人類已經許多年沒有再嘗試過在金星這顆太陽系內環境最為兇險的行星上著陸了。整個金星被一層厚厚的硫酸霧籠罩，其地表溫度超過460攝氏度，大氣壓強超過地球表面90倍以上。在金星上，一些金屬，如鉛、鋅和錫都將熔化為液體，除此之外，幾乎整個金星大氣層的成分都是令人窒息的二氧化碳。
然而這樣一顆行星卻正在重新引起人們的關注——在2015年，日本「曉」號金星探測器成功進入金星軌道，美國和歐洲也正在規劃預計將於2020年代執行的新的金星探測計劃。甚至俄羅斯也在考慮延續蘇聯在上世紀70~80年代期間執行的高度成功的「金星」和「韋加」探測項目。所有這些探測計劃都規劃了軌道器，將對金星大氣層，磁場以及相關地理情況進行探查。
短命的金星著陸器
但是，為了準確了解金星地表相關情況，我們仍然將需要一顆著陸器。著陸器能夠分析進行大氣、巖石和表面物質的化學成分並通過地震儀的數據來幫助判定金星內部結構。俄羅斯規劃中，計劃於2025年前後發射的「金星-D」(Venera D)探測器計劃攜帶一顆著陸器，但是根據其攜帶電池的大小，它在金星表面最多生存3個小時。在此之前在金星表面生存時間的最長記錄是由蘇聯的「金星-13」號保持的，這艘飛船在1982年降落金星並在極其惡劣的環境下堅持了127分鐘之久。
為了研製一款能夠在金星表面生存更久的著陸器——或許可以生存幾天的長度——我們將需要足夠可靠的電子系統，它必須能夠在極高溫度下正常工作，並且必須找到讓探測器實現降溫的可靠方法。另外，降落金星的探測器是不能使用太陽能的，因為金星雲層深厚，幾乎每天都是陰天。在這樣的情況下，攜帶電池的做法就只能是讓著陸器生存非常短的時間了。
對於電路問題，美國宇航局正在尋找新型材料用於晶片研發，這種材料應當能夠應對高溫環境。美國宇航局工程師格雷·亨特表示：「一旦溫度超過大約500攝氏度，情況就會開始有所不同。」他說：「我們需要不同的絕緣方式和不同的接觸方式，我們必須重頭來過，重新設計整個電路。」
亨特表示，問題在於很多材料在高溫環境下性質會發生變化。比如說，我們一般使用矽作為半導體材料，但在高溫環境下(大約300攝氏度以上)，矽開始變成導體，因此對於電子工業其無法應用於這樣的環境條件。另一個問題是，即便矽材料電路沒有出問題，用於電路之間連接的材料也將是一個問題，在金星那樣的高溫環境下，很難想像有哪種材料能夠不失效。
亨特表示美國宇航局正在研究基於碳化矽材料的電路設計方案，這種材料製作的電路將能夠在金星的溫度環境下生存久的多的時間。但這種材料的缺點就在於，基於這種材料製作的晶片，以其為核心的計算機性能將遠遠低於現代計算機的水平，根據美國宇航局《金星探測分析組》在2014年發布的一份名為報告中所提到的，基於碳化矽材料的計算機性能大約僅相當於上世紀60年代計算機的水平。
亨特表示：「我們這裡所談論的可不是英特爾奔騰系列晶片。」但如果加入一些創新設計，或許這種性能低下的晶片仍然將能夠讓我們在金星表面獲取圖像和數據並將其上傳到軌道器上，並由後者中繼轉發至地球。
至於目標，亨特表示，就是要打造能夠在金星表面順利運作長達數千小時的探測器設備，這足以撐過金星上的一天(長度約相當於地球上的117天)。
斯特林發動機和鋰燃料
而關於探測器的電力供應問題，來自美國賓夕法尼亞大學的蒂莫西·米勒和米歇爾·保羅，以及美國宇航局格林研究中心的史蒂文·奧爾森提議讓探測器使用斯特林發動機。
