Uma missão de balão que poderia explorar Vênus indefinidamente

Às vezes, as melhores idéias inovadoras vêm de sintetizar duas anteriores. Relatamos antes a idéia de ter um balão explorar a atmosfera de Vênus, e assistimos de perto o progresso do experimento de Isru de Oxigênio de Marte (Moxie) como parte do Rover de Perseverança em Marte. Quando você combina os dois, você pode resolver muitos dos desafios que a exploração de balões enfrenta da atmosfera superior de Vênus – o lugar mais habitável no sistema solar que não seja a Terra. Esse é o plano para o Dr. Michael Hecht, o principal investigador do sistema moxie e professor do MIT, e sua equipe para o projeto Exploring Venus with Electrolysis (EVE), que recentemente recebeu como Instituto da NASA para conceitos avançados (NIAC) Fase I Grant como parte dos prêmios NIAC de 2025.

As idéias atuais para missões de balão para Vênus enfrentam dois desafios. Primeiro, o gás flutuante que eles devem usar para se manter à tona vazamentos ao longo do tempo, limitando a duração da missão. Segundo, eles devem carregar grandes quantidades de baterias para garantir que seus eletrônicos (e, de certa forma, os gases) possam suportar o ciclo noturno de 50 horas de Vênus. Se os gases dentro do balão ficarem muito frios, eles se despressuram, diminuindo a altitude do balão.

Usar um sistema semelhante ao Moxie resolveria esses dois problemas. A famosa Moxie criou oxigênio em Marte dividindo o dióxido de carbono na atmosfera em monóxido de carbono e oxigênio usando um processo chamado eletrólise de óxido sólido (SOE). Apesar desse projeto chegando ao fim, mostrou a prova de conceito de que, onde há dióxido de carbono, podemos fazer oxigênio, mesmo em outros planetas.

Há muito dióxido de carbono na atmosfera superior de Vênus – na verdade, é principalmente isso que a atmosfera é composta. Notavelmente, o monóxido de carbono e o oxigênio, os componentes que o processo SOE cria, são mais leves que o dióxido de carbono que eles são criados. Em outras palavras, na atmosfera de Vênus, as saídas do processo SOE são flutuantes.

Mas isso não é tudo – em uma entrevista com Fraser, o Dr. Hecht descreve outra vantagem de usar o sistema SOE. “Quando as pessoas me perguntam como o Moxie funciona, eu sempre o descrevo como células de combustível correndo para trás”, disse ele. Mas, durante a noite venusiana, “você pode levar uma fração, talvez 10% do monóxido de carbono e oxigênio que você fez durante o dia e o atravessará pelo instrumento para trás para obter energia por noite”.

Eve não apenas receberia uma quantidade ilimitada de gases flutuantes do processo SOE, mas também seria essencialmente a eletricidade ilimitada, mesmo sem a luz solar e sem a necessidade de baterias pesadas que, de outra forma, a pesariam. Outras vantagens incluem o uso de monóxido de carbono como propulsor de outras aeronaves alimentadas para as quais o balão poderia servir como estação base. Muitas idéias vêm à mente ao explorar os casos de uso dessa plataforma.

Fazer esse processo em Vênus também tem algumas vantagens adicionais. Dada a espessura da atmosfera, especialmente em comparação com Marte, o sistema SOE na atmosfera de Vênus precisaria apenas de um ventilador em vez da bomba compressiva miniaturizada usada no sistema moxie sobre perseverança. Além disso, como Vênus está muito mais próxima do sol, durante o dia, haverá abundante energia solar para alimentar o sistema, enquanto que em Marte, a energia solar ainda é uma opção, mas o rover perseverante saiu de um gerador térmico de radioisótopos.

Vênus tem alguns desafios únicos, no entanto – também há ácido sulfúrico, embora não muito disso, na atmosfera. O Dr. Hecht mencionou a necessidade de um revestimento protetor, como Teflon, nos componentes que seriam expostos à atmosfera. Ele também não parecia preocupado com o aumento da massa, mencionando: “Quanta massa está na sua panela antiaderente do revestimento de Teflon?”

No entanto, um ato de equilíbrio tem que acontecer com o próprio processo SOE. O Dr. Hecht menciona em sua proposta da NIAC o objetivo de uma eficiência de conversão de 75% entre CO2 e oxigênio/co. Se buscar mais do que isso – digamos 100% de eficiência – parte da CO criada como parte do processo também é eletrolisada e o instrumento fica entupido com carbono puro (ou seja, fuligem).

No entanto, na faixa de eficiência de 75% (que é cerca de 3x mais eficiente que o moxie), a flutuabilidade do oxigênio e uma combinação de sobras de CO2 e CO é aproximadamente igual, para que você possa dividir os dois fluxos de gás em câmaras separadas e tem igual flutuabilidade, sem derrubá -la de uma maneira ou de outra.

No geral, isso parece ser uma solução eminentemente prática para um problema com uma idéia de longa data no futuro da exploração de Vênus. Mas por que parar por aí? O Dr. Hecht também mencionou que esse sistema teoricamente funcionaria em Titan e em outros planetas e luas com atmosferas grossas. À medida que a Eva se move através das fases da NIAC e a equipe inicia um trabalho técnico detalhado, a humanidade se aproximará de uma tecnologia que poderá revolucionar a exploração de nosso vizinho planetário mais próximo.

Saber mais:
NASA / Michael Hecht – Explorando Vênus com eletrólise (EVE)
UT – a perseverança extrai com sucesso oxigênio da atmosfera marciana. Cerca de 10 minutos de respiração para um astronauta
UT – uma missão de balão que poderia tentar confirmar a vida em Vênus
UT – A melhor maneira de aprender sobre Vênus poderia estar com uma frota de balões

Imagem principal:
Conceito de artista destacando a nova abordagem proposta pelo NIAC de 2025, seleção de explorar Vênus com eletrólise (EVE)
Crédito – NASA/Michael Hecht