Shkencëtarët shikojnë mundësinë e transmetimit të energjisë përmes atmosferës së Venusit

Disa javë më parë, një ekip shkencëtarësh nga Caltech njoftuan se kishin transmetuar me sukses energji nga një satelit që rrotullohej deri në Tokë. Nuk ishte shumë energji, por tregoi se ishte e mundur.

Përfundimisht, ne mund të jemi në gjendje të transmetojmë energji nga satelitët diellorë deri në Tokë, duke e bërë energjinë diellore të disponueshme pothuajse kudo dhe duke ndihmuar në luftimin e ndryshimeve klimatike. Por ka një përdorim tjetër të mundshëm: fuqizimi i sondave sipërfaqësore në Venus.

Të gjithë e dinë për Venusin. Ai ka vrarë shumë zbarkues me nxehtësinë e tij ekstreme dhe presionin dërrmues atmosferik. Bashkimi Sovjetik i vjetër dërgoi një seri sondash në sipërfaqen e planetit dhe shumica e tyre dështuan. Më e suksesshmja ishte Venera 13, e cila mbijetoi për pak më shumë se dy orë në 457 °C (855 °F) dhe iu nënshtrua presionit prej 9.0 MPa (89 atmosfera standarde).

Pavarësisht suksesit të shkurtër por domethënës të Venera 13, planeti i mbajti sekretet e tij dhe ne jemi tërhequr përsëri në sipërfaqen e tij për t’i zbuluar ato. Kjo është arsyeja pse NASA dëshiron të dërgojë një tokëzues në sipërfaqe si pjesë e misionit të saj DAVINCI+ (Hetimi i atmosferës së thellë të Venusit të gazeve fisnike, kimisë dhe imazhit.)

Por lind pyetja se si të fuqizohet një tokëzues në sipërfaqen unike, të pabesë të Venusit, duke supozuar se mund të ndërtojmë një që nuk do t’i nënshtrohet lehtësisht kushteve të këqija të Venusit. Metodat e zakonshme – energjia diellore, bateritë, gjeneratorët termoelektrikë me radioizotop – nuk janë të përshtatshme për detyrën. Kjo është sipas një studimi të ri të titulluar, “Fizibiliteti i transmetimit të energjisë përmes Atmosferës së Venusit”, botuar në revistën Acta Astronautica. Autori korrespondues është Erik Brandon nga Laboratori Jet Propulsion.

“Teknologjitë më të fundit të energjisë hapësinore që përfshijnë grupe diellore, bateri dhe gjeneratorë termoelektrikë me radioizotop nuk janë në gjendje të funksionojnë në sipërfaqen e Venusit, të kufizuar nga temperaturat e larta, presionet e larta dhe mjedisi gërryes,” shpjegojnë autorët.

Venusi është më afër diellit, por atmosfera e saj e trashë do të thotë se nuk arrin shumë rrezatim diellor në sipërfaqe. Rreth 75% e energjisë së diellit reflektohet nga retë e Venusit dhe vetëm rreth 2.5% e fluksit diellor që ka rënë në majë të atmosferës arrin në sipërfaqe. Lart mbi retë, energjia diellore është e bollshme. Venusi merr dy herë më shumë rrezatim diellor në majë të atmosferës së saj sesa Toka në majë të atmosferës së saj.

A mund të shfrytëzohet kjo energji e bollshme nga kolektorët diellorë mbi re dhe më pas të transmetohet në një tokëzues/rover? Do të duhej të kalonte nëpër shumë re të trasha. “Fizibiliteti i një qasjeje të tillë dhe konceptet e tjera të misionit të lidhura diskutohen këtu nga një perspektivë e thithjes atmosferike dhe shpërndarjes së energjisë së transmetuar”, thuhet në dokument.

Transmetimi i energjisë nga një vend në tjetrin quhet transferim i energjisë (ose fuqisë) me valë. Ka dy lloje: fushë e afërt dhe fushë e largët. Fusha e afërt është transferimi i energjisë në distanca të shkurtra, si lloji i përdorur në mbushjet e karikimit për pajisjet celulare. Transferimi i energjisë në fushë të largët quhet gjithashtu rrezatim i fuqisë dhe përdor mikrovalë ose lazer për të transmetuar fuqinë nga një prodhues në një marrës.

Një problem me transmetimin e energjisë nga një kolektor diellor orbital në një mjet sipërfaqësor janë ndërlikimet në një orbitë gjeostacionare të Venusit. Planeti rrotullohet aq ngadalë sa orbita gjeostacionare është në një distancë të madhe nga planeti, duke e bërë orbitën të paqëndrueshme. Disi, një kolektor diellor do të duhej të ishte më afër planetit. Mbi retë e sipërme, në rreth 60 ose 70 km lartësi, një kolektor do të merrte në thelb të gjithë dritën e disponueshme të diellit. Dizajni i misionit mund të duhet të mbajë kolektorin, ose grupin e koleksionistëve, në lartësinë dhe pozicionin e duhur.

Një zgjidhje alternative është të dërgoni një pjesë të energjisë në një tokëzues në secilën orbitë, gjë që mund të jetë e mjaftueshme. “Qindra Wh (vat orë) energji mund të merren gjatë rrjedhës së disa kalimeve orbitale të tokës”, shpjegojnë autorët.

