Ein aerobot ist ein Luftroboter, der gewöhnlich im Zusammenhang einer unbemannten Raumsonde verwendet ist, oder hat Luftfahrzeug entmannt.

Während Arbeit getan worden ist, seit den 1960er Jahren auf dem Roboter "Rover", um den Mond und die anderen Welten im Sonnensystem zu erforschen, haben solche Maschinen Beschränkungen. Sie neigen dazu, teuer zu sein, und haben Reihe, und wegen der zeitlichen Kommunikationsabstände über interplanetarische Entfernungen beschränkt, sie müssen klug genug sein, um zu schiffen, ohne sich zum Behinderten zu machen.

Für Planeten mit Atmosphären jeder Substanz, jedoch, gibt es eine Alternative: Ein autonomer fliegender Roboter oder "aerobot" basieren die Meisten aerobot Konzepte auf Luftfahrzeugen, in erster Linie Ballons, aber gelegentlich Luftschiffe. Über Hindernissen in den Winden fliegend, konnte ein Ballon große Gebiete eines Planeten im großen Detail für relativ niedrige Kosten erforschen. Flugzeuge für die planetarische Erforschung sind auch vorgeschlagen worden.

Grundlagen von Ballons

Während der Begriff, einen Ballon an einen anderen Planeten zu senden, sonderbar zuerst klingt, haben Ballons mehrere Vorteile für die planetarische Erforschung. Sie können leicht im Gewicht gemacht werden und sind potenziell relativ billig. Sie können sehr viel Boden bedecken, und ihre Ansicht von einer Höhe gibt ihnen die Fähigkeit, breit zu untersuchen, wickelt des Terrains mit viel mehr Detail, als von einem umkreisenden Satelliten verfügbar sein würde. Für Forschungsmissionen ist ihr Verhältnismangel an der Richtungskontrolle nicht ein Haupthindernis, weil es allgemein kein Bedürfnis gibt, sie zu einer spezifischen Position zu leiten.

Ballon-Designs für mögliche planetarische Missionen haben einige ungewöhnliche Konzepte eingeschlossen. Man ist (IR) infraroter oder Sonnenmontgolfiere. Das ist ein Heißluftballon, wovon der Umschlag einem Material gemacht wird, das Hitze vom Sonnenlicht, oder von der von einer planetarischen Oberfläche ausgestrahlten Hitze fängt. Schwarz ist die beste Farbe, um Hitze zu absorbieren, aber andere Faktoren werden beteiligt, und das Material kann nicht notwendigerweise schwarz sein.

Sonnenmontgolfieres haben mehrere Vorteile für die planetarische Erforschung, weil sie leichter sein können sich aufzustellen als ein leichter Gasballon, verlangen Sie keine Zisterne von leichtem Benzin für die Inflation notwendigerweise, und sind von kleinen Leckstellen relativ versöhnlich. Sie haben wirklich den Nachteil, dass sie nur oben während Tageslicht-Stunden sind.

Der andere ist ein "umkehrbarer flüssiger" Ballon. Dieser Typ des Ballons besteht aus einem Umschlag, der mit einem Reservoir mit dem Reservoir verbunden ist, das eine Flüssigkeit enthält, die leicht verdunstet wird. Der Ballon kann gemacht werden, sich durch das Verdunsten von der Flüssigkeit in Benzin zu erheben und kann gemacht werden, durch das Kondensieren vom Benzin zurück in Flüssigkeit zu sinken. Es gibt mehrere verschiedene Weisen, dieses Schema durchzuführen, aber der physische Grundsatz ist dasselbe in allen Fällen.

Ein für die planetarische Erforschung entworfener Ballon wird eine kleine Gondel tragen, die eine Instrument-Nutzlast enthält. Die Gondel wird auch Macht, Kontrolle und Kommunikationssubsysteme tragen. Wegen des Gewichts und der Macht-Versorgungseinschränkungen wird das Kommunikationssubsystem allgemein kleine und niedrige Macht sein, und interplanetarische Kommunikationen werden durch eine umkreisende planetarische Untersuchung durchgeführt, die als ein Relais handelt.

