Vuelos sobre Venus

El éxito de las misiones Pathfinder en Marte, ha mostrado que el empleo de vehículos automáticos en la exploración de planetas es factible y barato. En los planetas y satélites dotados de atmósfera, el empleo de aviones automáticos parece una opción interesante.

Hace años se sugirió (ver referencia 1) el empleo de aviones para volar en la atmósfera de Venus. Este es un planeta interesante, gemelo de la Tierra pero mucho menos estudiado. Un avión con la facultad de controlar su posición en la atmósfera de Venus sería una poderosa herramienta para la investigación científica.

Venus tiene, prácticamente, el mismo tamaño que la Tierra pero unas condiciones ambientales muy distintas:

Está cubierto por una atmósfera de CO₂ cuyas condiciones en superficie son 90 bares de presión y 500ºC de temperatura.

La presión y temperatura descienden con la altura de forma que a 50 km de altura la presión ambiente es de 1 bar y la temperatura 77ºC. Ver tabla I.

Hay una capa nubosa permanente que se extiende desde los 48 a 70 km de altura. Esta capa está compuesta de ácido sulfúrico, azufre libre y trazas de otros productos, tales como HC, HCL, CO₂ y H₂O.

La circulación de la atmósfera tiene un carácter peculiar. A una altura de 50-70 km soplan vientos que coinciden con la rotación del planeta, con una velocidad media de 100 m/s. Por encima de la capa de nubes hay picos de viento de 95 m/s. Dentro de la capa de nubes hay fuertes vientos verticales.

Por encima de la capa permanente de nubes, la radiación solar es más alta que en la Tierra, con un flujo de 2600w/m². La radiación ultravioleta también es elevada.
La aceleración debida a la gravedad es 8,87 m/s², ligeramente inferior a la terrestre (9,8 m/²).

El periodo de rotación es extremadamente lento, 243 días terrestres, lo que da una duración de luz diurna de 117 días terrestres.

Los puntos 2, 5 y 6 posibilitan el vuelo continuo de un avión movido por energía solar. No sería necesario un sistema de almacenamiento de energía, ya que éste avión nunca volaría de noche, dada la larga duración del día venusiano. No obstante, debe contarse con una potencia decreciente si el avión se introduce en las nubes.

Con el fin de mantenerse en el lado iluminado por el sol, un avión de exploración debe ser capaz de mantener un vuelo sustentado con una velocidad igual o superior de la indicada en el punto 4.
Las condiciones indicadas en el punto 3 muestran un entorno extremadamente corrosivo para los sistemas mecánicos y eléctricos.
Por otro lado, las dimensiones del avión vienen condicionadas por el habitáculo en el que debe ser transportado desde la Tierra por lo que, necesariamente, ha de ser de pequeño tamaño.

La combinación de un entorno corrosivo y vientos huracanados, con dimensiones pequeñas hacen que el diseño de un avión explorador para Venus sea un desafío de la ingeniería importante.

Tabla I. Temperatura, presión y densidad de la atmosfera de Venus, como función de la altura.

Los aviones propuestos para cumplir con las restricciones anteriores son extremadamente pequeños. Suponiendo el habitáculo de trasporte del Pioneer-Venus, con un diámetro de 1,3 m. (1,2 m. efectivos) la maximización de la superficie alar para conseguir un máximo de energía captada va acompañada de bajos alargamientos. Altos alargamientos solo se consiguen reduciendo la superficie alar, por lo que hay que llegar a una solución de compromiso. El incremento de la superficie alar conlleva una reducción de las superficies de los estabilizadores, con la consiguiente reducción del momento estabilizador, lo que, a su vez, lleva a la selección de un perfil de ala con un momento de cabeceo tan bajo como sea posible. El diseño final se parece más a un ala volante que a un avión convencional (ver figura 1).

Figura 1. Diseño de un avión para volar en la atmosfera de Venus (Referencia 1).

Unas posibles especificaciones son:

Bibliografía:

• Referencia 1: NASA TM-2002-0819. Atmosperic Flight on Venus, Geoffrey A. Landis, Christopher LaMarre, Anthony Colozza.
• Referencia 2: Curso de Astronomía General. P.I.Bakulin, E.V.Kononovich, V.I.Moroz. Editorial MIR.