Instrument VASI (Venus Atmospheric Structure Investigation) na pokładzie należącej do NASA misji Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging, czyli DAVINCI, wraz z innymi instrumentami tej misji, ma na celu zbadanie tajemniczej atmosfery Wenus, malując jej bardziej szczegółowy obraz niż kiedykolwiek wcześniej.
VASI zostanie zainstalowany na kuli zstępującej misji DAVINCI, która będzie spadać przez atmosferę Wenus. Sfera zstępująca zawiera wyrafinowany zestaw pięciu instrumentów, w tym VASI, wspólnie zaprojektowanych do badania właściwości atmosfery i mierzenia, jak zmieniają się one podczas jej opadania.
Pomiary VASI dostarczą nowych informacji o temperaturze, ciśnieniu i wiatrach na Wenus, a także zapewnią podstawowe odniesienie wysokościowe dla instrumentów składu atmosfery podczas zanurzania się w żarzącą, miażdżącą atmosferę Wenus.
„W rzeczywistości istnieje kilka dużych zagadek dotyczących głębokiej atmosfery Wenus”, powiedział Ralph Lorenz, naukowiec z Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) w Laurel, Maryland, który jest kierownikiem naukowym instrumentu VASI. „Nie mamy wszystkich elementów tej układanki i DAVINCI da nam te elementy mierząc skład jednocześnie z ciśnieniem i temperaturą w miarę zbliżania się do powierzchni”.
Wśród wielu tajemnic gęstej wenusjańskiej atmosfery jest jej struktura, jak wulkany mogły oddziaływać z atmosferą i co ta interakcja może nam powiedzieć o przyszłości Ziemi.
„Długoterminowa możliwość zamieszkania naszej planety, tak jak ją rozumiemy, spoczywa na sprzężeniu wnętrza i atmosfery” – powiedział Lorenz. „Długotrwała obfitość dwutlenku węgla w naszej atmosferze, na której naprawdę polegamy, że utrzymywała powierzchnię Ziemi na tyle ciepłą, aby nadawała się do zamieszkania w czasie geologicznym, opiera się na wulkanach”. Jednym z kluczowych pytań jest to, czy wulkany są nadal aktywne na Wenus. Szczegółowe, rozwiązane wysokościowo pomiary temperatur atmosferycznych, wiatrów i składu przyczynią się do odpowiedzi na to pytanie.
Jednak chmury kwasu siarkowego, ciśnienie atmosferyczne na powierzchni około 90 razy wyższe niż na Ziemi i temperatury na powierzchni około 900 F (około 460 C) sprawiają, że Wenus jest niewiarygodnie trudna do zbadania, a stworzenie instrumentów, które mogą wykonywać czułe pomiary, będąc wystawione na działanie surowego środowiska Wenus, jest zadaniem herkulesowym. Z tego powodu większość czujników i innych podsystemów DAVINCI jest zamknięta w opadającej kuli zbudowanej jak łódź podwodna, z mocną konstrukcją, aby wytrzymać intensywne ciśnienie atmosferyczne i skuteczną izolacją, aby osłonić te systemy przed intensywnym ciepłem w pobliżu powierzchni Wenus. Jednak czujniki VASI muszą być bezpośrednio wystawione na działanie tych trudnych warunków, aby wykonać swoją pracę.
„Wenus jest trudna. Warunki, szczególnie nisko w atmosferze, sprawiają, że bardzo trudne jest zaprojektowanie oprzyrządowania i systemów wspierających oprzyrządowanie” – powiedział Lorenz. „Wszystko to musi być albo chronione przed środowiskiem, albo jakoś zbudowane tak, aby je tolerować”.
W miarę jak kula będzie schodzić w kierunku powierzchni Wenus, VASI będzie rejestrować zmiany temperatury atmosfery za pomocą czujnika temperatury owiniętego w cienką metalową rurkę, przypominającą słomkę. Atmosfera podgrzewa rurkę, którą czujnik mierzy i rejestruje, będąc jednocześnie chronionym przed korozyjnym środowiskiem.
Jednocześnie VASI będzie mierzył ciśnienie atmosferyczne za pomocą małej silikonowej membrany zamkniętej w instrumencie. Z jednej strony membrany znajduje się próżnia, a z drugiej atmosfera Wenus, która będzie naciskać na membranę i rozciągać ją. To rozciągnięcie zostanie zmierzone i wykorzystane do obliczenia siły ciśnienia.
VASI będzie również mierzyć prędkość i kierunek wiatru wykorzystując kombinację akcelerometrów i żyroskopów zainstalowanych w opadającej sferze, plus śledzenie dopplerowskie. Akcelerometry mierzą zmiany prędkości i kierunku, podczas gdy żyroskopy mierzą zmiany orientacji. Śledzenie dopplerowskie również mierzy zmiany prędkości i kierunku poprzez pomiar zmiany częstotliwości sygnału radiowego z nadajnika w sferze opadania, podobnie jak syrena karetki pogotowia zmienia wysokość dźwięku w trakcie jazdy.
Różne czujniki i obudowy dla VASI są montowane przez Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA w Greenbelt, Maryland, pod kierownictwem naukowym Lorenza z APL. Pomiary dopplerowskie są realizowane w systemie radiowym DAVINCI, który jest zbudowany w APL.
NASA Goddard jest główną instytucją badawczą dla DAVINCI i będzie zarządzać projektem misji, dostarczać instrumenty naukowe, jak również inżynierię systemów projektowych, aby rozwinąć sferę opadającą. Goddard kieruje również zespołem wsparcia naukowego projektu z zewnętrznym zespołem naukowym z całych Stanów Zjednoczonych i z udziałem międzynarodowym.
