Не хотите ли попытать удачу в подледном лове на спутнике Юпитера Европе? Нет гарантий, что вы что-то поймаете, но новый набор роботизированных прототипов окажет незаменимую помощь.
С 2015 года Лаборатория реактивного движения (ЛРД) НАСА в Пасадене (Калифорния) занимается разработкой новых технологий для использования в будущих миссиях на океанических планетах. В список входят: подземный зонд (способен прорываться сквозь лед и собирать образцы), роботизированные руки (разворачиваются для того, чтобы добраться к дальним объектам) и пусковая установка (для еще более отдаленных образцов).
Все эти технологии были разработаны в границах исследования мобильности и зондирования океанических миров. Каждый прототип сконцентрирован на добыче образцов с поверхности или под поверхностью ледяной луны.
«В будущем мы хотим ответить на то, есть ли жизнь на спутниках внешних планет: Европе, Энцеладе и Титане», – сообщил Том Квик, возглавляющий Программу космических технологий ЛРД. – «Важно определить конкретные системы, которые мы должны построить сейчас, чтобы через 10-15 лет они были готовы к использованию на космическом корабле».
Системам придется окунуться в экстремальные условия. Температура может понижаться до -100°C. Колеса ровера будут скользить по льду, напоминающему песок, а поверхность Европы к тому же еще и щедро приправлена радиацией.
«Там ждет немало неприятностей, поэтому мы должны соответствовать строгим планетарным требованиям защиты», – сказал Хари Наяр, возглавляющий группу робототехники. – «Предел мечтаний – погрузиться глубоко в подземные океаны. Но для этого необходимы новые технологии, которых пока нет».
Брайану Уилкоксу (инженер-конструктор ЛРД) удалось разработать прототип на основе «зондов расплава», используемых на Земле. С конца 1960-х годов их применяли для расплавления снега и льда, чтобы изучить подповерхностные участки.
Проблема лишь в том, что они используют тепло неэффективно. Кора Европы может оказаться толщиною в 10-20 км, поэтому, если зонд не научится управлять своей энергией, то замерзнет до того, как доберется к цели.
Уилкокс придумал новую идею: капсула, изолированная вакуумом (напоминает принцип термоса). Вместо того, чтобы излучать тепло наружу, она будет удерживать энергию куском теплового плутония во время погружения зонда в лед.
Вращающийся пильный диск на нижней части зонда медленно поворачивается и прорезает лед. При этом он будет собирать ледяную стружку обратно в тело зонда, где она расплавляется плутонием и откачивается позади аппарата. Удаление льда гарантирует, что зонд не натолкнется на преграды. Ледяную воду можно будет также отправлять через катушку из алюминиевой трубки и сливать на поверхность. Водные образцы можно проверить на биосигналы.
«Мы считаем, что в замерзшей коре Европы расположены ледовые текучие плиты», – говорит Уилкокс. – «Эти потоки извергают материал из океана внизу. Поскольку зонд проделывает туннель, то эта вода может содержать биосигналы».
Чтобы гарантировать отсутствие земных микробов, зонд нагревается до 482°C во время полета на космическом корабле. Это должно уничтожить любые остаточные организмы и разложить сложные органические молекулы, которые способны повлиять на научные результаты.
Более длинный охват
Исследователи также рассмотрели возможность использования роботизированных рук, которые необходимы для получения образцов. На Марсе высадки НАСА никогда не выходили за пределы 2-2,5 метров от базы. Для большей удаленности необходимо создать более длинную руку.
Одна из идей – складной выстреливающий рычаг. Развернутая рука может доставать почти на 10 м. Для более отдаленных целей была разработана пусковая установка со снарядами, способная выстреливать на расстояние до 50 м.
Руки и пусковая установка могут использоваться в сочетании с захватом льда. К когтю могут прикрепить алмазное сверло. Если ученые захотят получить нетронутые образцы, то нужно пробить до 20 см ледяной поверхности. Этот слой должен защищать сложные молекулы от излучения Юпитера.
После развертывания из стрелы или пусковой установки для снаряда, коготь может закрепиться, используя нагретые штыри, которые тают во льду и усиливают захват. Это гарантирует, что сверло может проникать и собирать образцы.
Колеса для крио-ровера
В июле НАСА отметит 20-летнее наследие роверов, путешествующих по марсианской пустыне. Но для поездки по ледяному спутнику нужна модернизация.
В Энцеладе есть трещины, извергающие струи газа и ледяного материала. Они стали бы основными научными целями, но материал вокруг них, вероятно, будет отличаться от земного льда. Тесты показали, что гранулированный лед в криогенных и вакуумных условиях напоминает песчаные дюны, с рыхлыми зернами, засасывающими колеса. Исследователи ЛРД обратились к проектам, которые ранее применяли для продвижения по поверхности Луны. Они протестировали легкие коммерческие колеса, закрепленные на подвесной системе, которая использовалась в ряде миссий.
В перспективе
Прототипы и эксперименты – лишь отправные точки. С изучением океанических структур, ученые рассмотрят вопрос о том, можно ли максимально улучшить эти изобретения. В конечном итоге, исследования могут привести к появлению технологий, способных отправиться к внешней солнечной системе.
