Идея использования роботов-исследователей для изучения подземных океанов существует уже много лет. И новый приток финансирования может вскоре превратить амбициозный план в реальность.
В
поисках жизни за пределами Земли океанические миры — ледяные спутники с глубокими морями — стали основными целями. