Robotisk nedstigning til en frossen underverden

Mt. Erebus er ved vores verdens ende – og tilbyder en portal til en anden.

Det er vores planets sydligste aktive vulkan, når 12, 448 fod (3, 794 meter) over Ross Island i Antarktis. Temperaturerne ved overfladen er langt under frysepunktet det meste af året, men det stopper ikke besøg fra videnskabsmænd:Erebus er også en af ​​de få vulkaner i verden med en blotlagt lavasø. Du kan kigge over læben på dets hovedkrater og stirre direkte ind i det.

Det er også en god stand-in for en frossen fremmed verden, den slags NASA ønsker at sende robotter til en dag. Det er derfor Aaron Curtis, en post-doc forsker ved NASAs Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Californien, brugte december måned på at udforske isgrotter under vulkanen. I flere uger, han testede robotter, en bore- og computerstøttet kortlægningsteknologi, der en dag kunne hjælpe os med at forstå de iskolde verdener i vores ydre solsystem.

Det var Curtis' syvende besøg på Mt. Erebus, som han lavede på vegne af både JPL og Mt. Erebus Volcano Observatory. Han rejste sammen med flere kolleger, der studerede alt fra klippernes alder til sammensætningen af ​​gasser udsendt fra lavasøen.

Oceanverdener som Europa er helt sikkert mere fremmede end Erebus. Europas temperaturer er hundredvis af grader under frysepunktet; dens is er bestemt anderledes end Jordens; dens overflade er badet i Jupiters stråling.

Men der er nogle ligheder, der gør Erebus til en god testplads for fremtidige teknologier.

"Vi tror, ​​at nogle træk ved disse huler ligner det, du kan se på en måne som Europa, " sagde Curtis.

Frossen skønhed

For de gamle grækere, Erebus var en indgang til underverdenen. Det er en passende navnebror:Forskere har opdaget, at Erebus-bjerget har sin egen underverden - selvom en af ​​forbløffende skønhed.

Vulkanens gasser har skåret massive huler ud, som er fyldt med skove af rimfrost og katedrallignende islofter. Curtis sagde, at varmen fra Erebus holder hulerne hyggelige - tæt på 32 grader Fahrenheit (0 grader Celsius) - og driver varme gasser ud af åbninger på overfladen, hvor de fryser til tårne. Inde i hulerne, blandingen af ​​varm og kold luft danner iskolde "skorstene", der når mod jorden.

Mens han forfulgte sin doktorgrad ved New Mexico Institute of Mining and Technology, Curtis skrev sin afhandling om dannelsen af ​​disse huler. Han sagde, at i de seneste år, forskere har også opdaget en bred vifte af mikroskopiske organismer, der lever i deres indre. Disse ekstremofiler, som de er kendt, tyder på, at liv kan være muligt på fjerne planeter med lignende hulesystemer.

Værktøjer til en iskold måne

Curtis sluttede sig til JPL's Extreme Environments Robotics Group i 2016, hvor ingeniører udvikler smidige maskiner, der kan klatre, suser og vandrer gennem vanskeligt terræn.

Aaron Parness, leder af Robotic Prototyping Lab, sagde Mt. Erebus var en god testplads for nogle af robotterne og instrumenterne under udvikling. Når et medlem af gruppen udfører feltforskning, de tester ofte hinandens arbejde. Det er en del af den hurtige designprototyping, der styrer koncernens indsats.

"Felttest viser dig ting, der er svære at lære i laboratoriet, " sagde Parness. "Vi hopper på disse muligheder. Selvom prototypen ikke er klar til at fungere perfekt, det betyder ikke, at den ikke er klar til at lære os lektioner om, hvordan vi kan gøre den næste iteration bedre."

Curtis testede flere unikke projekter ved Mt. Erebus. Der var Ice Screw End Effector (ISEE), en slags isbor designet til "fødderne" på en vægklatrerobot kaldet LEMUR. Boret ville gøre det muligt for LEMUR at fastgøre sig selv til vægge, mens du også trækker prøver af isen ud for hvert trin. Fremtidige designs kan muligvis kontrollere for kemiske tegn på liv i disse prøver.

ISEE havde ikke set meget felttest før denne tur - kun isen, der voksede inde i et køleskab hos JPL.

"Vi forsøger at få en fornemmelse af, hvilken slags is denne boremaskine arbejder i, " sagde Curtis. Han tilføjede, at is kan være plastisk eller skør afhængigt af forskellige tætheder, luftfugtighed og andre faktorer. Ishulerne under Erebus viste sig at have meget højere koncentrationer af luft end forventet:"Forskellene, der er involveret, kan være som at forsøge at bestige en skumfidus versus et letmetal."

En anden test var for PUFFER, en origami-inspireret robot, der kan sidde fladt under opbevaring og "puste op" for at udforske et bredere område. PUFFER har kørt meget rundt i JPL, i Pasadenas Arroyo Seco og andre ørkenmiljøer - men ikke på sne. Curtis styrede robotten rundt ved hjælp af nydesignede snehjul, som har en bred, flad overflade.

Et andet værktøj, der kan være nyttigt for fremtidige opdagelsesrejsende, er en struktureret lyssensor, der bruges til at skabe 3D-hulekort. JPL's Jeremy Nash og Renaud Detry leverede sensoren, som er afhængig af computersyn til at kortlægge det indre af en hule.

Curtis sagde, at is er et hårdt materiale til 3D-modellering, i høj grad fordi det er så reflekterende. Lys har en tendens til at hoppe af overfladen, gør det svært for en computer at læse disse data og rekonstruere et rum.

"Is funkler, og de glitrende krystaller ser anderledes ud fra hver vinkel, " sagde Curtis. "Det er ligesom en spejlsal."

Eventyrlig Videnskab

Tag ikke fejl af det – en forskningsrejse til Erebus-bjerget er ikke ligefrem en ferie.

Curtis og hans kolleger stod over for tre store snestorme under deres rejse, hver varer omkring en uge. Det førte til rejseforsinkelser, da forsyningshelikoptere ikke kunne komme sikkert igennem.

Holdet beskæftigede sig også med begrænset energi i en region, der oplever seks måneder om natten, blokerer sollys for solceller. Vindmøller på vulkanen er den mest almindelige energiform, selvom de står over for deres egne udfordringer:frost bygger sig op på knivene, får dem til at vibrere sig selv i stykker.

Men chancen for at udføre forskning på et så øde og ærefrygtindgydende sted er svært at gå glip af.

"Når jeg lugter det svovlbrinte, der parfumerer minus-25-graders-luften, der er ingen steder jeg hellere vil være, " sagde Curtis.