Venüs atmosferinde EnVision aerobraking. Kredi: ESA/ Paris Gözlemevi / VR2Planets / Damia Bouic
Avrupa Uzay Ajansı’nın (ESA) bir projesi olan EnVision, bir misyondur. Venüs Dünya’nın kardeş gezegeninin optik, spektral ve radar haritalamasını gerçekleştirecek. Ancak, minibüs boyutundaki uzay aracının işe başlamadan önce ‘aerobrake’ yapması gerekiyor – iki yıla kadar gezegenin sıcak, kalın atmosferinden binlerce geçişle yörüngesini alçaltıyor. Eşsiz bir ESA tesisi, şu anda, bu zorlu atmosferik sörf sürecine güvenli bir şekilde dayanıp dayanamayacaklarını doğrulamak 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.
ESA’nın EnVision misyonunun sanatçı izlenimi. Kredi: ESA/VR2Planets/Damia Bouic
“Uzay aracı, yaklaşık 250.000 km’de (~ 150.000 mil) çok yüksek bir irtifada Venüs yörüngesine enjekte edilecek, daha sonra bilim operasyonları için 500 km (~ 300 mil) yükseklikte bir kutup yörüngesine inmemiz gerekiyor. Bir Ariane 62 roketiyle uçarken, yörüngemizi alçaltmak için gereken tüm ekstra itici yakıtı karşılayamayız. Bunun yerine, yüzeyden 130 km (80 mil) kadar alçak olan Venüs’ün üst atmosferinden tekrarlanan geçişlerle kendimizi yavaşlatacağız.”
ESA’nın Venüs’teki EnVision misyonunun sanatçı izlenimi. EnVision’ın Venüs’ün atmosferi aracılığıyla ‘aerobrake’ yapması gerekir. Kredi: ESA/VR2Planets/DamiaBouic
EnVision’ın selefi uzay aracı, Venüs Ekspresi, 2014 yılındaki 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.
EnVision uzay aracının farklı bölümleri için aday malzeme örnekleri, ESA’nın LEOX tesisi kullanılarak yörünge hızında atomik oksijen ve ısı akışı dahil olmak üzere simüle edilmiş aerobraking koşullarına tabi tutuldu. Kredi bilgileri: ESA
Thomas şunları belirtiyor: “Venüs’ün etrafında aerobraking yapmak, TGO’dan çok daha zorlayıcı olacak. Başlangıç olarak, Venüs’ün yerçekimi, Venüs’ünkinden yaklaşık 10 kat daha fazladır. Mars. Bu, uzay aracının atmosferden geçerken TGO’ya göre yaklaşık iki kat daha yüksek hızları deneyimleyeceği ve ısının bir hız küpü olarak üretileceği anlamına gelir. Buna göre EnVision, daha düşük bir aerobraking rejimini hedeflemek zorundadır, bu da iki kat daha uzun bir aerobraking aşamasına neden olur.
“Üstelik, aynı zamanda, atmosferin kalın beyaz bulutlarının çok fazla güneş ışığını doğrudan uzaya yansıtmasıyla, Dünya’nın güneş yoğunluğunun yaklaşık iki katını deneyimleyerek Güneş’e çok daha yakın olacağız. dikkate alınır. Sonra tüm bunların üzerine, daha önce yalnızca düşük Dünya yörüngesinde deneyimlenen, öngördüğümüz binlerce yörünge üzerinde başka bir faktörü hesaba katmamız gerektiğini fark ettik: oldukça aşındırıcı atomik oksijen.”
Bu özel fenomen, uzay çağının ilk on yıllarında bilinmiyordu. 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 (~ 620 mil) altındaki tüm görevlerin, Avrupa’nın Dünyayı izleyen Copernicus Sentinel’leri veya Uluslararası Uzay İstasyonu için yapılmış herhangi bir donanım gibi atomik oksijene direnecek şekilde tasarlanması gerekiyor.
