Các nhà khoa học và kỹ sư đã thử nghiệm nguyên mẫu khinh khí cầu Venus tại Sa mạc Black Rock của Nevada vào tháng 7 năm 2022. Chiếc xe thu nhỏ này đã hoàn thành thành công 2 chuyến bay thử nghiệm ban đầu

Với sức nóng thiêu đốt và áp suất khủng khiếp, bề mặt Sao Kim vô cùng khắc nghiệt và không thể tha thứ. Thực tế, các tàu thăm dò đã hạ cánh xuống đó cho đến nay chỉ tồn tại tối đa vài giờ. Nhưng có thể có một cách khác để khám phá thế giới nguy hiểm và hấp dẫn này ngoài tàu vũ trụ, quay quanh mặt trời chỉ cách Trái Đất một quãng ngắn. Đó chính là khinh khí cầu. Phòng thí nghiệm Động cơ Phản lực (JPL) của NASA tại Pasadena, California, đã báo cáo vào ngày 10 tháng 10 năm 2022 rằng một khinh khí cầu robot trên không, một trong những ý tưởng robot trên không của họ, đã hoàn thành thành công hai chuyến bay thử nghiệm trên Nevada.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một nguyên mẫu thử nghiệm, một phiên bản thu nhỏ của một quả bóng bay có thể trôi qua những đám mây dày đặc trên sao Kim.

Chuyến bay thử nghiệm nguyên mẫu khinh khí cầu Venus đầu tiên

Venus Aerobot được lên kế hoạch có đường kính 40 feet (12 mét), bằng khoảng 2/3 kích thước của nguyên mẫu.

Một nhóm các nhà khoa học và kỹ sư từ JPL và Near Space Corporation tại Tillamook, Oregon, đã thực hiện chuyến bay thử nghiệm. Thành công của họ cho thấy khinh khí cầu Sao Kim có thể tồn tại trong bầu khí quyển dày đặc của hành tinh láng giềng này. Trên Sao Kim, khinh khí cầu sẽ bay ở độ cao 55 km so với bề mặt. Để phù hợp với nhiệt độ và mật độ của bầu khí quyển Sao Kim trong thử nghiệm, nhóm đã đưa khinh khí cầu thử nghiệm lên độ cao 1 km.

Xét về mọi mặt, khinh khí cầu hoạt động đúng như thiết kế. Jacob Izraelevitz, Nhà nghiên cứu chính của Thử nghiệm bay JPL, Chuyên gia Robot, cho biết: “Chúng tôi rất hài lòng với hiệu suất của nguyên mẫu. Nó đã được phóng, thể hiện khả năng điều khiển độ cao có kiểm soát, và chúng tôi đã đưa nó trở lại trạng thái tốt sau cả hai chuyến bay. Chúng tôi đã ghi lại dữ liệu phong phú từ các chuyến bay này và mong muốn sử dụng chúng để cải thiện các mô hình mô phỏng trước khi khám phá hành tinh chị em của chúng ta.

Paul Byrne thuộc Đại học Washington ở St. Louis, một cộng tác viên khoa học robot hàng không vũ trụ, cho biết thêm: “Thành công của những chuyến bay thử nghiệm này có ý nghĩa rất lớn đối với chúng tôi: Chúng tôi đã chứng minh thành công công nghệ cần thiết để nghiên cứu đám mây sao Kim. Những thử nghiệm này đặt nền móng cho việc chúng tôi có thể triển khai hoạt động thám hiểm robot dài hạn trên bề mặt đầy địa ngục của sao Kim.

Du hành trong gió sao Kim

Vậy tại sao lại dùng khinh khí cầu? NASA muốn nghiên cứu một vùng khí quyển của Sao Kim quá thấp để tàu thăm dò có thể phân tích. Không giống như tàu đổ bộ, vốn nổ tung chỉ trong vài giờ, khinh khí cầu có thể lơ lửng trong gió hàng tuần, thậm chí hàng tháng, trôi dạt từ đông sang tây. Khí cầu cũng có thể thay đổi độ cao từ 52 đến 62 km (171.000 đến 203.000 feet) so với bề mặt.

