Forskere bygger fremmede hav for at teste NASAs ubåd i det ydre rum

Det bliver vanskeligt at bygge en ubåd, når temperaturen falder til -300 Fahrenheit, og havet er lavet af metan og ethan.

Washington State University-forskere arbejder sammen med NASA for at bestemme, hvordan en ubåd kan fungere på Titan, den største af Saturns mange måner og den næststørste i solsystemet. Rumagenturet planlægger at opsende en rigtig ubåd i Titans hav inden for de næste 20 år.

Forskerne genskabte et Titan-hav i et laboratorium. De har udgivet en artikel om deres arbejde i tidsskriftet, Væskefaseligevægte .

Titan er af særlig interesse for forskere, fordi den ligner jorden på én vigtig måde, den holder på væske. I modsætning til næsten alle andre steder i solsystemet, månens overflade omfatter oceaner, floder og skyer, og som på jorden, det kan regne. Men, i stedet for vand, det hydrologiske kredsløb er baseret på metan.

På grund af de mulige lektioner, det kunne give her på jorden, NASA har studeret Saturn og dens måner i mere end et årti med data indsamlet fra Cassini-rumfartøjet.

Ubåden, som agenturet designer, skal operere selvstændigt. Det bliver nødvendigt at studere atmosfæriske og havforhold, bevæge sig rundt på havbunden, og svæve ved eller under overfladen. Ingeniørarbejdet er endnu vanskeligere, fordi i modsætning til det næsten homogene vand i jordbaserede oceaner, koncentrationen af ​​ethan og metan kan variere dramatisk i Titanhavene og ændre væskens densitetsegenskaber.

NASA invitation

Ian Richardson, en tidligere kandidatstuderende på School of Mechanical and Materials Engineering, fik chancen for at tackle, hvordan NASA kunne bygge en ubåd til de ekstreme forhold. I WSU's kryogene laboratorium, som studerer materialer ved meget kolde temperaturer, Richardson genskabte Titans atmosfære og testede, hvordan en lille opvarmet maskine kunne fungere under sådanne forhold.

Richardson, som har en bachelorgrad i maskinteknik fra WSU, har haft en langvarig interesse for rum- og rumudforskningsteknologier. Han var WSU's første modtager nogensinde af et NASA Space Technology Research Fellowship, som omfattede et praktikophold ved NASAs Glenn Research Center i Cleveland, Ohio. Det var mens han arbejdede som praktikant på et separat problem, at en NASA-forsker henvendte sig til ham med problemet med at designe en ubåd til Titan.

"Min forskning tog lige en højredrejning, og jeg gik med det, " sagde Richardson. "Det er et vanvittigt eksperiment, og jeg troede aldrig, at jeg ville have haft denne mulighed. Det har været et meget sjovt og udfordrende eksperimentelt designproblem."

Simulering af Titan-hav

WSU-forskerholdet byggede et testkammer, der rummede væskeblandingen ved meget kolde temperaturer for at simulere Titans hav. De tilføjede en to-tommer, cylinderformet patronvarmer, der ville tilnærme sig den varme, som en ubåd ville skabe.

En af de største udfordringer for forskere var at forstå bobler i Titan-havet. Tilføj en ubåd drevet af en varmeproducerende maskine til den meget kolde Titan-væske, og der dannes nitrogenbobler. For mange bobler ville gøre det svært at manøvrere skibet, se, tage data og administrere ballastsystemer.

Optagelse af video ved -300 grader

Det næste store problem, sagde Richardson, fik en video under vanskelige forhold. Deres undersøgelse blev udført ved 60 pund pr. kvadrattomme tryk og næsten -300 grader Fahrenheit. Richardsons gruppe konstruerede en løsning ved hjælp af en optisk enhed kaldet et boreskop og videokamera, der kunne modstå de lave temperaturer og høje tryk for at visualisere, hvad der foregik i testkammeret.

"Det er ikke de hyggeligste forhold, " sagde han. "Du er nødt til at komme med kreative løsninger."

Det lykkedes for forskerne og tog videooptagelser af ethan-metan regn og sne. Gruppen undersøgte også frysetemperaturerne for metan- og ethansøer og fastslog, at på grund af en lille mængde nitrogen i væsken, søerne fryser ved lavere temperaturer end forventet:75 Kelvin, eller -324 grader Fahrenheit, i stedet for 90,5 Kelvin.

"Det er en stor sag, '' sagde Richardson. "Det betyder, at du ikke behøver at bekymre dig om isbjerge."

Forskerne søger at fortsætte arbejdet med NASA for at opdatere Titan Submarine-designet.