In Dante Alighieris epischem Gedicht „Die Göttliche Komödie“ schmücken die berühmten Worte „Gebt alle Hoffnung auf, die ihr hier eintretet“ die Tore der Hölle. Interessanterweise ist Dantes Vision der Hölle eine treffende Beschreibung der Bedingungen auf der Venus. Mit einer Durchschnittstemperatur von 450 °C (842 °F), einem 92-mal höheren Luftdruck als auf der Erde und Wolken aus Schwefelsäureregen ist die Venus die lebensfeindlichste Umgebung im Sonnensystem. Es ist kein Wunder, dass es den Raumfahrtagenturen seit Beginn des Weltraumzeitalters so schwer fiel, die Atmosphäre der Venus zu erforschen.
Dennoch gibt es viele Vorschläge für Missionen, die die höllische Umgebung der Venus lange genug überleben könnten, um eine Probenrückführungsmission durchzuführen. Ein solcher Vorschlag, der Probenrückführung von der Oberfläche der Venus, stammt vom Luft- und Raumfahrtingenieur und Autor Geoffrey Landis und seinen Kollegen am Glenn Research Center der NASA. Ihr vorgeschlagenes Konzept wurde für das diesjährige NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC)-Programm ausgewählt. Es besteht aus einem solarbetriebenen Flugzeug, das Treibstoff direkt aus der Atmosphäre der Venus herstellt und einen Rover zur Probenrückführung an die Oberfläche entsendet.
Das Konzept eines solarbetriebenen Flugzeugs zur Erkundung der Venus ist eines, an dem Landis und seine Kollegen seit rund 20 Jahren arbeiten. In seinem erstes PapierIn dem 2001 erschienenen Werk „Exploring Venus by Solar Airplane“ zeigte Landis auf, wie ein solarbetriebenes Flugzeug sicher oberhalb der Wolkendecke der Venus forschen könnte – etwa 60 km (37 Meilen) über der Oberfläche. In dieser Höhe, behauptete er, sei die Sonnenintensität „vergleichbar mit oder größer als die Sonnenintensität auf der Erde“ und der atmosphärische Druck mache das Fliegen einfacher als auf dem Mars.
Er bemerkte auch, dass die langsame Rotation der Venus dafür sorgen würde, dass das Flugzeug kontinuierlich Sonnenlicht ausgesetzt wäre und für den Nachtflug keine gespeicherte Energie benötige. In ein Papier In dem 2003 veröffentlichten Projekt „Atmospheric Flight on Venus: A Conceptual Design“ teilten Landis und Kollegen von NASA Glenn und der University of Illinois Spezifikationen für eine potenzielle Flotte solarbetriebener Flugzeuge mit. Zwei Jahre später folgte die „Erkundung der Venusatmosphäre mit Solarflugzeugen“. im Jahr 2005wo Landis und dieselben Kollegen eine Mission zur Erforschung der Venusatmosphäre in 50 bis 75 km (31 bis 47 Meilen) Entfernung von der Oberfläche befürworteten.
Diese Region ist Teil der „mittleren Atmosphäre“ der Venus, wo die Temperaturen zwischen -100 °C (-148 °F) und etwa 30–70 °C (86–158 °F) liegen und die Exposition gegenüber schwefelsaurem Regen minimal wäre . Darüber hinaus wäre ein solarbetriebenes Flugzeug, das über der Wolkendecke fliegt, dank der langsamen Rotationsperiode der Venus (243 Tage) auch ständigem Tageslicht ausgesetzt. Wie Landis Universe Today per E-Mail sagte:
„Die mittlere Atmosphäre der Venus ist fast die unbekannteste Region des Planeten, und allein das Fliegen eines Flugzeugs in dieser Region könnte zu interessanten wissenschaftlichen Erkenntnissen führen. Flugzeuge haben den Vorteil, dass sie die vollständige Kontrolle über den Flug haben; man fliegt dorthin, wohin man will.“ , nicht wohin der Wind dich schickt. Für die Rückführung der Probe gibt uns das Flugzeug die Möglichkeit, ein kontrolliertes Rendezvous mit der Rückholrakete durchzuführen.“
In einem nachfolgendes Papier Mit der 2004 veröffentlichten Mission „Robotic Exploration of the Surface and Atmosphere of Venus“ präsentierte Landis eine Missionsarchitektur, die beides beinhaltete Oberflächenroboter und ein solarbetriebenes Flugzeug. Während die Roboter die Oberfläche 50 Tage lang (ihre gesamte Lebensdauer) erkunden würden, würde das Flugzeug die Atmosphäre der Venus zwischen 100 km (62 Meilen) und 60 km (37 Meilen) über der Oberfläche erforschen – also knapp über der Wolkendecke. Von diesem Zeitpunkt an begannen Landis und seine Kollegen am Glenn der NASA darüber nachzudenken, wie Fortschritte in der Materialwissenschaft eine Mission zur Oberfläche ermöglichen könnten.
