Як побудувати модуль, який зможе прожити на Венері хоча б тиждень?

p040jfzx-650x260
Минуло багато часу з тих пір, як хтось намагався висадитися на Венеру, одну з найбільш недружніх планет в Сонячній системі. Вона покрита сірчаними кислотними хмарами, і температури на її поверхні досягають 460 градусів за Цельсієм, а атмосферний тиск в 90 раз перевищує земне. Свинець, цинк та олово на Венері знаходяться в рідкому стані, а атмосфера з діоксиду вуглецю важить приблизно стільки ж, скільки наш океан кілометрової глибини — досить, щоб розчавити підводний човен.

Незважаючи на все це, в наш час планета знову стала привертати увагу: японська місія Акацукі успішно вийшла на орбіту Венери в грудні 2015 року; в 2020-х відбудуться нові місії, заплановані NASA і ESA. Навіть Росія планує повторити свої вкрай успішні місії «Венери» і «Вега» 70-80-х років. Скрізь будуть брати участь орбітальні апарати, які будуть вивчати атмосферу планети, магнітне поле і географію.

Щоб по-справжньому зрозуміти планету, потрібно спустити на неї посадковий модуль. Модулі можуть перевірити хімічний склад повітря і гірських порід на поверхні і зрозуміти, як виглядають надра планети. У «Венери-Д» був посадковий модуль, але термін її місії не перевищував три години. Попередній рекорд виживання на поверхні поставив модуль СРСР «Венера-13», який приземлився в 1982 році. Він проіснував 127 хвилин в токсичною і їдкою середовищі Венери.
p040jg77-650x366
Щоб зробити зонд, який проживе довше — день хоча б, — необхідна міцна електроніка, яка зможе витримати високі температури, або система охолодження для зонда, який, по суті, буде в духовці. Йому доведеться працювати без сонячних батарей, які мало ефективні на планеті з вічної тінню. Батареї довго не протягнуть і не зможуть виробити достатньо енергії.

Говорячи про електроніку, вчені NASA шукають нові матеріали для комп’ютерних чіпів, які будуть продовжувати працювати при високих температурах. «При 500 градусах за Цельсієм правила гри змінюються, — каже Гері Хантер, інженер-дослідник в NASA. — Чи потрібні інші ізолятори та інші контакти … Потрібно заново вигадувати, як збирати ці схеми разом ».

Проблема в тому, говорить Хантер, що при високих температурах багато матеріалів починають вести себе по-іншому. Наприклад, кремній є напівпровідником, а при високих температурах — близько 300 градусів — він стає провідником, менш корисним для електроніки. Інша проблема полягає в тому, що навіть якщо самі кремнієві схеми виживуть, важко придумати матеріали для з’єднань між схемами, які не перестануть працювати в гарячій атмосфері Венери.

Хантер каже, NASA займається кремнієвої електронікою на основі карбіду, яка зможе працювати довше при температурах венеріанській поверхні. Мінус такого підходу в тому, що такі чіпи будуть слабкіше сучасних комп’ютерних. Згідно з презентацією 2014 року, яку представила Venus Exploration Analysis Group в NASA, така електроніка буде по потужності порівнянна з електронікою 60-х. «Ми не повеземо туди« пентіуми », говорить Хантер. Але якщо трохи помізкувати, цього може бути достатньо, щоб зробити знімки і прийняти дані з зонда і передати їх на орбіту, на більш просунутий орбітальний модуль.

Мета дослідників, за словами Хантера, змусити електроніку опрацювати тисячі годин — пережити хоча б один венерианский день, який в 117 разів довше земного.

Що стосується енергетичних систем, Тімоті Міллер і Майкл Пол з Університету штату Пенсільванія запропонували використовувати двигун Стірлінга.
p040jghx-650x366Двигун Стірлінга починається з робочої рідини всередині «холодної» камери (холодна означає те, що температура нижче, а не зовсім низька). Рідина стискається поршнем і рухається в другу камеру, де нагрівається. Нагріта рідина розширюється, пересуваючи другий поршень, пов’язаний з першим за допомогою колеса або важеля. У міру того, як другий пістон рухається, він відсуває рідина назад до холодної частини, де остигає, і цикл починається знову. Поки існує джерело тепла, двигун продовжує працювати. Сьогодні двигуни Стірлінга використовуються в системах охолодження і навіть на підводних човнах.

Сама технологія існує з 1816 року, її винайшов шотландський священик Роберт Стірлінг. Міллер і Пол вважають, що цю стару ідею можна використовувати для космічних апаратів майбутнього, і написали про це в журналі Acta Astronautica. NASA вже профінансував перші випробування.

Двигун Стірлінга, каже Міллер, може забезпечити достатньо енергії, щоб охолодити електроніку і дати інструментам електрику, щоб вони могли працювати довше, ніж на батареях. Робочою рідиною, найімовірніше, буде гелій, оскільки він більш ефективно передає тепло в порівнянні з іншими газами і не вступає в реакцію.

Але однією енергією все не обмежується: двигуна Стірлінга потрібне паливо. Міллер і його команда зупинилися на літії, який може горіти в атмосфері з вуглекислого газу і азоту. (Азот становить 4% повітря Венери). Літій також плавиться при температурі 180 градусів, що робить його ефективним рідким паливом на Венері.

При цьому зменшується вага космічного апарату на старті — все, що потрібно, це взяти з собою літію. 50 кілограмів в поєднанні з руховою і паливної установкою можуть забезпечити зонд енергією на два дні, згідно з дослідженнями Міллера.

Двигун повинен бути налаштований як однопоршневими система, холодна з одного боку і гаряча з іншого; поршень буде штовхати генератор змінного струму назад і вперед, виробляючи електрику. Команда Міллера провела невеликі випробування, при 4-5 атмосферах; потрібно додаткове фінансування, щоб провести випробування в умовах, наближених до Венери.

Крім того, літій не забруднює навколишнє середовище. Здавалося б, на безлюдній планеті про це думати потрібно в останню чергу, але вченим не подобається такий підхід. Їм потрібна система, яка буде однаково добре і чисто працювати в будь-яких умовах, не тільки на Венері.

Коли літій згорає в атмосфері з вуглекислого газу, утворюється карбонат літію. З цього випливає, що свідчення посадкового модуля, що досліджує атмосферу, що не будуть спотворені вихлопними газами.

Якщо команді вчених вийде показати, що їх система працює при тиску в 90 атмосфер, можна буде всерйоз говорити про можливі польоти на Венеру. Якщо вдасться показати, що вона пропрацює хоча б тиждень.

Венера і Земля багато в чому схожі. Їх радіуси розходяться всього на пару відсотків, а маса Венери становить 81% земної. Коли планети сформувалися, вони були в сусідніх частинах сонячної туманності, тому їх основний склад теж схожий. Технології, які дозволять нам створити долгоживущий посадковий модуль, можуть стати ключовими в рішенні загадки: чому одна планета стала домом для життя, а інша стала філією пекла.

Также выгодно купить качественные турецкие подушки KILIM PILLOW вы можете посетив сайт sheepsroadkilimpillows.com.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *