Aerobot

Un aerobot est un robot aérien, habituellement utilisé dans le cadre d'une sonde d'espace touchée par .

Tandis que le travail a été effectué depuis les années 60 sur le " de robot ; quot des vagabonds ; pour explorer la lune et d'autres mondes dans le système solaire , de telles machines ont des limitations. Elles tendent à être chères et à avoir limité la gamme, et en raison des délais de communications au-dessus des distances interplanétaires, elles doivent être assez futées pour diriger sans se désactiver.

Pour des planètes avec les atmosphères de toute substance, cependant, il y a une alternative : le ballon . Volant au-dessus des obstructions dans les vents, un ballon a pu explorer de grandes régions d'une planète dans le grand détail pour relativement le coût bas.

Fondations des ballons

Tandis que la notion d'envoyer un ballon à une autre planète semble étrange au début, les ballons ont un certain nombre d'avantages pour l'exploration planétaire. Ils peuvent être rendus légers dans le poids et sont potentiellement relativement peu coûteux. Ils peuvent couvrir beaucoup de terre, et leur vue d'une taille leur donne la capacité d'examiner les bandes larges de terrain avec bien plus de détail qu'être fourni par un satellite orbital . Pour des missions exploratoires, leur manque relatif de commande directionnelle n'est pas un obstacle important car il n'y a généralement aucun besoin de les diriger vers un endroit spécifique.

Les conceptions de ballon pour des missions planétaires possibles ont impliqué quelques concepts peu communs. On est le infrarouge Montgolfiere solaire, ou du (IR). C'est une montgolfière où l'enveloppe est faite à partir d'un matériel qui emprisonne la chaleur de la lumière du soleil, ou à partir de la chaleur rayonnée d'une surface planétaire. Le noir est la meilleure couleur pour la chaleur absorbante, mais d'autres facteurs sont impliqués et le matériel peut nécessairement ne pas être noir.

Montgolfieres solaire ont plusieurs avantages pour l'exploration planétaire, car ils peuvent être plus faciles à se déployer qu'un ballon de gaz léger, n'exigent pas nécessairement un réservoir du gaz léger pour l'inflation, et sont relativement pardonner de petites fuites. Elles ont l'inconvénient qu'elles sont seulement en haut pendant des heures de jour.

L'autre est un " ; fluid" réversible ; ballon. Ce type de ballon se compose d'une enveloppe reliée à un réservoir, au réservoir contenant un fluide qui est facilement vaporisés par que le ballon peut être fait pour se lever en vaporisant le fluide dans le gaz, et peut être fait pour descendre en condensant le gaz de nouveau dans le fluide. Il y a un certain nombre de différentes manières de mettre en application cet arrangement, mais le principe physique est le même dans tous les cas.

Un ballon conçu pour l'exploration planétaire portera une petite gondole contenant une charge utile d'instrument. La gondole portera également la puissance, la commande, et les sous-systèmes de communications. Dû les contraintes pour peser et d'alimentation d'énergie, le sous-système de communications seront généralement petite et puissance faible, et des communications interplanétaires seront exécutées par une sonde planétaire orbitale agissant en tant que relais.

Un Montgolfiere solaire descendra la nuit, et aura une corde de guide attachée au fond de la gondole qui se courbera vers le haut au sol et ancrera le ballon pendant les heures d'obscurité. La corde de guide sera faite de bas matériaux de frottement pour le garder de s'accrocher ou d'embrouiller aux dispositifs au sol.

Alternativement, un ballon peut porter un " équipé plus épais ; snake" ; au lieu de la gondole et du guiderope, combinant les fonctions des deux. C'est un arrangement commode pour faire des mesures extérieures directes.

Un ballon a pu également être ancré pour rester dans un endroit pour faire des observations atmosphériques. Un ballon si statique est connu comme " ; " de l'aérostat ;.

Un des aspects plus rusés des opérations planétaires de ballon les insère dans l'opération. Typiquement, le ballon écrit l'atmosphère planétaire dans un " ; aeroshell" ; , un bouclier thermique sous forme de cône aplati. Après l'entrée atmosphérique , un parachute extraira le ballon à partir de l'aeroshell, qui tombe. Le ballon alors se déploie et gonfle.

Une fois qu'opérationnel, l'aerobot sera en grande partie seule et devra conduire sa mission de façon autonome, acceptant seulement des maîtrises générales de son long lien à la terre. L'aerobot devra diriger dans trois dimensions, acquérir et stocker des données de la science, exécute la commande de vol en variant son altitude, et fait probablement des atterrissages aux emplacements spécifiques pour fournir la recherche de plan rapproché.

