Alunos da Johns Hopkins ajudam a NASA a desvendar os mistérios de Vênus

Muitos de nós sabemos sobre a série de missões em curso para a Lua e Marte. Poucos estão cientes, no entanto, das poucas missões planeadas para o nosso vizinho planetário: Vénus.

Localizado a respeito de 38 milhões de milhas da Terreno, Vênus é o planeta mais quente do nosso sistema solar, com um efeito estufa que retém o calor a tal ponto que as temperaturas médias são de sufocantes 870 graus Fahrenheit. Os humanos não conseguem sobreviver neste inferno, mas os cientistas suspeitam que o planeta “pode ter sido o primeiro mundo habitável no sistema solar, completo com um oceano e um clima semelhante ao da Terreno”, segundo a NASA. O que aconteceu, portanto, para modificar tão drasticamente o curso do nosso vizinho cósmico?

Através do seu envolvimento numa missão da NASA conhecida uma vez que DAVINCI (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble Gases, Chemistry, and Imaging), estudantes da Universidade Johns Hopkins estão a ajudar a encontrar pistas sobre a misteriosa evolução do planeta. A missão pretende responder a questões uma vez que: Vénus alguma vez abrigou vida? Porquê é que Vénus e a Terreno, que são semelhantes em tamanho e densidade, acabaram por ser tão diferentes? O que a formação atmosférica de Vênus pode nos ensinar sobre a origem e evolução do planeta?

Os alunos de graduação que trabalham no projeto estão matriculados em um curso semestral, Projeto de Instrumentação de Naves Espaciais, oferecido pela primeira vez nesta primavera pela Escola Krieger de Artes e Ciências da universidade, e a ser oferecido a cada semestre daqui para frente. Ao contrário da maioria dos cursos de ciências e engenharia, oriente posiciona os alunos uma vez que condutores de uma missão da vida real, trabalhando sob a orientação e supervisão do corpo docente para projetar, testar e operar um sensor de oxigênio que será usado em uma próxima expedição robótica a Vênus. . Os alunos também podem se inscrever para estágios e assistentes docentes – e continuar trabalhando no DAVINCI em seguida o término do curso.

Noam Izenberg, geólogo planetário do Laboratório de Física Aplicada da Johns Hopkins, liderou o esforço plurianual para tornar a Johns Hopkins uma instituição parceira da missão DAVINCI da NASA, que está atualmente programada para ser lançada em 2031, diz Izenberg. Ele atua uma vez que líder do projeto da secção universitária do DAVINCI e também lidera o novo curso.

Outros cientistas e engenheiros que desenvolveram e agora ajudam a executar o projeto e co-ministram o curso incluem Sarah Hörst, observador planetária e professora associada do Departamento de Ciências da Terreno e Planetárias da Escola Krieger; e David Kraemer, engenheiro mecânico e professor associado da Whiting School of Engineering. Outrossim, Stergios Papadakis, engenheiro elétrico e principal observador da APL, desempenha um papel fundamental uma vez que engenheiro de sistemas para instrumentação.

Quando a equipe propôs o projeto à NASA, “não queríamos terminar com alguma coisa que exigisse que o corpo docente e os engenheiros da missão estivessem excessivamente envolvidos no trabalho e no processo”, explica Izenberg. “Em vez disso, escolhemos propositadamente um projeto que não exigisse muito conhecimento prévio – e que estudantes com ampla experiência em ciências e engenharia pudessem realizar com eficiência.”

Hörst acrescenta: “A turma é multidisciplinar, com alunos se especializando em diversas áreas da ciência e da engenharia – física, ciência da computação, ciência de dados, engenharia mecânica, engenharia de sistemas. Todas as suas especialidades são necessárias.” Quanto aos objetivos da lição, “aprender a legar e a trabalhar em conjunto de forma eficiente, apesar de terem competências e interesses diferentes – oriente é o verdadeiro objetivo do curso”, afirma Izenberg. Outro objetivo é que os alunos experimentem as facetas e o fluxo de uma missão espacial, principalmente “uma vez que os objetivos científicos da missão são criados e uma vez que a espaçonave e os sensores são desenvolvidos, testados e refinados”, acrescenta.

