Венера, со средней температурой 450 °C, атмосферным давлением в 92 раза выше земного и осадками из серной кислоты, наиболее непригодная для поисков признаков жизни средой в Солнечной системе. Неудивительно, что космические агентства, начиная с начала эры космического полёта, испытывают большие трудности при исследовании атмосферы Венеры.

Тем не менее, существует множество предложений о миссиях, которые могли бы пробыть в адской среде Венеры достаточно долго, чтобы выполнить миссию по возвращению образца. Одно из таких предложений представлено авиационным инженером Геоффри Лэндисом и его коллегами из NASA Glenn Research Center (Центр космических исследования NASA имени Гленна). Их предложенная концепция была отобрана для программы NIAC NASA «Новаторские передовые концепции» 2024 года. Концепция включает в себя самолёт, который сможет создавать для себя топливо прямо из атмосферы Венеры и отправлять образцы.

Художественное изображение возвращения образца с поверхности Венеры. Источник: Geoffrey Landis

Идею самолёта для Венере Лэндис и его коллеги разрабатывали около двадцати лет. В своей первой статье, опубликованной в 2001 году, Лэндис указал, как такой летательный аппарат может безопасно исследовать область над облачным покровом Венеры  — примерно на высоте 60 километров над поверхностью. На этой высоте солнечная интенсивность «сравнима или превышает земную», а атмосферное давление делает полёт легче, чем на Марсе. Лендис также указал, что медленное вращение Венеры гарантирует, что самолёт будет находиться при постоянном солнечном свете и не потребует запасной энергии для полёта в ночное время. В следующей статье, опубликованной в 2003 году, Лэндис и его коллеги представили технические характеристики потенциального флота солнечно-энергетических самолётов. Два года спустя, в 2005 году состоялась публикация, в которой авторы выступили за миссию по изучению атмосферы Венеры на расстоянии 50-75 километров от поверхности.

Эта область является частью «средней атмосферы» Венеры, где температура варьируется от -100 °C до 30-70 °C, и контакт с серной кислотой будет минимальным. Более того, благодаря медленному вращению (243 дня), самолёт, летящий над облачным покровом, также будет находиться в постоянном дневном свете. Как рассказал Лэндис: «Средняя атмосфера Венеры является наиболее неизученным регионом планеты, и просто полёт в этой области может привести к интересным научным результатам. Самолёты имеют преимущество в том, что имеют полный контроль над полётом  и летят туда, куда вы их направите, а не туда, куда приведёт ветер. Для взятия образца самолёт даст возможность осуществить контролируемую встречу с возвращающейся ракетой».

Лэндис представил архитектуру миссии, включающую поверхностных роботов и самолёт. В то время как роботы будут исследовать поверхность в течение 50 дней, самолёт будет изучать атмосферу Венеры на высоте чуть выше облачного покрова. С этого момента Лэндис и его коллеги начали рассматривать новейшие достижения в области материаловедения, которые позволили бы осуществить миссию.

В 2008 году Лэндис и его команда представили свою новаторскую концепцию самолёта для исследования Венеры на встрече научно-технического комитета NASA. Этот проект отличался амбициозностью и уникальными характеристиками, что привлекло внимание и интерес космического сообщества.

Предложенный самолёт имеет внушительные размеры: размах крыльев 9 метров, а длина – 7 метров. Но самое интересное заключается в его складном дизайне, который позволяет упаковать аппарат в аэрогелевую оболочку для доставки на другую планету. Это решение отличает его от других предложений, таких как воздушные шары и зонды, и даст значительные преимущества в исследовании атмосферы Венеры.

С самого начала проекта Лэндис и его команда продолжали совершенствовать концепцию самолёта, проводя различные исследования. В последней версии, выбранной для разработки первой фазы программы NIAC NASA, самолёт будет использовать смесь, основанную на оксиде углерода в качестве основы топлива.

Главной инновацией в этом проекте является возможность производства топлива прямо на месте – на атмосфере Венеры. Исследователи предложили использовать технологию, которая позволит самолёту извлекать топливо из атмосферных ресурсов Венеры. Это открывает новые горизонты для будущих миссий не только на Венеру, но и на другие планеты с атмосферами, где также можно использовать эту методику.

Как отмечает Лэндис: «Мы рассматривали возможность производства топлива на планете для других космических миссий и стали задумываться, где ещё можно использовать эту технологию, которая сделает нашу миссию по-настоящему значимой. Так возникла идея миссии сбора образцов с Венеры». Это означает, что самолёт не только сможет изучать атмосферу и поверхность Венеры, но и производить необходимое топливо на месте для поддержания миссии на планете.

Кроме того, команда Лэндиса работает над компонентами, которые позволят самолёту взаимодействовать с экстремальными условиями атмосферы Венеры и поверхности планеты. Так, миссия не только позволит собирать образцы Венеры, но и принесёт научную ценность для астробиологии. Лэндис говорит: «Недавнее открытие фосфида в облаках Венеры делает задумку о сборе образцов с облаков ещё более захватывающей». Это открывает новые перспективы для понимания возможности наличия жизни в атмосфере Венеры.

Теперь, после получения финансирования для первой фазы проекта, Лэндис и его команда фокусируются на детализации планов и разработке операционной концепции, которая согласует все компоненты миссии и подтвердит её выполнимость.