Воздушный шар мог бы исследовать Венеру бесконечно
Иногда лучшие инновационные идеи рождаются в результате синтеза двух предыдущих. Ранее мы сообщали об идее использования воздушного шара для исследования атмосферы Венеры, и мы внимательно следили за ходом эксперимента Mars Oxygen ISRU (MOXIE) в рамках марсохода Perseverance на Марсе.
Объединив эти усилия, вы сможете решить многие задачи, стоящие перед исследованием верхних слоев атмосферы Венеры с помощью воздушного шара — самого пригодного для жизни места в Солнечной системе, за исключением Земли. Таков план доктора Майкла Хехта, главного исследователя системы MOXIE и профессора Массачусетского технологического института, и его команды по проекту "Исследование Венеры с помощью электролиза" (EVE), который недавно получил грант I фазы Института передовых концепций НАСА (NIAC) в рамках премии NIAC awards 2025.
Современные идеи полетов на воздушном шаре к Венере сталкиваются с двумя проблемами. Во-первых, газ, который они должны использовать, чтобы оставаться на плаву, со временем выходит из строя, что ограничивает продолжительность полета. Во-вторых, они должны иметь при себе большое количество аккумуляторов, чтобы их электроника (и, в некотором смысле, газы) могли выдержать 50-часовой ночной цикл Венеры. Если газы внутри аэростата становятся слишком холодными, они сбрасывают давление, что снижает высоту полета аэростата.
Использование системы, подобной MOXIE, решило бы обе эти проблемы. Компания MOXIE, как известно, создала кислород на Марсе, расщепив углекислый газ в атмосфере на монооксид углерода и кислород с помощью процесса, называемого электролизом твердых оксидов (SOE). Несмотря на то, что этот проект подходит к концу, он доказал правильность концепции о том, что там, где есть углекислый газ, мы можем производить кислород даже на других планетах.
В верхних слоях атмосферы Венеры много углекислого газа — фактически, именно из него в основном и состоит атмосфера. Примечательно, что и монооксид углерода, и кислород, компоненты, образующиеся в процессе SOE, легче, чем углекислый газ, из которого они образуются. Другими словами, в атмосфере Венеры результаты процесса SOE являются плавучими.
Но это еще не все — в интервью Fraser доктор Хехт описывает еще одно преимущество использования системы SOE. "Когда люди спрашивают меня, как работает MOXIE, я всегда описываю это как топливный элемент, работающий в обратном направлении", - сказал он. Но во время венерианской ночи "вы могли бы взять некоторую долю, может быть, 10% монооксида углерода и кислорода, которые вырабатывались днем, и пропустить их через прибор в обратном направлении, чтобы получить энергию ночью".
EVE не только получила бы неограниченное количество активных газов в результате технологического процесса SOE, но и, по сути, получила бы неограниченное количество электроэнергии, даже без солнечного света и без необходимости в тяжелых батареях, которые в противном случае утяжелили бы ее. Другие преимущества включают использование монооксида углерода в качестве топлива для других летательных аппаратов, для которых аэростат мог бы служить базовой станцией. При изучении вариантов использования этой платформы на ум приходит множество идей.
Проведение этого процесса на Венере также имеет некоторые дополнительные преимущества. Учитывая толщину атмосферы, особенно по сравнению с Марсом, системе SOE в атмосфере Венеры потребовался бы просто вентилятор, а не миниатюрный компрессорный насос, используемый в системе MOXIE на Perseverance. Кроме того, поскольку Венера находится гораздо ближе к Солнцу, в дневное время для питания системы будет достаточно солнечной энергии, в то время как на Марсе по-прежнему можно использовать солнечную энергию, но вместо этого марсоход "Персеверанс" использовал радиоизотопный тепловой генератор.
Однако Венера сталкивается с некоторыми уникальными проблемами — в атмосфере также содержится серная кислота, хотя и в небольшом количестве. Доктор Хехт упомянул о необходимости нанесения защитного покрытия, например, тефлона, на компоненты, которые будут подвергаться воздействию атмосферы. Его, похоже, тоже не беспокоило увеличение массы, и он спросил: "Сколько массы получается в вашей сковороде с антипригарным покрытием из-за тефлонового покрытия?"
Однако сам процесс SOE должен быть сбалансирован. Доктор Хехт в своем предложении NIAC упоминает цель достижения 75%-ной эффективности преобразования CO2 в кислород/CO. Если вы стремитесь к большему — скажем, к 100%—ной эффективности, - часть CO, образующегося в процессе, также подвергается электролизу, и прибор забивается чистым углеродом (то есть сажей).
Однако при коэффициенте полезного действия 75% (что, по общему признанию, примерно в 3 раза эффективнее, чем у MOXIE) плавучесть кислорода и комбинации остатков CO2 и углекислого газа примерно одинакова, поэтому вы можете разделить два газовых потока на отдельные камеры и получить одинаковую плавучесть, не меняя ее ни на одну так или иначе.
В целом, это кажется в высшей степени практичным решением проблемы, связанной с давней идеей исследования Венеры в будущем. Но зачем останавливаться на достигнутом? Доктор Хехт также упомянул, что теоретически такая система могла бы работать на Титане и других планетах и лунах с плотной атмосферой. По мере того как EVE будет проходить этапы NIAC и команда приступит к детальной технической работе над ней, человечество приблизится к технологии, которая может революционизировать исследование нашей ближайшей планеты-соседа.