斯特林發動機使用其內部艙室內的「低溫流體」進行工作，當然這裡所說的「低溫」是相對而言的，並非表示其真實溫度真的很低。這一流體受到一個活塞裝置的壓縮並進入第二個艙室，在這裡這一低溫流體被加熱。
受熱後的流體體積膨脹，從而驅動連接於第二個艙室上的活塞裝置，隨著第二個活塞運動，流體便被再次擠壓回第一個艙室，在這裡流體的溫度再次下降，如此開始新一輪的循環。只要存在熱源，這種發動機就能工作。今天斯特林發動機被用於冷卻系統，甚至是潛艇，如瑞典海軍的「哥特蘭」級潛艇便使用了這種發動機作為動力。
斯特林發動機技術最早是在1816年由蘇格蘭牧師羅伯特·斯特林最早開發出來的。米勒和保羅相信這種古老的發動機技術將能夠被應用於未來的金星探測計劃，他們仔細考慮了相關細節並將他們的設想發表在了《宇航學報》上。美國宇航局目前已經對這一設想的初步研究提供了資助。
米勒表示，斯特林發動機能夠提供足夠電力來用作電子設備的冷卻並為探測儀器供電，這樣它們工作的時間就要比那些使用電池供電的探測器要長得多。而關於斯特林發動機內部使用的「低溫流體」，目前認為比較理想的選擇是氦氣，因為相比其他氣體，氦氣的熱傳導能力特別好，並且是一種惰性氣體，安全性好。
然而，電力供應還並非唯一需要考慮的問題：斯特林發動機需要燃料。米勒和他的研究組決定使用鋰，這種金屬能夠在充滿氮氣和二氧化碳的大氣中燃燒——根據目前的數據，金星大氣層中大約96%是二氧化碳，其餘4%是氮氣。另外，鋰金屬在大約攝氏180攝氏度時就會熔化為液體，因此在金星上鋰可以作為一種非常理想的液體燃料，並且很容易「燃燒」。
而為了儘可能減輕從地球上發射的質量，我們唯一需要隨身攜帶的東西就是鋰而已。根據米勒的計算結果，如果我們攜帶50公斤重的鋰，將足夠讓著陸金星的探測器在金星地表堅持兩天。
這臺引擎將被設計成單活塞系統，其一側是冷卻艙，另一側是高溫艙，如此便可以驅動活塞左右移動從而產生電力。到目前為止米勒和他的研究組已經研製出的小型原理樣機並在4~5個大氣壓環境下進行了模擬測試。研究組目前還在繼續爭取後續資金支持以便開展模擬金星地表環境下的測試工作。
另外，鋰也不會造成汙染問題。這對於一個無人居住的行星而言似乎是一個奇怪的問題，多此一舉，但這對於科學而言卻非常重要。米勒表示：「我們想要做的是，如果我們發射一顆探測器或者執行某項任務，我們都必須確保我們不會排放任何氣體，因為這將可能汙染探測器周圍的大氣環境。」
當鋰在二氧化碳大氣中燃燒時會產生碳酸鋰。這就意味著當著陸器在對金星大氣金星分析時，其分析數據不會被自己排放的廢氣汙染而出現誤差。如果米勒的研究組能夠證明他們的系統能夠在90個大氣壓環境下順利工作，那將是金星探測領域的一項重大利好消息。
從很多方面看，金星和地球都非常相似。這兩顆行星的直徑大小相當，相差僅有幾個百分點；金星的質量大約相當於地球的81%；當它們形成時，它們誕生的位置在太陽星雲中相互非常靠近，因此兩者的化學成分也應當是非常相近的。如果我們能夠研製出能在金星表面環境下長期工作的探測器，那對於我們揭開一個長期困擾科學界的謎團將大有助益，那就是：為何兩顆原本相似的星球，一顆最終成為了生命的家園，而另一顆卻成為了——用美國著名行星科學界卡爾·薩根的話來說：「最接近地獄的地方」。