Hvorfor er det så svært at bore væk fra Jorden?
Mennesker har gravet under jorden i årtusinder – på jorden. Det er her, vi udvinder nogle af vores mest værdifulde ressourcer, som har flyttet samfundet fremad. For eksempel ville der ikke have været en bronzealder uden tin og kobber - som begge primært findes under jorden. Men når vi graver under jorden på himmellegemer, har vi haft en meget hårdere tid. Det bliver nødt til at ændre sig, hvis vi nogensinde håber at udnytte de potentielle ressourcer, der er tilgængelige under overfladen. Et papir fra Dariusz Knez og Mitra Kahlilidermani fra University of Krakow ser på, hvorfor det er så svært at bore i rummet – og hvad vi kan gøre ved det.
I deres papir fra 2021, offentliggjort i tidsskriftet Energies , beskriver forfatterne to hovedkategorier af vanskeligheder, når de borer uden for verden - miljømæssige udfordringer og teknologiske udfordringer. Lad os først dykke ned i miljøudfordringerne.
En åbenlys forskel mellem Jorden og de fleste andre stenede kroppe, som vi potentielt ville ønske at bore huller i, er manglen på en atmosfære. Der er nogle undtagelser – såsom Venus og Titan, men selv Mars har en så tynd atmosfære, at den ikke kan understøtte ét grundlæggende materiale, der bruges til at bore her på Jorden – væsker.
Hvis du nogensinde har prøvet at bore et hul i metal, har du sikkert brugt noget kølevæske. Hvis du ikke gør det, er der en god chance for, at enten dit bor eller dit emne bliver varmet op og deformeres til et punkt, hvor du ikke længere kan bore. For at afhjælpe det problem sprøjter de fleste maskinmestre simpelthen noget smøremiddel ind i borehullet og bliver ved med at presse igennem. En større udgave af dette sker, når byggefirmaer borer i jorden, især i grundfjeldet – de bruger væsker til at afkøle de steder, hvor de borer.
Det er ikke muligt på et himmellegeme uden atmosfære. I hvert fald ikke ved brug af traditionelle boreteknologier. Enhver væske udsat for manglen på atmosfære vil straks sublimere væk, hvilket giver ringe eller ingen køleeffekt til arbejdsområdet. Og i betragtning af, at mange boreoperationer foregår autonomt, skal selve boret - typisk fastgjort til en rover eller lander - vide, hvornår det skal vende tilbage på sin boreproces, før bitsene smelter. Det er et ekstra lag af kompleksitet og ikke et, som mange designs endnu har fundet på en løsning.
Et lignende væskeproblem har begrænset vedtagelsen af en allestedsnærværende boreteknologi, der bruges på Jorden - hydraulik. Ekstreme temperaturudsving, såsom dem, der ses på månen i løbet af dag/nat-cyklussen, gør det ekstremt vanskeligt at levere en væske til brug i et hydraulisk system, der ikke fryser i kolde nætter eller fordamper under brændende dage. Som sådan er hydrauliske systemer, der bruges i næsten alle store borerigger på Jorden, ekstremt begrænsede, når de bruges i rummet.
Andre problemer som slibende eller klæbende regolit kan også dukke op, såsom mangel på magnetfelt, når boret orienteres. I sidste ende kan disse miljømæssige udfordringer overvindes med de samme ting, som mennesker altid bruger til at overvinde dem, uanset hvilken planetarisk krop de befinder sig på – teknologi.
Der er dog også masser af teknologiske udfordringer for at bore uden for verden. Den mest åbenlyse er vægtbegrænsningen, en afgørende overvejelse for at gøre noget i rummet. Store borerigge bruger tunge materialer, såsom stålforingsrør, til at understøtte de borehuller, de borer, men disse ville være uoverkommeligt dyre ved at bruge de nuværende lanceringsteknologier.
