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金星大氣層可操縱平台

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金星大氣層可操縱平台 (VAMP) 是由諾斯洛普·格魯曼航空公司和 LGarde 公司提出的一項任務設想，即用一架動力強勁、續航時間長、充氣式半浮力飛行器來探索金星上層大氣層中的生物蹤跡[1][2]並進行大氣測量。該充氣飛行器外觀呈梯形狀，亦被稱為三角翼或飛翼，安裝有在進入大氣層時可收起雙電動螺旋槳。

「金星大氣層可操縱平台」被提議搭載在可能於2026年發射的俄羅斯金星D號上，白天，該航空器可進行持續的科學測量，而夜間，它會降至50公里高度，依靠浮力保持在較低功率狀態，並仍能在這一高度執行適度的科學測量。金星上空47.5至50.5公里之間的下層雲層呈酸性，但一些天體生物學家認為那裏是重點目標勘探區，因為其環境有利於微生物的生存，包括較為溫和的溫度和壓力(攝氏∼60°和1個標準大氣壓)[3]  

概述

科學驅動力

更多資訊：金星上的生命和金星大氣層
1979年先驅者金星軌道器紫外線觀測所揭示的金星大氣層中雲層的結構，深色區域含有一種能吸收紫外線的不明成分。

自1967年科學家「哈羅德·莫洛維茲」(Harold Morowitz)和卡爾·薩根推測金星雲層的宜居性以來，金星雲層的宜居性就一直是一個探討的話題[3]，從那時起，隨後的研究進一步突出了由於存在有利的化學和物理環境，如硫化合物、二氧化碳(CO2)、水和溫和的溫度(0–60°C)和壓力(0.4–2個標準氣壓)等，金星雲層可能適合微生物的居住。但眾所周知，該行星的表面環境決不適宜居住，溫度超出攝氏450°(華氏860°)[4]。

對金星的紫外線(UV)成像揭示，該行星局部雲層區330到500納米波段間的紫外線大量消失。1928年，金星紫外線的這種對比反差首先被在地球上拍攝的照片中觀測到，隨後又分別在1974年以陸基偏振測定法、1978年使用光譜和2008年來的航天探測器進行過多次測量[3]。金星快車、破曉號和信使號等軌道航天器以及金星計劃中的着陸探測器都進行過調查，從光譜觀測來看，雲層中的暗斑是由濃硫酸和其他未知的吸光粒子組成，但目前這些反差的化學和物理屬性仍不得而知[3][4]。

由於部分模型表明金星曾經擁有宜居的氣候，表面存在液態水長達20億年之久，因此一些科學家推測，這些吸收特徵可能是由懸浮在較低雲層中的大量微生物造成的[3][4][5][6]，並假設它們主要以鐵和硫代謝而繁殖滋生[3]。在地球上，一些嗜極細菌可在酸性極高的環境下茁壯生長，它們以二氧化碳為食，並排泄出硫酸[4]。

飛行器

初步
參數		 單位[7][8]
翼展
55 米
長度 
20 米
質量 
900 千克
有效載荷
≈50 千克
有效容積
≈30 米3
太陽板電能
≥ 8 千瓦
浮力氣體
氫氣
最大速度
30米/秒(110公里/小時)
推進系統 
兩具電動螺旋槳
直徑: 2.93米/具(96")
每具2片槳葉
推力: 90 - 100 磅力
外罩 進入隔熱：氧化鋁(陶瓷纖維)織物和熱凝膠層壓板
硫酸和太陽熱輻射：高強度特氟龍纖維

金星大氣層可操縱平台(VAMP)概念始於2012年，由諾斯洛普·格魯曼和 LGarde 航空航天公司合作推出，它由一架充氣式半浮力飛行器構成，其有效設備載荷可對金星大氣層進行「實地」測量[9]。該飛行器具有可擴展性，較小型號的翼展為6米，含儀器設備質量共90千克[10]；中型的翼展為30米，質量為450千克，而全尺寸型號的翼展為55米，質量900千克[10]。

