Các nhà khoa học và kỹ sư đã thử nghiệm nguyên mẫu khinh khí cầu sao Kim tại sa mạc Black Rock ở Nevada vào tháng 7 năm 2022. Phương tiện 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 khoan nhượng. Trên thực tế, các tàu thăm dò đã hạ cánh xuống đó cho đến nay chỉ tồn tại được tối đa vài giờ. Nhưng có thể có một cách khác để khám phá thế giới nguy hiểm và hấp dẫn này ngoài các tàu quỹ đạo, bay quanh mặt trời chỉ cách Trái đất một quãng ngắn. Đó là khinh khí cầu. Phòng thí nghiệm Phản lực (JPL) của NASA ở 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 về robot trên không của họ, đã hoàn thành thành công hai chuyến bay thử nghiệm trên bầu trời Nevada.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một nguyên mẫu thử nghiệm, một phiên bản thu nhỏ của khinh khí cầu mà một ngày nào đó có thể trôi nổi trong những đám mây dày đặc của sao Kim.

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

Mẫu robot không gian Venus Aerobot theo 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 ở Tillamook, Oregon, đã thực hiện chuyến bay thử nghiệm. Thành công của họ cho thấy rằng khinh khí cầu trên 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 nghiên cứu đã nâng khinh khí cầu thử nghiệm lên độ cao 1 km.

Về mọi mặt, khinh khí cầu hoạt động đúng như thiết kế. Jacob Izraelevitz, Trưởng nhóm nghiên cứu Thử nghiệm bay của JPL, Chuyên gia về robot, cho biết: “Chúng tôi rất hài lòng với hiệu suất của nguyên mẫu. Nó đã được phóng, chứng minh khả năng điều khiển độ cao và chúng tôi đã thu hồi nó về trạng thái tốt sau cả hai chuyến bay. Chúng tôi đã ghi lại dữ liệu chi tiết 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 và là cộng tác viên khoa học về robot hàng không vũ trụ cho biết thêm: “Thành công của các 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 trên sao Kim. Những thử nghiệm này đặt nền tảng cho việc chúng ta có thể thực hiện thám hiểm robot dài hạn trên bề mặt khắc nghiệt 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 nằm quá thấp so với tầm với của tàu quỹ đạo. Không giống như các tàu đổ bộ, vốn sẽ phát nổ trong vòng vài giờ, khinh khí cầu có thể trôi nổi trong gió hàng tuần hoặc thậm chí hàng tháng, di chuyển từ đông sang tây. Khinh khí cầu cũng có thể thay đổi độ cao từ 171.000 đến 203.000 feet (52 đến 62 km) so với bề mặt.

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

Bóng bay trong bóng bay

Theo các nhà nghiên cứu, nguyên mẫu về cơ bản là một "quả bóng bay nằm trong một quả bóng bay khác". Được nén áp suấtheliKhí heli được bơm vào khoang chứa bên trong cứng chắc. Trong khi đó, quả bóng khí heli bên ngoài mềm dẻo có thể giãn nở và co lại. Bóng cũng có thể bay cao hơn hoặc hạ thấp hơn. Điều này được thực hiện nhờ sự hỗ trợ của...heliCác lỗ thông hơi. Nếu nhóm thực hiện nhiệm vụ muốn nâng khinh khí cầu lên, 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,heliKhí được dẫn ngược trở lại vào bình chứa. Điều này khiến quả bóng bên ngoài co lại và mất đi một phần sức nổi.

Môi trường ăn mòn

Ở độ cao dự kiến ​​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 sulfuric. Để giúp chống chọi với môi trường ăn mòn này, các kỹ sư đã chế tạo khinh khí cầu từ nhiều lớp vật liệu. Vật liệu này có lớp phủ chống axit, lớp mạ kim loại để giảm nhiệt lượng từ mặt trời, và một lớp bên trong đủ chắc chắn để mang theo các thiết bị khoa học. Ngay cả các mối nối cũng có khả năng chống axit. Các thử nghiệm bay đã cho thấy rằng vật liệu và cấu trúc của khinh khí cầu cũng sẽ hoạt động tốt trên sao Kim. Việc chế tạo các vật liệu được sử dụng để đảm bảo khả năng tồn tại trên sao Kim rất khó khăn, và độ bền chắc mà chúng tôi đã chứng minh trong lần phóng và thu hồi ở Nevada mang lại cho chúng tôi sự tự tin về 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 phương tiện để khám phá sao Kim. Điều này có thể sớm trở thành hiện thực. Hình ảnh: NASA.

Khoa học trong khí quyển sao Kim

Các nhà khoa học trang bị khinh khí cầu cho nhiều cuộc điều tra khoa học khác nhau. Trong đó có việc tìm kiếm sóng âm trong khí quyển được tạo ra bởi các trận động đất trên sao Kim. Một số phân tích thú vị nhất sẽ là về thành phần của chính khí quyển.Khí cacbonicNó chiếm phần lớn khí quyển của sao Kim, thúc đẩy hiệu ứng nhà kính vượt mức khiến bề mặt sao Kim trở nên khắc nghiệt đến vậy. Phân tích mới này có thể cung cấp những manh mối quan trọng về chính xác cách điều này xảy ra. Trên thực tế, các nhà khoa học cho biết rằng trong những ngày 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 về việc phát hiện phosphine trong khí quyển của sao Kim vào năm 2020, câu hỏi về khả năng tồn tại sự sống trong các đám mây của sao Kim đã được khơi dậy. Nguồn gốc của phosphine vẫn chưa được kết luận, và một số nghiên cứu vẫn đặt câu hỏi về sự tồn tại của nó. Nhưng các sứ mệnh bằng khinh khí cầu như thế này sẽ rất lý tưởng để phân tích sâu các đám mây và thậm chí có thể xác định trực tiếp bất kỳ vi sinh vật nào. Các sứ mệnh bằng khinh khí cầu như thế này có thể giúp làm sáng tỏ một số bí ẩn khó hiểu và đầy thách thức nhất.