Im Jahr 2008 gründeten Landis und sein Team stellten ihr Konzept vor an das Science and Technology Definition Team (STDT) der NASA für Venus. Wie sie enthüllten, hätte das Konzept eine Flügelspannweite von 9 Metern (29,5 Fuß) und eine Länge von 7 Metern (23 Fuß) sowie ein faltbares Design, das es ermöglichen würde, in eine Aerohülle zu passen. Das Flugzeug würde sich entfalten, sobald es die Venus erreicht hätte, und hätte viele Vorteile gegenüber anderen luftgestützten Konzepten – etwa Ballons und solarbetriebenen Luftschiffen. Es folgten mehrere Studien von Landis und seinem Team, und das Design hat sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt.
Es genügt zu sagen, dass sich das Konzept in den letzten 20 Jahren erheblich weiterentwickelt hat und seine Existenz vielen verschiedenen Quellen verdankt. In seiner neuesten Version, die für die NIAC-Entwicklung der Phase I ausgewählt wurde, basiert das Flugzeug auf der Kohlenmonoxid-Raketentechnologie und erzeugt seinen eigenen Treibstoff direkt aus der Atmosphäre der Venus. Wie Landis gegenüber Universe Today sagte, entspricht dieses Konzept immer noch der ursprünglichen Idee und könnte die erste Probenrückführungsmission von der Venus aus ermöglichen:
„[T]Die erste Arbeit, die ich über Venus-Flugzeuge schrieb, war im Jahr 2001, als wir noch hofften, dass es aufregend sein würde, das 100-jährige Bestehen des Wright Flyer mit dem ersten Flug auf einem anderen Planeten zu feiern. Die Solarflugzeuge, die wir uns in der Vergangenheit angesehen haben, waren jedoch für den Flug in der oberen Atmosphäre gedacht, nicht in der heißen oberflächennahen Atmosphäre. Aber Hochtemperaturelektronik wird bei NASA Glenn und anderswo entwickelt, und es war vernünftig, darüber nachzudenken, ob es tatsächlich möglich ist, bis zur Oberfläche und wieder zurück zu fliegen.“
„Getrennt davon haben wir uns mit der In-situ-Treibstoffproduktion für andere Missionen befasst, und ich begann zu überlegen, wo sonst könnten wir uns vorstellen, die In-situ-Treibstoffproduktion anzuwenden, die noch nicht analysiert wurde, und vor allem, wo sie real werden könnte.“ Unterschied in einer ansonsten nahezu unmöglichen Mission?“ sagte Landis. „Die Rückgabe der Venusprobe entstand aus dieser Denkweise.“
Das Flugzeug würde mit einem Oberflächenelement gepaart, das Hochtemperatur-Oberflächensysteme nutzt. Wie in früheren Artikeln erläutert, haben Wissenschaftler jahrelang an Konzepten gearbeitet, die in der höllischen Umgebung der Venus funktionieren könnten. Dies hat zu einer Vielzahl von Vorschlägen geführt, die „Steampunk“-Technologie, ein Windsegel oder spezielle elektronische Systeme umfassen, die der extremen Hitze und dem Druck der Venusatmosphäre standhalten. Darüber hinaus könnte das Flugzeug auch atmosphärische Proben entnehmen und damit möglicherweise die Debatte darüber klären, ob es Leben in den Wolken der Venus geben könnte.
„Für die Oberflächenprobe wäre dies in erster Linie eine geologische und mineralogische Mission“, sagte Landis. „Eine atmosphärische Probe hätte auch einen enormen wissenschaftlichen Wert für die Astrobiologie und wäre ein gutes Sprungbrett für die schwierigere Oberflächenprobenmission. Die jüngste Entdeckung von Phosphin in den Wolken der Venus macht die Idee eines Wolkenprobenehmers noch spannender.“
Nachdem die Finanzierung der Phase I gesichert ist, konzentrieren sich Landis und seine Kollegen nun darauf, die konzeptionelle Missionsarchitektur in detaillierte Entwürfe umzusetzen. Wie Landis erklärte, wird dies aus einem schrittweisen Operationskonzept (CONOPS) bestehen, bei dem alle Missionskomponenten kombiniert werden, um ein Massenbudget zu erstellen, einige konkrete Zahlen zu ermitteln und zu zeigen, dass es machbar ist. Mit Blick auf die Zukunft hoffen Landis und seine Kollegen, dass ihr Vorschlag zu Anwendungen für Luftfahrzeuge und zur Erkundung führen wird, die weit über Venus und Mars hinausgehen:
„Ich denke, dass der nächste große Schritt in der Planetenerkundung, den der Mars-Hubschrauber „Insight“ vorangetrieben hat, der Flug ist. Die In-situ-Ressourcennutzung wurde zwar ausführlich diskutiert, wurde jedoch bisher noch auf keinem Körper des Sonnensystems (außer auf der Erde) versucht. Die Zusammenstellung dieser Daten sollte Türen für die Erforschung vieler Planetenkörper öffnen.
Um mehr zu erfahren, schauen Sie sich die vollständige Liste der NASAs an Die Auswahl für NIAC 2024 finden Sie hier.