Venus ist ein höllischer Ort! Abgesehen von Oberflächentemperaturen, die heiß genug sind, um Blei zu schmelzen – bis zu 737 K (462 °C; 864 °F) – gibt es auch die Schwefelsäuretröpfchen und extreme Druckbedingungen (92 Mal so hoch wie auf der Erde) zu kämpfen! Aufgrund dieser feindlichen Bedingungen ist die Erforschung der Oberfläche und Atmosphäre der Venus eine ständige und bedeutende Herausforderung für die Weltraumbehörden.
Aus diesem Grund untersucht das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA einige wirklich innovative und unkonventionelle Ideen für zukünftige Missionen zur Venus. Eine davon ist das Konzept der zweiten Generation, bekannt als Automaten Rover für extreme Umgebungen (AREE). Da sich dieser Rover auf Uhrwerke anstelle von Elektronik verlässt, wird er für längere Zeit auf der Oberfläche der Venus funktionieren können.
Wenn dieser Rover eingesetzt wird, wird er auf den Errungenschaften der Sowjetzeit aufbauen Jakobsmuschel und Vega Programme, die die einzigen Missionen waren, die jemals erfolgreich auf der feindlichen Oberfläche der Venus landeten. Leider überlebten die Sonden, die es tatsächlich bis zur Oberfläche geschafft und sicher gelandet sind, nur 23 bis 127 Minuten, bevor ihre Elektronik ausfiel und sie keine Informationen mehr zurücksenden konnten.
Künstlerische Darstellung des AREE Uhrwerk Rovers, der auf der Oberfläche der Venus arbeitet. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Dies ist die Realität beim Betrieb von Maschinen auf der Venus, wo die extremen Temperaturen Außengehäuse schmelzen und Schwefelsäure die Elektronik korrodieren lässt. Daher begann Jonathan Sauder, Mechatroniker bei JPL, an der Idee eines Uhrwerk-Rovers zu tüfteln. Inspiriert wurde er dabei von mechanischen Computern, einem altbewährten Konzept, das für Berechnungen auf Hebel und Zahnräder setzt und nicht auf elektronische Komponenten.
Das früheste bekannte Beispiel ist das Antikythera-Mechanismus , ein Gerät, das von den alten Griechen gebaut wurde, um astronomische Phänomene vorherzusagen. 1642 entwickelte der französische Mathematiker Blaise Pascal den ersten mechanischen Taschenrechner. Abwechselnd bekannt als „Arithmetic Machine“ und „ Pascal-Rechner “, soll Pascal dieses Gerät erfunden haben, um seinem Vater zu helfen, die Steuereinnahmen für ihre Provinz zu reorganisieren.
Anfang des 19. Jahrhunderts schuf der französische Weber und Kaufmann Joseph Marie Jacqaurd das „ Jacquard-Webstuhl “, eine Maschine, die auf Lochkarten angewiesen war, um Textilien in verschiedenen Mustern herzustellen. Und 1822 begann der englische Mathematiker Charles Babbage mit der Arbeit an seinem „ Differenz-Engine “, eine Maschine, die automatisch Berechnungen durchführt und fehlerfreie Tabellen erstellt.
Aus diesen und anderen Beispielen sahen Sauders und sein Team eine mögliche Lösung, um die Atmosphäre der Venus zu überleben. Im Wesentlichen schlugen sie vor, zu einer alten Praxis zurückzukehren, bei der analoge Zahnräder verwendet wurden, um einen Roboter zu bauen, der die extremsten Umgebungen im Sonnensystem überleben könnte. Durch das ausschließlich mechanische Design und die gehärtete Metallstruktur könnte die AREE theoretisch Monate oder länger auf der Venus überleben.
Wie Sauder in einem kürzlich erschienenen NASA Pressemitteilung :
„Die Venus ist zu unwirtlich für komplexe Kontrollsysteme, die man auf einem Mars-Rover hat. Aber mit einem vollmechanischen Rover kann man vielleicht ein Jahr überleben.“
Dadurch könnten weit mehr Informationen über die Oberflächenbedingungen und geologischen Prozesse der Venus zurückgesendet werden, die seit Jahrzehnten ein Rätsel bleiben. Dazu gehören (sind aber nicht beschränkt auf) warum Venus weniger Vulkane als die Erde heute – trotz weit verbreiteter Hinweise auf vulkanische Aktivität zu Beginn seiner Geschichte – und die seltsamen Absorptionsmuster die in seiner oberen Atmosphäre gesehen wurden.