Sonnenmontgolfiere wird nachts sinken, und wird ein Führer-Tau dem Boden der Gondel beifügen lassen, die sich auf dem Boden zusammenrollen und den Ballon während der Dunkelheitsstunden verankern wird. Das Führer-Tau wird aus niedrigen Reibungsmaterialien gemacht, es davon abzuhalten, zu greifen oder sich auf Boden-Eigenschaften zu verheddern.

Wechselweise kann ein Ballon eine dickere instrumentierte "Schlange" im Platz der Gondel und guiderope tragen, die Funktionen der zwei verbindend. Das ist ein günstiges Schema, um direkte Oberflächenmaße zu machen.

Ein Ballon konnte auch verankert werden, um in einem Platz zu bleiben, atmosphärische Beobachtungen zu machen. Solch ein statischer Ballon ist als ein "Luftfahrzeug" bekannt.

Einer der heikleren Aspekte von planetarischen Ballon-Operationen fügt sie in die Operation ein. Gewöhnlich geht der Ballon in die planetarische Atmosphäre in einem "aeroshell", einem Hitzeschild in Form eines glatt gemachten Kegels ein. Nach dem atmosphärischen Zugang wird ein Fallschirm den Ballon-Zusammenbau aus dem aeroshell herausziehen, der sinkt. Der Ballon-Zusammenbau setzt dann ein und bläst auf.

Einmal betrieblich wird der aerobot größtenteils selbstständig sein und wird seine Mission autonom führen müssen, nur allgemeine Befehle über seine lange Verbindung zur Erde akzeptierend. Der aerobot wird in drei Dimensionen schiffen, erwerben und Wissenschaftsdaten versorgen, Flugkontrolle durch das Verändern seiner Höhe durchführen, und vielleicht Landungen an spezifischen Seiten machen müssen, um nahe Untersuchung zur Verfügung zu stellen.

Die Ballons von Venus Vega

Das erste, und so weit nur, planetarische Ballon-Mission wurde vom Raumforschungsinstitut für die sowjetische Akademie von Wissenschaften in der Zusammenarbeit mit der französischen Raumfahrtbehörde CNES 1985 durchgeführt. Ein kleiner Ballon, ähnlich anscheinend Landwetterballons, wurde jede der zwei sowjetischen Untersuchungen von Vega Venus, gestartet 1984 fortgesetzt. Sieh dass Artikel für mehr Details auf ihrem Design.

Der erste Ballon wurde in die Atmosphäre von Venus am 11. Juni 1985 eingefügt, vom zweiten Ballon am 15. Juni 1985 gefolgt. Der erste Ballon hat gescheitert, nach nur 56 Minuten, aber dem zweiten, das für etwas unter zwei Erdtagen bedient ist, bis seine Batterien heruntergekommen sind.

Die Ballons von Venus Vega waren die Idee von Jacques Blamont, Hauptwissenschaftler für CNES und dem Vater der planetarischen Ballon-Erforschung. Er hat energisch das Konzept gefördert und hat internationale Unterstützung für das kleine Projekt angeworben.

Die wissenschaftlichen Ergebnisse der Venus VEGA Untersuchungen waren bescheiden. Noch wichtiger das kluge und einfache Experiment hat die Gültigkeit demonstriert, Ballons für die planetarische Erforschung zu verwenden.

Der Mars aerobot Anstrengung

Nach dem Erfolg der Venus VEGA Ballons hat sich Blamont auf eine ehrgeizigere Ballon-Mission zu Mars konzentriert, um eine sowjetische Raumsonde fortgesetzt zu werden.

Der atmosphärische Druck auf Mars ist ungefähr 150mal weniger als diese der Erde. In solch einer dünnen Atmosphäre konnte ein Ballon mit einem Volumen von 5,000 bis 10,000 Kubikmetern (178,500 bis 357,000 Kubikfüße) eine Nutzlast von 20 Kilogrammen (44 Pfunde) tragen, während ein Ballon mit einem Volumen von 100,000 Kubikmetern (3,600,000 Kubikfüße) 200 Kilogramme (440 Pfunde) tragen konnte.

