Auto-Gopher – borer dybt for at udforske solsystemet

Evnen til at trænge ind i undergrunden og indsamle uberørte prøver fra dybder på snesevis af meter til kilometer er afgørende for fremtidig udforskning af kroppe i vores solsystem. SMD støtter udviklingen af ​​en dybdeboringsprøvetager kaldet Auto-Gopher til potentiel implementering i fremtidige rumudforskningsmissioner.

Auto-Gopher anvender en piezoelektrisk aktiveret slagmekanisme til at bryde formationer og en elektrisk motor til at rotere boret og fange pulveriseret skær. Det inkorporerer en wireline-arkitektur; boret er ophængt for enden af ​​en fortøjning med lille diameter, der giver strøm, meddelelse, samt strukturel støtte, der er nødvendig for at sænke og løfte boret ud af borehullet. Takket være denne unikke arkitektur, den maksimale boredybde er kun begrænset af længden af ​​tøjret. Den wireline-operation, der bruges på Auto-Gopher, fjerner en af ​​de største ulemper ved traditionelle kontinuerlige borestrengssystemer - behovet for flere boresektioner, der kan tilføje væsentligt til massen og kompleksiteten af ​​et dybt bor. Som sådan, Auto-Gopher-systemets masse og volumen kan holdes ret lav til lavvandede eller dybe huller. Under boring, talrige sensorer og indlejrede instrumenter kan udføre in situ analyse af borehulsvæggen. Når du når en forudindstillet dybde, boret trækkes tilbage fra borehullet, kernen og/eller stiklinger fjernes til detaljeret analyse med instrumenter ombord, og boret sænkes tilbage i hullet for at fortsætte penetrationsprocessen.

Auto-Gopher er beregnet til at hjælpe videnskabsmænd med at besvare et af de mest presserende spørgsmål i videnskaben:Har liv nogensinde eksisteret andre steder i universet? Da vand er en kritisk forudsætning for liv, som vi kender det, NASA-udforskningsmissioner er rettet mod organer i solsystemet, der vides at have eller har haft flydende vand. Den seneste Planetary Decadal Survey (Vision and Voyages for Planetary Science in the Decade 2013-2022) anbefalede, at NASA udforsker tre solsystemlegemer med tilgængelige vandområder:Mars; Jupiters måne, Europa; og Saturns måne, Enceladus. Hver af disse organer udgør forskellige borerelaterede udfordringer. Boring på Mars kræver gennemtrængende tør sten og regolit, der har fysiske egenskaber (dvs. trækstyrke, hårdhed, osv.), der kan variere i mange størrelsesordener gennem boredybden. En øvelse på Enceladus og Europa skal arbejde i is ved temperaturer under 100 K, mens den tager højde for den lave tyngdekraft på Enceladus eller den høje overfladestråling på Europa. Auto-Gopher skal være designet til at nå sine mål om at trænge ned i undergrunden til store dybder, indfangning af uberørte prøver, og levering af disse prøver til instrumenter ombord til analyse eller for potentiel prøvereturnering - alt sammen under de barske forhold, man møder i rummet. Illustration af Auto-Gopher konceptet som en wireline dyb boremaskine.

Målet med Auto-Gophers udviklingsindsats er at demonstrere en skalerbar teknologi, der gør dybdeboring mulig ved brug af nuværende løfteraketter og strømkilder. Denne teknologiudvikling er blevet opnået i flere generationer, inklusive Ultrasonic/Sonic Driller/Core, Ultralyd/Sonic Gopher, og Auto-Gopher-1. I 2015 PSD tildelte et projekt under sit MatISSE-program for at støtte den næste generation af Auto-Gopher-teknologiudvikling - Auto-Gopher-2. I 2015 projektet producerede en kerneafbryder og holdemekanisme og demonstrerede deres funktion. Denne seneste boremaskine er også ved at blive designet til at rumme elektronik, sensorer, og mekanismer, der er nødvendige for autonom boring, og de kritiske delsystemer er i øjeblikket ved at blive breadboardet og testet. Fremtidige planlagte aktiviteter omfatter feltforsøg for at validere boredrift under barske forhold ved et amerikansk gipsbrud (gips kan ændre sig fra hård krystallinsk gips, til blød sukkergips, til meget hård anhydrit med talrige lerrige årer) og inde i et vakuumkammer, boring i is ved ca. -100°C.