NASA tester robotiske isværktøjer

Vil du tage på isfiskeri på Jupiters måne Europa? Der er intet, der lover, at du fanger noget, men et nyt sæt robotprototyper kunne hjælpe.

Siden 2015 har NASA's Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien, har udviklet nye teknologier til brug på fremtidige missioner til oceanverdener. Det inkluderer en underjordisk sonde, der kunne grave sig gennem miles af is, tage prøver undervejs; robotarme, der folder sig ud for at nå fjerne objekter; og en projektilkaster til endnu fjernere prøver.

Alle disse teknologier blev udviklet som en del af Ocean Worlds Mobility and Sensing-undersøgelse, et forskningsprojekt finansieret af NASAs Space Technology Mission Directorate i Washington. Hver prototype fokuserer på at få prøver fra overfladen - eller under overfladen - af en iskolt måne.

"I fremtiden, vi ønsker at besvare spørgsmålet om, hvorvidt der er liv på månerne på de ydre planeter – på Europa, Enceladus og Titan, " sagde Tom Cwik, der leder JPLs rumteknologiprogram. "Vi arbejder sammen med NASAs hovedkvarter for at identificere de specifikke systemer, vi skal bygge nu, så om 10 eller 15 år, de kunne være klar til et rumfartøj."

Disse systemer ville stå over for en række udfordrende miljøer. Temperaturerne kan nå flere hundrede grader under frysepunktet. Roverhjul kan krydse is, der opfører sig som sand. På Europa, overflader er badet i stråling.

"Robotiske systemer ville møde kryogene temperaturer og ujævnt terræn og skulle opfylde strenge krav til planetbeskyttelse, " sagde Hari Nayar, som leder robotgruppen, der overvågede forskningen. "Et af de mest spændende steder, vi kan tage hen, er dybt ind i underjordiske oceaner - men at gøre det kræver nye teknologier, der ikke eksisterer endnu."

Brian Wilcox, en ingeniørstipendiat ved JPL, designet en prototype inspireret af såkaldte "smeltesonder", der bruges her på Jorden. Siden slutningen af ​​1960'erne, disse sonder er blevet brugt til at smelte gennem sne og is for at udforske underjordiske områder.

Problemet er, at de bruger varmen ineffektivt. Europas skorpe kunne være 6,2 miles dyb eller den kunne være 12,4 miles dyb (10 til 20 kilometer); en sonde, der ikke forvalter sin energi, ville køle ned, indtil den holdt op med at fryse i isen.

Wilcox fornyede en anden idé:en kapsel isoleret af et vakuum, på samme måde som en termokande er isoleret. I stedet for at udstråle varme udad, det ville tilbageholde energi fra en del af varmekildeplutonium, når sonden synker ned i isen.

Et roterende savblad på bunden af ​​sonden ville langsomt dreje og skære gennem isen. Som det gør det, det ville kaste isflis tilbage i sondens krop, hvor de ville blive smeltet af plutonium og pumpet ud bagved.

Fjernelse af isfliserne ville sikre, at sonden borer støt gennem isen uden blokeringer. Isvandet kunne også udtages og sendes gennem en spole af aluminiumsrør til en lander på overfladen. Når først der, vandprøverne kunne kontrolleres for biosignaturer.

"Vi tror, ​​der er gletsjerlignende isstrømme dybt inde i Europas frosne skorpe, " sagde Wilcox. "Disse strømme opsamler materiale fra havet nedenunder. Når denne sonde tunnelerer ind i skorpen, det kunne være prøveudtagningsvand, der kan indeholde biosignaturer, hvis der findes nogen."

For at sikre, at ingen jordmikrober kom på tur, sonden ville opvarme sig selv til over 900 grader Fahrenheit (482 grader Celsius) under sin krydstogt på et rumfartøj. Det ville dræbe eventuelle resterende organismer og nedbryde komplekse organiske molekyler, der kunne påvirke videnskabelige resultater.

En længere rækkevidde

Forskere så også på brugen af ​​robotarme, som er afgørende for at nå prøver fra landere eller rovere. På Mars, NASA's landere har aldrig strakt sig længere end 6,5 til 8 fod (2 til 2,5 meter) fra deres base. For en længere rækkevidde, du skal bygge en længere arm.

En sammenfoldelig bomarm var en idé, der boblede op hos JPL. Udfoldet, armen kan strække sig næsten 33 fod (10 meter). Forskere ved ikke, hvilke prøver der vil lokke, når en lander lander ned, så en længere rækkevidde kunne give dem flere muligheder.

For mål, der er endnu længere væk, der blev udviklet en projektilkaster, der kan affyre en prøvetagningsmekanisme op 164 fod (50 meter).

Både armen og løfteraketten kunne bruges sammen med en isgribende klo. Denne klo kunne en dag have et kernebor fastgjort til sig; hvis videnskabsmænd vil have uberørte prøver, de bliver nødt til at bore gennem op til otte tommer (ca. 20 centimeter) af Europas overfladeis, som menes at beskytte komplekse molekyler fra Jupiters stråling.

Efter deployering fra en bomarm eller en projektilkaster, kloen kunne forankre sig ved hjælp af opvarmede kroge, der smelter ind i isen og sikrer dens greb. Det sikrer, at en borekrone er i stand til at trænge ind og opsamle en prøve.

Hjul til en cryo-rover

I juli, NASA vil markere en 20-årig arv fra rovere, der kører gennem Mars-ørkenen, tilbage til den 4. juli, 1997 landing af Mars Pathfinder, med sin Sojourner rover.

Men at bygge en rover til en iskold måne ville kræve en genovervejelse.

Steder som Saturns måne Enceladus har sprækker, der blæser stråler af gas og iskoldt materiale ud fra under overfladen. De ville være de vigtigste videnskabelige mål, men materialet omkring dem er sandsynligvis anderledes end is på Jorden.

I stedet, test har fundet ud af, at granulær is under kryogene og vakuumforhold opfører sig mere som klitter, med løse korn, som hjul kan synke ned i. JPL-forskere henvendte sig til design, der først blev foreslået til at kravle hen over månens overflade. De testede letvægts kommercielle hjul fastgjort til et rocker bogey affjedringssystem, der er blevet brugt på en række JPL-ledede missioner.

De næste skridt

Hver af disse prototyper og de eksperimenter, der blev udført med dem, var kun udgangspunkter. Med havverdenernes undersøgelse afsluttet, forskere vil nu overveje, om disse opfindelser kan forfines yderligere. En anden fase af udviklingen overvejes af NASA. Disse bestræbelser kan i sidste ende producere de teknologier, der kan flyve på fremtidige missioner til det ydre solsystem.