Sådan fungerer DEPTHX

Hvad skal du bruge for at udforske et hav på Europa, en af ​​Jupiters måner? Det er hundredvis af millioner miles væk, og havet ligger under et islag, der er mindst 10 kilometer tykt. Du skal nok bruge et rumskib til at lande på isen, en måde at bore gennem isen, og et nedsænket køretøj til at udforske havet og relatere fund tilbage til Jorden.

Dette nedsænkelige køretøj er et projekt, der optager indsatsen fra Dr. Bill Stone, CEO for Stone Aerospace i Austin, Texas. Stone og hans kolleger har udviklet en prototype autonomt undervandskøretøj (AUV) hedder Deep Phreatic Thermal Explorer (DEPTHX) til fjernundersøgelse og tester det i øjeblikket i en stor undersøisk hule. I denne artikel, vi vil undersøge denne revolutionære AUV, dets mission, og hvordan den passer ind i den større ordning for udenjordisk efterforskning.

DEPTHX -projektet er en af ​​en serie finansieret af NASA til at udvikle robotprober, der er i stand til at udforske Europa (vi vil diskutere, hvorfor Europa er et så interessant mål senere). Stone Aerospace designet, bygget og driver DEPTHX i samarbejde med sine partnere:

• Carnegie Mellon University's Field Robotics Center - udvikler og tester navigationssoftware
• SwRI, Colorado School of Mines, University of Colorado, Boulder og University of Arizona Lunar and Planetary Laboratory - rådfør dig om videnskabens nyttelast med det formål at opdage mikrobielt liv
• University of Texas i Austin - yder logistisk support under DEPTHX -test

DEPTHX -projektet er designet til at besvare disse spørgsmål:

1. Kan en fuldautomatisk AUV udforske en ukendt, tredimensionel verden i det daglige uden hjælp fra missionskontrol? Derved, kan den oprette og bruge kort til at navigere og vende tilbage til et "hjemsted" for at rapportere sine resultater?

DEPTH X har afsluttet tanktest (som omfatter systemintegration og kortlægning) og forbereder sig nu på at blive testet i et helt ukendt miljø:Mexicos Zacatón cenote .

Næste, lad os se nærmere på AUV og dens systemer.

Cenoter (udtales "say-NO-tay") er store ferskvandssinkhuller, der findes på Mexicos Yucután-halvø. Disse cenoter dannedes, når underjordisk vand ætsede ind i det porøse kalksten grundfjeld, der udgør hele halvøen. Cenoten i Zacáton er en af ​​fem forbundne cenoter og menes at være den dybeste i verden. Zacáton har også en hydrotermisk forår inde i den.

DEPTHX AUV

DEPTHX AUV er ægformet, med en lang akse på 4,26 meter (13,97 fod), en kort akse på 3,04 m (9,97 fod), og en vægt på 1,3 tons (1,43 korte tons). Den kan bevæge sig frit, svæve og vægbane i tre dimensioner uden eksterne kommandoer. DEPTHX har en minimumsejlfart på 0,2 meter i sekundet (0,65 fod pr. Sekund) til kortlægning og kan gå så dybt som 1, 000 m (3, 280 fod). At fungere autonomt, DEPTHX skal kunne gøre følgende:

• Manøvre
• Naviger og kortlæg
• Behandle oplysninger
• Magten selv
• Kommunikere
• Tag miljømålinger og prøver

Manøvredygtighed

DEPTHX har seks thrustere (fire vandrette og to lodrette), som gør det muligt at manøvrere i tre dimensioner. Køretøjet kan manøvreres med kun to af de vandrette og en af ​​de lodrette thrustere - ekstramateriale er til backup.

DEPTHX kan også svæve. For at beholde sin position, det kunne bruge thrustere, men dette ville hurtigt forbruge værdifuld batteristrøm. I stedet, køretøjet er udstyret med to motorer med variabel opdrift (VBE) . En VBE -computer registrerer trykket, temperatur og saltholdighed (saltindhold) af det omgivende vand og beregner fartøjets opdrift. Computeren åbner eller lukker derefter ventiler, der tillader pumper eller gas under tryk at slippe vand ind eller ud. Som med thrustere, der er indbygget redundans, og DEPTHX kan svæve ved hjælp af kun en VBE.

Navigation og kortlægning

DEPTHX har 54 sonarsensorer fordelt rundt om rammen og styret af to ekkolod arrays . Ekkoloddet bruger pulser fra højenergi-lydbølger og deres refleksioner til at lokalisere objekter inden for en radius på 250 til 300 meter fra køretøjet. De oplysninger, den indsamler, videregives til kørecomputere til navigationskontrol.

Ud over ekkolod, DEPTHX navigerer ved hjælp af accelerometre, dybdemåler og en inertial vejledningsenhed. En Doppler -hastighedslogger bestemmer, hvor hurtigt køretøjet bevæger sig og sender disse oplysninger til den primære computer, som justerer bilens hastighed.

Når DEPTHX bevæger sig, computerne bruger sonaroplysningerne til at opbygge 3-D-billeder, som er overlejret i computerens hukommelse for at lave et progressivt geometrisk kort. Teknikken kaldes Samtidig lokalisering og kortlægning (SLAM) . Bill Stone og hans kolleger udviklede en dykkerdrevet SLAM-enhed, som de brugte til at kortlægge Wakulla Springs akvifer i Florida. DEPTHX bruger sit internaliserede kort til navigation, så det kan flytte til et bestemt sted uden hjælp fra ekstern navigation, såsom GPS.

