重返金星!NASA下一个派去金星的航天器可能是一只气球

发布时间:2018-11-09 18:10:16
来源:前瞻网

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金星和一个未来宇宙航天器的假想图,一个美俄联合项目将向金星发射轨道飞行器和着陆器。这只是目前行星科学家们所追求的几个概念任务之一,他们认为,对于这个被我们忽视已久的行星邻居来说,这是一次姗姗来迟的回归。来源: NASA/JPL-Caltech

经过几十年的忽视之后,地狱般的、被云雾包围的金星(有时被称为地球的邪恶双胞胎)已经为新的探索作好准备。

这是NASA喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)上月底发布的一项新研究发出的信息,其中包含一个重要的信息:研究人员认为,返回金星的最佳方式,可能是在我们姐妹星球的天空中飞行,金星的天空对人类来说出奇的友好,尽管金星地表温度和压力可以使金属熔化并粉碎重型机械,但金星的大气层相对来说要温和得多。喷气推进实验室太阳系探索指挥部的项目主管詹姆斯·卡茨说,气球、飞机和其他高科技的空中平台可以利用这种有利的环境来收集其他方式无法获得的数据,例如关于金星大气的成分、环流甚至生命前景的数据。他说:“我们讨论的是在金星大气层区域中运行的一个平台,那里的温度适宜,用一个词来概括的话,那就是‘类地’。”

卡茨说,这份报告及其调查结果涉及到多个不同的机构,50多个研究人员,并且将纳入下一项十年行星科学调查中,该调查将于2020年开始。目标是使美国国家科学院可以在2022年向NASA提交最终报告,这一权威评估将大量利用行星研究团体的观点,为航天局和国会拨款机构规划未来任务提供蓝图。

喷气推进实验室的评估着眼于固定高度和高度可变的气球,和一艘可以利用浮力和空气动力学升力在金星云层中穿梭的混合动力飞艇,以及一架固定翼太阳能飞机,它可以在阳光和对流气流中翱翔。在如此高的高度上,这些平台中的任何一个都可以部署探测器、捕捉图像并进行一系列的其他科学实验。

该研究得出结论,在这些航天器当中,高度可变的气球是“最佳选择”,因为它们既能保持高机动性,又能保持技术的简洁性,为NASA提供了一个雄心勃勃但又可实现的选择,该航天器计划在2023年至2032年之间的某个时间发射升空。这项研究的作者说,对于这样的任务来说,没有什么技术上的阻碍,尽管如此,新的科学仪器依然需要投资,建模工具同样也不例外,有了建模工具,我们才能更好地理解飞行器在外星世界上空飞行或漂浮的行为。

但令人惊讶的是,这个正在蓬勃发展的“重返金星”运动遇到了硅谷最近的发展“东风”——即谷歌的Project Loon,后者是一个由使用寿命很长的气球组成的网络,旨在向全球互联网匮乏地区的人们提供信息互联。例如,在去年飓风玛丽亚(Maria)登陆波多黎各后,对岛上的电信网络造成了极大破坏,在电信网络恢复期间,Loon项目向20多万人提供了危机信息互联。

通过使用一个“空气镇流器”(即使用外空气充气层来调节内氦气充气球的升力),Loon项目显示,即使是在面对大风的情况下,他们也可以在12英里的高度精确导航和操作气球长达190天。在密度更大、温度更高的金星大气层中,这样的飞船很可能会飘得更高,停留在距地面约40英里的地方。卡茨说:“我们与谷歌在Loon项目上的经验给我们对这个计划打了一支强心针。如果我们能让它在地球这样与金星非常相似的环境中成功运作的话,我们在金星上也能做到。”

春去秋来

但是为什么要选择金星呢?金星上有什么新鲜的吗?

“在早期的行星际探索中,人类有一系列的金星任务,但是在过去的25年中,只有三次直接前往金星的任务。”NASA总部行星科学部代理主任Lori Glaze说。

美国国家宇航局的最后一次金星任务是1989年发射的麦哲伦号,它绘制了金星的表面图。2006年,欧洲航天局(European Space Agency)的金星快车(Venus Express)任务进入了金星的轨道,截至2014年之前,该任务向科学家提供了大量金星大气数据。目前,金星上唯一的航天器是日本宇航探索机构的赤木任务,该任务于2010年5月发射,于2015年12月抵达金星轨道,研究金星大气和云层的结构和动力学。Glaze说:“如今,欧洲、俄罗斯和印度对了解金星越来越感兴趣。美国科学家也为NASA的竞争性任务机会提出了许多概念。”

