Il prototipo di pallone robotico aereo, o aerobot, pronto per un volo di prova nel deserto Black Rock, in Nevada, nel luglio 2022, effettuato dai membri del team di Jpl e Near Space Corporation. L’aerobot ha completato con successo due voli di prova. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech
Sebbene Venere sia spesso definito il gemello della Terra, di comune con il nostro pianeta ha ben poco, oltre alle dimensioni. In particolare, l’intensa pressione, il calore e i gas corrosivi in prossimità della sua superficie sono sufficienti a disattivare (se non distruggere) anche il veicolo spaziale più robusto nel giro di poche ore. Ma a poche decine di chilometri di quota l’atmosfera si presenta molto più ospitale per l’esplorazione robotica.
È per questo che un team di scienziati e ingegneri del Jet Propulsion Laboratory (Jpl) della Nasa e della Near Space Corporation hanno ideato un concept di una missione che prevede l’abbinamento di un pallone con un orbiter, che lavorano in tandem per studiare Venere. Mentre l’orbiter rimarrebbe molto al di sopra dell’atmosfera – effettuando misurazioni scientifiche e fungendo da ponte per le comunicazioni – un pallone robotico aereo, o aerobot, di circa 12 metri di diametro, navigherebbe nell’atmosfera proprio come una mongolfiera.
Per testare questo concept, il team ha recentemente effettuato con successo due voli di un prototipo del pallone le cui dimensioni sono circa un terzo. Il luccicante pallone argenteo è salito a più di un chilometro sopra il deserto Black Rock del Nevada fino a una regione dell’atmosfera terrestre che si avvicina alla temperatura e alla densità che l’aerobot sperimenterebbe a circa 55 chilometri sopra la superficie di Venere.
Coordinati da Near Space, questi test rappresentano una pietra miliare nel dimostrare l’idoneità del concept ad accedere a una regione dell’atmosfera di Venere troppo bassa per essere raggiunta dagli orbiter, ma dove una missione in mongolfiera potrebbe funzionare per settimane o addirittura mesi.
«Siamo estremamente soddisfatti delle prestazioni del prototipo. È stato lanciato, ha dimostrato la capacità di eseguire manovre ad altitudine controllata ed è stato recuperato in buone condizioni dopo entrambi i voli», racconta il tecnologo esperto di robotica Jacob Izraelevitz del Jpl, che guida lo sviluppo del pallone. «Abbiamo registrato una montagna di dati da questi voli e non vediamo l’ora di utilizzarli per migliorare le nostre simulazioni prima di esplorare il nostro pianeta gemello».
Il prototipo di aerobot in scala un terzo è progettato per resistere alle sostanze chimiche corrosive nell’atmosfera di Venere. Durante i voli, i materiali del pallone sono stati testati per la prima volta, dando al team la certezza che un aerobot più grande potrebbe funzionare. Crediti: Near Space Corporation
L’unica esplorazione dell’atmosfera di Venere “in mongolfiera” è stata condotta dalle missioni gemelle sovietiche Vega 1 e 2, che sono arrivate sul pianeta nel 1985. Il volo dei due palloni (che avevano un diametro di circa 3,6 metri, una volta riempiti di elio) è durato poco più di 46 ore prima che le batterie dei loro strumenti si esaurissero. Il breve tempo trascorso nell’atmosfera venusiana ci ha regalato un allettante accenno della scienza che potrebbe essere fatta da un pallone più grande e di maggiore durata, in grado di navigare nell’atmosfera del pianeta.
L’obiettivo finale dell’aerobot è quello di viaggiare nei venti venusiani, fluttuando da est a ovest, circumnavigando il pianeta per almeno 100 giorni. L’aerobot fungerebbe da piattaforma per una serie di indagini scientifiche, dal monitoraggio dell’atmosfera per le onde acustiche generate dai terremoti di Venere all’analisi della composizione chimica delle nubi. L’orbiter che lo accompagna riceverà i dati dall’aerobot e li trasmetterà alla Terra fornendo una visione globale del pianeta.
Proprio come un rover su Marte può essere guidato verso un obiettivo interessante, l’aerobot può essere indirizzato nei suoi cambiamenti di quota – cosa che i palloni Vega non hanno potuto fare – per fare indagini scientifiche tra circa 52 e 62 chilometri, nell’atmosfera di Venere.
Il prototipo del pallone è stato fabbricato utilizzando le tecniche di Near Space per i gonfiabili aerospaziali ad alte prestazioni. Progettato come un “pallone all’interno di un pallone”, ha un serbatoio interno rigido riempito con elio ad alta pressione e un pallone esterno, che incapsula quello interno, che può espandersi e contrarsi. Per aumentare l’altitudine, l’elio fuoriesce dal serbatoio interno nel pallone esterno, che si espande per dare all’aerobot ulteriore galleggiabilità. Quando è il momento di ridurre l’altitudine, l’elio viene ripompato nel serbatoio, provocando il restringimento del pallone esterno e la diminuzione della galleggiabilità dell’aerobot.
«Per noi, il successo di questi voli di prova è una cosa grossa: abbiamo dimostrato la tecnologia di cui avremo bisogno per studiare le nubi di Venere», afferma Paul Byrne, della Washington University di St. Louis. «Questi test costituiscono la base che dimostra come possiamo ottenere un’esplorazione robotica a lungo termine al di sopra della superficie infernale di Venere».
In questa vista ripresa da un drone, si vede il team che sta preparando l’aerobot per il suo primo volo sul deserto Black Rock, in Nevada, nel luglio 2022. Crediti: Near Space Corporation
Se questa regione dell’atmosfera di Venere sembra essere più ospitale dei suoi tratti inferiori, i voli di lunga durata nelle nubi del pianeta roccioso, che contengono acido solforico e altre sostanze chimiche corrosive, non sono una passeggiata di salute. Quindi il materiale multistrato sviluppato per il pallone esterno dell’aerobot prevede un rivestimento resistente agli acidi, uno strato di metallizzazione per ridurre il riscaldamento solare e uno strato strutturale interno che lo mantiene abbastanza forte da trasportare gli strumenti scientifici sottostanti. Sono state inoltre sviluppate nuove tecniche in grado di garantire una tenuta di lunga durata resistente agli acidi, con una minima perdita di elio dalle cuciture.
Sebbene i recenti test in Nevada siano stati una pietra miliare per il concept progettato pensando a Venere, i ricercatori affermano che la tecnologia potrebbe essere utilizzata anche da palloni scientifici ad alta quota che devono controllare la propria altitudine nei cieli della Terra.
Guarda il servizio video sul canale YouTube del Jpl della Nasa: