Venus är en helvetisk plats! Bortsett från yttemperaturer som är tillräckligt höga för att smälta bly – så höga som 737 K (462 °C; 864 °F) – finns det också svavelsyradropparna och extrema tryckförhållanden (92 gånger jordens) att brottas med! På grund av dessa fientliga förhållanden har det varit en pågående och betydande utmaning för rymdorganisationer att utforska Venus yta och atmosfär.
Därför tittar NASA:s Jet Propulsion Laboratory (JPL) på några verkligt innovativa och okonventionella idéer för framtida uppdrag till Venus. En av dem är andra generationens koncept som kallas Automaton Rover för extrema miljöer (AREE). Genom att förlita sig på urverksmekanismer istället för elektronik kommer denna rover att kunna fungera på Venus yta under längre perioder.
Om den används kommer denna rover att bygga vidare på prestationerna från sovjettiden Kammussla och Vega program, som var de enda uppdragen som någonsin lyckats landa på Venus fientliga yta. Tyvärr överlevde de sonder som faktiskt kom till ytan och landade säkert bara i 23 till 127 minuter innan deras elektronik misslyckades och de kunde inte längre skicka tillbaka information.
Konstnärens intryck av AREE clockwork rover som verkar på Venus yta. Kredit: NASA/JPL-Caltech
Detta är verkligheten med att köra maskiner på Venus, där de extrema temperaturerna kommer att smälta ytterhöljen och svavelsyra kommer att fräta elektroniken. Det är därför Jonathan Sauder, mekatronikingenjör vid JPL, började mixtra med idén om en urverksrover. I detta avseende inspirerades han av mekaniska datorer, ett hävdvunnet koncept som förlitar sig på spakar och växlar för att göra beräkningar snarare än elektroniska komponenter.
Det tidigaste kända exemplet är Antikythera mekanism , en anordning byggd av de gamla grekerna för att förutsäga astronomiska fenomen. År 1642 skapade den franske matematikern Blaise Pascal vad som anses vara den första mekaniska räknaren. Alternativt känd som 'Arithmetic Machine' och ' Pascal miniräknare Pascal sägs ha uppfunnit den här enheten för att hjälpa sin far att omorganisera skatteintäkterna för deras provins.
I början av 1800-talet skapade den franske vävaren och köpmannen Joseph Marie Jacqaurd ' Jacquard vävstol “, en maskin som förlitade sig på hålkort för att framställa textilier i olika mönster. Och 1822 började den engelske matematikern Charles Babbage arbetet med sin ' Skillnadsmotor ', en maskin som automatiskt skulle utföra beräkningar och skapa felfria tabeller.
Från dessa och andra exempel såg Sauders och hans team en möjlig lösning för att överleva Venus atmosfär. I huvudsak föreslog de att återgå till en uråldrig praxis att använda analoga växlar för att bygga en robot som kunde överleva den mest extrema miljön i solsystemet. Genom att förlita sig på en helt mekanisk design och härdad metallstruktur kan AREE teoretiskt överleva i månader eller längre på Venus.
Som Sauder förklarade i en nyligen genomförd NASA pressmeddelande :
'Venus är för ogästvänlig för typ av komplexa kontrollsystem du har på en Mars-rover. Men med en helt mekanisk rover kan du kanske överleva så länge som ett år.”
Som ett resultat skulle det kunna skicka tillbaka mycket mer information om Venus ytförhållanden och geologiska processer, som har förblivit något av ett mysterium i årtionden. Dessa inkluderar (men är inte begränsade till) varför Venus har färre vulkaner än jorden idag – trots omfattande bevis på vulkanisk aktivitet tidigt i dess historia – och det märkliga absorptionsmönster som har setts i dess övre atmosfär.
Sauder föreslog konceptet först 2015. År 2016 , bedömdes konceptet som en del av NASAs innovativa avancerade koncept (NIAC) program, som öppnar sig för inlämningar varje år för uppdragsidéer. Tillsammans med tolv andra förslag valdes AREE ut för utveckling i fas I och Sauder och hans team tilldelades 100 000 $ för en niomånadersperiod för att bedöma genomförbarheten av deras koncept.
Utöver sina processorer skulle AREE också förlita sig på analoga komponenter för ström. Detta skulle vara nödvändigt eftersom solceller inte kan ta emot solljus i Venus täta atmosfär. Och a Multi-Mission Radioisotop termoelektrisk generator (MMRTG), som Curiositet rover förlitar sig på kraft, har komplexa elektriska system som sannolikt skulle gå sönder i Venus atmosfär.
En titt inuti AREE rover (bredvid en astronaut för skala). Vinden skulle kanaliseras genom roverns kropp för primär kraft. Roterande mål på toppen kan 'pingas' av radar, skicka data som morsekod. Bild: NASA/JPL-Caltech
Mobilitet är en annan utmaning, och en som Sauder och hans team också tittade på en gammal idé att ta itu med. I grund och botten är Venus steniga krateryta full av okända och kommer sannolikt att vara mycket svåra att navigera. Sauder och hans team såg därför till stridsvagnar från första världskriget som en lösning. Dessa fordon var långsamma och klumpiga, men designades för att korsa den svåra terrängen i No Man's Land, som kännetecknades av skyttegravar och kratrar.
Ursprungligen inspirerades Sauder's av den holländska konstnären Theo Jansens ' Strandbeests ', en serie 'robotar' av trä och kanvas som förlitade sig på vinddrivna redskap för att driva sina ben och gå längs stränderna. I samma veva övervägde Sauder att bygga en spindelliknande robot som använde spinkiga ben för att ta sig runt. Detta verkade dock för instabilt för Venus steniga terräng, och slitbanor gynnades istället.
För kommunikation skulle AREE förlita sig på en annan anrik teknik – Morse Code. Detta skulle innebära en kretsande rymdfarkost som plingar rovern med hjälp av radar, medan rovern skulle kommunicera genom att reflektera radarsignaler från korrekt formade mål. Tack vare en roterande slutare, som skulle placeras framför radarmålet, skulle rovern kunna slå på och av signalen för att simulera punkter och streck.
Om den lyckas skulle denna rover vara det första uppdraget sedan det kalla kriget att utforska Venus yta. Som Evan Hilgemann, en JPL-ingenjör som arbetar med högtemperaturkonstruktioner för AREE, förklarade :
'När du tänker på något så extremt som Venus vill du verkligen tänka där ute. Det är en miljö som vi inte vet mycket om utöver vad vi har sett i bilder från sovjettiden.'
Artistens koncept för Automaton Rover for Extreme Environments (AREE). Kredit: NASA/JPL
Bortom Venus skulle en sådan sond också vara användbar för att utforska fientliga miljöer på Merkurius, inom Jupiters strålningsbälte, interiörer av gasjättar, inom vulkaner och kanske till och med jordens mantel. AREE-rovern är för närvarande i sin andra fas av NIAC-utvecklingen, och teamet arbetar med att förfina och skapa prototyper av delar av konceptet.
I framtiden hoppas Sauder och hans team kunna utöka roverns kapacitet ytterligare och kanske utrusta den med en borr för att samla in geologiska prover. Med förmågan att fungera på planeten i upp till ett år, och möjligheten att faktiska prover tas från ytan, kommer forskare att kunna lära sig mycket om jordens 'systerplanet'. Detta kan i sin tur lära oss mycket om bildningen och utvecklingen av stenplaneter i vårt solsystem.
Se till att kolla in den här videon av AREE-konceptet, som har lagets ursprungliga spindelbensdesign: