Estudiantes de Johns Hopkins ayudan a la NASA a descubrir los misterios de Venus

Muchos de nosotros conocemos la gran cantidad de misiones en marcha a la Luna y Marte. Sin embargo, pocos son conscientes del puñado de misiones planeadas a nuestro vecino planetario: Venus.

Ubicado a unos 60 millones de kilómetros de la Tierra, Venus es el planeta más caliente de nuestro sistema solar, con un efecto invernadero que atrapa el calor hasta tal punto que las temperaturas promedio son sofocantes 870 grados Fahrenheit. Los humanos no pueden sobrevivir en medio de este infierno, pero los científicos sospechan que el planeta «puede haber sido el primer mundo habitable en el sistema solar, con un océano y un clima similar a la Tierra», según la NASA. ¿Qué pasó entonces para alterar tan drásticamente el curso de nuestro vecino cósmico?

A través de su participación en una misión de la NASA conocida como DAVINCI (Investigación de gases nobles, química e imágenes de Venus en atmósfera profunda), los estudiantes de la Universidad Johns Hopkins están ayudando a encontrar pistas sobre la misteriosa evolución del planeta. La misión tiene como objetivo responder preguntas como: ¿Venus alguna vez albergó vida? ¿Cómo es que Venus y la Tierra, que son similares en tamaño y densidad, terminaron siendo tan diferentes? ¿Qué puede enseñarnos la composición atmosférica de Venus sobre el origen y la evolución del planeta?

Los estudiantes universitarios que trabajan en el proyecto están inscritos en un curso de un semestre de duración, Proyecto de Instrumentación de Naves Espaciales, ofrecido por primera vez esta primavera por el Departamento de Instrumentación de la Universidad. Escuela Krieger de Artes y Cienciasy se ofrecerá cada semestre en el futuro. A diferencia de la mayoría de los cursos de ciencia e ingeniería, este posiciona a los estudiantes como conductores de una misión de la vida real, trabajando bajo la guía y supervisión de los profesores para diseñar, probar y operar un sensor de oxígeno que se utilizará en una próxima expedición robótica a Venus. . Los estudiantes también pueden postularse para pasantías y ayudantías docentes y continuar trabajando en DAVINCI una vez finalizado el curso.

Imagen crédito: Will Kirk / Universidad Johns Hopkins

Noam Izenberg, geólogo planetario del Laboratorio de Física Aplicada de Johns Hopkins, encabezó el esfuerzo de varios años para convertir a Johns Hopkins en una institución asociada de la misión DAVINCI de la NASA, cuyo lanzamiento está actualmente programado para 2031, dice Izenberg. Se desempeña como líder del proyecto de la parte universitaria de DAVINCI y también dirige el nuevo curso.

Otros científicos e ingenieros que desarrollaron y ahora ayudan a ejecutar el proyecto y co-impartir el curso incluyen Sara Horstcientífico planetario y profesor asociado en la Escuela Krieger Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias; y David Kraemeringeniero mecánico y profesor asociado de la Universidad Escuela de Ingeniería de Whiting. Además, Stergios Papadakisingeniero eléctrico y científico principal de APL, desempeña un papel clave como ingeniero de sistemas para la instrumentación.

Cuando el equipo propuso el proyecto a la NASA, «no queríamos terminar con algo que requiriera que los profesores y los ingenieros de la misión estuvieran demasiado involucrados en el trabajo y el proceso», explica Izenberg. «En lugar de eso, elegimos intencionalmente un proyecto que no requiriera una gran cantidad de conocimientos previos y que los estudiantes con amplia experiencia en ciencias e ingeniería pudieran realizar de manera efectiva».

Captura de imagen: David Kraemer comparte consejos con la clase

Imagen crédito: Will Kirk / Universidad Johns Hopkins

Hörst añade: «La clase es multidisciplinar y los estudiantes se especializan en diversas áreas de la ciencia y la ingeniería: física, informática, ciencia de datos, ingeniería mecánica, ingeniería de sistemas. Se necesitan todas sus especialidades». En cuanto a los objetivos de la clase, «aprender a comunicarse y trabajar juntos de manera efectiva, a pesar de tener diferentes habilidades e intereses, ese es el verdadero objetivo del curso», dice Izenberg. Otro objetivo es que los estudiantes experimenten las facetas y el flujo de una misión espacial, especialmente «cómo se crean los objetivos científicos de la misión y cómo se desarrollan, prueban y perfeccionan la nave espacial y los sensores», añade.

