大家好,我是讲航天的蒋院长。
我国如果要进行金星大气采样返回,那这项技术难度可是相当大的!因为金星表面的环境非常恶劣:
高温高压:金星表面温度极高,超过450℃,在这样的温度下,连金属铅都会融化!更别提让精密的探测器在这样的温度下进行探测、采样了。而且,金星上大气压是地球的90倍!
厚重大气:金星的大气层非常浓厚,着陆器需要穿越长达35公里的低层大气才能到达金星表面,这个过程需要消耗大量的能量,同时还会受到大气的强烈摩擦和阻力。
成分复杂:金星的大气层中96.5%是二氧化碳,3.5%是氮气,几乎没有氧气,还充斥着硫酸云层,时不时会下酸雨,且没有磁场来抵御太阳风,太阳风可以直接撞击金星大气层,还会引起飓风。这些都对探测器的材料和设计提出了极高的要求。
至于为何要采集金星大气样本回来,原因主要有以下几点:
科学研究:金星的大气成分、温度、压力等参数对于研究行星形成和演化、太阳系起源等问题具有重要意义。通过采集金星大气样本,科学家可以更深入地了解金星的气候和大气化学过程,有助于揭示金星大气层的秘密。
比较行星学:金星与地球在大小、质量、距离太阳的距离等方面都相似,但大气环境和气候却截然不同。通过对比金星和地球的大气成分和气候特征,科学家可以更好地理解行星大气和气候系统的差异性和多样性。
探索生命可能性:虽然金星表面环境恶劣,但科学家认为金星高层大气中可能存在着适宜生命存在的条件。通过采集金星大气样本,科学家可以寻找生命存在的证据或迹象,这对于探索太阳系中的生命起源和分布具有重要意义。
我认为虽然金星大气采样返回的技术难度很大,但这项任务对于推动行星科学和空间探索领域的发展具有重要意义。
1.整体思路和系统组成
整体思路:金星大气采样返回任务通常涉及发射探测器至金星轨道,随后释放着陆器或气球等采样平台进入金星大气进行采样,再将样本返回至地球或轨道器进行分析。
系统组成:整个系统可能包括运载火箭、轨道器、着陆器(或气球)、上升飞行器、返回舱等多个部分。
2. 采样与返回过程
采样阶段:着陆器(或气球)携带采样设备进入金星大气,在预定高度或区域进行采样。采样设备可能包括质谱仪、气相色谱仪等,用于分析大气成分。
返回阶段:采样完成后,上升飞行器携带样本从金星大气中升空,与轨道器对接或会合。随后,样本可能被转移至返回舱,由返回舱返回至地球。或者,样本在轨道器上进行分析,并将数据传回地球。
3. 关键技术挑战与解决方案
耐高温高压材料:金星表面高温高压环境对探测器材料提出了极高要求。需要研发耐高温、高压、耐腐蚀的材料,以确保探测器在金星大气中稳定工作。
精确导航与控制:由于金星大气浓厚且复杂,探测器在其中的导航与控制面临巨大挑战。需要采用先进的导航算法和控制策略,以确保探测器能够准确到达预定采样位置并安全返回。
能源供应:金星大气中光照条件恶劣,且探测器需要长时间工作。因此,需要研发高效、持久的能源供应系统,如太阳能帆板、核电池等。
样本保护与传输:在采样和返回过程中,需要确保样本不受污染和损坏。这可能需要采用特殊的样本容器和传输技术,如真空封装、低温保存等。
4. 国内外相关探测任务对比
国内任务:中国已提出在2028-2035年期间论证实施金星大气采样返回任务(如天问五号)。该任务将借鉴国内外金星探测任务的经验和技术成果,推动中国在金星探测领域的快速发展。
国外任务:美国、俄罗斯等国家已实施或计划实施多个金星探测任务。例如,美国的DAVINCI+任务将释放探测器穿过金星大气进行采样和分析;俄罗斯的金星-D任务则计划着陆金星表面进行探测。这些任务为金星大气采样返回提供了宝贵的技术和经验借鉴。