Uzay Mekiği Endeavour’un kuyruğu, Şubat 2000’deki STS-99 görevi sırasında görüldüğü gibi, atomik oksijenle parlıyor. Yüksek düzeyde aşındırıcı atomik oksijen, karşı önlemler alınana kadar, erken Mekik misyonları sırasında korumasız termal battaniyelerde tükendi. Kredi bilgileri: NASA
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, buna eşdeğer bir seviyede atomik oksijen akışı. düşük Dünya yörüngesinde, ancak daha yüksek sıcaklıklarda deneyim. ”
ESA’nın yeni LEOX, Alçak Dünya Yörünge Tesisi, ilk kez Nisan 2017’de ateşleniyor. Normalde yalnızca düşük yörüngelerde karşılaşılan ve uydu yüzeylerini tükettiği bilinen ‘atomik oksijen’ üretmek için bir lazer ateşleyen bu yeni simülatör. LEOX, uzay ortamını mümkün olduğunca yakın bir şekilde simüle etmek için yörünge hızına (7,8 km/s) eşdeğer enerji seviyelerinde atomik oksijen üretir. Ayrıca daha yüksek bir akışta test edebilir, test için zamandan ve paradan tasarruf sağlar. Saflaştırılmış moleküler oksijen, üzerine odaklanmış bir darbeli lazer ışını ile bir vakum odasına enjekte edilir. Lazer her ateşlendiğinde mor bir flaşla oksijen, hızlı genleşmesi konik bir meme boyunca kanalize edilen sıcak bir plazmaya dönüştürülür. Daha sonra yüksek enerjili bir atomik oksijen ışını oluşturmak için ayrışır. Yeni tesis, ESA’nın Hollanda’daki teknik merkezindeki, uzay ortamının her yönünü simüle etmeye ayrılmış bir dizi laboratuvardan biri olan Malzeme ve Elektrikli Bileşenler Laboratuvarı’nda yer almaktadır. Kredi: ESA, CC BY-SA 3.0 IGO
EnVision ekibi, yörüngede atomik oksijeni simüle etmek için özel olarak ESA tarafından inşa edilmiş benzersiz bir Avrupa tesisine yöneldi. Alçak Dünya Yörünge Tesisi, LEOXAjansın bir parçasıdır Malzeme ve Elektrik Bileşenleri LaboratuvarıESA’lara dayalı ESTEC Hollanda’daki teknik merkez.
ESA malzeme mühendisi Adrian Tighe şöyle açıklıyor: “LEOX, yörünge hızına eşdeğer enerji seviyelerinde atomik oksijen üretiyor. Saflaştırılmış moleküler oksijen, üzerine odaklanmış bir darbeli lazer ışını ile bir vakum odasına enjekte edilir. Bu, oksijeni sıcağa dönüştürür. plazma hızlı genleşmesi konik bir meme boyunca kanalize edilir. Daha sonra yüksek enerjili bir atomik oksijen ışını oluşturmak için ayrışır.
ESA’nın LEOX jeneratöründe atomik oksijene maruz kalan EnVision aday malzeme örnekleri. Kredi bilgileri: ESA
“Güvenilir bir şekilde çalışması için lazer zamanlaması milisaniye ölçeğinde hassas kalmalı ve bir kesinlik bu mevcut test kampanyasının dört aylık süresi boyunca milimetrenin binde biri olarak ölçüldü.
“Bu, tesisin dünya dışı bir yörünge ortamını simüle etmek için ilk kez kullanılması değil – daha önce ESA’lar için aday güneş dizisi malzemeleri üzerinde atomik oksijen testi gerçekleştirdik. meyve suyu görevi, çünkü teleskopik gözlemler, Europa ve Ganymede’nin atmosferlerinde atomik oksijen bulunacağını öne sürüyor. Bununla birlikte, EnVision için aerobraking sırasında artan sıcaklık ek bir zorluk teşkil ediyor, bu nedenle tesis bu daha uç Venüs ortamını simüle etmek için uyarlandı.”
Kızılötesi kamera ile gözlemlenen EnVision aday malzeme örneği. Numuneler ayrıca Venüs atmosferi boyunca aerobraking’i daha iyi simüle etmek için LEOX jeneratörü tarafından atomik oksijene maruz bırakıldıkları için ısıtılır. Kredi bilgileri: ESA
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 662°F’ye kadar ısıtılmaktadır).
Thomas şunları ekliyor: “Bu parçaların aşınmaya karşı dirençli olduğunu 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.
EnVision’ın Venüs görevi, Dünya’nın en yakın komşusunun neden bu kadar farklı olduğunu keşfedecek. Kredi: NASA / JAXA / ISAS / DARTS / Damia Bouic / VR2Planets
EnVision Hakkında
EnVision, ortaklaşa ESA liderliğindeki bir misyondur. NASA, kritik görev aşamaları için Sentetik Açıklıklı Radar cihazı, VenSAR ve Derin Uzay Ağı desteği sağlıyor. EnVision, Dünya’nın Güneş Sistemi’ndeki en yakın komşusunun nasıl bu kadar farklı şekilde evrimleştiğini daha iyi anlamak için Venüs’ün iç çekirdeğinden üst atmosferine kadar bütünsel gözlemlerini gerçekleştirmek için bir dizi araç kullanacak.
EnVision, ESA’nın Bilim Programı Komitesi tarafından, Ajansın Kozmik Vizyon planında, 2030’ların başında bir lansmanı hedefleyen beşinci Orta sınıf misyon olarak seçildi.