Glaze说,金星提供了一个与地球相邻的实验室,以研究岩石行星如何形成、以及如何进化成不同于地球的星体(即使它们在形成的开端非常相似)。“当我们发现围绕其他恒星运转的新世界时,我们也意识到我们要充分了解岩石行星的所有进化路径,以便更好地确定哪些系外行星最适合孕育生命,这正变得越来越重要。”行星科学界已经在通过对概念任务的研究来为下一个行星科学十年做准备,她补充说,“金星是我们关注的目标之一。”

行星科学研究所资深科学家、天体生物学家大卫·格林斯彭说:“很明显,与其他的目标相比,以及与这颗行星的科学重要性相比,目前我们对金星的探索还远远不够深入,在某种程度上,这种情况让人感到尴尬,”他说。他指出,在接下来的几十年里,人们对金星的所有了解都将使它成为一个引人注目的科学目标。特别值得一提的是,最近对这颗行星现在及其过去的气候模拟表明,它可能曾经有过一个很大的海洋,并且这个海洋在其存在的大部分时间中都适合居住。“金星表面可能有(过)适宜居住的海洋,这可能会带来各种各样迷人的可能性。它可能曾经与地球交换过生命,地球上生物进化的历程可能与金星有关。这两颗海洋行星——金星和地球——在我们太阳系的历史中几乎有一半时间是紧挨着的。”

陆地世界模板

西南研究所的行星科学家罗伯特·格林也持同样的观点。他也是美国宇航局金星探测分析小组的现任主席,也是喷气推进实验室空中平台研究的杰出贡献者。“金星可能是太阳系中第一个适宜居住的行星,”他说。根据格林的说法,未来探索金星有三个主要主题:了解它的大气层,了解它的地质情况为何与地球如此不同,以及探究金星上的水到底发生了什么,要知道,这些水一度充满了金星的海洋。

金星在大小和质量上都与地球相近,基本上也由相同的岩石和金属构成——所以它经常被称为地球的孪生兄弟。“但它们的相似之处到此为止,”格林说。金星的大气中含有大量的二氧化碳,表面的压力高达90个标准大气压,温度超过800华氏度。尽管地面岁月静好,但在高空,风速每小时可以超过200英里。地球和金星的命运究竟是如何、以及何时出现了如此严重的分化?这个问题仍然是一个争论激烈的话题,只有通过更多的数据,我们才能一窥究竟。

在更遥远的系外行星领域,研究人员希望能够知道,在围绕其他恒星运行的行星中,我们要如何才能最好地分辨地狱一样的金星和伊甸园一样的类地行星。金星是类地行星模板的一部分,但Grimm说,“了解类地行星的大气层和行星表面的演化过程,可以让我们知道‘类地行星’在宇宙中的什么地方才意味着‘类似地球’。”

实际上,格林已经飞到空中去研究探测金星的一项新技术了,他通过NASA赞助的气球飞行来测试探测装备,这些装备能够穿过云层来远程探测几英里以下的岩石的性质。他最近的一次飞行是在9月底,当时他在爱达荷州中部进行了实验,那里的花岗岩山脉可以引起类似于金星丰富的玄武岩引起的仪器反应。

回到被遗忘的世界

金星太空探索的下一步是什么?其中一个可能的途径是美俄的联合任务Venera D,美国为这个任务提供一个空中平台,美国国家航空航天局和俄罗斯科学院空间研究所科学定义小组已经就这一任务进行了近四年的研究,并将于明年初发布一份新的报告。俄罗斯将提供金星着陆器和轨道飞行器,而美国将提供一个空中平台。自20世纪60年代以来,苏联曾多次向金星发射航天器,其中包括几架重型着陆器,这些着陆器虽然着陆时间短暂,但在最终屈服于金星恶劣的环境之前,着陆器还是成功地从金星表面传送回了图像。美国宇航局也将很快开始研究金星旗舰任务,为即将到来的行星科学十年调查做准备。进行新一轮金星探测的其他途径也有可能是通过NASA资助较少的Discovery and New Frontiers项目,或者也有可能是利用立方体卫星技术进行的更小的任务。NASA的Glaze说,随着人们对这些技术越来越感兴趣,业界看到了更多的机会来利用这种能力去了解金星的过去、现在和未来。

“金星是一个被遗忘的行星,”喷气推进实验室的卡茨说,他希望2020这个十年将会被证明是行星科学的“金星十年”。“在这之前,我们需要做好准备,让这些技术变得更加成熟。”

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