Wissenschaftler und Ingenieure testeten im Juli 2022 einen Prototyp eines Venus-Ballons in der Black Rock Desert in Nevada. Das verkleinerte Fahrzeug absolvierte erfolgreich zwei erste Testflüge

Mit ihrer sengenden Hitze und dem enormen Druck ist die Oberfläche der Venus lebensfeindlich und unerbittlich. Tatsächlich haben die Sonden, die bisher dort gelandet sind, höchstens ein paar Stunden überlebt. Doch es könnte eine andere Möglichkeit geben, diese gefährliche und faszinierende Welt jenseits von Orbitern zu erkunden, die nur einen Steinwurf von der Erde entfernt die Sonne umkreisen: den Ballon. Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena, Kalifornien, berichtete am 10. Oktober 2022, dass ein Luftroboterballon, eines seiner Luftroboterkonzepte, zwei Testflüge über Nevada erfolgreich absolviert hat.

Die Forscher verwendeten einen Testprototyp, eine geschrumpfte Version eines Ballons, der eines Tages tatsächlich durch die dichten Wolken der Venus treiben könnte.

Erster Testflug eines Venus-Ballon-Prototyps

Der geplante Venus Aerobot hat einen Durchmesser von 40 Fuß (12 Meter), also etwa zwei Drittel der Größe des Prototyps.

Ein Team von Wissenschaftlern und Ingenieuren des Jet Propulsion Laboratory (JPL) und der Near Space Corporation in Tillamook, Oregon, führte den Testflug durch. Ihr Erfolg lässt darauf schließen, dass Venusballons in der dichten Atmosphäre dieses Nachbarplaneten überleben können. Auf der Venus wird der Ballon in einer Höhe von 55 Kilometern über der Oberfläche fliegen. Um die Temperatur und Dichte der Venusatmosphäre im Test zu erreichen, hob das Team den Testballon auf eine Höhe von einem Kilometer.

Der Ballon verhält sich in jeder Hinsicht so, wie er konzipiert wurde. Jacob Izraelevitz, leitender Forscher der JPL-Flugtests und Robotikspezialist, sagte: „Wir sind mit der Leistung des Prototyps sehr zufrieden. Er startete, demonstrierte kontrollierte Höhenmanöver und wir haben ihn nach beiden Flügen wieder in einen guten Zustand gebracht. Wir haben umfangreiche Daten von diesen Flügen aufgezeichnet und freuen uns darauf, diese zur Verbesserung unserer Simulationsmodelle zu nutzen, bevor wir unseren Schwesterplaneten erkunden.“

Paul Byrne von der Washington University in St. Louis und Mitarbeiter der Raumfahrtrobotikforschung fügte hinzu: „Der Erfolg dieser Testflüge bedeutet uns sehr viel: Wir haben erfolgreich die Technologie demonstriert, die zur Untersuchung der Venuswolke erforderlich ist. Diese Tests legen den Grundstein dafür, wie wir eine langfristige robotergestützte Erkundung der höllischen Oberfläche der Venus ermöglichen können.“

Reisen in Venuswinden

Warum also Ballons? Die NASA möchte einen Bereich der Venusatmosphäre untersuchen, der für die Analyse durch den Orbiter zu niedrig ist. Anders als Lander, die innerhalb weniger Stunden explodieren, können Ballons wochen- oder sogar monatelang im Wind schweben und von Ost nach West driften. Der Ballon kann außerdem seine Höhe zwischen 52 und 62 Kilometern über der Oberfläche verändern.

Flugroboter sind jedoch nicht ganz allein. Sie arbeiten mit einem Orbiter über der Venusatmosphäre zusammen. Neben der Durchführung wissenschaftlicher Experimente fungiert der Ballon auch als Kommunikationsrelais mit dem Orbiter.

Ballons in Ballons

Der Prototyp sei im Grunde ein „Ballon im Ballon“, sagten die Forscher. Unter DruckHeliumfüllt den starren inneren Behälter. Währenddessen kann sich der flexible äußere Heliumballon ausdehnen und zusammenziehen. Ballons können auch höher steigen oder tiefer fallen. Dies geschieht mit Hilfe vonHeliumEntlüftungsöffnungen. Wenn das Missionsteam den Ballon anheben wollte, ließ es Helium aus dem inneren Reservoir in den äußeren Ballon ab. Um den Ballon wieder an seinen Platz zu bringen,Heliumwird zurück in das Reservoir entlüftet. Dadurch zieht sich der äußere Ballon zusammen und verliert etwas Auftrieb.

Korrosive Umgebung

In der geplanten Höhe von 55 Kilometern über der Oberfläche der Venus sind die Temperaturen nicht so extrem und der Luftdruck nicht so hoch. Aber dieser Teil der Venusatmosphäre ist immer noch ziemlich rau, weil die Wolken voller Schwefelsäuretröpfchen sind. Um dieser korrosiven Umgebung standzuhalten, haben die Ingenieure den Ballon aus mehreren Materialschichten gebaut. Das Material verfügt über eine säurebeständige Beschichtung, eine Metallisierung zur Reduzierung der Sonnenaufheizung und eine Innenschicht, die stabil genug ist, um wissenschaftliche Instrumente zu tragen. Sogar die Dichtungen sind säurebeständig. Flugtests haben gezeigt, dass die Materialien und die Konstruktion des Ballons auch auf der Venus funktionieren sollten. Die für die Überlebensfähigkeit der Venus verwendeten Materialien sind anspruchsvoll in der Herstellung und die Robustheit im Umgang, die wir bei unserem Start und der Bergung in Nevada bewiesen haben, stimmt uns von der Zuverlässigkeit unserer Ballons auf der Venus überzeugt.

Seit Jahrzehnten schlagen Wissenschaftler und Ingenieure Ballons als Möglichkeit zur Erforschung der Venus vor. Dies könnte bald Realität werden. Bild: NASA.

Wissenschaft in der Venusatmosphäre

Wissenschaftler rüsten Ballons für verschiedene wissenschaftliche Untersuchungen aus. Dazu gehört die Suche nach Schallwellen in der Atmosphäre, die von Erdbeben auf der Venus verursacht werden. Zu den spannendsten Analysen gehört die Analyse der Zusammensetzung der Atmosphäre selbst.Kohlendioxidmacht den größten Teil der Venusatmosphäre aus und befeuert den unkontrollierten Treibhauseffekt, der die Venus an ihrer Oberfläche zu einer Hölle gemacht hat. Die neue Analyse könnte wichtige Hinweise darauf liefern, wie genau dies geschah. Tatsächlich sagen Wissenschaftler, dass die Venus in ihrer Frühzeit eher der Erde ähnelte. Was also geschah?

Seit Wissenschaftler 2020 die Entdeckung von Phosphin in der Venusatmosphäre meldeten, ist die Frage nach möglichem Leben in den Venuswolken natürlich wieder in den Fokus gerückt. Der Ursprung des Phosphins ist unklar, und einige Studien stellen seine Existenz noch immer in Frage. Ballonmissionen wie diese wären jedoch ideal für eine gründliche Analyse der Wolken und könnten möglicherweise sogar zur direkten Identifizierung von Mikroben beitragen. Ballonmissionen wie diese könnten helfen, einige der verwirrendsten und schwierigsten Geheimnisse zu lüften.