Aerobot

El científico soviético GM Moskalenko estudió la posibilidad de explorar Venus con una nave más ligera que el aire en la década de 1970. ^{[ 4 ]}

La primera, y hasta ahora única, misión planetaria con globos fue realizada por el Instituto de Investigación Espacial de la Academia de Ciencias Soviética en cooperación con la agencia espacial francesa CNES en 1985. Un pequeño globo, de apariencia similar a los globos meteorológicos terrestres , fue transportado en cada una de las dos sondas soviéticas Vega Venus , lanzadas en 1984.

El primer globo fue introducido en la atmósfera de Venus el 11 de junio de 1985, seguido del segundo globo el 15 de junio de 1985. El primer globo falló después de solo 56 minutos, pero el segundo funcionó durante poco menos de dos días terrestres hasta que se agotaron sus baterías.

Los globos Venus Vega fueron idea de Jacques Blamont , científico jefe del CNES y padre de la exploración planetaria mediante globos. Él promovió enérgicamente el concepto y consiguió apoyo internacional para este pequeño proyecto.

Los resultados científicos de las sondas VEGA de Venus fueron modestos. Pero, lo que es más importante, este ingenioso y sencillo experimento demostró la validez del uso de globos para la exploración planetaria.

Tras el éxito de los globos VEGA a Venus, Blamont se centró en una misión de globos más ambiciosa a Marte, que sería transportada por una sonda espacial soviética.

La presión atmosférica en Marte es aproximadamente 150 veces menor que la de la Tierra. En una atmósfera tan tenue, un globo con un volumen de 5.000 a 10.000 metros cúbicos (180.000 a 350.000 pies cúbicos) podría transportar una carga útil de 20 kilogramos (44 libras) , mientras que un globo con un volumen de 100.000 metros cúbicos (3.500.000 pies cúbicos) podría transportar 200 kilogramos (440 libras) .

Los franceses ya habían realizado extensos experimentos con cohetes solares Montgolfier, llevando a cabo más de 30 vuelos desde finales de la década de 1970 hasta principios de la de 1990. Los Montgolfier volaban a una altitud de 35 kilómetros, donde la atmósfera era tan tenue y fría como la de Marte, y uno de ellos permaneció en el aire 69 días, dando dos vueltas a la Tierra.

Los primeros diseños del globo para Marte presentaban un sistema de "doble globo", con un globo sellado lleno de hidrógeno o helio sujeto a un brazo robótico solar Montgolfiere. El globo de gas ligero estaba diseñado para mantener el Montgolfiere alejado del suelo durante la noche. Durante el día, el Sol calentaría el Montgolfiere, provocando que el conjunto del globo ascendiera.

Finalmente, el grupo optó por un globo cilíndrico sellado de helio, fabricado con película de PET aluminizada y con un volumen de 5500 metros cúbicos (190 000 pies cúbicos) . El globo ascendería al calentarse durante el día y descendería al enfriarse por la noche.

La masa total del conjunto del globo era de 65 kilogramos (143 libras) , con una góndola de 15 kilogramos (33 libras) y un cable guía instrumentado de 13,5 kilogramos (30 libras) . Se esperaba que el globo funcionara durante diez días. Desafortunadamente, a pesar del considerable trabajo de desarrollo realizado en el globo y sus subsistemas, las dificultades financieras de Rusia retrasaron la misión a Marte de 1992 a 1994 y luego a 1996. El globo a Marte fue descartado del proyecto debido a su elevado coste.

Los experimentos tecnológicos MABVAP del JPL tenían como objetivo dar lugar a una misión real de aerobot a Marte, denominada MABTEX, por "Experimento Tecnológico de Aerobot a Marte". Como su nombre indica, MABTEX se concibió principalmente como un experimento tecnológico operativo, precursor de esfuerzos más ambiciosos. MABTEX se imaginó como un pequeño globo de superpresión , transportado a Marte en una "microsonda" con un peso no superior a 40 kilogramos (88 lb) . Una vez insertado, el globo operativo tendría una masa total de no más de 10 kilogramos (22 lb) y permanecería operativo durante una semana. La pequeña góndola contaría con electrónica de navegación y control, junto con un sistema de imágenes estereoscópicas , así como un espectrómetro y un magnetómetro .  