Informationsbehandling

DEPTHX har flere indbyggede computere dedikeret til specifikke opgaver. Den ene kontrollerer køretøjets drift, SLAM og navigation; man styrer VBE'erne; og man kontrollerer eksperimenter og analyserer data. I alt, disse computere indeholder mere end 30 mikroprocessorer, fra 8-bit controllere til Pentium 4 chips. DEPTHX er programmeret til autonom funktion og analyse.

Intern magt og kommunikation

DEPTHX har to batteritårne ​​omfattende genopladelige lithium-ion-batterier. Batterierne giver op til otte timers strøm.

Det kan kommunikere med WiFi på overfladen og med et enkelt optisk fiberkabel, mens det er nedsænket. Kablet bruges til at uploade data eller modtage kontrolkommandoer, når det er nødvendigt.

Miljømålinger og prøver

DEPTHX vil bruge sine SLAM -teknologier til kortlægning og billede, når det udforsker. Det har et billedkamera med bredt felt og vil også være i stand til at foretage miljømålinger såsom temperatur, tryk og koncentrationer af forskellige kemikalier. Det er også en forlængelig arm med en videnskabssonde, der gør det muligt at indsamle både flydende og faste prøver og et trykklassificeret mikroskop ombord for at hjælpe med at detektere mikrobielt liv.

Udforskning af Europa

Så, hvorfor er Europa, en indre måne af Jupiter, sådan et interessant mål for udforskning? Voyager- og Galileo -rumsonder viste, at Europa var dækket af et islag. Fordi Europa er så tæt på Jupiter, planetens tyngdekraft trækker på den, skiftevis strække og komprimere månen i sin bane. Disse tyngdekræfter skaber varme inden for månen. Denne varme undslipper gennem vulkansk aktivitet og kan varme undersiden af ​​indlandsisen, skabe et flydende hav.

Bevis for et flydende hav findes i isbrudets brudte mønster, som er 10 kilometer tyk. Lignende mønstre kan ses i den arktiske indlandsis set af satellitter fra Jordens kredsløb. Målinger af magnetfeltet indikerer, at det potentielle hav kan være salt. Også, beregninger indikerer, at der er en tilstrækkelig mængde varme genereret af tidevandskræfter til at danne et flydende hav.

Hvis der eksisterer et flydende hav, og der findes vulkansk aktivitet fra tidevandskræfter, så kan der være hydrotermiske ventilationsåbninger på "havets" bund som dem, der findes på Jorden nær midterhavet.

På jorden, vi ved, at mange forskellige livsformer overlever omkring hydrotermiske ventilationsåbninger i lokalsamfund, der er baseret på kemosyntese , dannelsen af ​​organiske forbindelser ved hjælp af geotermisk energi. Kemosyntetiske bakterier danner grundlaget for fødekæden i disse samfund. Andre organismer i disse samfund omfatter gigantiske rørorme, muslinger, krabber og fisk.

Astrobiologer tro på, at livet har brug for flydende vand, kulstofholdige (organiske) forbindelser, og en energikilde. Europa ser ud til også at have disse ingredienser, og derfor, kunne have liv.

Så en mission til Europa ville omfatte en AUV, der kunne udforske havet, udføre videnskabelige eksperimenter og videresende resultater tilbage til Jorden.

Aerospace planlægger at bygge et efterfølgende køretøj kaldet UDHOLDENHED , som vil gå et skridt videre. Det bliver mindre, men lige så dygtig som DEPTHX. ENDURANCEs test vil være at udforske en sø i Antarktis, der er nedsænket under indlandsisen. NASA udvikler i øjeblikket teknologien til at smelte gennem kilometer is i søen. UDVARELSE vil blive sænket gennem smeltehullet i søen til efterforskning ved hjælp af videnskabelige principper og teknologier, udviklet og testet af DEPTHX.

For meget mere information om DEPTHX og relaterede emner, tjek linkene på den næste side.

DEPTHX:Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Sådan fungerer Jorden
• Sådan fungerer ubåde
• Sådan fungerer vulkaner
• Sådan fungerer Radar
• Sådan fungerer SCUBA
• Sådan fungerer robotter
• Sådan fungerer GPS -modtagere
• Sådan fungerer litiumionbatterier

Flere store links

• Stone Aerospace
• Galileo -projekt:Europa
• Zacatón verdens dybeste:Undersøgelse af vandfyldte dræn

Kilder

• Astrobiologi videnskab og teknologi til at udforske planeter http://ranier.hq.nasa.gov/astep/astep.html
• O'Brien, Jeffrey M. "Til helvede og tilbage." Kablet, December 2004. http://www.wired.com/wired/archive/12.12/stone.html?pg=2&topic=stone&topic_set
• Miller, Megan. "DepthX:Mission 1 gennemført." Populærvidenskab, Marts 2007. http://www.popsci.com/popsci/aviationspace/15d1d7f04b5c0110vgnvcm1000004eecbccdrcrd.html
• Stone Aerospace http://www.stoneaerospace.com