La evidencia sugiere que Venus fue una vez un planeta muy diferente de lo que es hoy.Pero hace unos 500 millones de años, la repavimentación masiva provocó un efecto invernadero desbocado, creando los ambientes cálidos, venenosos e infernales que vemos hoy.Por lo tanto, el estudio de Venus ofrece una oportunidad para modelar la evolución del medio ambiente del planeta, que puede servir como referencia para lo que podría suceder en el futuro.
La NASA planea enviar una misión más ligera que el aire a Venus en los próximos años para explorar la atmósfera por encima de las nubes, donde las temperaturas son estables y la presión atmosférica es similar a la de la Tierra.Con el apoyo de la NASA, los ingenierosUniversidad de Virginia Occidental(WVU) está desarrollando un software que permitirá a los robots aéreos basados en globos (aerobots) sondear la atmósfera de Venus desde una pequeña flota.
dirigido por la investigaciónGuillermo FerreiraYpara siempre, 2 profesores asociadosDepartamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacialen WVUA ellos se suman Bernardo Martinez Rocamora Jr., Chizhao Yang y Anna Puigvert i Juan, dos estudiantes de doctorado en ingeniería aeroespacial y mecánica y un estudiante de maestría en ingeniería mecánica (cada uno).Su investigación cuenta con el apoyo de una subvención de 100.000 dólares de la NASA.Establecimiento de programas para revitalizar la investigación competitiva(EPSCOR).
Exploración de la cima de la nube
Una de las razones por las que Venus es atractivo para los científicos es que es similar a la Tierra.De hecho, Venus se conoce coloquialmente como la “Tierra”.planeta hermanoPorque también es un cuerpo terrestre (también conocido como rocoso) compuesto principalmente de minerales de silicato y núcleos metálicos y un manto de silicato y metal diferenciado en la corteza.Sin embargo, la atmósfera de Venus es una historia muy diferente.Es lo suficientemente caliente como para derretir el plomo con una temperatura promedio de 464°C (867°F), y la atmósfera es más de 90 veces más densa que la Tierra.
Sin embargo, a una altitud de 50 a 70 km (30 a 45 millas) sobre la superficie, la temperatura y la presión atmosféricas de Venus son comparables a las de la Tierra.Esto abre oportunidades para estudios atmosféricos utilizando vehículos que son más ligeros que el aire.La propuesta incluye la NASAConcepto de operación de Venus a gran altitud(HAVOC), un conjunto de conceptos para una misión tripulada de 30 días para explorar las capas superiores de Venus utilizando grandes naves espaciales más ligeras que el aire.
Aunque este proyecto ya no está activo, ha inspirado propuestas posteriores como:Plataforma de dirección atmosférica Venus(VAMP) es una aeronave híbrida desarrollada por la NASA y el socio comercial Northrop Grumman.Estos conceptos se basan en la flotabilidad y la vida útil aerodinámica para controlar la altitud, lo que les permite volar como un avión durante el día (usando energía solar para alimentar la batería) y flotar por la noche para ahorrar energía.
Pero hasta ahora, no se ha hecho ningún esfuerzo por crear un software que permita que estas naves espaciales operen de manera autónoma.Como explicó recientemente el profesor Pereira en WVU Today,presione soltar:
“El objetivo principal de este proyecto es proponer una solución de software que permitirá a los aerobots híbridos explorar la atmósfera de Venus.Se propuso un vehículo híbrido antes de este proyecto, pero se desconoce si se hizo el software.Una de las ideas de nuestro proyecto es planificar una ruta energéticamente eficiente para extender la vida útil de la batería del vehículo para que pueda volar de noche”.
Explora la atmósfera de Venus
El paquete de software en el que Pereira y Gu están trabajando actualmente tiene tres objetivos principales: Optimización de rutas de viaje, ubicación de aerobots en la atmósfera de Venus y coordinación de flotas de aerobots para trabajar juntos.El primer objetivo es crear un “planificador de movimiento” que se ejecute en la computadora del aerobot y permita movimientos optimizados.Cuando un equipo científico de la NASA ordena a un aerobot que se mueva de un lugar a otro, el software elige una ruta que minimiza la cantidad de energía utilizada y aprovecha los vientos locales.
“Se crearán planificadores de movimiento mediante la comprensión de la mecánica de los aerobots, las propiedades de los paneles solares y las baterías, y las propiedades de la atmósfera de Venus”, dijo Pereira.Teniendo en cuenta la dinámica del vehículo, el planificador solo considera los posibles movimientos dados ciertos datos de la aeronave, como el empuje de una hélice o la desviación de la superficie de control”.
Para hacer esto, el software debe tener en cuenta la interoperabilidad de los paneles solares, las baterías y la fuerza solar de la nave espacial.Esto permite que el vehículo determine la cantidad de carga necesaria para alimentar el sistema y la tasa de carga.Pereira explica que usando estos modelos, el planificador de movimiento calculará la ruta más eficiente en energía que tomará el aerobot.
“Comprender la atmósfera le da al robot cantidades como la dirección y magnitud del viento, la presión, la temperatura y la intensidad solar.Estamos trabajando arduamente para establecer una estrategia energética óptima.Esto es importante porque el vehículo orbita la atmósfera de Venus durante unos cuatro días.Estará expuesto a largos períodos sin luz en el lado oscuro del planeta y necesitará suficiente energía para sobrevivir este período”.
El planificador de movimiento también compara información sobre la posición del aerobot, su posición objetivo deseada y el estado de espera entre estas dos posiciones.Por ejemplo, si el viento sopla en la misma dirección que el camino a su destino, elegirá este camino sobre otros caminos con resistencia al viento.
“A partir de una posición inicial, el planificador simulará los diferentes movimientos que puede realizar el aerobot, y correlacionará cada costo de acuerdo con las cantidades antes mencionadas”, agrega Pereira.“Luego, el planificador de movimiento continúa propagando los movimientos del aerobot a una fracción del costo, creando un árbol de posibilidades hasta que llega a su destino”.
Posicionar el aerobot en el segundo objetivo, la atmósfera de Venus, es más complejo.Actualmente, no hay satélites GPS en órbita alrededor de Venus, por lo que el posicionamiento es difícil.Entonces, Pereira y Gu están diseñando un paquete de software para usar información de otros vehículos y mapas planetarios.Esto permite que varios aerobots rastreen su posición mientras navegan por las nubes de Venus.
Un tercer objetivo es dirigir el vehículo para proporcionar una mejor localización para que pueda estimar mejor las condiciones atmosféricas de Venus.Para ello, Pereira y Gu se basaron en modelos de viento de la atmósfera de Venus generados por la NASA a partir de datos obtenidos de misiones como:Venus pioneramisión,Cassini-Huygens,Mensajeroy ESAExpreso de Venus.También planean equipar cada aerobot con sensores de viento para estimar la velocidad y dirección del viento local.
Al compartir datos de múltiples ubicaciones, la flota de aerobots tendrá una mejor idea de los patrones generales del viento y la distribución espacial de la atmósfera, dijo Pereira.
“La importancia del flujo de viento tiene que ver con el hecho de que puede usarse para llevar el aerobot a la ubicación deseada.Al igual que en los Juegos Olímpicos, los velocistas puntúan mejor cuando tienen viento de cola.Cuando el viento se dirige en la dirección objetivo de la aeronave, el movimiento del aerobot es asistido por el viento, lo que da como resultado una ruta energéticamente más eficiente”.
En el futuro, Pereira y Gu planean desarrollar un simulador atmosférico de Venus para evaluar el software y las capacidades del aerobot.“Varias misiones de exploración a Venus han recopilado datos sobre viento, temperatura, presión barométrica y densidad del aire”, dijo Pereira.“Esta información se usó para crear un simulador que calculó todas las fuerzas que actúan sobre el vehículo, dada la latitud, la longitud y la altitud del vehículo”.
Pereira y Gu estiman que la flotabilidad del vehículo evitará que descienda por debajo de los 50 km (31 millas) de altitud y tendrá una vida útil de varios meses a un año en altitud de crucero.Se espera que los datos de esta y otras misiones a Venus brinden información sobre la evolución de la atmósfera del planeta, la posibilidad de que Venus aún sea volcánico y proporcionen pistas para manejar el efecto invernadero aquí en la Tierra.
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