Tuy nhiên, robot bay không hoàn toàn đơn độc. Nó hoạt động với một tàu quỹ đạo trên bầu khí quyển của Sao Kim. Ngoài việc tiến hành các thí nghiệm khoa học, khinh khí cầu còn đóng vai trò là một trạm chuyển tiếp liên lạc với tàu quỹ đạo.

Bóng bay trong bóng bay

Các nhà nghiên cứu cho biết, nguyên mẫu về cơ bản là một "quả bóng bay bên trong một quả bóng bay".heliBơm đầy bình chứa khí heli cứng bên trong. Trong khi đó, lớp khí heli mềm dẻo bên ngoài có thể giãn nở và co lại. Bóng bay cũng có thể bay lên cao hơn hoặc hạ xuống thấp hơn. Nó thực hiện điều này với sự trợ giúp củahelilỗ thông hơi. Nếu nhóm thực hiện nhiệm vụ muốn nâng khinh khí cầu, họ sẽ xả khí heli từ bình chứa bên trong ra khinh khí cầu bên ngoài. Để đưa khinh khí cầu trở lại vị trí cũ,heliđược xả trở lại bể chứa. Điều này khiến quả bóng bên ngoài co lại và mất đi một phần lực nổi.

Môi trường ăn mòn

Ở độ cao dự kiến ​​là 55 km so với bề mặt sao Kim, nhiệt độ không quá khắc nghiệt và áp suất khí quyển cũng không quá mạnh. Tuy nhiên, phần khí quyển này của sao Kim vẫn khá khắc nghiệt vì các đám mây chứa đầy các giọt axit sunfuric. Để chống chọi với môi trường ăn mòn này, các kỹ sư đã chế tạo khinh khí cầu từ nhiều lớp vật liệu. Vật liệu có lớp phủ chống axit, lớp kim loại hóa để giảm nhiệt mặt trời và lớp bên trong đủ bền để mang các thiết bị khoa học. Ngay cả các miếng đệm cũng có khả năng chống axit. Các thử nghiệm bay đã chỉ ra rằng vật liệu và cấu trúc của khinh khí cầu cũng có thể hoạt động trên sao Kim. Các vật liệu được sử dụng để đảm bảo khả năng sống sót trên sao Kim rất khó sản xuất và khả năng xử lý chắc chắn mà chúng tôi đã chứng minh trong lần phóng và thu hồi ở Nevada giúp chúng tôi tin tưởng vào độ tin cậy của khinh khí cầu trên sao Kim.

Trong nhiều thập kỷ, một số nhà khoa học và kỹ sư đã đề xuất sử dụng khinh khí cầu như một cách để khám phá Sao Kim. Điều này có thể sớm trở thành hiện thực. Ảnh: NASA.

Khoa học trong bầu khí quyển của sao Kim

Các nhà khoa học trang bị khinh khí cầu cho nhiều mục đích nghiên cứu khoa học khác nhau. Trong đó, bao gồm việc tìm kiếm sóng âm trong khí quyển do động đất Sao Kim tạo ra. Một trong những phân tích thú vị nhất sẽ là thành phần của chính khí quyển.Khí cacbonicchiếm phần lớn bầu khí quyển của Sao Kim, thúc đẩy hiệu ứng nhà kính mất kiểm soát khiến bề mặt Sao Kim trở nên khắc nghiệt đến vậy. Phân tích mới có thể cung cấp manh mối quan trọng về cách thức chính xác điều này đã xảy ra. Trên thực tế, các nhà khoa học cho biết vào thời kỳ đầu, Sao Kim từng giống Trái Đất hơn. Vậy điều gì đã xảy ra?

Tất nhiên, kể từ khi các nhà khoa học báo cáo việc phát hiện ra phosphine trong khí quyển Sao Kim vào năm 2020, câu hỏi về khả năng tồn tại sự sống trong các đám mây của Sao Kim đã được khơi lại. Nguồn gốc của phosphine vẫn chưa được xác định rõ ràng, và một số nghiên cứu vẫn còn nghi ngờ sự tồn tại của nó. Tuy nhiên, các sứ mệnh khinh khí cầu như thế này sẽ lý tưởng cho việc phân tích sâu các đám mây và thậm chí có thể xác định trực tiếp bất kỳ vi khuẩn nào. Các sứ mệnh khinh khí cầu như thế này có thể giúp làm sáng tỏ một số bí mật khó hiểu và thách thức nhất.