Die Franzosen hatten bereits umfassende Experimente mit Sonnenmontgolfieres durchgeführt, mehr als 30 Flüge vom Ende der 1970er Jahre in den Anfang der 1990er Jahre durchführend. Der Montgolfieres ist an einer Höhe von 35 Kilometern geflogen, wo die Atmosphäre so dünn und kalt war, wie es auf Mars sein würde, und man 69 Tage oben ausgegeben hat, die Erde zweimal umkreisend.

Frühe Konzepte für den Ballon von Mars haben einen "Doppelballon" System mit einem gesiegelten Helium-gefüllten oder zu Sonnenmontgolfiere angebundenen Wasserstoffballon gezeigt. Der Leicht-Gasballon wurde entworfen, um Montgolfiere vom Boden nachts zu behalten. Während des Tages würde die Sonne Montgolfiere anheizen, den Ballon-Zusammenbau veranlassend, sich zu erheben.

Schließlich hat sich die Gruppe für einen zylindrischen gesiegelten Helium-Ballon entschieden, der aus dem aluminized LIEBLINGS-Film, und mit einem Volumen von 5,500 Kubikmetern (196,000 Kubikfüße) gemacht ist. Der Ballon, würde sich wenn geheizt, während des Tages und Beckens erheben, weil es nachts kühl geworden ist.

Die Gesamtmasse des Ballon-Zusammenbaues war 65 Kilogramme (143 Pfunde) mit einer 15 Kilogrammen (33 Pfunden) Gondel, und 13.5 Kilogramme (30 Pfunde) haben guiderope instrumentiert. Wie man erwartete, hat der Ballon seit zehn Tagen funktioniert. Leider, obwohl beträchtliche Entwicklungsarbeit auf dem Ballon und seinen Subsystemen durchgeführt wurde, haben russische Finanzschwierigkeiten die Untersuchung von Mars aus 1992, dann bis 1994, und dann bis 1996 gestoßen. Der Ballon von Mars war aus dem Projekt fallen gelassen, das erwartet ist zu kosten, und die Untersuchung wurde auf dem Start 1996 irgendwie verloren.

JPL aerobot Experimente

Zu diesem Zeitpunkt waren Jet Propulsion Laboratory (JPL) der Nationalen US-Luftfahrt und Raumfahrtbehörde (NASA) interessiert für die Idee von planetarischem aerobots geworden, und tatsächlich hatte eine Mannschaft unter Jim Cutts von JPL an Konzepten für planetarischen aerobots seit mehreren Jahren gearbeitet, sowie Experimente durchgeführt, um aerobot Technologie gültig zu machen.

Die ersten derartigen Experimente haben sich auf eine Reihe von umkehrbar-flüssigen Ballons, unter dem Projektnamen ALICE, für das "Höhe-Kontrollexperiment" konzentriert. Der erste derartige Ballon, ALICE 1, ist 1993, mit anderen Flügen durch ALICE 8 1997 geflogen.

Zusammenhängende Arbeit hat die Charakterisierung von Materialien für einen Ballon-Umschlag von Venus und zwei Ballon-Flüge 1996 eingeschlossen, um Instrument-Nutzlasten unter dem Namen BARBE zu prüfen, weil "Ballon preisgünstiger Strahlenausrüstung Geholfen hat".

Vor 1996 arbeitete JPL an einem flüggen Aerobot-Experiment genannt der RICHTIGE, für den "Planetarischen Aerobot Prüfstand", der beabsichtigt war, um einen ganzen planetarischen aerobot durch Flüge in die Atmosphäre der Erde zu demonstrieren. KLAPS-Konzepte haben sich einen umkehrbar-flüssigen Ballon mit einer 10-Kilogramm-Nutzlast vorgestellt, die Navigation und Kamerasysteme einschließen würde, und schließlich unter der autonomen Kontrolle funktionieren würde. Das Projekt hat sich erwiesen, zu ehrgeizig zu sein, und wurde 1997 annulliert.