Los planes contemplaban un sucesor de MABTEX, un aerobot mucho más sofisticado llamado MGA, acrónimo de "Mars Geoscience Aerobot" (Aerobot Geocientífico de Marte). El diseño de MGA preveía un sistema de globo de superpresión muy similar al de MABTEX, pero mucho más grande. MGA transportaría una carga útil diez veces mayor que la de MABTEX y permanecería en el aire hasta tres meses, orbitando Marte más de 25  veces y cubriendo más de 500 000 kilómetros (310 000 millas) . La carga útil incluiría equipos sofisticados, como una cámara estereoscópica de ultra alta resolución con capacidad de imagen oblicua; un radar de sondeo para buscar agua subterránea ; un sistema de espectroscopia infrarroja para buscar minerales importantes; un magnetómetro; e instrumentos meteorológicos y atmosféricos. A MABTEX podría seguirle un pequeño dirigible solar llamado MASEPA, acrónimo de "Mars Solar Electric Propelled Aerobot" (Aerobot Solar Eléctrico Propulsado de Marte). 

El JPL también ha llevado a cabo estudios similares sobre aerobots en Venus. Se ha considerado un Experimento de Tecnología de Aerobots en Venus (VEBTEX) como un experimento de validación tecnológica, pero el enfoque parece haber estado más en misiones operativas completas. Un concepto de misión, el Aerobot Multisonda de Venus (VAMS), prevé un aerobot que opere a altitudes superiores a los 50 kilómetros (31 millas) y que deje caer sondas de superficie, o "sondas", sobre objetivos específicos de la superficie. El globo transmitiría entonces la información de las sondas directamente a la Tierra y también recopilaría datos del campo magnético planetario y otra información. VAMS no requeriría una tecnología fundamentalmente nueva y podría ser apropiado para una misión de ciencia planetaria Discovery de bajo costo de la NASA . 

Se ha avanzado considerablemente en un concepto más ambicioso: el Aerobot Geocientífico de Venus (VGA). Los diseños del VGA contemplan un globo de fluido reversible relativamente grande, lleno de helio y agua, que podría descender a la superficie de Venus para tomar muestras de la superficie y luego ascender a gran altitud para enfriarse.

El desarrollo de un aerobot capaz de soportar las altas presiones y temperaturas (hasta 480 grados Celsius, o casi 900 grados Fahrenheit) de la superficie de Venus, así como el paso a través de nubes de ácido sulfúrico, requerirá nuevas tecnologías. En 2002, se preveía que el VGA no estaría listo hasta finales de la década siguiente. Se han fabricado prototipos de envolturas de globos con polibenzoxazol , un polímero que presenta alta resistencia, resistencia al calor y baja fuga para gases ligeros. Se aplica un recubrimiento de oro para que la película de polímero resista la corrosión de las nubes ácidas.

También se ha trabajado en una góndola VGA que pesa aproximadamente 30 kilogramos (66 lb) . En este diseño, la mayoría de los instrumentos están contenidos en un recipiente esférico a presión con una carcasa exterior de titanio y una carcasa interior de acero inoxidable . El recipiente contiene una cámara de estado sólido y otros instrumentos, así como sistemas de comunicaciones y control de vuelo. El recipiente está diseñado para soportar presiones de hasta cien atmósferas y mantener temperaturas internas por debajo de 30 °C (86 °F) incluso en la superficie de Venus. El recipiente está situado en la base de una "cesta" hexagonal de paneles solares que, a su vez, proporcionan conexiones de amarre al sistema de globos superior, y está rodeado por un anillo de tuberías que actúa como intercambiador de calor. Una antena de comunicaciones de banda S está montada en el borde de la cesta, y una antena de radar para estudios de superficie se extiende fuera del recipiente mediante un mástil.   

