作者:马特·威廉姆斯，今日宇宙
该航天器将每四到六天环绕金星一周，在被太阳照亮的行星一侧，太阳能电池板每两到三天充电一次
学分:布法罗大学速成实验室 根据多条证据线，金星曾经是一颗与今天大不相同的行星
但是大约5亿年前，一次大规模的表面重修事件引发了失控的温室效应，导致了我们今天在那里看到的有毒和地狱般的环境
因此，对金星的研究提供了一个模拟行星环境演变的机会，可以作为未来其他行星可能发生什么的参考
在未来几年，美国宇航局计划向金星发射轻于空气的任务，探索云顶上方的大气，那里的温度稳定，大气压力与地球相当
在美国国家航空航天局的支持下，西弗吉尼亚大学(WVU)的工程师们正在开发软件，使基于气球的空中机器人能够在小型车队中探测金星的大气层
这项研究由WVU大学机械和航天工程系的两位副教授古伊列梅·佩雷拉和古玉领导
贝尔纳多·马丁内斯·小罗卡莫拉加入了他们的行列
、杨和安娜·普伊格韦特·胡安，两位航空航天和机械工程博士研究生和一位机械工程硕士研究生(分别为)
他们的研究得到了美国宇航局促进竞争研究既定项目10万美元的资助
探索云顶 科学家对金星着迷的部分原因是它与地球的相似之处
事实上，金星被通俗地称为地球的“姐妹行星”，因为它也是一个主要由硅酸盐矿物和金属组成的陆相天体，这些矿物和金属分为金属核和硅酸盐地幔和地壳
然而，金星的大气层是一个完全不同的故事
除了热到足以融化铅——平均温度为464摄氏度(867华氏度)——它还有一个密度是地球90多倍的大气层
但是在离地面50到70公里(30到45英里)的高度，金星大气的温度和压力与地球相似
这为利用轻于空气的飞行器进行大气研究提供了机会
提案包括美国宇航局的高海拔金星运行概念，这是一系列为期30天的载人任务的概念，将使用比空气轻的大型飞行器探索金星的高层大气
虽然这个项目不再活跃，但它激发了后来的提议，比如金星大气机动平台(VAMP)，这是美国宇航局和其商业伙伴诺斯罗普·格鲁曼公司正在开发的混合飞艇
这些概念依靠浮力和空气动力学寿命来控制它们的高度，允许它们在白天像飞机一样飞行(使用太阳能为电池供电)，在晚上漂浮以节省能量
然而，到目前为止，还没有人努力去开发能让这些飞行器自主行动的软件
作为教授
佩雷拉在最近的《今日WVU》新闻稿中解释说: “该项目的主要目标是提出一个软件解决方案，允许混合飞行器探索金星大气层
虽然混合动力汽车是在这个项目之前提出的，但我们不知道是否已经开发了任何软件
我们项目的一个想法是通过规划节能路径来延长车辆的电池寿命，从而使它也能在夜间飞行
" 导航金星的大气层 佩雷拉和顾目前正在开发的软件套件将有三个主要目标:优化旅行路线，将特技飞行机器人定位在金星大气中，以及协调特技飞行机器人车队一起工作
第一个目标是创建一个“运动刨床”，它将在飞行器的计算机上运行，并允许优化旅行
当美国宇航局的科学小组命令飞行器从一个位置飞到另一个位置时，该软件将选择最大限度减少能量消耗并利用当地风力的路线
佩雷拉说:“运动规划器将通过了解飞行器的动力学、太阳能电池板和电池的特性以及金星大气层的特性来创建。”
考虑到飞行器的动力学，规划者将只考虑给定飞行器某些输入的可行运动，例如来自螺旋桨的推力或操纵面的偏转
" 为此，该软件必须考虑飞行器太阳能电池板、电池和太阳强度的互操作性
这将使它能够确定车辆需要多少电量来为其系统供电，以及充电速度将会是怎样的
佩雷拉解释说，有了这些模型，运动规划者将计算出特技飞行最节能的路线: “对大气的了解为机器人提供了风向和风速、压力、温度和太阳强度等参数
我们正试图提出一个最佳的能源策略
这一点很重要，因为飞行器将在四天左右绕金星大气层飞行
它将长时间暴露在这个星球黑暗面的无光环境中，它需要有足够的能量来度过这些时期
" 运动规划者还将比较飞行器的位置信息、期望的目标位置以及这两个位置之间的大气条件信息
例如，如果风的方向与飞机到达目的地的路径相同，它会选择这条路线而不是另一条会产生风阻的路线
佩雷拉补充说:“从初始位置开始，规划者将模拟特技飞行员可能做出的不同动作，并根据前面提到的数量关联每一个动作的成本。”
“此后，运动规划者将继续以更低的成本传播飞行器的运动，创造一棵可能性之树，直到我们到达目的地
" 第二个目标，在金星大气中定位飞行机器人，更加复杂
目前，金星周围的轨道上没有全球定位系统卫星，这使得定位变得困难
因此，佩雷拉和顾正在设计他们的软件套件，以便能够使用来自其他车辆和地球地图的信息
这将允许几个特技飞行人员在金星云顶导航时跟踪他们的位置
第三个目标是协调车辆，以提供更好的定位，使他们能够更好地估计金星的大气条件
为此，佩雷拉和顾依赖于美国宇航局金星大气的风模型，该模型是从先锋金星任务、卡西尼-惠更斯号、信使号和欧空局金星快车等任务获得的数据中创建的
他们还计划为每架飞机配备风传感器，以估计当地的风速和风向
佩雷拉说，通过共享来自多个地点的数据，一队特技飞行人员将更好地了解整体风型及其在大气中的空间分布: “气流的重要性与这样一个事实有关，即它可以被用来将飞行器带到期望的位置
就像短跑运动员在奥运会上遇到顺风时取得更好的成绩一样
如果风向朝着飞机的目标，飞行器的运动将受到风的帮助，因此，路径将更有能量效率
" 展望未来，佩雷拉和顾计划开发一个金星大气模拟器，以评估他们的软件和飞行器的功能
佩雷拉说:“几次对金星的探测任务收集了风、温度、压力和空气密度的数据。”
“这些信息然后被用来创建一个模拟器，在这里，给定车辆的纬度、经度和高度，我们计算所有作用在车辆上的力
" 佩雷拉和顾估计，该飞行器的浮力将阻止其下降到50公里(31英里)的高度以下，并且(在巡航高度下)寿命将为几个月到一年
通过这次和其他金星探测任务获得的数据有望揭示该行星大气的演变，金星仍有火山活动的可能性，并为处理地球上的温室效应提供线索
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