Zephyr es un concepto de un vehículo explorador robóticopara una misión llamada Venus Landsailing Rover . Este concepto de misión colocaría un vehículo explorador en la superficie de Venus que sería propulsado por la fuerza del viento. El vehículo explorador se lanzaría junto con un orbitador de Venus que sería un relé de comunicaciones y realizaría 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 el 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 utilizando una combinación de frenos y desplegando 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 apunta a lograr capacidad telerrobótica, 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 se pruebe, 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 de ala rígida , inspirado en los vehículos de vela terrestre . [3] [5] El vehículo tiene solo dos partes móviles: la vela y la rueda delantera de dirección. [2] El concepto de 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 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 grandes dificultades.
La vida útil del rover previsto 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 funcionaron durante unas pocas horas como máximo, por lo que el equipo del Centro de Investigación Glenn planea utilizar materiales y electrónica desarrollados para soportar no solo la presión extrema, la atmósfera corrosiva y el calor, sino también operar con energía solar mínima y sin un sistema de enfriamiento, 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 encontrada a 900 m (3000 pies) bajo el agua en la Tierra. [7] Para los fines 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 extienden hasta el horizonte, con rocas a escala de solo centímetros en sus ubicaciones, lo que hace posible el landsailing . [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 de Conceptos Avanzados Innovadores (NIAC) de la NASA está permitiendo la investigación para desarrollar los sistemas necesarios "reforzados para Venus". [3] De hecho, los tecnólogos de Glenn han sido pioneros en sensores que funcionan dentro de los motores a reacción. Estos dispositivos 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 With NASA Inventor Geoffrey Landis , publicado por la editorial World Book . [11] [12]
Los módulos de aterrizaje anteriores en Venus dependían de baterías para obtener energía eléctrica, lo que limitaba 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 para esta misión utiliza baterías de sodio y azufre (NaS) que se recargan mediante paneles solares y pueden funcionar en las condiciones de la superficie de Venus sin necesidad de sistemas de refrigeración pesados. [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 un ancho de banda lo suficientemente amplio como para 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 energía requerida es de 98,4 vatios para operaciones científicas, 68,4 vatios durante la travesía, 25,3 vatios durante operaciones en reposo como el mantenimiento y 49,3 vatios durante las sesiones de comunicaciones. [2]
Si bien la velocidad del viento en la superficie de Venus es de 1 m/s (3 pies/s), a la presión y densidad de Venus (65 kg/m 3 ), incluso las velocidades bajas del viento desarrollan una fuerza significativa. [3]
El concepto de propulsión es una vela de ala rígida , montada perpendicularmente a la base que puede girar a través de un motor eléctrico sobre su centro aerodinámico medio para producir un vector de sustentación (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 simétrico es mucho más fácil de controlar a costa de sacrificar una pequeña cantidad de sustentación. La construcción del ala es estándar: larguero, costilla y revestimiento, utilizando materiales apropiados para el entorno 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 m/s (7,8 pies/s) o más sea reconocida por su suite meteorológica, y daría tiempo suficiente para aflojar la vela girándola a una posición de sustentación 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 en paracaídas y el aterrizaje sobre sus tres ruedas.
Los ojos del rover serían una cámara de escaneo mecánico 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 un conjunto de fotodiodos lineales como elemento sensor de luz y, a excepción del conjunto de fotodiodos del plano focal , la cámara está fabricada con electrónica de carburo de silicio . [2]
Además de las cámaras de imágenes, el rover llevaría 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 contar con paquetes científicos que funcionen durante el descenso, y también puede desplegar instrumentos científicos estacionarios, como un sismómetro , que no se transportan 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 densa atmósfera de Venus, las señales de radio del explorador tendrían una potencia y un alcance limitados, por lo que se necesita incorporar un orbitador de retransmisión en la arquitectura de la misión. Después de la separación de Zephyr , el orbitador frenaría propulsivamente hasta 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 más cerca de la Tierra, el desfase temporal de las comunicaciones entre Venus y la Tierra es de aproximadamente cuatro minutos, lo cual es demasiado tiempo 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 floja, mientras los controladores terrestres examinan el terreno y deciden el próximo objetivo. [5]
Si es seleccionado para recibir financiación, el orbitador de retransmisión también podría albergar algunos instrumentos científicos.