VMS alias Venus Mass Spectrometer bude jedním z pěti přístrojů na palubě sestupového modulu sondy DAVINCI. Ta má startovat v roce 2029 a stane se první americkou sondou, která po 40 letech vstoupí do atmosféry Venuše. Cílem mise je prozkoumat Venuši a určit, zda někdy v historii mohla být obyvatelná. Vědci by také rádi porozuměli, jak je možné, že se proměnila v tak nehostinný svět, jakým je dnes. Atmosférická sonda by měla zhruba hodinu klesat plynným obalem Venuše a během té doby bude pořizovat chemická měření, zaznamenávat údaje o teplotě, tlaku, či větru, ale také v infračervené části spektra snímkovat okolí, než dosedne na povrch planety. Úkolem přístroje VMS bude pohlcovat během sestupu plyny, analyzovat je a poskytovat informace o chemickém složení atmosféry a potenciálních souvislostech s mineralogickým složením povrchu.

Subsystémy uvnitř VMS umožní i přes velmi malé rozměry provádět komplexní chemické experimenty. „Je to vlastně jako kdybychom tam poslali komplexní chemickou laboratoř zmáčknutou do velikosti kufříku,“ popisuje Charles A. Malespin, šéf Planetary Environments Lab na Goddardově středisku v marylandském Greenbeltu a Vedoucí užitečného vybavení přístroje VMS. „Tento přístroj poskytne bezprecedentní měření atmosférického složení Venuše,“ vysvětluje Malespin a dodává: „Nejenže budeme schopni určit zastoupení hlavních plynů, ale budeme také pracovat v řekněme „objevitelském režimu“, ve kterém můžeme změřit další plyny, které by mohly být přítomny ve velmi nízkých koncentracích.“

Vnitřní uspořádání přístroje VMS.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

VMS má být schopen měřit zastoupení vzácných plynů (helium, neon, argon, krypton a xenon), které jsou netečné, bez vůně i barvy. Vědci se o ně zajímají především pro jejich zmíněnou netečnost vůči ostatním prvkům či sloučeninám. Vzácné plyny jsou také stabilní po dlouhou dobu a mohou také přinášet cenné informace o procesech, které probíhaly kdysi dávno. Porovnání měření vzácných plynů na Venuši s podobnými poměry získanými na jiných planetách může přinést cenné střípky poznání do celkové mozaiky. Mohli bychom se dozvědět odpovědi na klíčové otázky – jak se Venuše vyvíjela a proč se nakonec tak moc liší od Země, formovaly se obě planety stejně, byly někdy na Venuši oceány a pokud ano, tak kam zmizely, proč je Venuše tak horká a kdy se začala tolik ohřívat?

Plánovaný průběh přistání pouzdra v rámci návrhu mise DAVINCI+
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Sběrné ventily poslouží k odebrání vzorků plynů z atmosféry Venuše. Část plynů bude přímo analyzována sekcí QMS (Quadrupole Mass Spectrometer), což je takový „nos“ celého přístroje. „Přičichne“ k malému vzorku odebraného plynu a rozdělí materiál na jednotlivé složky. QMS funguje jako hmotnostní filtr, který umožní roztřídění každé molekuly a následné změření množství, ale i určení informací o izotopech (izotopy jsou „verze“ atomů stejného prvku lišící se hmotností, konkrétně množstvím neutronů v jádře). Plyny, jejichž koncentrace je nižší než detekční limity QMS (například těžší vzácné plyny jako krypton a xenon), budou chemicky „obohaceny“ dalším systémem VMS, který se označuje GPS (Gas Processing System). Tento systém využívá sérii chemických pohlcovačů, které odstraňují bohatěji zastoupené druhy a ty méně hojné nechává v tzv. chladné pasti. V ní jsou zmraženy plyny, které nebyly pohlceny, čímž dochází k efektivnímu obohacení množství plynů, které mohou být analyzovány. VMS následně pošle všechny nasbírané a „zkoncentrované“ plyny z chladné pasti do QMS, kde proběhne analýza.

