造就最堅固的宇宙飛船！

Via/譯：Sunrise

想要登上金星？這件事情已經很久沒有人提及了。

金星是太陽系中環境最為惡劣的星球之一。金星的表面被硫酸雲覆蓋，地表溫度高達460攝氏度。大氣壓力是地球的90倍，鉛，鋅，錫在這裡以液態的方式呈現。二氧化碳的重量與與地球上海洋下一千米下的二氧化碳重量相近——這種壓力可以很容易的摧毀一架潛水艇。

日本的「拂曉」（AKATSUKI）探測器在2015年12月已經成功的進入了金星軌道，美國航天局和歐洲航天局也計劃在2020年前後實行對於金星的探測計劃。俄羅斯方面也表示將重續上個世紀70年代「金星」系列（Venera）以及80年代的「維佳」（Vega）探測計劃的輝煌。所有的這些探測計劃都包括了軌道飛行器，將會探測星球上的大氣層，磁場以及地理環境。由此可見，金星已經引起了各方宇航局新一輪的關注。

為了真正了解這個星球，我們需要一個著陸器。著陸器可以監測大氣以及地表岩石的化學成分，並可以做一些地震學的研究來解釋星球內部的樣貌。Venera D探測器有一個著陸器，但是由於所帶電池電量的限制，它僅能維持三個小時。在這之前，著陸器最多在這個有毒有害的環境中堅持127分鐘，這個記錄是由由蘇聯1982年發射的 Venera 13的著陸器所創造。

如何讓探測器堅持一天，甚至更久的時間？這需要夠堅固的電子設備：能夠抵抗炎熱的高溫或者在高溫下有效的降低探測器的溫度或者兩者兼具。而且，由於金星常常陰天，因此探測器需要在沒有太陽能電池板的情況下也能工作。因此，電池無法堅持很長的時間也無法再生產電能。

在電子器件方面，美國宇航局在尋找能夠抵抗高溫的電腦晶元。加里·亨特，美國宇航局的一位工程師如是說：「只要能找到在500攝氏度下繼續工作的晶元，事情就會變得很不一樣。我們需要不同的絕緣裝置，不同的接觸點，我們也需要重新改造這些電路」。

亨特說，問題在於在高溫條件下，許多材料的性能都會改變。舉一個例子，硅是一種半導體材料，但是在高溫條件下（300攝氏度左右），它就會變成導體，對於電路的改造影響就減小了。另一個問題就是即便硅電路運轉良好，在金星高溫的條件下，也很難找到能夠使得電路運轉良好的連接材料。

亨特說，美國宇航局正在試驗以碳化硅為材料的電子設備，他可以在高溫條件下運轉更長的時間，從而使探測器可以在金星表面作業。到目前為止 它的缺陷在於這種晶元的性能比不上現代的電腦設備。根據美國宇航局」探索金星分析團隊「在2014年的展示，我們可以看到：這種電子設備的性能僅能趕上60年代電腦的性能。」我們並不是在這裡討論奔騰處理器「，亨特說。但是通過一些創新的設計，這個設備足以用來獲取照片和數據，並且將其傳輸到軌道飛行器，進而轉播回地球。

金星的一天約為地球的117天，所以探測器目標在於進行幾千千小時的運算以覆蓋金星的一天。

至於電力系統，賓夕法尼亞大學的蒂莫西·米爾和麥克·保羅和美國宇航局格倫研究中心的史蒂夫·奧利森建議使用斯特林發動機。

斯特林發動機從在一個」寒冷「的密閉空間的工作流體開始（寒冷表示溫度較低，而不是極冷）。流體被活塞擠壓到第二個被加熱的密閉空間。流體膨脹推動與齒輪或者臂相連的第二個活塞。隨著第二個活塞的運轉，就提又被推回到了」寒冷「的空前，在這裡它的溫度降低，再一次的循環開始。只要有熱源，那麼這個發動機就會一直工作。現今，有些冰箱系統，甚至潛水艇（瑞典海軍的哥特蘭島級艇用其進行前進的動力）都使用了斯特林發動機。

在1816年，蘇格蘭牧師羅伯特· 斯特林發明了這項技術。米爾和保羅認為這個想法可以應用於未來的宇宙飛船的製造，並把他們的想法發布在了《宇航學報》雜誌。美國宇航局也資助了一些初步的測試。

米爾說，一個斯特林發動機可以同時為設備的降溫處理以及設備的探測提供電力。因此它可以比電池維持更長的時間。而工作流體可以選擇氦氣，因為其與其他氣體相比導熱快且不會發生化學作用。

但是，除了電力，還需要考慮能源的問題。斯特林發動機需要能源。米爾和他的團隊決定用鋰，因為鋰可以在二氧化碳和氮氣的環境下燃燒，而氮氣占金星大氣的比重為4%。鋰的熔點為180攝氏度，因此在金星上它很適合作為一種」易燃「的液體燃料。

宇宙飛船僅需攜帶鋰，因而減少了其降落時的重量。根據米爾的研究，一個包含發動機和燃料的50千克的設備可以支撐探測器兩天的活動。

發動機可以被配置成單活塞系統：一邊是冷的，而另一邊是熱的，這樣就可以推動交流發電機前後運動，產生電能。目前米爾和他的團隊已經完成了在4到5中環境下的小範圍實驗。以探測器在金星上登錄可能遭遇的情況為背景，這個團隊也在尋求更多的資金支持以做更多的實驗。

此外，鋰不會產生污染。這一點放在一個無人居住的星球看上去有些多餘，但是對於科學來說卻很重要。米爾說：」我們所希望的是擁有一個體系：如果我們登錄了一個星球並在上面執行任務。不過人物為期多少天，我們都不希望釋氣效應會污染當地的環境」。

當鋰在二氧化碳的環境下燃燒的時候，它會變成碳酸鋰。這就意味著探測大氣的著陸器不會有因排出氣體打破大氣平衡的困擾。

如果這個團隊可以將他們的燃燒系統的使用場景提升到90種大氣環境，這種技術的進步意味著我們離發射又進了一步。米爾說：「只要我們可以證明可以工作一個星期的事物」。

金星和地球在很多方面上都很相似。他們的半徑差距很小，金星的重量是地球的81%。它們在太陽星雲上比鄰而居，因此它們主要的成分是相近的。在科技的支持下，一個堅固的著陸器有利於幫我們破解謎團：一個星球如何孕育了生命，而另一個星球又是如何變得像是卡爾·薩根所說的「離地獄最近的地方」。

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