Derudover er størrelsen af selve boresystemet den begrænsende faktor for borets kraft - som det fremgår af papiret, "kan den maksimale kraft, der overføres til borekronen, ikke overstige vægten af hele boresystemet." Dette problem forværres af det faktum, at typiske rover-øvelser udnyttes på en robotarm i stedet for at placeres direkte nedenunder, hvor den maksimale vægt kan påføres. Denne kraftbegrænsning begrænser også den type materiale, som boret kan komme igennem - det vil for eksempel være hårdt presset at bore gennem enhver væsentlig kampesten. Selvom det kan være nyttigt at redesigne rovere med boreplacering i tankerne, kommer begrænsningen af affyringsvægten igen ind her.
Et andet teknologisk problem er manglen på strøm. Kulbrinte-drevne motorer driver de fleste store borerigge på Jorden. Det er ikke muligt uden for Jorden, så systemet skal være drevet af solceller og de batterier, de leverer. Disse systemer lider også af det samme tyranni som raketligningen, så de er typisk relativt begrænsede i størrelse, hvilket gør det vanskeligt for boresystemer at drage fordel af nogle af fordelene ved helt elektriske systemer frem for kulbrintedrevne - såsom højere drejningsmoment .
Uanset hvilke vanskeligheder disse boresystemer står over for, vil de være afgørende for succesen af ethvert fremtidigt efterforskningsprogram, inklusive bemandede. Hvis vi nogensinde ønsker at skabe lavahulebyer på månen eller komme gennem Enceladeus' indlandsis til havet indeni, vil vi have brug for bedre boreteknologier og -teknikker. Heldigvis er der masser af designbestræbelser for at komme frem til dem.
Papiret beskriver fire forskellige kategorier af boredesign:
- Overfladebor – mindre end 10 cm dybde
- Bor i lav dybde – mindre end 1 m dybde
- Bor i middel dybde – mellem 1 m og 10 m dybde
- Bor i stor dybde – større end 10 m dybde
For hver kategori oplister papiret flere designs på forskellige færdighedsstadier. Mange af dem har nye ideer til, hvordan man borer, såsom at bruge et "inchworm"-system eller bruge ultralyd.
Men indtil videre er det stadig en vanskelig, men nødvendig opgave at bore uden for verden, og især på asteroider og kometer, som har deres egne gravitationsmæssige udfordringer. Efterhånden som menneskeheden bliver mere erfaren til det, vil vi uden tvivl blive bedre til det. I betragtning af hvor vigtig denne proces er for rumforskernes store planer overalt, kan det tidspunkt, hvor vi kan bore effektivt ind i enhver stenet eller iskolt krop i solsystemet, ikke komme hurtigt nok.
Leveret af Universe Today
Varme artikler
-
USA, russiske astronauter vil bytte plads på raketter igenPå dette uddelingsfoto udgivet af Roscosmos træner det russiske rumagentur, den russiske kosmonaut Anna Kikina under forberedelse til rummission ved Gagarin Cosmonaut Training Center (GCTC) i Star Cit -
Usædvanlig doughnut-formet jet observeret i galaksen NGC 6109VLA S-bånd radiobillede af NGC 6109 ved 0,8 buesek. opløsning ved 2,99 GHz. Hovedflyet strækker sig til NW, og en lys knude er placeret cirka 1200 fra kernen. 400 SE af kernen, der ses en stram hvirve -
Greenland Telescope til at afbilde sorte huller ved at bevæge sig ind på Grønlands indlandsisGrønlands Teleskop flyttes til Indlandsisens Topmøde i løbet af sommeren 2021, når en højde på ca. 3000 meter over havets overflade, hvor det klare, tørt og koldt klima vil give bedre observationsforh -
For moratorium for at sende kommandoer til Mars, give Solen skyldenDette diagram illustrerer Mars positioner, Jorden og solen i en periode, der forekommer cirka hver 26. måned, når Mars passerer næsten direkte bag solen fra Jordens perspektiv. Denne ordning, og den p
- Ny partikel kan spore kemo
- Anmeldelsesartikel diskuterer potentiel rolle, fordele ved ikke-rhizobia-bakterier i rodknolde på b…
- Militær rang påvirker lægebehandling og tilbyder samfundsmæssig indsigt:Undersøgelse
- De fire forskellige typer tidevand
- Lys fremtid for gaN nanotråde
- Verdens første internationale kapløb om molekylære biler, Nanocar Race