La Plataforma Maniobrable Atmosférica de Venus (VAMP) es un concepto de misión de las compañías aeroespaciales Northrop Grumman y LGarde para una aeronave inflable semiflotante, propulsada y de larga duración que exploraría la atmósfera superior de Venus en busca de biofirmas ^{[ 5 ] [ 6 ]} , así como realizar mediciones atmosféricas. ^{[ 7 ]}

En abril de 2021 se informó que la NASA asignó trabajo para diseñar y probar globos robóticos para la futura exploración de Venus . ^{[ 8 ]}

Titán , la luna más grande de Saturno , es un objetivo atractivo para la exploración con aerobots, ya que posee una atmósfera de nitrógeno cinco veces más densa que la de la Tierra, la cual contiene una densa capa de compuestos fotoquímicos orgánicos que impiden la observación de la superficie lunar mediante sensores visuales. Un aerobot podría penetrar esta neblina para estudiar la misteriosa superficie de la luna y buscar moléculas orgánicas complejas. La NASA ha esbozado varios conceptos de misiones con aerobots a Titán, bajo el nombre genérico de Explorador Biológico de Titán.

Un concepto, conocido como la misión Titan Aerobot Multisite, consiste en un globo de fluido reversible lleno de argón que podría descender desde gran altitud hasta la superficie lunar, realizar mediciones y luego ascender nuevamente a gran altitud para realizar mediciones y trasladarse a un sitio diferente. Otro concepto, la misión Titan Aerobot Singlesite, utilizaría un globo de superpresión que seleccionaría un único sitio, liberaría gran parte de su gas y luego lo estudiaría en detalle.

Una ingeniosa variante de este sistema, el Titan Aerover, combina las funciones de aerobot y rover. Este vehículo cuenta con una estructura triangular que conecta tres globos, cada uno de aproximadamente dos metros (6,6 pies) de diámetro. Tras entrar en la atmósfera de Titán, el aerover flotaría hasta encontrar un lugar de interés, donde liberaría helio para descender a la superficie. Los tres globos funcionarían entonces como flotadores o ruedas según fuera necesario. El JPL ha construido un prototipo sencillo que parece tres pelotas de playa sobre una estructura tubular.

Independientemente de la forma que adopte la misión Titan Biologic Explorer, el sistema probablemente requeriría un módulo generador termoeléctrico de radioisótopos alimentado por energía atómica. La energía solar no sería viable a la distancia de Saturno ni bajo la densa niebla de Titán, y las baterías no proporcionarían la autonomía suficiente para la misión. El aerobot también transportaría un laboratorio químico miniaturizado para la búsqueda de compuestos orgánicos complejos.

Fuera del JPL, otros estudios de misiones de conceptos de aerobots Titán han incluido estudios de dirigibles por el MIT ^{[ 9 ]} y el Centro Glenn de la NASA, ^{[ 10 ]} y un avión Titán propuesto por el Centro Ames de la NASA. ^{[ 11 ]}

Finalmente, los aerobots podrían utilizarse para explorar la atmósfera de Júpiter y posiblemente la de los demás planetas exteriores gaseosos . Dado que las atmósferas de estos planetas están compuestas principalmente de hidrógeno, y puesto que no existe un gas más ligero que el hidrógeno, dicho aerobot tendría que ser un Montgolfiere . Como la luz solar es débil a tales distancias, el aerobot obtendría la mayor parte de su calor de la energía infrarroja irradiada por el planeta. ^{[ 12 ]}

Un aerobot para Júpiter podría operar a altitudes donde la presión atmosférica oscila entre una y diez atmósferas, descendiendo ocasionalmente a niveles inferiores para realizar estudios detallados. Realizaría mediciones atmosféricas y enviaría imágenes y datos de teledetección de fenómenos meteorológicos, como la Gran Mancha Roja de Júpiter . Un aerobot para Júpiter también podría lanzar sondas a gran profundidad en la atmósfera y transmitir sus datos a un orbitador hasta que las sondas se destruyan debido a la temperatura y la presión.