VMS nevzniká na zelené louce. Staví na zkušenostech z vývoje přístrojů, které slouží na dříve realizovaných misích. „Využití technologií, technik a zkušeností z minulých misí je nedocenitelné, když se chystáte na nové místo,“ říká Malespin, který také působí jako zástupce hlavního vědeckého pracovníka přístroje SAM (Sample Analysis at Mars) na palubě roveru Curiosity a dodává: „Při vývoji a provozu planetárních misí jsme se naučili mnoho cenných lekcí. Když máte zkušenosti k neopakování chyb a zlepšení z předešlých lekcí, je to něco, co zlepší Vaši misi.“ VMS bude používat úplně stejný systém QMS, jaký najdeme v přístroji SAM a velmi podobný bude i systém GPS. „Zatímco Venuše a Mars jsou zcela odlišné, naše zkušenosti se SAM nám umožní pracovat efektivně a využít dříve získané zkušenosti pro přípravu a stavbu VMS na misi DAVINCI,“ říká Malespin.

Sestupné pouzdro návrhu DAVINCI+
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Odběrné subsystémy VMS budou muset být upraveny, aby fungovaly ve velmi nehostinné atmosféře Venuše, ve které bychom našli oblaka kyseliny sírové a na povrchu panují teploty dostatečné k roztavení olova. „Tyto změny musíme udělat, abychom zajistili, že klíčové prvky přístroje mohou úspěšně pracovat v novém prostředí a splnit očekávané vědecké úkoly,“ vysvětluje Malespin. Zmíněné změny obnáší přidání vyhřívaných vstupů pro plyny s filtry, což má chránit vstupní ventily před zacpáním a korozí při pohlcování žíravých plynů a částic v oblacích Venuše. „V atmosféře Venuše jsou místa, kde by více korozivní plyny mohly vytvářet kapky. Ty by se mohly usadit u vstupních ventilů a případně je i zacpat. Ohřívané vstupy by se postaraly o vypaření těchto kapek a postaraly se o minimalizaci rizika ucpání,“ popisuje Malespin.

Společně s výše popsaným přístrojem VMS poletí na DAVINCI ještě přístroje VTLS (Venus Tunable Laser Spectrometer), VASI (Venus Atmospheric Structure Investigation) a VenDI (Venus Descent Imager). Všechny tyto přístroje budou uloženy uvnitř sestupové koule s řízeným prostředím. Budou tedy odstíněny od extrémních teplot a také tlaku, který v nejnižších vrstvách více než 90× přesahuje ten pozemský u hladiny moře. Na začátku jsme ale psali o pěti palubních přístrojích, ovšem zatím padla zmínka jen o čtyřech. Na sondě poletí také studentský experiment VfOx, který bude v hlubokých vrstvách atmosféry přímo měřit parciální tlak kyslíku.

Přístroj SAM (Sample Analysis at Mars)
Zdroj: https://svs.gsfc.nasa.gov

Přístroj VMS postaví Goddardovo středisko ve spolupráci s průmyslovými partnery, kteří zajistí klíčové díly celého systému. Hlavní elektronický box dodá SPRL (Space Physics Research Lab) z University of Michigan. Pumpu s velkým rozpětím WRP (Wide Range Pump), která se použije k vytvoření kvalitního vakua na hmotnostním spektrometru, dodá firma Creare z Hanoveru ve státě New Hampshire. Zástupci Goddardova střediska již s experty obou firem spolupracovali na dřívějších misích, které potřebovaly hmotnostní spektrometry včetně SAM na Curiosity. Goddardovo středisko bude také hlavním vědeckým střediskem této mise. Aby toho nebylo málo, bude zajišťovat i projektový management celé mise a návrhy systémů pro vývoj letového hardwaru.

Mise z programu Discovery.
Zdroj: http://historicspacecraft.com/

Mise DAVINCI se bude realizovat v rámci vědeckého programu Discovery, který doplňuje dražší mise „vlajkové lodě“ planetárního průzkumu. Tyto mise mají za cíl přinést mimořádné výsledky díky tomu, že se s menším rozpočtem vypustí více malých misí s kratší dobou vývoje. Hlavními partnery při vývoji mise DAVINCI jsou Lockheed Martin z coloradského Denveru, The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory z marylandského města Laurel, Jet Propulsion Laboratory z kalifornské Pasadeny, Malin Space Science Systems z kalifornského San Diega, Langley Research Center z Hamptonu ve Virginii, Ames Research Center z Moffett Federal Airfield v kalifornském Silicon Valley a KinetX, Inc. z arizonského Tempe.

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/davincinadirprobealpha.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/vms_cad.jpg
https://upload.wikimedia.org/…/DAVINCI_Venus_mission_atmospheric_probe.jpg
https://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a010000/a012900/a012967/poster-VX-61612-01-09-02-38.jpg
http://historicspacecraft.com/Diagrams/P/Discovery_Probes.jpg