金星大氣層可操縱平台將搭載在太空中的軌道母艦上，充氣後無隔熱罩飛入金星大氣層[11][12]，該飛行器自身有10%的浮力，使用推進器時能以110公里/小時的速度巡航，從而獲得90%的升力[13]，電源來自太陽能電板和攜帶的電池組[12][13]。

在不推進時，飛行器將下降至離地面約55公里的高度，達到100%的浮力[13][9]，被動漂浮的飛行器也簡化了夜間操作以及安全模式回收程序[13]。該飛行器可運行幾個月至一年時間[14]，需由軌道通信中繼衛星提供支持，以便進行交互式控制，但並非實時控制[13]。金星大氣層可操縱平台的飛行高度在50到65公里之間[14]，將覆蓋廣泛的緯度和所有經度地區[13]。目前仍在對飛行器的形狀、部署以及不同外殼膜耐金星高溫腐蝕環境能力進行持續研究中[13][15][16]，研發團隊組還評估了可大大簡化包裝、部署順序和結構重量的餅狀外形，但它的巡航效率不太高。 [13]。

2017年5月還提出了運載工具概念，作為探索擁有大氣層的太陽系其他行星和衛星的概念驗證[12][17]。

科學儀器

2013年的初步構想中設想了一套儀器，美國宇航局稱之為「金星旗艦相關任務設計」的氣球，其質量估計為20千克，需要50瓦電力才能運行.[13]，理論上的設備包括:[7]

  • 攝像機
  • 惰性氣體光譜儀
  • 紫外線光譜儀
  • 氣象包
  • 衰減全反射儀
  • 氣相色譜/質譜儀(GC/MS)
  • 偏振濁度計
  • 三維超聲波風力計
  • 電場傳感器
  • 光學顯微鏡

潛在的任務

金星-D

目前仍在討論美國航天局是否有可能參與定於21世紀20年代末實施的俄羅斯金星-D任務。2014年，俄羅斯科學家曾徵詢美國航天局是否有興趣為該任務合作部分探測儀器[18][19]。在該項合作中，金星-D探測器可以搭載一些美國組件，包括氣球、一顆子衛星、一台長壽命(24小時)地面站或一架可操控的空中平台  [4][18][20]，任何潛在的合作現仍在討論中[4][18][19]。

致力於「金星大氣層可操縱平台」概念的工程師們表示，這種飛行器是可擴展的，因此「中等尺寸」的飛行器有可能執行金星-D任務，此型號翼展30米，含儀器在內總質量50千克。[10]。

新疆界計劃

諾斯羅普·格魯曼公司還計劃參加美國宇航局的新疆界計劃競選[21]，一旦被選中，它將獲得高達10億美元的獎金，用於優化設計、開發、發佈和運營[15]。但專家們注意到，按照該提議，金星大氣層可操縱平台無法解決美國宇航局金星探索分析小組(VEXAG)2014年科學路線圖所要求的所有關鍵問題，並且將缺少對金星表面及表面與大氣層相互作用的測量[15]。