Kraemer, el ingeniero mecánico del proyecto, dice que considera el año en curso «un momento emocionante e ideal para lanzar un curso como este, dadas las numerosas empresas privadas asociadas con la NASA y [accelerating] exploración espacial.

«Tenemos estudiantes [and alumni] «Trabajar y realizar prácticas en empresas como Blue Origin y SpaceX», continúa. «Necesitan ingenieros y otras personas que puedan desarrollar cosas rápidamente, y este curso es una gran ayuda». [launchpad] para eso. las asignaciones [consist of] cosas reales que deben suceder para una misión real. No están ocupados trabajando».

Qué implica la misión

La misión DAVINCI de la NASA tiene como objetivo medir la composición de la densa atmósfera de Venus y confirmar si el planeta alguna vez tuvo un océano, como sospechan los científicos. Mientras tanto, la parte del proyecto de Johns Hopkins se centra específicamente en una parte de la misión conocida como V.FOx (Venus Oxygen Fugacity), para el cual los estudiantes están desarrollando un sensor para medir la cantidad de oxígeno en la atmósfera inferior de Venus.

«vFOx medirá el oxígeno de forma muy parecida a los sensores utilizados en [internal combustion] «Los coches miden el oxígeno; en este sentido, ya existe la tecnología para medir el oxígeno a altas temperaturas», dice Hörst. Pero la clase no puede simplemente coger un sensor de coche y enviarlo a Venus, sugiere. En cambio, deben adaptar el diseño y materiales para que el sensor pueda sobrevivir en el duro entorno del planeta.

Imagen crédito: Will Kirk / Universidad Johns Hopkins

«La atmósfera de Venus está compuesta principalmente de dióxido de carbono y la temperatura de la superficie es tan alta que algunos metales se derriten», explica Hörst. Otro desafío son las espesas nubes del planeta, que consisten en gran parte en ácido sulfúrico, que puede disolver metales y quemar agujeros en la piel humana. «El viaje a través de la atmósfera superior será difícil, y el sensor tendrá que sobrevivir para llegar a su destino en la atmósfera inferior», dice.

En este momento, el diseño del sensor consta de capas de cerámica que pueden soportar altas temperaturas pero que potencialmente podrían fracturarse si se sacuden durante el turbulento viaje, explica Kraemer. «Los estudiantes deberán determinar: ¿puede este diseño funcionar bien o debemos cambiarlo?» él dice.

Una mirada al interior de la clase.

En el seminario semanal del curso, los estudiantes escuchan atentamente una mañana mientras Izenberg da su opinión sobre una tarea grupal: un análisis del potencial V.FRiesgos del buey. «La gestión de riesgos es en gran medida un proceso de gestión de proyectos; también es un proceso iterativo», explica Izenberg a la clase.

Un panel de ingenieros de la NASA Centro de vuelos espaciales Goddard En Greenbelt, Maryland, sintonice la clase en una pantalla gigante y asista de forma remota para opinar y responder preguntas. «Todos los riesgos que usted identificó [in the assignment] describir algún tipo de falla con el [sensor] alambre», dice Izenberg a los estudiantes.

Dirigiéndose al panel en busca de orientación, pregunta: «¿Cuán específicos debemos ser [in our risk analysis] ¿Sobre los modos de fallo del cable?

La respuesta proviene de Matt Garrison, ingeniero de sistemas de carga útil del equipo DAVINCI de la NASA, quien aconseja a la clase «diferenciar, identificar, las fallas específicas [and determine, for instance]: ¿Es esto un fallo de mano de obra o un fallo de diseño?» El seminario continúa, con Izenberg y sus estudiantes hablando sobre el potencial V.FOx Risks, y Garrison y sus colegas intervienen con ideas y consejos.