Kraemer, o engenheiro mecânico do projeto, diz que considera o ano em curso “um momento emocionante e ideal para lançar um curso uma vez que oriente, dadas as muitas empresas privadas em parceria com a NASA e [accelerating] exploração espacial.

“Temos alunos [and alumni] trabalhando e estagiando em empresas uma vez que Blue Origin e SpaceX”, continua ele. “Eles precisam de engenheiros e outras pessoas que possam desenvolver coisas rapidamente, e oriente curso é um ótimo [launchpad] por isso. As atribuições [consist of] coisas reais que precisam sobrevir para uma missão real. Eles não estão ocupados com o trabalho.”

O que a missão envolve

A missão DAVINCI da NASA pretende medir a formação da densa atmosfera de Vénus e confirmar se o planeta alguma vez teve um oceano, uma vez que os cientistas suspeitam. Enquanto isso, a secção do projeto da Johns Hopkins concentra-se especificamente em uma secção da missão conhecida uma vez que VfOx (Venus Oxygen Fugacity), para o qual os alunos estão desenvolvendo um sensor para medir a quantidade de oxigênio na baixa atmosfera de Vênus.

“VfOx medirá o oxigênio de forma muito semelhante aos sensores usados ​​em [internal combustion] os carros medem o oxigênio – nesse sentido, já existe tecnologia para medir o oxigênio em altas temperaturas”, diz Hörst. Mas a turma não pode simplesmente pegar um sensor de carruagem e enviá-lo para Vênus, ela sugere. Em vez disso, eles devem ajustar o design e materiais para que o sensor possa sobreviver no envolvente hostil do planeta.

“A atmosfera venusiana é composta principalmente de dióxido de carbono e a temperatura da superfície é tão subida que alguns metais derretem”, explica Hörst. Outro repto são as nuvens espessas do planeta, que consistem em grande secção de ácido sulfúrico, que pode dissolver metais e furar buracos na pele humana. “A viagem pela subida atmosfera será difícil e o sensor precisará sobreviver a isso para chegar ao seu fado na baixa atmosfera”, diz ela.

No momento, o design do sensor consiste em camadas de cerâmica que podem suportar altas temperaturas, mas podem fraturar quando sacudidas durante a viagem turbulenta, explica Kraemer. “Os alunos precisarão mandar: esse projeto pode dar conta do recado ou precisamos alterá-lo?” ele diz.

Uma olhada por dentro da lição

No seminário semanal do curso, certa manhã, os alunos ouvem atentamente enquanto Izenberg dá seu feedback sobre uma tarefa de grupo: uma estudo do potencial VfRiscos do boi. “O gerenciamento de riscos é em grande secção um processo de gerenciamento de projetos; é também um processo iterativo”, disse Izenberg à turma.

Um tela de engenheiros do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, sintoniza em uma tela gigante, participando da lição remotamente para calcular e responder perguntas. “Todos os riscos que você identificou [in the assignment] descrever qualquer tipo de falta com o [sensor] fio”, diz Izenberg aos estudantes.

Voltando-se para o tela em procura de orientação, ele pergunta: “Quão específicos precisamos ser [in our risk analysis] sobre os modos de falta do fio?”

A resposta vem de Matt Garrison, engenheiro de sistemas de fardo útil da equipe DAVINCI da NASA, que aconselha a turma “a diferenciar, a identificar, as falhas específicas [and determine, for instance]: Isso é uma falta de fabricação ou de projeto?” O seminário continua, com Izenberg e seus alunos conversando sobre potenciais VfOx arrisca, e Garrison e seus colegas colaboram com insights e conselhos.

