Jak zásobovat energií sondu na povrchu Venuše?

Průzkum povrchu Venuše je složitý rébus. Celá planeta je zahalena hustými mračny efektivně skrývající před námi její tvář. Sice můžeme za použití radaru či kamer operující mimo běžné části viditelného spektra (např. v ultrafialovém či infračerveném) skrze mračna proniknout, ale nevýhodou takto získaných snímků je jejich nízké rozlišení. Ke všemu bychom rádi získali informace, které se z oběžné dráhy planety prostě získat nedají. Proto by bylo vhodné vyslat na povrch Venuše sondu, která by zde operovala po delší časový úsek. Jak toho ale dosáhnout, když na povrchu panuje teplota okolo 450 °C při atmosférickém tlaku, který je přibližně 92 krát silnější než na Zemi u hladiny moře? Vyjma potřeby stvořit sondu, která tyto podmínky vydrží, inženýři musí vyřešit i další problém. Jak takovou sondu napájet? Nový koncept nabízí zdroj energie nevyžadující chlazení a zásobující sondu po 1 celý Venušin den – tedy po 117 pozemských dní.

Když na povrchu Venuše přistála sovětská sonda Veněra 13, dokázala v nehostinných podmínkách fungovat 127 minut. To je doposud nepřekonaný rekord. Během této doby sonda pořídila několik barevných fotografií svého okolí a za pomocí malé vrtné soupravy navrtala okolní horninu. Získaný vzorek byl poté umístěn do hermeticky uzavřené komory a spektroskopicky analyzován. Za tak krátký čas, co měla sonda k dispozici, toho stihla udělat mnoho. Nicméně, představme si nyní situaci, kdy bychom chtěli na povrch umístit sondu s přístrojovým vybavením vyžadující delší časový úsek na práci, například se seismometrem. Toto zařízení určené pro detekci otřesů tělesa nám umožňuje nejenom zjistit, jestli je těleso tektonicky stále aktivní, ale také poodhalit informace o jeho vnitřní stavbě. Na Zemi jsme například schopni za pomoci sledování seismických vln vlastně „prosvítit“ vnitřek Země a tak se dozvědět více o mocnosti kůry, existenci a vlastnostech polotekutého pláště a jádra. Za pomoci seismických vln jsme také schopni zjistit, jestli má těleso stále dost tepla k tomu, aby podporovalo aktivní vulkanismus na svém povrchu. V případě Venuše je to stále živá otázka bez jasné odpovědi. Jedná se tak o vědecky velice cenný přístroj, který stojí za to na povrch tělesa umístit (jak si v NASA uvědomují, a proto v roce 2016 vyrazí k Marsu sonda InSight s cílem umístit na povrchu rudé planety seismometr). Nicméně k tomu, aby seismometr pořídil vědecká data v potřebném rozsahu, potřebuje čas. A to nikoliv v řádu hodin, ale ideálně týdnů či měsíců. Jak toho ale dosáhnout?

Povrch Venuše jak ho spatřila sovětská sonda Veněra 13. Ta dokázala v nehostinném prostředí fungovat 127 minut.

To je tak trochu inženýrský oříšek. V případě Marsu stačí na sondu umístit solární panely, které ji budou napájet. Jenže v případě Venuše toto řešení nepřipadá v úvahu. I když hustá atmosféra blokuje většinu dopadajícího slunečního světla, i tak je světla na povrchu nejspíše dostatečné množství k tomu, aby sluneční panely fungovaly (sice jen v oblasti rovníku, ale to nyní nevadí). Nicméně to není hlavní problém. Tím je skutečnost, že současné technologie neumožňují výrobu solárních panelů pracujících v krátkých vlnových délkách světla při teplotě 450 °C. A světlo o krátké vlnové délce je právě vlivem Rayleighovo efektu při povrchu Venuše přítomno. I kdybychom tedy na povrch Venuše sluneční panely umístily, elektrickou energii by negenerovaly. Další možností představuje řešení, že by sonda brala energii z baterií. Jejich použití ale klade velké nároky na celkovou hmotnost a velikost sondy a tím i na ekonomické náklady spojené s takovouto misí. Použití baterií tedy není vhodná cesta, jak dlouhodobou misi zajistit. Z toho důvodu se inženýři přiklánějí k variantě použít radioizotopický zdroj pracující na bázi konverze tepla na elektrickou energii. Je otevřenou otázkou, jestli tento zdroj doprovodit chladicím zařízením pro správné fungování elektronických systémů sondy (elektronika lépe pracuje při nižších teplotách, jen si vzpomeňte, jak v létě jede v počítači větrák na plné obrátky…), anebo jestli se bez chlazení obejít. Tím by mohlo dojít k úspoře hmotnosti, zmenšení množství jednotlivých součástek (a tím minimalizaci šance na případnou chybu některé z nich) a odstranění zdroje vibrací (které by například v případě seismometru představovaly kritický problém). A právě zdroj energie nepotřebující chlazení byl nově představen v jedné studii. Tato práce počítá s využitím radioizotopického zdroje složeného z 18 článků, které by od sebe odděloval termoelektrický materiál umožňující konvertování tepelného rozdílu mezi částí zahřívanou rozpadem izotopů a částí „chlazenou“ okolním prostředím. Samozřejmě v případě Venuše je okolní prostředí značně teplé (450 °C), což by snižovalo možný teplotní rozdíl a tím i účinnost celého zařízení. Nicméně naštěstí ne natolik, aby tento způsob zcela vyřadil. Výsledky modelování totiž ukazují, že by se bez chlazení dalo získat okolo 25 wattů po dobu 117 dní a to při váze zdroje necelých 24 kg. Když to srovnáme s bateriemi dodávající stejný výkon při stejné době činnosti, bylo by nutné počítat s hmotností okolo 235 kg. Jak je vidět, dosáhlo by se přibližně 10 krát větší úspory hmotnosti. Navržený model má ale samozřejmě své ale… Předpokládá totiž, že se podaří osvojit proces výroby elektroniky schopné pracovat za teplot panujících na povrchu Venuše, tedy bez potřeby chlazení… A to je zatím jen předpoklad… A pokud Vás zajímají technické specifikace nového návrhu, doporučuji ke čtení celou studii.

Nicméně pokud budeme chtít jednou povrch Venuše prozkoumat, budeme potřebovat dlouhodobý zdroj energie, který nám to umožní. A k tomu bude potřeba prošlápnout spoustu technologických slepých cestiček, než přijdeme na to, která zdroj bude ten nejefektivnější. Sonda na průzkum povrchu Venuše bude totiž muset být zcela rozdílná ve vzhledu a provedení od sond, které jsme si zvykli v poslední době vídat přistávat na povrchu Marsu…

Umělecká představa inženýrů z NASA výzkumu povrchu Venuše…

Napsat komentář