Por këto janë çështje më të mëdha të arkitekturës së përgjithshme të misionit. Ky hulumtim supozon se ka zgjidhje për këtë problem. Në këtë vepër, autorët fokusohen në mënyrën se si të transmetohet energjia dhe të merret ajo, diçka që nuk është studiuar plotësisht. “Megjithatë, deri më sot, nuk ka pasur një studim të plotë në lidhje me fizibilitetin e transmetimit të fuqisë në gjatësi vale përkatëse, nëse një platformë e përshtatshme dhe arkitekturë misioni mund të krijohej dhe zbatohej,” shkruajnë autorët.

Problemi është se atmosfera e Venusit është e dendur dhe përmban kimikate që ndërhyjnë në rrezatimin e energjisë nga mikrovalët. Përqendrimet e CO2 janë një problem i veçantë.

Laserët mund të jenë një alternativë më e mirë. Edhe pse ka probleme me atmosferën e dendur, ka disa “dritare frekuence” në atmosferë që mund të lejojnë rrezet e energjisë me lazer. “Në mënyrë kundërintuitive, rrezatimi i energjisë përmes burimeve lazer mund të jetë i mundur në Venus, pavarësisht nga mbulimi i vazhdueshëm i reve, duke pasur parasysh disa ‘dritare’ optike/infra të kuqe të pranishme brenda atmosferës së Venusit, të cilat nuk janë të disponueshme duke përdorur rrezet e energjisë me mikrovalë,” shkruajnë autorët.

Laserët kanë edhe avantazhe të tjera, si përhapja e reduktuar e rrezes në krahasim me mikrovalët. Kjo do të thotë që antenat marrëse nuk duhet të jenë aq të mëdha. Një marrës prej një metri mund të jetë i mjaftueshëm dhe nuk do të ishte aq i ngathët sa të ndërhynte shumë në hartimin e një toke.

Ndërsa energjia diellore është e bollshme në majë të atmosferës së Venusit, transmetimi i saj në të gjithë atmosferën mund të mos jetë qasja më e mirë. Në vend të kësaj, një tullumbace ose ndonjë mjet tjetër mund të vendoset afër mesit të atmosferës. Atje do të merrte mjaftueshëm energji diellore për të qenë e realizueshme dhe do t’i duhej vetëm të transmetonte energjinë përmes një pjese të atmosferës.

Hulumtimi tregon se lartësia prej 47 km është e rëndësishme. Ka një bazë reje në atë lartësi, dhe poshtë saj, energjia e rrezatuar i nënshtrohet më pak shpërndarjes. Ai tregon gjithashtu se nga 47 km, faktori më i lartë i transmetimit është në 1022 nanometra, ku rreth 20% e energjisë së transmetuar do të arrinte një tokëzues sipërfaqësor.

“Këto llogaritje tregojnë për një qasje të besueshme për rrezet e energjisë në Venus, duke përdorur transmetimin nga një platformë ajrore që vepron pranë bazës së reve,” shkruajnë autorët.

Por a ekziston teknologjia për ta bërë këtë? Gazeta nuk diskuton se çfarë lloj automjeti ose platforme mund të përdoret në 47 km lartësi. Ata fokusohen në vetë fuqinë që rrezaton, dhe nëse llogaritjet tregojnë se është e mundur. Por ata gjithashtu flasin për teknologjinë e disponueshme lazer dhe nëse është në lartësinë e detyrës.

Sipas studiuesve, “ne nuk kemi ende llojin e duhur të lazerit.

Megjithatë, studiuesit janë të zënë me zhvillimin e tyre. Lazerët me fibër të dopuar me Yterbium (YDFL) që funksionojnë në dritaren afër infra të kuqe (NIR) që mund të funksionojnë gjithashtu me fuqi të lartë janë në zhvillim e sipër. Fatkeqësisht, ato nuk funksionojnë në gjatësinë ideale të valës për përdorim në Venus: 1022. Në vend të kësaj, ato janë të kufizuara në dy diapazon të tjerë: 970–980 nm dhe 1030–1100 nm. Por lazerët janë një fokus intensiv i studiuesve të ndryshëm në mbarë botën dhe përparimi është i qëndrueshëm.

Detyra për të mbajtur një lloj platforme ajrore të qëndrueshme dhe në pozicionin e duhur është kritike për çdo mision të transmetimit të fuqisë. Por studiuesit tashmë janë duke punuar në balona dhe platforma të tjera ajrore për përdorim në Venus. Duke supozuar se ato mund të zhvillohen, autorët janë të sigurt se një skenar i fuqisë mund të përballet me sfidën dhe të krijojë misione të suksesshme në sipërfaqen e Venusit.

“Gjithashtu, megjithëse ka sfida inxhinierike dhe të projektimit të misionit në lidhje me kontrollin dhe drejtimin e një platforme të tillë mjeti ajror që përdoret për rrezet e energjisë dhe në menaxhimin e përgjithshëm termik, kjo analizë tregon se këto dritare optike mund të shfrytëzohen për të mundësuar nivele të mjaftueshme të fuqisë që mundësojnë misionin për të. të rrezatohet në sipërfaqen e Venusit.”

“Ne kemi nevojë për një kuptim më të mirë të atmosferës së Venusit përpara se të hartohet një sistem specifik. DAVINCI+ ka tre objektiva kryesore shkencore, dhe një prej tyre është të kuptojë atmosferën ndërsa ajo udhëton nëpër të.

Gjetjet e tij do t’i ndihmojnë shkencëtarët të kuptojnë se çfarë pengesash hasin në transmetimin e fuqisë në sipërfaqen e planetit. Nëse mund të bëhet me besueshmëri, atëherë Venusi do të jetë i hapur për eksplorim.