Venus kallas i vardagsspråk för 'Jordens tvilling', på grund av likheterna som den har med vår planet. Inte överraskande dock, det finns mycket som forskarna inte vet om Venus. Mellan det varma och helvetiska landskapet, extremt tjock atmosfär och moln av svavelhaltigt regn är det praktiskt taget omöjligt att utforska planetens atmosfär och yta. Vad mer är, Venus långsamma rotation gör studiet av dess 'mörka sida' desto svårare.
Men dessa utmaningar har gett upphov till ett antal innovativa koncept för utforskning. En av dessa kommer från University of Buffalos Crashworthiness for Aerospace Structures and Hybrids (CRASH) Laboratory, där forskare designar ett unikt koncept som kallas Bioinspirerad stråla för extrema miljöer och zonutforskningar (BRIS).
BREEZE är i grunden en morphing rymdfarkost som flaxar med sina vingar, liknande hur en stingrocka flaxar sina bröstfenor, för att bibehålla lyftet i Venus atmosfär. Konceptet är ett av 12 revolutionerande koncept som valts ut av NASA som en del av dess Innovativa avancerade koncept (NIAC) program – som finansierar innovativa projekt som är i tidig utvecklingsfas.
Konstnärens intryck av Venus yta, som visar dess åskväder och en vulkan i fjärran. Kredit och ©: European Space Agency/J. Vad mer
På ungefär samma sätt som en stingrocka använder sina stora fenor för att simma med lätthet, skulle BREEZE:s design effektivt utnyttja de hårda vindarna i Venus övre atmosfär. Farkosten skulle gå runt planeten var fjärde till var sjätte dag och skulle förlita sig på solpaneler för att ladda sina instrument. Detta skulle hända varannan till var tredje dag medan farkosten utforskar sidan av Venus som är upplyst av solen.
BREEZE skulle ta atmosfäriska prover, spåra vädermönster, övervaka vulkanisk aktivitet och samla in annan data om Venus miljö. Dess design skulle göra den särskilt väl lämpad för att utforska den mystiska mörka sidan av Venus. Som Javid Bayandor, docent i mekanisk och rymdteknik och projektets ledande utredare, förklarade den:
'Genom att ta våra ledtrådar från naturen, särskilt havsstrålar, vill vi maximera flygeffektiviteten. Designen kommer att möjliggöra en hittills ouppnådd grad av kontroll för en sådan rymdfarkost som skulle utsättas för svåra zon- och meridionalvindar på planeten.'
Black Swift Technologies har vunnit ett NASA-kontrakt för att utveckla en drönare för att studera Venus övre atmosfär. Kredit: Black Swift Technologies
Venus mörka sida förblir något av ett mysterium för forskare på grund av hur den upplever så långa perioder av mörker. Detta beror på att Venus rotationsperiod är längre än dess omloppsperiod - det vill säga att det tar något mer än 243 dagar att rotera en gång på sin axel och 225 dagar att fullborda en enda omloppsbana av solen. Som ett resultat blir tiden det tar för solen att återvända till samma plats på himlen (en soldag) till 116,75 jorddagar.
Nyckeln är den unika designen av BREEZEs morphing-vingar, som kommer att använda ett internt spännsystem för att generera dragkraft, säkerställa kontroll och stabilitet och ge ytterligare lyft och mekanisk kompression. Allt detta möjliggör flytkontroll, vilket gör att BREEZE kan navigera genom Venus atmosfär på samma sätt som en stingrocka navigerar genom vatten.
Detta är särskilt viktigt eftersom det bara är ovanför Venus täta moln, cirka 50 km (mi) över ytan, som temperaturer och lufttryck är tillräckligt stabila för att en prospekteringsfarkost ska överleva. Vissa forskare har faktiskt till och med spekulerat i att det är på dessa höjder som liv kunde hittas , troligen i form av extremofila organismer som kan leva i en varm och sur miljö (aka. termoacidofil).
Flygplan som Venus Atmospheric Maneuverable Platform (VAMP) kunde utforska Venus molntoppar för möjliga tecken på liv. Kredit: Northrop Grumman Corp.
Denna teknik kan också möjliggöra uppdrag till undervattensmiljöer här på jorden och andra kroppar i solsystemet med tät atmosfär. Detta gäller särskilt Titan, Saturnus största måne och den enda andra kroppen i solsystemet som har en tät kväverik atmosfär (ungefär 1,45 gånger så tjock som jordens). Även här letar rymdorganisationer efter långsiktiga uppdrag för att utforska den exotiska miljön.
Det är också en av många inspirerade idéer som har föreslagits de senaste åren för att utforska Venus atmosfär. Andra begrepp som flygande drönare utvecklas av det Boulder-baserade företaget Black Swift Technologies (i samband med NASA) och Venus Aerial Mobil Plattform (VAMP) som för närvarande undersöks av Northrop Grumman.
De kommande två decennierna kommer att bli en spännande tid för rymdutforskning. Oavsett om dess stingrocka-inspirerade glidflygplan i Venus atmosfär, trollsländeinspirerade drönare i Titans himmel, eller orminspirerad robotar under Mars yta finns det flera föreslagna uppdrag för att utforska exotiska och mystiska miljöer. En stor del av äran för detta kommer att gå till designers och ingenjörer som tar med sitt utanför-the-box-tänkande till bordet.
Vidare läsning: University of Buffalo