Les ballons de Venus Vega

Le premier, et jusqu'ici seulement, mission planétaire de ballon a été exécuté par l'institut de recherche de recherche de l'espace de l'Académie des Sciences soviétique en coopération avec l'agence spatiale française CNES en 1985. Un ballonnet, semblable dans l'aspect aux ballons de temps terrestres, a été continué chacune des deux sondes vénusiennes soviétiques de Vega De du , lancé en 1984. Voir le cet article pour plus de détails sur leur conception.

Le premier ballon a été inséré dans l'atmosphère de Venus sur le 1985 du 11 juin , suivie du deuxième ballon sur le 1985 du 15 juin . Le premier ballon a échoué après seulement 56 minutes, mais la seconde actionné pour au-dessous de deux jours de terre jusqu'à ce que ses batteries se soient déchargées.

Les ballons de Venus Vega étaient l'idée du Jacques Blamont , scientifique en chef pour CNES et le père de l'exploration planétaire de ballon. Il a énergétiquement favorisé le concept et a enrôlé l'appui international au petit projet.

Les résultats scientifiques des sondes de Venus VEGA étaient modestes. D'une manière primordiale, l'expérience intelligente et simple a démontré la validité d'utiliser des ballons pour l'exploration planétaire.

L'effort d'aerobot de Mars

Après le succès du Venus VEGA monte en ballon, Blamont s'est concentré sur une mission plus ambitieuse de ballon à Mars, pour être continué une sonde d'espace soviétique.

La pression atmosphérique sur Mars est environ 150 fois moins que cela de la terre. Dans une atmosphère si mince, un ballon avec un volume de 5.000 mètres cubes (178.000 pieds cubes) pourrait porter une charge utile de 20 kilogrammes (44 livres), alors qu'un ballon avec un volume de 100.000 pieds cubes) pourrait porter 200 kilogrammes (440 livres).

Le Français avait déjà entrepris des expériences étendues avec Montgolfieres solaire, exécutant plus de 30 vols de la fin des années 1970 dans le début des années 90. Le Montgolfieres a volé à une altitude de 35 kilomètres, où l'atmosphère était aussi légèrement et froid qu'elle serait sur Mars, et on a passé 69 jours en haut, entourant la terre deux fois.

Les premiers concepts pour le ballon de Mars ont comporté un " ; balloon" duel ; système, avec de l'hydrogène scellé ou un ballon hélium-rempli attaché à un Montgolfiere solaire. Le ballon de lumière-gaz a été conçu pour garder le Montgolfiere outre de la terre la nuit. Pendant le jour, le Sun réchaufferait le Montgolfiere, faisant monter le ballon.

Par la suite, le groupe a décidé d'un ballon scellé cylindrique d'hélium fait du film aluminisé d'ANIMAL FAMILIER de , et avec un volume de 5.500 mètres cubes (196. Le ballon se lèverait une fois de chauffage pendant le jour et l'évier en tant que lui s'est refroidi la nuit.

La masse totale du ballon était de 65 kilogrammes (143 livres), avec une gondole de 15 kilogrammes (33 livres) et un guiderope équipé de 13.5 kilogrammes (30 livres). On s'est attendu à ce que le ballon fonctionne pendant dix jours. Malheureusement, bien que le travail considérable de développement ait été effectué sur le ballon et ses sous-systèmes, les difficultés financières russes ont poussé la sonde martienne Dehors de 1992, puis à 1994, et puis à 1996. Le ballon de Mars a été lâché du projet devant coûter, et la sonde a été perdue sur le lancement en 1996 de toute façon.

Expériences d'aerobot de JPL

À cette heure, le laboratoire (JPL) de propulsion par réaction de de la NASA (la NASA) de des USA était devenu intéressé par l'idée des aerobots planétaires, et en fait une équipe sous le Jim que Cutts de JPL avait travaillé sur des concepts pour les aerobots planétaires pendant plusieurs années, aussi bien qu'exécuter des expériences pour valider la technologie d'aerobot.

Le premier de telles expériences s'est concentré sur une série de ballons de réversible-fluide, sous le nom ALICE de projet, pour le " ; " de l'expérience de contrôleur d'altitude de ;. Le premier un tel ballon, ALICE 1, a volé en 1993, avec d'autres vols par ALICE 8 de 1997.

Le travail relatif a inclus la caractérisation des matériaux pour une enveloppe de ballon de Venus, et deux montent en ballon des vols en 1996 aux charges utiles d'instrument d'essai sous le nom de BARBE, pour le " ; Le ballon de a aidé le " de l'équipement de budget de rayonnement ;.