Sauder hat das Konzept erstmals 2015 vorgeschlagen. Im Jahr 2016 , wurde das Konzept im Rahmen der Innovative fortschrittliche Konzepte der NASA (NIAC) Programm, das sich jedes Jahr für Einreichungen für Missionsideen öffnet. Zusammen mit zwölf anderen Vorschlägen wurde AREE für die Phase-I-Entwicklung ausgewählt und Sauder und sein Team erhielten für einen Zeitraum von neun Monaten 100.000 US-Dollar, um die Machbarkeit ihres Konzepts zu bewerten.
Neben seinen Prozessoren würde sich AREE auch auf analoge Komponenten für die Stromversorgung verlassen. Dies wäre notwendig, da Solarzellen in der dichten Atmosphäre der Venus kein Sonnenlicht empfangen können. Und ein Thermoelektrischer Multi-Mission-Radioisotop-Generator (MMRTG), die die Curiosität Rover benötigt Strom, verfügt über komplexe elektrische Systeme, die wahrscheinlich in der Venusatmosphäre zusammenbrechen würden.
Ein Blick ins Innere des AREE-Rovers (neben einem Astronauten für den Maßstab). Wind würde durch den Körper des Rovers zur Primärenergie geleitet. Rotierende Ziele oben könnten vom Radar „gepingt“ werden und Daten als Morsecode senden.Bildquelle: NASA/JPL-Caltech
Mobilität ist eine weitere Herausforderung, für die Sauder und sein Team ebenfalls eine alte Idee aufgegriffen haben. Grundsätzlich ist die felsige Krateroberfläche der Venus voller Unbekannter und wird wahrscheinlich sehr schwer zu navigieren sein. Als Lösung suchten Sauder und sein Team daher Panzer aus der Zeit des Ersten Weltkriegs. Diese Fahrzeuge waren langsam und schwerfällig, aber sie sollten das schwierige Gelände des Niemandslandes durchqueren, das von Gräben und Kratern geprägt war.
Ursprünglich wurde Sauders von dem niederländischen Künstler Theo Jansen „ Strandbienen “, eine Reihe von „Robotern“ aus Holz und Leinwand, die sich auf windbetriebene Getriebe verließen, um ihre Beine anzutreiben und entlang der Strände zu laufen. In die gleiche Richtung erwog Sauder, einen spinnenartigen Roboter zu bauen, der sich mit spindeldürren Beinen fortbewegt. Dies schien jedoch für das felsige Gelände der Venus zu instabil zu sein, und stattdessen wurden Laufflächen bevorzugt.
Für die Kommunikation würde sich AREE auf eine andere altehrwürdige Technologie verlassen – den Morsecode. Dies würde ein umkreisendes Raumfahrzeug beinhalten, das den Rover unter Verwendung von Radar anpingt, während der Rover kommunizieren würde, indem er Radarsignale von richtig geformten Zielen reflektiert. Dank eines rotierenden Verschlusses, der vor dem Radarziel positioniert würde, könnte der Rover das Signal ein- und ausschalten, um Punkte und Striche zu simulieren.
Im Erfolgsfall wäre dieser Rover die erste Mission seit dem Kalten Krieg, um die Oberfläche der Venus zu erkunden. Als Evan Hilgemann, ein JPL-Ingenieur, der an Hochtemperatur-Designs für AREE arbeitet, erklärt :
„Wenn Sie an etwas so Extremes wie Venus denken, möchten Sie wirklich da draußen denken. Es ist eine Umgebung, über die wir nicht viel wissen, über das hinaus, was wir in Bildern aus der Sowjetzeit gesehen haben.“
Künstlerisches Konzept für den Automaton Rover for Extreme Environments (AREE). Bildnachweis: NASA/JPL
Außerhalb der Venus wäre eine solche Sonde auch nützlich, um feindliche Umgebungen auf Merkur, innerhalb des Strahlungsgürtels des Jupiter, das Innere von Gasriesen, in Vulkanen und vielleicht sogar im Erdmantel zu erkunden. Der AREE-Rover befindet sich derzeit in der zweiten Phase der NIAC-Entwicklung, und das Team arbeitet daran, Teile des Konzepts zu verfeinern und Prototypen zu erstellen.
In Zukunft hoffen Sauder und sein Team, die Fähigkeiten des Rovers weiter auszubauen und ihn möglicherweise mit einem Bohrer auszustatten, um geologische Proben zu sammeln. Mit der Fähigkeit, bis zu einem Jahr auf dem Planeten zu funktionieren, und der Aussicht, echte Proben von der Oberfläche zu gewinnen, werden Wissenschaftler viel über den „Schwesterplaneten“ der Erde lernen können. Dies wiederum könnte uns viel über die Entstehung und Entwicklung von Gesteinsplaneten in unserem Sonnensystem lehren.
Sehen Sie sich dieses Video des AREE-Konzepts an, das das ursprüngliche Spider-Leg-Design des Teams zeigt:
