Pre nekoliko nedelja, tim naučnika iz Caltech-a objavio je da su uspešno preneli energiju sa satelita u orbiti na Zemlju. Nije bilo mnogo energije, ali se pokazalo da je moguće.
Na kraju bismo mogli da prenosimo energiju sa solarnih satelita na Zemlju, čineći solarnu energiju dostupnom skoro svuda i pomažući u borbi protiv klimatskih promena. Ali postoji još jedna potencijalna upotreba: napajanje površinskih sondi na Veneri.
Svi znaju za Veneru. Ubio je više sletanja zbog svoje ekstremne toplote i trusnog atmosferskog pritiska. Stari Sovjetski Savez je poslao seriju sondi na površinu planete i većina njih nije uspela. Najuspešnija je bila Venera 13, koja je preživela nešto više od dva sata na 457 °C (855 °F) i bila je podvrgnuta pritisku od 9,0 MPa (89 standardnih atmosfera).
Uprkos kratkom, ali značajnom uspehu Venere 13, planeta je čuvala svoje tajne, a mi smo vučeni nazad na njenu površinu da bismo ih otkrili. Zato NASA želi da pošalje lender na površinu u okviru svoje misije DAVINCI+ (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gasses, Chemistri, and Imaging).
Ali postoji pitanje kako napajati lender na Venerinoj jedinstvenoj, podmukloj površini, pod pretpostavkom da možemo da napravimo takav koji neće lako podleći Venerinim gadnim uslovima. Uobičajene metode – solarna energija, baterije, radioizotopni termoelektrični generatori – nisu na visini zadatka. To je prema novom istraživanju pod nazivom „Izvodljivost zračenja energije kroz atmosferu Venere“, objavljenom u časopisu Acta Astronautica. Autor koji odgovara je Erik Brandon iz Laboratorije za mlazni pogon.
„Najsavremenije tehnologije svemirske energije koje se sastoje od solarnih nizova, baterija i radioizotopnih termoelektričnih generatora nisu sposobne da rade na površini Venere, ograničene visokim temperaturama, visokim pritiscima i korozivnim okruženjem“, objašnjavaju autori.
Venera je bliža suncu, ali njena gusta atmosfera znači da sunčevo zračenje ne dopire do površine. Oko 75% sunčeve energije reflektuje se od Venerinih oblaka, a samo oko 2,5% sunčevog fluksa koji pada na vrh atmosfere dospe do površine. Gore iznad oblaka, sunčeva energija je u izobilju. Venera prima dvostruko više sunčevog zračenja na vrhu svoje atmosfere nego Zemlja na vrhu svoje atmosfere.
Da li bi ovu energiju u izobilju mogli iskoristiti solarni kolektori iznad oblaka, a zatim preneti na lender/rover? Moralo bi da prođe kroz mnogo gustih oblaka. „Izvodljivost ovakvog pristupa i drugi srodni koncepti misije se ovde razmatraju iz perspektive atmosferske apsorpcije i rasejanja energije snopa“, navodi se u radu.
Prenos energije sa jednog mesta na drugo naziva se bežični prenos energije (ili snage). Postoje dva tipa: blisko polje i daleko polje. Blisko polje je prenos energije na kratke udaljenosti poput tipa koji se koristi u podlogama za punjenje za mobilne uređaje. Prenos energije dalekog polja se takođe naziva zračenjem snage, i koristi mikrotalasne pećnice ili lasere za prenos energije od proizvođača do prijemnika.
Jedan od problema sa prenosom energije iz orbitalnog solarnog kolektora u površinsko vozilo su komplikacije u geostacionarnoj orbiti Venere. Planeta se rotira tako sporo da je geostacionarna orbita na velikoj udaljenosti od planete, čineći orbitu nestabilnom. Nekako bi solarni kolektor morao biti bliže planeti. Iznad gornjih oblaka, na oko 60 ili 70 km nadmorske visine, kolektor bi u suštini primio svu raspoloživu sunčevu svetlost. Dizajn misije će možda morati da zadrži kolektora ili grupu kolekcionara na pravoj nadmorskoj visini i poziciji.
Alternativno rešenje je da se deo energije usmeri ka lenderu na svakoj orbiti, što bi moglo biti dovoljno. „Stotine Vh (vat sati) energije mogle bi se primiti tokom nekoliko orbitalnih prolaza lendera“, objašnjavaju autori.
