02.02.2025
Иногда лучшие инновационные идеи возникают в результате синтеза двух предыдущих. Ранее мы сообщали об идее исследования атмосферы Венеры с помощью воздушного шара, и мы внимательно следили за ходом эксперимента Mars Oxygen ISRU (MOXIE) в рамках миссии марсохода Perseverance на Марсе.
Объединив эти два метода, вы сможете решить многие проблемы, с которыми сталкиваются исследователи Венеры, находящейся в верхних слоях атмосферы — самого пригодного для жизни места в Солнечной системе, помимо Земли. Таков план доктора Michael Hecht, главного исследователя системы MOXIE и профессора Массачусетского технологического института, и его команды в рамках проекта «Исследование Венеры с помощью электролиза» (EVE), который недавно получил грант NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) на первом этапе в рамках программы NIAC 2025 года.
Современные идеи изучения Венеры с использованием воздушных шаров сталкиваются с двумя проблемами. Во-первых, несущий газ, который воздушные шары должны использовать, чтобы оставаться на плаву, со временем улетучивается, что ограничивает продолжительность миссии. Во-вторых, воздушные шары должны брать с собой большое количество батарей, чтобы их электроника (и, в некотором смысле, газы) могла выдержать 50-часовую ночь на Венере. Если газы внутри воздушного шара становятся слишком холодными, они теряют несущую способность, что снижает высоту полёта.
Использование системы, подобной MOXIE, решило бы обе эти проблемы. MOXIE, как известно, создавал кислород на Марсе, расщепляя углекислый газ в атмосфере на угарный газ и кислород с помощью процесса, называемого твердооксидным электролизом (SOE). Несмотря на то, что этот проект подошёл к концу, он продемонстрировал, что там, где есть углекислый газ, мы можем производить кислород даже на других планетах.
В верхних слоях атмосферы Венеры много углекислого газа — по сути, именно из него в основном и состоит венерианская атмосфера. Примечательно, что и угарный газ, и кислород, которые образуются в процессе SOE, легче, чем углекислый газ, из которого они образуются. Другими словами, в атмосфере Венеры продукты процесса SOE всплывают.
Но это ещё не всё — в интервью с Фрейзером доктор Hecht описывает ещё одно преимущество использования системы SOE.
«Когда люди спрашивают меня, как работает MOXIE, я всегда описываю его как топливный элемент, работающий в обратном направлении, — сказал он. – Во время венерианской ночи вы могли бы взять часть, может быть, 10%, угарного газа и кислорода, которые вы произвели днём, и пропустить их через прибор в обратном направлении, чтобы получить энергию ночью».
EVE не только получала бы неограниченное количество несущего газа газов в процессе SOE, но и, по сути, получала бы неограниченное количество электроэнергии даже без солнечного света и без необходимости в тяжёлых батареях, которые в противном случае утяжеляли бы её. К другим преимуществам относится использование угарного газа в качестве топлива для других летательных аппаратов, для которых воздушный шар мог бы служить базовой станцией. При изучении вариантов использования этой платформы на ум приходит множество идей.
Проведение этого процесса на Венере также имеет некоторые дополнительные преимущества. Учитывая плотность атмосферы, особенно по сравнению с Марсом, системе SOE в атмосфере Венеры понадобится только вентилятор, а не компрессионный насос, используемый в системе MOXIE на Perseverance. Кроме того, поскольку Венера находится гораздо ближе к Солнцу, в дневное время для питания системы будет достаточно солнечной энергии, в то время как на Марсе солнечная энергия всё ещё доступна, но марсоход Perseverance вместо этого работал от радиоизотопного термоэлектрического генератора.
Однако у Венеры есть свои уникальные проблемы — в атмосфере также присутствует серная кислота, хотя и в небольших количествах. Доктор Hecht упомянул о необходимости защитного покрытия, например тефлонового, на компонентах, которые будут подвергаться воздействию атмосферы. Он, похоже, не беспокоился о повышении массы, спросив: «Сколько массы в вашей сковороде с антипригарным покрытием из тефлона?»
Однако в самом процессе SOE должен соблюдаться баланс. Доктор Hecht упоминает в своем предложении NIAC цель достижения 75%-ной эффективности преобразования CO2 в кислород / угарный газ. Если стремиться к большему — скажем, к 100% эффективности, — часть угарного газа, образующегося в процессе, также подвергается электролизу, и прибор забивается чистым углеродом (то есть сажей).
Однако при 75-процентной эффективности (которая, по общему признанию, примерно в 3 раза выше, чем у MOXIE) плавучесть кислорода и комбинации оставшихся CO2 и CO примерно одинакова, так что вы можете разделить два газовых потока в отдельных камерах и получить равную плавучесть, не перекашивая ее в ту или иную сторону.
В целом, это кажется в высшей степени практичным решением проблемы, связанной с давней идеей исследования Венеры в будущем. Но зачем останавливаться на этом? Доктор Hecht также упомянул, что такая система теоретически могла бы работать на Титане и других планетах и спутниках с плотной атмосферой. По мере того, как EVE проходит этапы NIAC, и команда начинает детальную техническую работу над ним, человечество будет приближаться к технологии, которая может произвести революцию в исследовании нашего ближайшего планетарного соседа.
Источник: Phys.org