JPL hat fortgesetzt, an mehr eingestellte, preisgünstige Experimente zu arbeiten, um zu einem Mars aerobot, unter dem Namen MABVAP, für "Mars Aerobot Gültigkeitserklärungsprogramm" zu führen. MABVAP experimentiert eingeschlossene Fälle von Ballon-Systemen von Heißluftballons und Hubschraubern, um die heikle Aufstellungsphase einer planetarischen aerobot Mission und Entwicklung von Umschlägen für Superdruck-Ballons mit Materialien und einer langfristigen Mission von Mars angepassten Strukturen gültig zu machen.

JPL hat auch eine Reihe atmosphärischer und Navigationssensoren für den Sologeist zur Verfügung gestellt um die Welt hat Ballon-Flüge besetzt, sowohl um die Ballon-Missionen zu unterstützen als auch Technologien für planetarischen aerobots gültig zu machen.

JPL aerobot Missionskonzepte

Während diese Tests und Experimente weitergingen, hat JPL mehrere spekulative Studien für planetarische aerobot Missionen zu Mars, Venus, dem Mondkoloss des Saturns, und den Außenplaneten durchgeführt.

Mars

Die MABVAP Technologieexperimente von JPL sind beabsichtigt, um zu einem wirklichen Mars aerobot Mission, genannt MABTEX, für "Mars Aerobot Technologieexperiment" zu führen. Da sein Name einbezieht, ist MABTEX in erster Linie beabsichtigt, um ein betriebliches Technologieexperiment als ein Vorgänger zu ehrgeizigere Anstrengungen zu sein. MABTEX wird zurzeit als ein kleiner Superdruck-Ballon vorgesehen, der zu Mars auf einer "Mikrountersuchung" getragen ist, die nicht mehr als wiegt. Einmal eingefügt würde der betriebliche Ballon eine Gesamtmasse nicht mehr als haben und würde betrieblich seit einer Woche bleiben. Die kleine Gondel würde Navigations- und Kontrollelektronik, zusammen mit einem Stereobildaufbereitungssystem, sowie einem Spektrometer und Magnetometer haben.

Aktuelle Pläne stellen sich einen später folgenden zu MABTEX als ein viel hoch entwickelterer aerobot genannt MGA, für "Mars Geoscience Aerobot" vor. Aktuelle Designkonzepte für MGA stellen sich ein Superdruck-Ballon-System sehr viel wie das von MABTEX, aber viel größer vor. MGA würde eine Nutzlast tragen, die zehnmal größer ist als dieser von MABTEX, und würde oben seit bis zu drei Monaten bleiben, Mars mehr als 25mal und das Überdecken umkreisend. Die Nutzlast würde hoch entwickelte Ausrüstung, wie eine ultrahohe Entschlossenheit Stereoimager zusammen mit schiefen Bildaufbereitungsfähigkeiten einschließen; ein Radarklopfer, um nach unterirdischem Wasser zu suchen; ein Infrarotspektroskopie-System, um nach wichtigen Mineralen zu suchen; ein Magnetometer; und Wetter und atmosphärische Instrumente. MABTEX könnte der Reihe nach von einem kleinen durch Sonnenenergie angetriebenen kleinen unstarren Luftschiff genannt MASEPA, für "Mars Angetriebener Elektrischer Sonnenaerobot" gefolgt werden.

Venus

JPL hat auch ähnliche Studien auf Venus aerobots verfolgt. Eine Venus Aerobot Technology Experiment (VEBTEX) ist als ein Technologiegültigkeitserklärungsexperiment betrachtet worden, aber der Fokus scheint, mehr auf vollen betrieblichen Missionen gewesen zu sein. Ein Missionskonzept, die Venus Aerobot Multisonde (VAMS), stellt sich einen aerobot vor, der an Höhen darüber funktioniert, würde Oberflächenuntersuchungen oder "Sonden" auf spezifische Oberflächenziele fallen lassen. Der Ballon würde dann Information von den Sonden direkt zur Erde weitergeben, und würde auch planetarische magnetische Felddaten und andere Information sammeln. VAMS würde keine im Wesentlichen neue Technologie verlangen, und kann für eine NASA preisgünstige Entdeckung planetarische Wissenschaftsmission passend sein.