À côté de 1996, JPL travaillait à une véritable expérience d'aerobot appelée PAT, pour le " ; " planétaire du banc d'essai d'Aerobot de ; , qui a été prévu pour démontrer un aerobot planétaire complet par des vols dans l'atmosphère terrestre. Les concepts de PAT ont envisagé un ballon de réversible-fluide avec une charge utile de 10 kilogrammes qui inclurait des systèmes de navigation et d'appareil-photo, et par la suite fonctionneraient sous la commande autonome. Le projet avéré pour être trop ambitieux, et a été décommandé en 1997.

JPL a continué à travailler à des expériences plus focalisées et plus peu coûteuses à mener à un aerobot de Mars, sous le nom de MABVAP, pour le " ; " du programme de validation de Mars Aerobot de ;. Baisses incluses par expériences de MABVAP des systèmes de ballon des montgolfières et des hélicoptères pour valider la phase de déploiement rusée d'une mission planétaire d'aerobot, et développement des enveloppes pour des ballons de superpressure avec des matériaux et des structures adaptés à une mission de Mars de long-durée.

JPL a également fourni un ensemble d'atmosphérique et les sondes de navigation pour le rond-le-monde solo d'esprit ont équipé des vols de ballon, pour soutenir les missions de ballon et pour valider des technologies pour les aerobots planétaires.

Concepts de mission d'aerobot de JPL

Tandis que ces essais et expériences continuaient, JPL a réalisé un certain nombre d'études spéculatives pour des missions planétaires d'aerobot au Mars , Venus , le titan de lune de s de Saturne le ', et les planètes extérieures.

Des expériences de technologie du MABVAP de JPL sont prévues pour mener à une mission réelle d'aerobot de Mars, appelée MABTEX, pour le " ; Technologie Experiment" de Mars Aerobot ;. Pendant que son nom implique, MABTEX est principalement prévu pour être une expérience opérationnelle de technologie comme précurseur à l'des efforts plus ambitieux.

MABTEX est actuellement envisagé comme petit ballon de superpressure, porté à Mars sur un " ; microprobe" ; pesage de pas plus de 40 kilogrammes (88 livres). Une fois qu'inséré, le ballon opérationnel aurait une masse totale sans plus de 10 kilogrammes (22 livres) et resterait opérationnel pendant une semaine. La petite gondole de ballon aurait des circuits de navigation et de commande, avec un système stéréo de formation image, aussi bien qu'un spectromètre et le magnétocompteur .

Les plans courants envisagent une suite à MABTEX comme aerobot beaucoup plus sophistiqué appelé MGA, pour le " ; Mars Geoscience Aerobot" ;. Les concepts de construction pour MGA envisagent un système de ballon de superpressure infiniment comme cela de MABTEX, mais beaucoup plus grands courants. MGA porterait une charge utile dix fois plus grandes que celle de MABTEX, et resterait en haut pendant jusqu'à trois mois, entourant Mars plus de 25 fois et le couvrant plus de 500.000 milles) de la terre.

La charge utile inclurait l'équipement sophistiqué, tel qu'une encre en poudre stéréo de résolution ultra-haute, avec des possibilités obliques de formation image ; un sondeur de radar pour rechercher l'eau de subsurface ; un système infrarouge de spectroscopie pour rechercher les minerais importants ; un magnétocompteur ; et temps et instruments atmosphériques.

MABTEX pourrait être suivi alternativement en un petit dirigeable souple solaire-actionné appelé MASEPA, pour le " ; Mars Aerobot" propulsé solaire électrique ;.

JPL a également poursuivi les études semblables sur des aerobots de Venus. Une expérience de technologie de Venus Aerobot (VEBTEX) a été considérée comme expérience de validation de technologie, mais foyer semble avoir été plus sur de pleines utilisations.

Un concept de mission, le Venus Aerobot Multisonde (VAMS), envisage une opération d'aerobot aux altitudes au-dessus de 50 kilomètres (31 milles) qui laisserait tomber les sondes extérieures, ou de " ; sondes" ; , sur des cibles de surface spécifique. Le ballon retransmettrait alors l'information des sondes directement à la terre, et collecterait également des données planétaires de champ magnétique et d'autres informations. VAMS n'exigerait aucune technologie fondamentalement nouvelle, et peut être approprié pour une mission planétaire de la science de découverte peu coûteuse de la NASA.

Le travail significatif a été effectué sur un concept plus ambitieux, le Venus Geoscience Aerobot (VGA). Les conceptions pour le VGA envisagent un ballon relativement grand de réversible-fluide, rempli avec de l'eau l'hélium et, qui pourraient descendre sur la surface de Venus pour prélever les emplacements extérieurs, et puis montent encore aux hautes altitudes et refroidissent.

Développer un aerobot qui peut résister aux pressions et aux températures (jusqu'à 480 degrés de Celsius, ou presque 900 degrés de Fahrenheit) sur la surface de Venus, comme le passage par l'acide sulfurique opacifie, exigera de nouvelles technologies. On ne s'attend pas à ce que le VGA soit prêt jusque tard dedans à la décennie suivante.