另請參閱

參考文獻

  1. ^ 天文學家思索金星雲層中可能存在的生命 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）.黛博拉·伯德,《地球和天空》.2018年3月31日.
  2. ^ 科學家們探索金星雲層中可能隱藏的生命 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）.克里汀·摩爾, 《探究》.2018年4月1日.
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 桑賈伊 S. 利馬耶、拉凱什·莫古爾、戴維 J. 史密斯、阿里夫 H. 安薩里、格熱戈日 P.斯沃維克、帕拉格維 ·沙姆巴揚. 金星的光譜特徵和雲層中可能的生命. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） 《天體生物學》', 2018年; doi:10.1089/ast.2017.1783
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 德維特, 特里. 有生命漂浮在金星的云层里吗？. 《科學日報》. 2018年3月3 0日 [2021-01-14]. （原始內容存檔於2020-11-09）. 
  5. ^ 金星可能是生命的避难所. 《ABC新聞》. 2002-09-28. （原始內容存檔於2009年8月14日）. 
  6. ^ 克拉克, 斯圖爾特. 金星上的酸性云层可能是生命的港湾. 《新科學家》. 2002-09-26 [2021-01-14]. （原始內容存檔於2015-05-18）. 
  7. ^ 7.0 7.1 金星大氣層可操縱平台關鍵系統參數 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 截至2015年3月，諾斯羅普格魯曼公司. (PDF)
  8. ^ 金星大氣層可操縱平台飛行器的特點和優點 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 截至2015年3月，諾斯羅普格魯曼公司. (PDF)
  9. ^ 9.0 9.1 沃爾, 邁克. 难以置信的技术：充气飞机可以在金星上空巡航. Space.com. 2014年3月3日 [2021年1月14日]. （原始內容存檔於2020年11月12日）. 
  10. ^ 10.0 10.1 10.2 金星大氣層可操縱平台(VAMP) – 未來工作和任務擴展 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. (PDF). 2017年金星探測分析小組第15次會議 (VEXAG).
  11. ^ 研究金星大氣的獨特方法：金星大氣層可操縱平台的技術開發(VAMP). 羅科·薩穆埃萊; 格雷格·李;丹尼爾·索科爾;羅恩·波里丹; 克里斯汀·格里芬; 林登·博利賽; 由紀美琪; 內森·巴恩斯.「諾斯羅普·格魯曼公司」.美國天文學會, DPS 會議#46, id.416.03; 2014年11月.
  12. ^ 12.0 12.1 12.2 發佈的金星大氣層可操縱平台照片 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. 諾斯羅普·格魯曼公司. 2015年5月15日.
  13. ^ 13.0 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 13.8 金星大氣層可操縱平台(VAMP) - 金星長壽型飛艇的構想. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） (PDF). 克里斯汀·格里芬、羅恩·波里丹、丹尼爾·索科爾、迪安·戴利、格雷格·李、史蒂夫·沃里克、內森·巴恩斯、林登·博利賽、比利·德貝斯、由紀美琪、阿特·帕利索克. 諾斯洛普·格魯曼公司和LGarde公司. 2013年.
  14. ^ 14.0 14.1 金星大氣層可操縱平台的科學任務 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）.|諾斯洛普·格魯曼公司. 美國天文學會, DPS 會議#47, id.217.03; 2015年11月.
  15. ^ 15.0 15.1 15.2 Leone, Dan. 金星飞行器推进了美国宇航局的下一项前沿任务. Space News. 11 May 2015. 
  16. ^ 諾斯羅普·格魯曼公司開始對金星大氣層可操縱平台-金星無人機進行測試 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. 阿蘭·克拉帕德, 4e革命. 2016年2月18日.
  17. ^ 金星大氣層可操縱平台(VAMP) -探路者概念. 格雷格·李. 金星建模工作室, 2017年5月9日至11日在俄亥俄州克利夫蘭舉行 No. 2022, id.8006;  2017年5月.
  18. ^ 18.0 18.1 18.2 沃爾, 邁克·. 俄罗斯、美国正在考虑联合探索金星. 《太空》. 2017年1月17日 [2017-10-29]. （原始內容存檔於2020-07-20）. 
  19. ^ 19.0 19.1 美國宇航局與俄羅斯空間研究所共同研究金星科學目標[失效連結]. 美國宇航局. 2017年3月10日
  20. ^ 森克, D.; 扎索瓦, L. 金星-D：通过对金星的全面探索，拓展我们对类地行星气候和地质的视野 (PDF). 美國宇航局. 2017年1月31日 [2021年1月14日]. （原始內容 (PDF)存檔於2017年4月27日）. 
  21. ^ 夏基, 吉姆·. 可充气的金星飞行器可能会竞争下一项美国宇航局新的前沿任务. 《航天內幕》. 2015年5月18日 [2021年1月14日]. （原始內容存檔於2020年11月8日）. 

外部連結

 

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