Bedeutende Arbeit ist auf einem ehrgeizigeren Konzept, Venus Geoscience Aerobot (VGA) durchgeführt worden. Designs für den VGA stellen sich einen relativ großen umkehrbar-flüssigen Ballon vor, der mit Helium und Wasser gefüllt ist, das zur Oberfläche von Venus zu Beispieloberflächenseiten hinuntersteigen konnte, und dann sich wieder zu hohen Höhen erheben und abkühlen.

Das Entwickeln eines aerobot, der dem Hochdruck und den Temperaturen (bis zu 480 Grad Celsius oder fast 900 Grad Fahrenhei) auf der Oberfläche von Venus, sowie dem Durchgang durch Schwefelsäure-Wolken widerstehen kann, wird neue Technologien verlangen. Wie man erwartet, ist VGA bis gegen Ende des nächsten Jahrzehnts nicht bereit. Prototyp-Ballon-Umschläge sind von polybenzoxazole, ein Polymer fabriziert worden, das hohe Kraft, Widerstand gegen die Hitze und niedrige Leckage für leichtes Benzin ausstellt. Ein Goldüberzug wird angewandt, um dem Polymer-Film zu erlauben, Korrosion von sauren Wolken zu widerstehen.

Arbeit ist auch auf einer VGA Gondel getan worden, die darüber wiegt. In diesem Design werden die meisten Instrumente in einem kugelförmigen Druck-Behälter mit einer Außenschale des Titans und einer inneren Schale von rostfreiem Stahl enthalten. Der Behälter enthält eine Halbleiterkamera und andere Instrumente, sowie Kommunikationen und Flugregelsysteme. Der Behälter wird entworfen, um Druck von bis zu hundert Atmosphären zu dulden und innere Temperaturen unten sogar auf der Oberfläche von Venus aufrechtzuerhalten. Der Behälter wird an der Unterseite von einem sechseckigen "Korb" von Sonnenkollektoren gesetzt, die der Reihe nach Haltestrick-Verbindungen zum Ballon-System oben zur Verfügung stellen, und durch einen Ring von Pfeifen umgeben wird, die als ein Hitzeex-Wechsler handeln. Eine S-band Kommunikationsantenne wird auf dem Rand des Korbs bestiegen, und eine Radarantenne für Oberflächenstudien streckt sich aus dem Behälter auf einem Mast aus.

Koloss

Koloss, der größte Mond des Saturns, ist ein attraktives Ziel für die aerobot Erforschung, weil es eine fünfmal so dichte Stickstoff-Atmosphäre hat wie diese der Erde, die einen Smog von organischen Photochemikalien enthält, die Oberfläche des Monds vor der Ansicht durch Sehsensoren verbergend. Ein aerobot würde im Stande sein, in diesen Dunst einzudringen, um die mysteriöse Oberfläche und Suche des Monds nach komplizierten organischen Molekülen zu studieren. NASA hat mehrere verschiedene aerobot Missionskonzepte für den Koloss, unter dem allgemeinen Namen des Kolosses Biologischer Forscher entworfen.

Ein Konzept, das als die Mission des Kolosses Aerobot Multisite bekannt ist, schließt einen umkehrbar-flüssigen Ballon ein, der mit Argon gefüllt ist, das von der hohen Höhe bis die Oberfläche des Monds hinuntersteigen, Maße durchführen, und sich dann wieder zur hohen Höhe erheben konnte, um Maße durchzuführen und sich zu einer verschiedenen Seite zu bewegen. Ein anderes Konzept, die Mission des Kolosses Aerobot Singlesite, würde einen Superdruck-Ballon verwenden, der eine einzelne Seite auswählen, viel von seinem Benzin abreagieren, und dann diese Seite im Detail überblicken würde.

