Zephyr es un concepto de un rover robótico de Venus para una misión llamada Venus Landsailing Rover . Este concepto de misión colocaría un rover en la superficie de Venus que sería propulsado por la fuerza del viento. El rover se lanzaría junto con un orbitador de Venus que realizaría retransmisiones de comunicaciones y estudios atmosféricos remotos. [1]
El rover estaría diseñado para operar en la superficie de Venus durante 50 días terrestres y navegar por llanuras arenosas bañadas por calor y densas nubes de ácido sulfúrico bajo una presión atmosférica muy alta. El rover puede moverse en cualquier dirección, independientemente de la dirección del viento. Zephyr navegaría hasta 15 minutos por día para alcanzar su próximo objetivo, [3] donde se estacionaría usando una combinación de frenos y izando la vela de ala mientras realiza sus actividades científicas. El rover llevaría una carga útil científica de 23 kg (51 lb), incluido un brazo robótico. La arquitectura general de la misión tiene como objetivo lograr capacidad telerobótica, con un retraso de 4 minutos en la comunicación por radio.
El investigador principal es Geoffrey Landis del Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland, Ohio. [4] Cuando el hardware más crítico esté disponible y sea probado, Landis tiene la intención de proponer la misión al programa Discovery de la NASA [5] para competir por la financiación y un lanzamiento previsto para 2039. [2]
Desde 2012, el científico Geoffrey A. Landis ha estado trabajando en un concepto de misión para un rover Venus propulsado por una vela rígida , inspirado en los vehículos de navegación terrestre . [3] [5] El vehículo tiene sólo dos partes móviles: la vela y el volante delantero. [2] El concepto de la misión se llama Venus Landsailing Rover, y el rover se llama Zephyr , en honor al dios griego del viento del oeste, Zephyrus . [3]
Para simplificar, la vela del rover es en realidad rígida, como un ala vertical con células solares en su superficie. Aunque se necesita cierto desarrollo tecnológico para que la electrónica de alta temperatura esté lista para funcionar, el estudio demostró que este enfoque de movilidad es factible y no se observan dificultades importantes.
La vida útil prevista del rover objetivo es de 50 días. [1] [2] Dadas las condiciones ambientales extremas en la superficie de Venus, todos los módulos de aterrizaje y sondas atmosféricas anteriores operaron durante unas pocas horas como máximo, por lo que el equipo del Centro de Investigación Glenn planea utilizar materiales y componentes electrónicos desarrollados para resistir no solo las condiciones extremas. presión, atmósfera corrosiva y calor, pero también funcionan con una energía solar mínima y sin sistema de refrigeración, lo que reduce significativamente la masa de aterrizaje. [6] [2] La temperatura en la superficie es de 740 K (467 °C, 872 °F) y la presión es de 93 bar (9,3 MPa ), aproximadamente la presión que se encuentra a 900 m (3000 pies) bajo el agua en la Tierra. [7] A efectos de propulsión, se suponen velocidades del viento en la superficie de al menos 0,4 m/s (1,3 pies/s) y hasta 1,3 m/s (4,3 pies/s). Zephyr navegaría hasta 15 minutos por día para alcanzar su próximo objetivo. [3] A partir de las imágenes adquiridas por las sondas rusas Venera , se puede ver que la superficie de Venus tiene paisajes de terreno plano y uniforme que se extiende hasta el horizonte, con rocas de solo una escala de centímetros en sus ubicaciones, lo que hace posible la navegación terrestre . [4] [6] Las irregularidades superficiales más grandes esperadas tienen aproximadamente 10,0 cm (3,9 pulgadas) de altura. [2] El vehículo utiliza tres ruedas metálicas con tacos, cada una con un diámetro de 1,0 m (3 pies 3 pulgadas) y 22,9 cm (9,0 pulgadas) de ancho. [2]
La financiación del programa Conceptos Avanzados Innovadores (NIAC) de la NASA está permitiendo la investigación sobre el desarrollo de los sistemas necesarios "reforzados por Venus". [3] En realidad, los tecnólogos de Glenn han sido pioneros en sensores que funcionan dentro de los motores a reacción. Esos componentes electrónicos pueden funcionar incluso a la sofocante temperatura de Venus de 450 °C (842 °F). [3] La NASA también puede proporcionar parte de este equipo a la futura misión rusa Venera-D a Venus proporcionando una estación de superficie experimental de larga duración (24 horas) instalada en el módulo de aterrizaje ruso. [8] [9] [10]
En 2017, el trabajo de Landis fue el tema del libro Land-Sailing Venus Rover con el inventor de la NASA Geoffrey Landis , publicado por World Book Publishing. [11] [12]
Los módulos de aterrizaje anteriores en Venus dependían de baterías para obtener energía eléctrica, lo que limita su funcionamiento a unas pocas horas como máximo, dependiendo de la masa térmica para retrasar la muerte del sistema debido al sobrecalentamiento. El sistema de energía de esta misión utiliza baterías de sodio-azufre (NaS) que se recargan mediante paneles solares y pueden funcionar en las condiciones de la superficie de Venus sin la necesidad de pesados sistemas de refrigeración. [2] [13]
La vela de ala y la cubierta superior estarían cubiertas con paneles solares hechos de fosfuro de indio y galio (InGaP, también llamado GaInP2) porque ha sido bien caracterizado para su uso en células solares, tiene una banda prohibida lo suficientemente amplia como para poder funcionar a la temperatura de Venus. y responde a la luz en la banda de aproximadamente 360 a 660 nm. [2]
Aunque la gruesa capa de nubes limita la llegada de la luz solar a la superficie, hay suficiente luz para utilizar paneles solares en sistemas de baja demanda de energía. [6] La potencia requerida es de 98,4 vatios para operaciones científicas, 68,4 vatios durante la travesía, 25,3 vatios durante operaciones inactivas como limpieza y 49,3 vatios durante sesiones de comunicaciones. [2]
Si bien la velocidad del viento en la superficie de Venus es de 1 m/s (3 pies/s), con la presión y densidad de Venus (65 kg/m 3 ), incluso las velocidades del viento bajas desarrollan una fuerza significativa. [3]
El concepto de propulsión es una vela de ala rígida , montada perpendicular a la base, que puede girar mediante un motor eléctrico alrededor de su centro aerodinámico medio para producir un vector de elevación (empuje) en cualquier orientación, dependiendo de la dirección del viento. El ala también proporciona una superficie más estable sobre la que montar las células solares utilizadas para alimentar los instrumentos del rover. Un perfil aerodinámico plano y simétrico es mucho más fácil de controlar sacrificando una pequeña cantidad de sustentación. La construcción del ala es larguero, nervadura y revestimiento estándar, utilizando materiales apropiados para el ambiente corrosivo de alta temperatura. [2]
Con 5,5 m (18 pies) de ancho, el rover es estable en la superficie, y el equipo GRC de la NASA estima que para evitar un vuelco causado por ráfagas de viento, el sistema incorporará sensores para que una ráfaga de viento sostenida de 2,39 Su conjunto de meteorología reconocerá m/s (7,8 pies/s) o más, y daría tiempo suficiente para aflojar la vela girándola hasta una posición de elevación cero paralela al viento. [2]
El diámetro del aeroshell establece la longitud de la vela de ala en 3,10 m (10,2 pies), su área en 12 m 2 (130 pies cuadrados) y una altura de 5,44 m (17,8 pies) sobre el suelo. [2] Para el lanzamiento, la vela de ala se pliega en tres secciones para su almacenamiento en el aeroshell , y se despliega después del descenso y aterrizaje en paracaídas sobre sus tres ruedas.
Los ojos del rover serían una cámara escaneada mecánicamente similar a la utilizada por el módulo de aterrizaje Venera 9 , que funcionaría sin refrigeración a la temperatura de Venus, 450 °C (842 °F), y bajo las condiciones y el espectro de iluminación de Venus. [2] El diseño utilizaría una matriz de fotodiodos lineales como elemento sensor de luz y, a excepción de la matriz de fotodiodos del plano focal , la cámara está fabricada con componentes electrónicos de carburo de silicio . [2]
Además de las cámaras de imágenes, el rover transportaría aproximadamente 23 kg (51 lb) de instrumentos científicos, incluido un brazo robótico basado en el brazo robótico del Mars Phoenix , pero simplificado a un brazo de dos articulaciones para minimizar la complejidad. Este brazo sostendría varios instrumentos científicos. [5] La carga útil científica teórica incluye:
Además de los instrumentos científicos de superficie, la misión también puede tener paquetes científicos que operan durante el descenso y también puede desplegar instrumentos científicos estacionarios, como un sismómetro , que no se llevan en el rover. [2] Todos los datos se transmitirían al orbitador con una radio de alta temperatura, de modo que todo el sistema no tenga partes refrigeradas. [2]
Debido a la espesa atmósfera de Venus, las señales de radio del rover carecerían de potencia y alcance, por lo que es necesario incorporar un orbitador de retransmisión en la arquitectura de la misión. Después de la separación de Zephyr , el orbitador frenaría propulsivamente hacia una órbita altamente excéntrica alrededor del planeta. Esta órbita tendría un período de 24 horas, lo que permitiría la comunicación con Zephyr durante 12 a 18 horas durante cada órbita. [2]
Cuando Venus está en su punto más cercano a la Tierra, el retraso en las comunicaciones entre Venus y la Tierra es de aproximadamente cuatro minutos, lo cual es demasiado largo para controlarlo desde la Tierra en tiempo real, por lo que el rover estaría estacionado la mayor parte del tiempo realizando observaciones con la vela. flojo, mientras los controladores de tierra examinan el terreno y deciden el próximo objetivo. [5]
Si se selecciona para recibir financiación, el orbitador de retransmisión también podría albergar algunos instrumentos científicos.