Wetenschappers en ingenieurs testten in juli 2022 een prototype van een Venus-ballon in de Black Rock Desert in Nevada. Het verkleinde voertuig voltooide met succes twee eerste testvluchten

Met zijn verzengende hitte en overweldigende druk is het oppervlak van Venus vijandig en meedogenloos. In feite hebben de sondes die daar tot nu toe zijn geland, slechts een paar uur geduurd. Maar er kan een andere manier zijn om deze gevaarlijke en fascinerende wereld te verkennen, buiten orbiters, die rond de zon draaien op slechts een steenworp afstand van de aarde. Dat is de ballon. NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Californië, meldde op 10 oktober 2022 dat een luchtrobotballon, een van zijn luchtrobotconcepten, met succes twee testvluchten boven Nevada heeft voltooid.

De onderzoekers gebruikten een testprototype, een gekrompen versie van een ballon die ooit door de dichte wolken van Venus zou kunnen zweven.

Eerste testvlucht van het prototype van een Venus-ballon

De geplande Venus Aerobot heeft een diameter van 12 meter, ongeveer tweederde van de grootte van het prototype.

Een team van wetenschappers en ingenieurs van JPL en Near Space Corporation in Tillamook, Oregon, voerde de testvlucht uit. Hun succes suggereert dat Venusiaanse ballonnen zouden moeten kunnen overleven in de dichte atmosfeer van deze naburige wereld. Op Venus vliegt de ballon op een hoogte van 55 kilometer boven het oppervlak. Om de temperatuur en dichtheid van de atmosfeer van Venus tijdens de test te evenaren, hief het team de testballon op naar een hoogte van 1 km.

In alle opzichten gedraagt ​​de ballon zich zoals hij is ontworpen. Jacob Izraelevitz, hoofdonderzoeker van JPL Flight Test, Robotics Specialist, zei: “We zijn erg tevreden met de prestaties van het prototype. Het werd gelanceerd, demonstreerde gecontroleerde hoogtemanoeuvres en we kregen het na beide vluchten weer in goede staat. We hebben uitgebreide gegevens van deze vluchten vastgelegd en kijken ernaar uit deze te gebruiken om onze simulatiemodellen te verbeteren voordat we onze zusterplaneet gaan verkennen.

Paul Byrne van de Washington University in St. Louis en een medewerker op het gebied van ruimtevaart-robotica voegde toe: “Het succes van deze testvluchten betekent veel voor ons: we hebben met succes de technologie gedemonstreerd die nodig is om de Venuswolk te onderzoeken. Deze tests leggen de basis voor hoe we robotverkenning op de lange termijn op het helse oppervlak van Venus mogelijk kunnen maken.

Reis in Venuswinden

Dus waarom ballonnen? NASA wil een gebied in de atmosfeer van Venus bestuderen dat te laag is om door de orbiter te worden geanalyseerd. In tegenstelling tot landers, die binnen enkele uren opblazen, kunnen ballonnen weken of zelfs maanden in de wind zweven en van oost naar west drijven. De ballon kan ook van hoogte veranderen tussen 171.000 en 203.000 voet (52 tot 62 kilometer) boven het oppervlak.

Vliegende robots staan ​​echter niet helemaal alleen. Het werkt met een orbiter boven de atmosfeer van Venus. Naast het uitvoeren van wetenschappelijke experimenten fungeert de ballon ook als communicatierelais met de orbiter.

Ballonnen in ballonnen

Het prototype is in feite een ‘ballon in een ballon’, aldus de onderzoekers. Onder drukheliumvult het stijve interne reservoir. Ondertussen kan de flexibele buitenste heliumballon uitzetten en samentrekken. Ballonnen kunnen ook hoger stijgen of lager vallen. Dit doet zij met behulp vanheliumventilatieopeningen. Als het missieteam de ballon wilde optillen, zouden ze helium uit het binnenste reservoir naar de buitenste ballon laten ontsnappen. Om de ballon weer op zijn plaats te zetten, moet deheliumwordt teruggevoerd naar het reservoir. Hierdoor trekt de buitenste ballon samen en verliest hij wat drijfvermogen.

Corrosieve omgeving

Op de geplande hoogte van 55 kilometer boven het oppervlak van Venus is de temperatuur niet zo nijpend en is de atmosferische druk niet zo sterk. Maar dit deel van de atmosfeer van Venus is nog steeds behoorlijk hard, omdat de wolken vol druppeltjes zwavelzuur zitten. Om deze corrosieve omgeving te helpen weerstaan, hebben ingenieurs de ballon uit meerdere lagen materiaal gebouwd. Het materiaal is voorzien van een zuurbestendige coating, metallisatie om de opwarming door de zon te verminderen en een binnenlaag die sterk genoeg blijft om wetenschappelijke instrumenten te dragen. Zelfs de afdichtingen zijn zuurbestendig. Vliegtesten hebben aangetoond dat de materialen en constructie van de ballon ook op Venus zouden moeten werken. De materialen die worden gebruikt voor de overlevingskansen van Venus zijn een uitdaging om te vervaardigen, en de robuustheid van de hantering die we hebben gedemonstreerd tijdens onze lancering en herstel in Nevada geeft ons vertrouwen in de betrouwbaarheid van onze ballonnen op Venus.

Decennia lang hebben sommige wetenschappers en ingenieurs ballonnen voorgesteld als een manier om Venus te verkennen. Dit kan binnenkort werkelijkheid worden. Afbeelding via NASA.

Wetenschap in de atmosfeer van Venus

Wetenschappers rusten ballonnen uit voor verschillende wetenschappelijke onderzoeken. Deze omvatten het zoeken naar geluidsgolven in de atmosfeer geproduceerd door aardbevingen op Venus. Enkele van de meest opwindende analyses zullen de samenstelling van de atmosfeer zelf zijn.Kooldioxidevormt het grootste deel van de atmosfeer van Venus en voedt het op hol geslagen broeikaseffect dat Venus zo'n hel aan de oppervlakte heeft gemaakt. De nieuwe analyse zou belangrijke aanwijzingen kunnen opleveren over hoe dit precies is gebeurd. Wetenschappers zeggen zelfs dat Venus vroeger meer op de aarde leek. Dus wat is er gebeurd?

Sinds wetenschappers in 2020 de ontdekking van fosfine in de atmosfeer van Venus rapporteerden, heeft de vraag naar mogelijk leven in de wolken van Venus uiteraard de belangstelling doen herleven. De oorsprong van fosfine is niet doorslaggevend, en sommige onderzoeken twijfelen nog steeds aan het bestaan ​​ervan. Maar ballonmissies als deze zouden ideaal zijn voor een diepgaande analyse van wolken en misschien zelfs voor het rechtstreeks identificeren van microben. Ballonmissies als deze kunnen helpen bij het ontrafelen van enkele van de meest verwarrende en uitdagende geheimen.