Eine geniale Schwankung auf diesem Schema, dem Koloss Aerover, verbindet aerobot und Rover. Dieses Fahrzeug zeigt einen Dreiecksrahmen, der drei Ballons, jeder ungefähr zwei Meter (6.6 ft) im Durchmesser verbindet. Nach dem Zugang in die Atmosphäre des Kolosses würde der aerover schwimmen, bis es eine interessante Seite gefunden hat, dann reagieren Sie Helium ab, um zur Oberfläche hinunterzusteigen. Die drei Ballons würden dann als Hin- und Herbewegungen oder Räder als notwendig dienen. JPL hat einen einfachen Prototyp gebaut, der drei beachballs auf einem röhrenförmigen Rahmen schaut.

Egal was Form der Koloss, den Biologische Forscher-Mission, das System nimmt, wahrscheinlich ein atomangetriebenes Radioisotop thermoelektrisches Generator-Modul für die Macht verlangen würde. Sonnenmacht würde in der Entfernung des Saturns und unter dem Smog des Kolosses nicht möglich sein, und Batterien würden entsprechende Missionsdauer nicht geben. Der aerobot würde auch ein miniaturisiertes chemisches Laboratorium tragen, um nach komplizierten organischen Chemikalien zu suchen.

Jupiter

Schließlich könnte aerobots verwendet werden, um die Atmosphäre Jupiters und vielleicht der anderen gasartigen Außenplaneten zu erforschen. Da die Atmosphären dieser Planeten aus Wasserstoff größtenteils zusammengesetzt werden, und da es kein leichteres Benzin gibt als Wasserstoff, würde solch ein aerobot Montgolfiere sein müssen. Da Sonnenlicht in solchen Entfernungen schwach ist, würde der aerobot den grössten Teil seiner Heizung von der Infrarotenergie erhalten, die durch den Planeten unten ausgestrahlt ist.

Der Jupiter aerobot könnte an Höhen funktionieren, wo sich der Luftdruck von einer bis zehn Atmosphären erstreckt, gelegentlich tiefer für ausführliche Studien fallend. Es würde atmosphärische Maße und Rückbilder und entfernte Abfragung von Wetterphänomenen wie der Große Rote Punkt von Jupiter machen. Der Jupiter aerobot könnte auch Sonden tief in die Atmosphäre fallen lassen und ihre Daten zurück zu einem orbiter weitergeben, bis die Sonden durch die Temperatur und den Druck zerstört werden.

Planetarisches Flugzeug

Geflügelte Flugzeug-Konzepte sind für die robotic Erforschung in der Atmosphäre des Mars, der Venus und sogar Jupiters vorgeschlagen worden.

Die technischen Hauptherausforderungen des Fliegens auf Mars schließen ein

1. Das Verstehen und das Modellieren der niedrigen Zahl von Reynolds, hohe Unterschallmachzahl-Aerodynamik
2. Das Gebäude passend, häufig unkonventionelle Zelle-Designs und aerostructures
3. Das Meistern der Dynamik der Aufstellung von einem hinuntersteigenden Zugang-Fahrzeug aeroshell
4. Die Integrierung eines Antrieb-Subsystems "nicht Luft, die" ins System atmet.

Ein Flugzeugskonzept, ARES wurde für eine ausführliche Designstudie als einer der vier Finalisten für die 2007-Pfadfinder-Programm-Gelegenheit von Mars ausgewählt, aber wurde schließlich für die Mission von Phönix nicht ausgewählt. In der Designstudie wurden beide Halbskala und umfassendes Flugzeug unter mit dem Mars atmosphärischen Bedingungen geprüft. (sieh auch Flugzeug von Mars)

Links

• Das moderne Ballonfahren: Planetarischer Aerobots
• Übersicht von innovativen Flugzeugsmacht- und Antrieb-Systemen und ihre Anwendungen für die planetarische Erforschung
• Ares Flugzeug von Mars
• {http://aerobot.com.au /