金星是太阳系中最接近地狱的地方，其地表温度超过460摄氏度，足以熔化铅和锌

　　新浪科技讯 北京时间7月11日消息，据英国广播公司(BBC)网站报道，人类已经许多年没有再尝试过在金星这颗太阳系内环境最为凶险的行星上着陆了。整个金星被一层厚厚的硫酸雾笼罩，其地表温度超过460摄氏度，大气压强超过地球表面90倍以上。在金星上，一些金属，如铅、锌和锡都将熔化为液体，除此之外，几乎整个金星大气层的成分都是令人窒息的二氧化碳。

　　然而这样一颗行星却正在重新引起人们的关注——在2015年，日本“晓”号金星探测器成功进入金星轨道，美国和欧洲也正在规划预计将于2020年代执行的新的金星探测计划。甚至俄罗斯也在考虑延续苏联在上世纪70~80年代期间执行的高度成功的“金星”(Venera)和“韦加”(Vega)探测项目。所有这些探测计划都规划了轨道器，将对金星大气层，磁场以及相关地理情况进行探查。

　　

　　很多地球上使用的半导体材料到了金星表面的恶劣环境下将无法使用，这就为设计能够在金星表面长时间工作的着陆器提出了巨大挑战

　　短命的金星着陆器

　　但是，为了准确了解金星地表相关情况，我们仍然将需要一颗着陆器。着陆器能够分析进行大气、岩石和表面物质的化学成分并通过地震仪的数据来帮助判定金星内部结构。俄罗斯规划中，计划于2025年前后发射的“金星-D”(Venera D)探测器计划携带一颗着陆器，但是根据其携带电池的大小，它在金星表面最多生存3个小时。在此之前在金星表面生存时间的最长记录是由苏联的“金星-13”号保持的，这艘飞船在1982年降落金星并在极其恶劣的环境下坚持了127分钟之久。

　　为了研制一款能够在金星表面生存更久的着陆器——或许可以生存几天的长度——我们将需要足够可靠的电子系统，它必须能够在极高温度下正常工作，并且必须找到让探测器实现降温的可靠方法。另外，降落金星的探测器是不能使用太阳能的，因为金星云层深厚，几乎每天都是阴天。在这样的情况下，携带电池的做法就只能是让着陆器生存非常短的时间了。

　　对于电路问题，美国宇航局正在寻找新型材料用于芯片研发，这种材料应当能够应对高温环境。美国宇航局工程师格雷·亨特(Gary Hunter)表示：“一旦温度超过大约500摄氏度，情况就会开始有所不同。”他说：“我们需要不同的绝缘方式和不同的接触方式，我们必须重头来过，重新设计整个电路。”

　　亨特表示，问题在于很多材料在高温环境下性质会发生变化。比如说，我们一般使用硅作为半导体材料，但在高温环境下(大约300摄氏度以上)，硅开始变成导体，因此对于电子工业其无法应用于这样的环境条件。另一个问题是，即便硅材料电路没有出问题，用于电路之间连接的材料也将是一个问题，在金星那样的高温环境下，很难想象有哪种材料能够不失效。

　　亨特表示美国宇航局正在研究基于碳化硅材料的电路设计方案，这种材料制作的电路将能够在金星的温度环境下生存久的多的时间。但这种材料的缺点就在于，基于这种材料制作的芯片，以其为核心的计算机性能将远远低于现代计算机的水平，根据美国宇航局《金星探测分析组》(Venus Exploration Analysis Group)在2014年发布的一份名为报告中所提到的，基于碳化硅材料的计算机性能大约仅相当于上世纪60年代计算机的水平。亨特表示：“我们这里所谈论的可不是英特尔奔腾系列芯片。”但如果加入一些创新设计，或许这种性能低下的芯片仍然将能够让我们在金星表面获取图像和数据并将其上传到轨道器上，并由后者中继转发至地球。

　　至于目标，亨特表示，就是要打造能够在金星表面顺利运作长达数千小时的探测器设备，这足以撑过金星上的一天(长度约相当于地球上的117天)。

　　