Ali to su veća pitanja ukupne arhitekture misije. Ovo istraživanje pretpostavlja da postoje rešenja za taj problem. U ovom radu, autori se fokusiraju na to kako preneti energiju i primiti je, nešto što nije temeljno proučeno. „Međutim, do danas nije bilo temeljne studije o izvodljivosti prenosa snage na relevantnim talasnim dužinama, ako bi se mogla osmisliti i primeniti odgovarajuća platforma i arhitektura misije“, pišu autori.
Problem je u tome što je atmosfera Venere gusta i sadrži hemikalije koje ometaju zračenje energije mikrotalasima. Koncentracije CO 2 su poseban problem.
Laseri bi mogli biti bolja opcija. Iako postoje problemi sa gustom atmosferom, postoje određeni „frekventni prozori“ u atmosferi koji bi mogli da omoguće moćno zračenje laserima. „Protivintuitivno, snop energije preko laserskih izvora može biti moguć na Veneri uprkos kontinuiranoj pokrivenosti oblakom, s obzirom na određene optičke/infracrvene ‘prozore’ prisutne u atmosferi Venere, koji nisu dostupni korišćenjem mikrotalasnog snopa snage“, pišu autori.
Laseri imaju i druge prednosti, poput smanjenog širenja zraka u poređenju sa mikrotalasima. To znači da antene za prijem ne moraju biti tako velike. Prijemnik od jednog metra bi mogao biti dovoljan i ne bi bio toliko glomazan da previše ometa dizajn lendera.
Iako je solarna energija u izobilju na vrhu Venerine atmosfere, njeno zračenje kroz čitavu atmosferu možda nije najbolji pristup. Umesto toga, balon ili neko drugo vozilo moglo bi da se nađe blizu sredine atmosfere. Tamo bi primio dovoljno sunčeve energije da bi bio izvodljiv, i trebalo bi samo da prenosi energiju kroz deo atmosfere.
Istraživanje pokazuje da je nadmorska visina od 47 km značajna. Na toj nadmorskoj visini postoji baza oblaka, a ispod nje, energija koja se prenosi podložna je manjem rasejanju. Takođe pokazuje da je sa 47 km najveći faktor prenosa na 1022 nanometra, gde bi oko 20% energije snopa stiglo do površinskog lendera.
„Ovi proračuni ukazuju na verodostojan pristup za prenos energije na Veneri, koristeći prenos sa vazdušne platforme koja radi u blizini baze oblaka“, pišu autori.
Ali da li tehnologija za ovo postoji? U radu se ne govori o tome koja vrsta vozila ili platforme bi se mogla koristiti na 47 km nadmorske visine. Oni se fokusiraju na sam zračenje snage, i ako proračuni pokažu da je to moguće. Ali oni takođe govore o dostupnoj laserskoj tehnologiji i da li je na visini zadatka.
Prema istraživačima, još uvek nemamo pravu vrstu lasera.
Međutim, istraživači su zauzeti njihovim razvojem. Laseri sa vlaknima dopiranim iterbijumom (IDFL) koji rade u bliskom infracrvenom (NIR) prozoru koji takođe mogu da rade pri velikoj snazi su u razvoju. Nažalost, oni ne rade na idealnoj talasnoj dužini za korišćenje na Veneri: 1022. Umesto toga, ograničeni su na dva druga opsega: 970–980 nm i 1030–1100 nm. Ali laseri su intenzivan fokus različitih istraživača širom sveta, a napredak je stabilan.
Zadatak održavanja neke vrste vazdušne platforme stabilnom i u ispravnom položaju je kritičan za bilo koju misiju prenosa energije. Ali istraživači već rade na balonima i drugim vazdušnim platformama za upotrebu na Veneri. Pod pretpostavkom da se mogu razviti, autori su uvereni da scenario sa zračenjem energije može odgovoriti izazovu i stvoriti uspešne misije na površini Venere.
„Takođe, iako postoje izazovi inženjeringa i dizajna misije u vezi sa kontrolom i usmeravanjem takve platforme letelice koja se koristi za prenos energije i za sveukupno upravljanje toplotom, ova analiza pokazuje da bi se ovi optički prozori mogli iskoristiti kako bi se omogućili dovoljni nivoi snage koji omogućavaju misiju. biti zračen na površinu Venere“.
Potrebno nam je bolje razumevanje Venerine atmosfere pre nego što se može dizajnirati određeni sistem. DAVINCI+ ima tri glavna naučna cilja, a jedan od njih je razumevanje atmosfere dok putuje kroz nju.
Njegovi nalazi će pomoći naučnicima da shvate sa kakvim se preprekama suočavaju u zračenju energije na površinu planete. Ako se to može pouzdano uraditi, onda će Venera biti otvorena za istraživanje.