Captura de imagen: Michael Radke, becario postdoctoral en el Departamento de Ciencias Planetarias y de la Tierra de Johns Hopkins, y Sarah Hörst analizan la misión a Venus con estudiantes

Imagen crédito: Will Kirk / Universidad Johns Hopkins

Izenberg finaliza la clase presentando una tarea (diseñada para durar varias semanas, dice) para escribir un plan de análisis de prueba para V.FBuey. «Imagínese que una vez que escriba esta prueba, se le pedirá que la realice para validar VFOx», les dice. Las pruebas se llevarán a cabo en APL, sede del Cámara del Medio Ambiente de Venusuna nave de simulación que imita la presión, temperatura y composición atmosférica de Venus.

Los estudiantes están ansiosos por probarlo.

«Nunca imaginé tener acceso a lugares como APL y Goddard cuando era estudiante», dice después de la clase Jeevika Setzer, estudiante de primer año con doble especialización en ingeniería eléctrica y física. «El acceso es increíble: acceso a laboratorios y [testing equipment]además de acceso a los expertos de Goddard que se presentan en persona y por Zoom para hablar con nuestra clase, y a los profesores con décadas de experiencia en misiones espaciales que imparten nuestra clase».

Aunque Setzer aún no sabe si quiere seguir una carrera en ingeniería espacial, dice que el curso la ayudará a decidir y que las habilidades que está adquiriendo allí son transferibles. «También estoy interesado en la ingeniería biomédica, pero los dispositivos y tecnologías biomédicos (casi todos los dispositivos y tecnologías, en realidad) tienen sensores, por lo que todo lo que estoy aprendiendo en este curso puede ayudar independientemente de lo que termine haciendo».

Imagen crédito: Will Kirk / Universidad Johns Hopkins

Asimismo, está perfeccionando sus habilidades en Python, el lenguaje de programación informática que utiliza para escribir scripts para analizar V.FDatos de buey. «Usar mi propio código ha facilitado el análisis», afirma, y añade que también le permite desarrollar lo que está aprendiendo en su clase de Python.

Kyle Dalrymple, un estudiante de tercer año que cursa una especialización en ingeniería mecánica y una especialización en ciencia e ingeniería espacial, dice que la clase y la pasantía de verano que completó el año pasado, cuando trabajó con Izenberg y otros VFLos miembros del equipo Ox, y comenzaron el proceso para asegurar una segunda nave de simulación de Venus para el campus Homewood de Johns Hopkins, han cambiado las reglas del juego.

«Me encantan las ciencias espaciales y la ingeniería espacial… y al principio pensé que tenía que elegir [just one of these areas to pursue]», dijo Dalrymple. «Saber que hay una intersección entre los dos, y que no es solo una intersección de nicho sino algo que está prosperando, realmente me ayuda a seguir una carrera profesional que está muy relacionada con mis intereses. Esta es una gran conclusión».

Dalrymple dice que inicialmente le preocupaba si el curso sería «un proyecto de colaboración estudiantil, con el profesor[s] ¿Solo te digo qué hacer… o te dejarán libre en el extremo opuesto del espectro, sin orientación?

«Ninguno de los dos ha sucedido», afirma. En cambio, «ha habido un gran equilibrio entre la supervisión y supervisión de los profesores, y al permitir a los estudiantes impulsar la ciencia y la ingeniería… y [stay] muy involucrado en la iteración del diseño.»

¿DAVINCI ayudará a descifrar el código en Venus?

Para Dalrymple, «las misiones espaciales no necesariamente hacen exclusivamente lo que están destinadas a hacer», dice. Los datos recopilados en las misiones a menudo terminan conduciendo a «ideas y conclusiones que [scientists didn’t] inicialmente se propuso realizar. Para mí, esa es la parte más apasionante de la ciencia en general».

Aunque Dalrymple y Setzer se habrán graduado hace mucho tiempo de Johns Hopkins cuando DAVINCI parta hacia Venus, ambos dicen que planean estar atentos a la información sobre el lanzamiento de la misión y conectados a la V.FEquipo y proyecto de buey. Los profesores que supervisan el proyecto no lo aceptarían de otra manera, dicen.

«Nuestra filosofía es que, independientemente de lo que estén haciendo los estudiantes con su vida profesional, se les invitará a volver después del lanzamiento y se les dará la oportunidad de participar», afirma Izenberg.

«Tal vez sean analistas de datos, tal vez sean profesores, científicos informáticos, contables, ingenieros o incluso panaderos; en cualquier caso, son parte de nuestro equipo y pueden contribuir».