　　美国和欧洲，甚至俄罗斯都正在规划预计将于2020年代执行的新的金星探测计划。图为俄罗斯“金星-D”(Venera D)探测器示意图，该探测器计划于2025年发射

　　斯特林发动机和锂燃料

　　而关于探测器的电力供应问题，来自美国宾夕法尼亚大学的蒂莫西·米勒(Timothy Miller)和米歇尔·保罗(Michael Paul)，以及美国宇航局格林研究中心的史蒂文·奥尔森(Steven Oleson)提议让探测器使用斯特林发动机。

　　斯特林发动机使用其内部舱室内的“低温流体”进行工作，当然这里所说的“低温”是相对而言的，并非表示其真实温度真的很低。这一流体受到一个活塞装置的压缩并进入第二个舱室，在这里这一低温流体被加热。受热后的流体体积膨胀，从而驱动连接于第二个舱室上的活塞装置，随着第二个活塞运动，流体便被再次挤压回第一个舱室，在这里流体的温度再次下降，如此开始新一轮的循环。只要存在热源，这种发动机就能工作。今天斯特林发动机被用于冷却系统，甚至是潜艇，如瑞典海军的“哥特兰”级潜艇便使用了这种发动机作为动力。

　　斯特林发动机技术最早是在1816年由苏格兰牧师罗伯特·斯特林(Robert Stirling)最早开发出来的。米勒和保罗相信这种古老的发动机技术将能够被应用于未来的金星探测计划，他们仔细考虑了相关细节并将他们的设想发表在了《宇航学报》(Acta Astronautica)上。美国宇航局目前已经对这一设想的初步研究提供了资助。

　　米勒表示，斯特林发动机能够提供足够电力来用作电子设备的冷却并为探测仪器供电，这样它们工作的时间就要比那些使用电池供电的探测器要长得多。而关于斯特林发动机内部使用的“低温流体”，目前认为比较理想的选择是氦气，因为相比其他气体，氦气的热传导能力特别好，并且是一种惰性气体，安全性好。

　　然而，电力供应还并非唯一需要考虑的问题：斯特林发动机需要燃料。米勒和他的研究组决定使用锂，这种金属能够在充满氮气和二氧化碳的大气中燃烧——根据目前的数据，金星大气层中大约96%是二氧化碳，其余4%是氮气。另外，锂金属在大约摄氏180摄氏度时就会熔化为液体，因此在金星上锂可以作为一种非常理想的液体燃料，并且很容易“燃烧”。

　　而为了尽可能减轻从地球上发射的质量，我们唯一需要随身携带的东西就是锂而已。根据米勒的计算结果，如果我们携带50公斤重的锂，将足够让着陆金星的探测器在金星地表坚持两天。

　　这台引擎将被设计成单活塞系统，其一侧是冷却舱，另一侧是高温舱，如此便可以驱动活塞左右移动从而产生电力。到目前为止米勒和他的研究组已经研制出的小型原理样机并在4~5个大气压环境下进行了模拟测试。研究组目前还在继续争取后续资金支持以便开展模拟金星地表环境下的测试工作。

　　另外，锂也不会造成污染问题。这对于一个无人居住的行星而言似乎是一个奇怪的问题，多此一举，但这对于科学而言却非常重要。米勒表示：“我们想要做的是，如果我们发射一颗探测器或者执行某项任务，我们都必须确保我们不会排放任何气体，因为这将可能污染探测器周围的大气环境。”

　　当锂在二氧化碳大气中燃烧时会产生碳酸锂。这就意味着当着陆器在对金星大气金星分析时，其分析数据不会被自己排放的废气污染而出现误差。如果米勒的研究组能够证明他们的系统能够在90个大气压环境下顺利工作，那将是金星探测领域的一项重大利好消息。

　　从很多方面看，金星和地球都非常相似。这两颗行星的直径大小相当，相差仅有几个百分点；金星的质量大约相当于地球的81%；当它们形成时，它们诞生的位置在太阳星云中相互非常靠近，因此两者的化学成分也应当是非常相近的。如果我们能够研制出能在金星表面环境下长期工作的探测器，那对于我们揭开一个长期困扰科学界的谜团将大有助益，那就是：为何两颗原本相似的星球，一颗最终成为了生命的家园，而另一颗却成为了——用美国著名行星科学界卡尔·萨根的话来说：“最接近地狱的地方”。(晨风)