Des enveloppes de ballon de prototype ont été fabriquées du polybenzoxazole (PBO), d'un polymère qui montre de haute résistance, de la résistance à la chaleur, et de la basse fuite pour les gaz légers. Un enduit d'or est appliqué pour permettre au film de polymère de résister à la corrosion des nuages acides.

Le travail a été également effectué sur une gondole du VGA pesant environ 30 kilogrammes (66 livres). Dans cette conception, la plupart des instruments sont contenus dans un récipient à pression sphérique avec une coquille externe de titane et une coquille intérieure d'acier inoxydable. Le navire contient un appareil-photo à semi-conducteur et d'autres instruments, aussi bien que des communications et des systèmes de contrôle de vol. Le navire est conçu pour tolérer des pressions de jusqu'aux cent atmosphères et pour maintenir les températures internes en-dessous de 30 degrés de Celsius (86 degrés de Fahrenheit) même sur la surface de Venus.

Le navire est placé au fond d'un " hexagonal ; basket" ; des panneaux solaires qui fournissent à leur tour des raccordements de longe au système de ballon ci-dessus, et est entouré par un anneau des pipes agissant en tant qu'échangeur de chaleur. Une antenne de communications de S-bande est montée sur la jante du panier, et une antenne de radar pour des études de surfaces se prolonge hors du navire sur un mât.

Le titan, la plus grande lune de Saturne, est une cible attrayante pour l'exploration d'aerobot, car elle a une atmosphère d'azote deux fois plus dense que qui de la terre qui contient un brouillard enfumé des photochemicals organiques, cachant la surface de la lune de la vue par les sondes visuelles.

Un aerobot pourrait pénétrer cette brume pour étudier la surface mystérieuse et la recherche de la lune des molécules organiques complexes. La NASA a décrit un certain nombre de différents concepts de mission d'aerobot pour le titan, sous le nom général de l'explorateur biologique de titan.

Un concept, connu sous le nom de mission multisite d'Aerobot (TAM) de titan, implique un ballon de réversible-fluide rempli d'argon qui pourrait descendre de l'haute altitude sur la surface de la lune, pour effectuer des mesures, et puis pour monter encore à l'haute altitude pour effectuer des mesures et le mouvement à un emplacement différent.

Un autre concept, la mission d'Aerobot Singlesite (TAS) de titan, utiliserait un ballon de superpressure qui choisirait un emplacement simple, exhalent beaucoup de son gaz, et puis examinent cet emplacement en détail.

Une variation ingénieuse sur cet arrangement, le titan Aerover, aerobot de cartels et vagabond. Ce véhicule comporte une armature triangulaire qui relie trois ballons, chacune environ deux mètres (6.6 pieds) de diamètre. Après entrée dans l'atmosphère du titan, l'aerover flotterait jusqu'à ce qu'il ait trouvé un emplacement intéressant, puis exhale l'hélium pour descendre sur la surface. Les trois ballons serviraient alors de flotteurs ou de roues selon les besoins. JPL a établi un prototype simple qui regarde trois beachballs sur une armature tubulaire.

N'importe ce que la forme la mission biologique d'explorateur de titan prend, le système exigerait probablement un module thermoélectrique du générateur (RTG) de radio-isotope à propulsion atomique de pour la puissance. L'énergie solaire ne serait pas possible à la distance de Saturne et sous le brouillard enfumé du titan, et les batteries ne donneraient pas à résistance proportionnée de mission. L'aerobot porterait également un laboratoire chimique miniaturisé pour rechercher les produits chimiques organiques compliqués.

En conclusion, des aerobots pourraient être employés pour explorer l'atmosphère de Jupiter et probablement des autres planètes extérieures gazeuses. Car les atmosphères de ces planètes se composent en grande partie d'hydrogène, et puisqu'il n'y a aucun gaz plus léger que l'hydrogène, un tel aerobot devrait être un Montgolfiere. Car la lumière du soleil est faible à de telles distances, l'aerobot obtiendrait la majeure partie de son chauffage de l'énergie infrarouge rayonnée par la planète ci-dessous.

Un aerobot de Jupiter pourrait fonctionner aux altitudes où la pression atmosphérique s'étend d'une aux dix atmosphères, chutant de temps en temps plus bas pour des études détaillées. Il ferait des mesures atmosphériques et la télédétection de langage figuré et de retour des phénomènes de temps, tels que tache rouge du de Jupiter la grande. Un aerobot de Jupiter pourrait également laisser tomber des sondes profondément dans l'atmosphère et transmettre par relais leurs données de nouveau à une navette spatiale jusqu'à ce que les sondes soient détruits par la température et pression.

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