Izenberg encerra a lição apresentando uma tarefa – projetada para levar várias semanas, diz ele – para redigir um projecto de estudo de teste para V.fBoi. “Imagine que depois de redigir oriente teste, você será solicitado a realizá-lo para validar VfBoi”, diz ele. Os testes serão realizados no APL, sede da Câmara Ambiental de Vênus, uma embarcação de simulação que imita a pressão, a temperatura e a formação atmosférica de Vênus.

Os alunos estão ansiosos para testar.

“Nunca imaginei ter aproximação a lugares uma vez que APL e Goddard na graduação”, disse Jeevika Setzer, aluna do primeiro ano com especialização dupla em engenharia elétrica e física, em seguida a lição. “O aproximação é incrível – aproximação a laboratórios e [testing equipment]além de aproximação aos especialistas Goddard que aparecem pessoalmente e pelo Zoom para conversar com nossa turma, e aos professores com décadas de experiência em missões espaciais ministrando nossas aulas.”

Embora Setzer ainda não saiba se deseja seguir curso em engenharia espacial, ela diz que o curso a ajudará a determinar e que as habilidades que ela está adquirindo são transferíveis. “Também estou interessado em engenharia biomédica, mas dispositivos e tecnologias biomédicas – quase todos os dispositivos e tecnologias, na verdade – têm sensores, portanto tudo que estou aprendendo neste curso pode ajudar, independentemente do que eu fizer.”

Da mesma forma, ela está aprimorando suas habilidades em Python, a linguagem de programação de computador que ela usa para redigir scripts para indagar V.fDados do boi. “Usar meu próprio código tornou a estudo mais fácil”, diz ela, acrescentando que também permite que ela desenvolva o que está aprendendo em suas aulas de Python.

Kyle Dalrymple, um júnior cursando engenharia mecânica e especialização em ciência e engenharia espacial, diz que a turma e o estágio de verão que completou no ano pretérito, quando trabalhou com Izenberg e outros VfOs membros da equipe Ox – e iniciaram o processo para prometer uma segunda nave de simulação de Vênus para o campus Homewood da Johns Hopkins – foram uma viradela de jogo.

“Eu absolutamente senhor a ciência espacial e a engenharia espacial… e originalmente pensei que precisava escolher [just one of these areas to pursue]”, disse Dalrymple. “Saber que há uma interseção entre os dois, e não é exclusivamente uma interseção de nicho, mas alguma coisa que está prosperando, realmente me ajuda a seguir uma curso que está muito de congraçamento com meu interesse. Esta é uma grande prelecção.”

Dalrymple diz que inicialmente se preocupou se o curso seria um “projeto de colaboração estudantil, com o professor[s] exclusivamente lhe dizendo o que fazer… ou você será libertado no extremo oposto do espectro, sem orientação?

“Nem aconteceu”, diz ele. Em vez disso, “tem havido um grande estabilidade entre a supervisão e a supervisão do professor, e ao permitir que os alunos conduzam a ciência e a engenharia… e [stay] muito envolvido na iteração do design.”

DAVINCI ajudará a interpretar o código de Vênus?

Para Dalrymple, “as missões espaciais não fazem necessariamente o que pretendem fazer exclusivamente”, diz ele. Os dados recolhidos em missões muitas vezes acabam por conduzir a “insights e conclusões que [scientists didn’t] inicialmente se propôs a fazer. Essa é a secção mais emocionante da ciência em universal para mim.”

Embora Dalrymple e Setzer já tenham se formado na Johns Hopkins há muito tempo quando DAVINCI partir para Vênus, ambos dizem que planejam permanecer atentos às informações sobre o lançamento da missão e conectados ao VfEquipe e projeto do Boi. O corpo docente que supervisiona o projeto não aceitaria de outra maneira, dizem eles.

“Nossa filosofia é que não importa o que os alunos estejam fazendo em suas vidas profissionais, eles serão convidados a voltar em seguida o lançamento e terão a oportunidade de se envolver”, diz Izenberg.

“Talvez sejam analistas de dados, talvez sejam professores, ou cientistas da computação, contadores, engenheiros ou até padeiros – seja qual for o caso, eles fazem secção da nossa equipe e podem contribuir.”