınmıştı.

Suçlunun son derece reaktif atomik oksijen olduğu ortaya çıktı – atmosferin kenarlarındaki bireysel oksijen atomları, yerin hemen üzerinde bulunan türden standart oksijen moleküllerinin Güneş’ten gelen güçlü ultraviyole radyasyon tarafından parçalanmasının sonucu. Bugün, yaklaşık 1.000 km’nin altındaki tüm görevlerin, Avrupa’nın Dünyayı izleyen Copernnicus Sentinel’leri veya Uluslararası Uzay İstasyonu için yapılmış herhangi bir donanım gibi atomik oksijene direnecek şekilde tasarlanması gerekiyor.

Gezegenin üzerindeki hava parıltısının geçmiş Venüs yörüngecileri tarafından yapılan spektral gözlemler, atomik oksijenin, Dünya’nın çevresindeki havadan 90 kat daha kalın olan Venüs atmosferinin tepesinde de yaygın olduğunu doğrulamaktadır.

Thomas şöyle diyor: “Konsantrasyon oldukça yüksek, tek geçişte çok da önemli değil ama binlerce kez birikmeye başlıyor ve hesaba katmamız gereken bir atomik oksijen akışı seviyesiyle son buluyor. düşük Dünya yörüngesinde deneyim, ancak daha yüksek sıcaklıklarda.”

EnVision ekibi, yörüngede atomik oksijeni simüle etmek için özel olarak ESA tarafından inşa edilmiş benzersiz bir Avrupa tesisine yöneldi. Alçak Dünya Yörüngesi Tesisi, LEOX, ESA’nın Hollanda’daki ESTEC teknik merkezinde bulunan Ajansın Malzeme ve Elektrikli Bileşenler Laboratuvarı’nın bir parçasıdır.

ESA malzeme mühendisi Adrian Tighe şöyle açıklıyor: “LEOX, yörünge hızına eşdeğer enerji seviyelerinde atomik oksijen üretiyor. Arıtılmış moleküler oksijen, üzerine odaklanmış bir darbeli lazer ışını ile bir vakum odasına enjekte ediliyor. genişleme konik bir meme boyunca yönlendirilir ve daha sonra yüksek enerjili bir atomik oksijen ışını oluşturmak üzere ayrışır.

“Güvenilir bir şekilde çalışmak için, lazer zamanlaması bu mevcut test kampanyasının dört aylık süresi boyunca milisaniye ölçeğinde hassas kalmalı ve milimetrenin binde biri olarak ölçülen bir doğruluğa yönlendirilmelidir.

“Bu, tesisin dünya dışı bir yörünge ortamını simüle etmek için ilk kez kullanılması değil – daha önce ESA’nın Meyve Suyu görevi için aday güneş dizisi malzemeleri üzerinde atomik oksijen testi gerçekleştirdik, çünkü teleskopik gözlemler atmosferlerde atomik oksijen bulunacağını gösteriyor. Ancak, EnVision için aerobraking sırasında artan sıcaklık ek bir zorluk teşkil ediyor, bu nedenle tesis bu daha aşırı Venüs ortamını simüle etmek için uyarlandı.”

Çok katmanlı yalıtım, anten parçaları ve yıldız izleyici elemanları dahil olmak üzere EnVision uzay aracının farklı bölümlerinden bir dizi malzeme ve kaplama, mor parlayan LEOX ışınına maruz bırakılmak üzere bir plaka içine yerleştirildi. Aynı zamanda bu plaka, beklenen termal akıyı taklit etmek için 350°C’ye kadar ısıtılmaktadır.

Thomas şunları ekliyor: “Bu parçaların aşınmaya karşı dirençli olup olmadığını kontrol etmek ve aynı zamanda optik özelliklerini korumak istiyoruz – yani bozulmazlar veya kararmazlar, bu da termal davranışları açısından zincirleme etkilere neden olabilir, çünkü hassas belirli bir sıcaklığı muhafaza etmesi gereken bilimsel aletler. Kirlenmeye yol açan pullanma veya gaz çıkışından da kaçınmalıyız.”

Bu mevcut test kampanyası, uzay aracı için güvenli marjlar belirlemek üzere gezegenin atmosferinin yerel değişkenliğini tahmin etmek için önceki görev sonuçlarından geliştirilen bir Venüs iklim veritabanının kullanımı da dahil olmak üzere EnVision aerobraking’i inceleyen daha büyük bir panelin parçasıdır.

Bu test kampanyasının sonuçlarının bu yılın sonunda olması bekleniyor.