Wissenschaftler und Ingenieure testeten im Juli 2022 einen Venus-Ballon-Prototyp 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 Venusoberfläche lebensfeindlich und unerbittlich. Tatsächlich konnten die bisher dort gelandeten Sonden höchstens einige Stunden überleben. Doch es gibt möglicherweise eine andere Möglichkeit, diese gefährliche und faszinierende Welt jenseits der Orbiter zu erforschen, die die Sonne in unmittelbarer Nähe der Erde umkreisen: den Ballon. Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena, Kalifornien, berichtete am 10. Oktober 2022, dass ein robotergestützter Ballon, eines seiner luftgestützten Roboterkonzepte, zwei Testflüge über Nevada erfolgreich absolviert hat.

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

Erster Testflug des Venus-Ballon-Prototyps

Der geplante Venus Aerobot hat einen Durchmesser von 12 Metern (40 Fuß), was etwa 2/3 der Größe des Prototyps entspricht.

Ein Team aus Wissenschaftlern und Ingenieuren des JPL und der Near Space Corporation in Tillamook, Oregon, führte den Testflug durch. Der 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 Temperatur und Dichte der Venusatmosphäre im Test zu simulieren, brachte das Team den Testballon auf eine Höhe von 1 Kilometer.

Der Ballon verhält sich in jeder Hinsicht wie geplant. Jacob Izraelevitz, leitender Wissenschaftler des JPL-Flugtests und Spezialist für Robotik, sagte: „Wir sind mit der Leistung des Prototyps sehr zufrieden. Er startete, demonstrierte kontrollierte Höhenmanöver und war nach beiden Flügen in einwandfreiem Zustand. Wir haben umfangreiche Daten von diesen Flügen erfasst und freuen uns darauf, diese zur Verbesserung unserer Simulationsmodelle zu nutzen, bevor wir unseren Schwesterplaneten erforschen.“

Paul Byrne von der Washington University in St. Louis und ein wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich der Luft- und Raumfahrtrobotik fügten hinzu: „Der Erfolg dieser Testflüge bedeutet uns sehr viel: Wir haben erfolgreich die Technologie demonstriert, die zur Erforschung der Venuswolke benötigt wird. Diese Tests legen den Grundstein dafür, wie wir langfristige robotische Erkundungen auf der höllischen Oberfläche der Venus ermöglichen könnten.“

Reisen in den Venuswinden

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

Die fliegenden Roboter sind jedoch nicht völlig allein. Sie arbeiten mit einem Orbiter oberhalb der Venusatmosphäre zusammen. Neben der Durchführung wissenschaftlicher Experimente dient der Ballon auch als Kommunikationsrelais mit dem Orbiter.

Ballons in Ballons

Der Prototyp ist im Grunde ein „Ballon im Ballon“, so die Forscher. Unter Druck stehendHeliumDas starre innere Reservoir wird gefüllt. Gleichzeitig kann sich der flexible äußere Heliumballon ausdehnen und zusammenziehen. Ballons können dadurch höher steigen oder tiefer sinken. Dies geschieht mithilfe vonHeliumEntlüftungsventile. Wollte das Missionsteam den Ballon anheben, ließen sie Helium aus dem inneren Reservoir in den äußeren Ballon ab. Um den Ballon wieder in Position zu bringen,HeliumDie Luft wird zurück in den Wasserbehälter geleitet. Dadurch zieht sich der äußere Ballon zusammen und verliert etwas von seinem Auftrieb.

Korrosive Umgebung

In der geplanten Höhe von 55 Kilometern über der Venusoberfläche sind die Temperaturen nicht mehr ganz so extrem und der Atmosphärendruck nicht mehr so ​​hoch. Dennoch ist dieser Teil der Venusatmosphäre recht rau, da die Wolken voller Schwefelsäuretröpfchen sind. Um dieser korrosiven Umgebung standzuhalten, konstruierten die Ingenieure den Ballon aus mehreren Materialschichten. Das Material verfügt über eine säurebeständige Beschichtung, eine Metallisierung zur Reduzierung der Sonneneinstrahlung und eine Innenschicht, die robust genug ist, um wissenschaftliche Instrumente zu tragen. Selbst die Dichtungen sind säurebeständig. Flugtests haben gezeigt, dass die Materialien und die Konstruktion des Ballons auch auf der Venus funktionieren sollten. Die für den Einsatz auf der Venus erforderlichen Materialien sind anspruchsvoll in der Herstellung, und die Robustheit, die wir bei unserem Start und unserer Bergung in Nevada demonstriert haben, bestärkt uns in der Zuversicht, dass unsere Ballons auf der Venus zuverlässig funktionieren werden.

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

Wissenschaft in der Venusatmosphäre

Wissenschaftler statten Ballons für verschiedene wissenschaftliche Untersuchungen aus. Dazu gehört die Suche nach Schallwellen in der Venusatmosphäre, die durch Erdbeben entstehen. Besonders spannend werden die Analysen der Zusammensetzung der Atmosphäre selbst sein.KohlendioxidSie macht den größten Teil der Venusatmosphäre aus und treibt den außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt an, der die Venusoberfläche zu einer solchen Hölle gemacht hat. Die neue Analyse könnte wichtige Hinweise darauf liefern, wie genau dies geschah. Tatsächlich sagen Wissenschaftler, dass die Venus in ihrer Frühzeit der Erde ähnlicher war. Was also ist passiert?

Seit der Entdeckung von Phosphin in der Venusatmosphäre im Jahr 2020 ist das Interesse an möglichem Leben in den Venuswolken neu entfacht. Die Ursprünge des Phosphins sind noch nicht vollständig geklärt, und einige Studien stellen seine Existenz weiterhin infrage. Ballonmissionen wie diese wären jedoch ideal für die detaillierte Analyse der Wolken und könnten sogar die direkte Identifizierung von Mikroben ermöglichen. Solche Missionen könnten dazu beitragen, eines der rätselhaftesten und schwierigsten Geheimnisse der Venus zu lüften.