Siapkan pesawat ruang angkasa untuk menjelajahi atmosfer Venus

“EnVision, seperti yang saat ini dipahami, tidak dapat terjadi tanpa fase pengereman aerodinamis yang panjang ini,” jelas pemimpin studi EnVision ESA, Thomas Voirin.

“Pesawat luar angkasa akan diluncurkan ke orbit Venus pada ketinggian yang sangat tinggi, sekitar 250.000 km, kemudian kita harus turun ke orbit kutub pada 500 km untuk operasi ilmiah. terbang dengan satu Arian 62, kita tidak mampu membeli semua bahan bakar tambahan yang diperlukan untuk menurunkan orbit kita. Sebaliknya, lintasan berulang melalui atmosfer atas Venus akan memperlambat kita dan datang sedekat 130 km dari permukaan.”

Pesawat ruang angkasa pendahulu EnVision, Venus Ekspres, melakukan aerobraking eksperimental selama bulan-bulan terakhir misinya pada tahun 2014, mengumpulkan data berharga tentang teknik ini. Aerobraking pertama kali didemonstrasikan pada tahun 2017 oleh ExoMars Trace Gas Orbiter ESA (TGO) untuk menurunkan orbitnya di sekitar Planet Merah selama 11 bulan.

Thomas mencatat, “Aerobraking di sekitar Venus akan jauh lebih menantang daripada untuk TGO. Pertama-tama, gravitasi Venus sekitar sepuluh kali lipat dari Mars. Ini berarti pesawat ruang angkasa akan mengalami kecepatan kira-kira dua kali lipat dari TGO saat melintasi atmosfer – dan panas dihasilkan sebagai kubus kecepatan. Oleh karena itu, EnVision harus menargetkan rezim aerobraking yang lebih rendah, menghasilkan fase aerobraking dua kali lebih lama.

“Selain itu, kita juga akan lebih dekat dengan Matahari dan mengalami sekitar dua kali intensitas matahari Bumi, dengan awan putih tebal di atmosfer yang memantulkan sebagian besar sinar matahari langsung kembali ke luar angkasa, yang memerlukan pertimbangan tambahan.” Kemudian kami juga menyadari bahwa dengan ribuan orbit yang kami pertimbangkan, kami harus berurusan dengan faktor lain yang sebelumnya hanya kami alami di orbit rendah Bumi: oksigen atom yang sangat erosif.”

Ini adalah fenomena yang tetap tidak diketahui pada dekade-dekade awal zaman ruang angkasa. Tidak sampai penerbangan awal Space Shuttle kembali dari orbit rendah pada awal 1980-an para insinyur mengalami kejutan: selimut termal pesawat ruang angkasa telah terkikis parah.

Pelakunya, ternyata, adalah oksigen atomik yang sangat reaktif — atom oksigen individu di tepi atmosfer, hasil dari molekul oksigen standar, seperti yang ditemukan tepat di atas tanah, dipecah oleh radiasi ultraviolet matahari yang intens. Saat ini, semua misi di bawah sekitar 1.000 km harus dirancang untuk menahan oksigen atom, seperti Copernicus Sentinels yang mengamati Bumi di Europa atau perangkat keras apa pun yang dibuat untuk Stasiun Luar Angkasa Internasional.

Pengamatan spektral oleh pengorbit Venus masa lalu dari pancaran udara di atas planet mengkonfirmasi bahwa atom oksigen juga tersebar luas di bagian atas atmosfer Venus, yang lebih dari 90 kali lebih tebal daripada udara di sekitar Bumi.

Thomas mengatakan: “Konsentrasinya cukup tinggi, tidak terlalu penting dalam sekali lintasan, tetapi selama ribuan kali ia mulai menumpuk dan berakhir pada tingkat fluks oksigen atom yang harus kita perhitungkan, yang konsisten dengan apa yang kami lakukan.” memiliki pengalaman di orbit Bumi yang rendah tetapi pada suhu yang lebih tinggi.”

Tim EnVision beralih ke fasilitas Eropa yang unik, yang dibangun khusus oleh ESA, untuk mensimulasikan atom oksigen di orbit. Fasilitas Orbit Bumi Rendah, LEOXmerupakan bagian dari agensi Laboratorium Material dan Komponen Listrikberbasis di ESA ESTEC Pusat teknis di Belanda.

Insinyur Material ESA Adrian Tighe menjelaskan: “LEOX menghasilkan atom oksigen dengan tingkat energi yang sama dengan kecepatan orbit. Oksigen molekuler yang dimurnikan disuntikkan ke dalam ruang vakum di mana sinar laser yang berdenyut difokuskan. Ini mengubah oksigen menjadi plasma panas, ekspansi cepat yang dipandu sepanjang nosel berbentuk kerucut. Kemudian berdisosiasi untuk membentuk pancaran energi tinggi oksigen atom.

“Agar berfungsi dengan andal, waktu laser harus tetap akurat hingga dalam milidetik dan dalam seperseribu milimeter selama durasi empat bulan kampanye pengujian saat ini.

“Ini bukan pertama kalinya fasilitas tersebut digunakan untuk mensimulasikan lingkungan orbital luar angkasa – kami sebelumnya telah melakukan tes oksigen atom pada kandidat bahan susunan surya untuk ESA. misi jus, karena pengamatan teleskopik menunjukkan bahwa atom oksigen ditemukan di atmosfer Europa dan Ganymede. Namun, untuk EnVision, peningkatan suhu selama pengereman aerodinamis menimbulkan tantangan tambahan, sehingga fasilitas tersebut disesuaikan untuk mensimulasikan lingkungan Venus yang lebih ekstrem ini.”

Berbagai bahan dan pelapis dari berbagai bagian pesawat ruang angkasa EnVision, termasuk insulasi multi-lapis, bagian antena, dan elemen pelacak bintang, ditempatkan di panel untuk disinari sinar LEOX berpendar ungu. Pada saat yang sama, pelat ini dipanaskan untuk meniru aliran panas yang diharapkan hingga 350 ° C.

Thomas menambahkan: “Kami ingin memverifikasi bahwa bagian-bagian ini tahan terhadap erosi dan juga mempertahankan sifat optiknya – yang berarti bahwa mereka tidak terdegradasi atau menjadi gelap, yang dapat mempengaruhi perilaku termal mereka karena kami adalah instrumen ilmiah yang sensitif.” untuk mempertahankan suhu tertentu. Juga, kita harus menghindari spalling atau outgassing yang mengarah pada kontaminasi.”

Kampanye uji coba saat ini adalah bagian dari panel yang lebih besar yang melihat aerobraking EnVision, termasuk penggunaan basis data iklim Venus yang dikembangkan dari hasil misi sebelumnya untuk memperkirakan variabilitas lokal atmosfer planet dan menetapkan batas aman untuk pesawat ruang angkasa.

Hasil dari kampanye uji coba ini diharapkan pada akhir tahun ini.

Tentang EnVision

EnVision adalah misi yang dipimpin ESA dalam kemitraan dengan NASA, menyediakan instrumen Synthetic Aperture Radar, VenSAR, dan dukungan Jaringan Luar Angkasa untuk fase misi kritis. EnVision akan menggunakan seperangkat instrumen untuk melakukan pengamatan holistik Venus dari inti terdalamnya ke atmosfer atas untuk lebih memahami bagaimana tetangga terdekat Bumi di Tata Surya berevolusi dengan sangat berbeda.

EnVision telah dipilih oleh Komite Program Sains ESA sebagai misi tingkat menengah kelima dalam rencana Visi Kosmik ESA, yang menargetkan peluncuran awal tahun 2030-an.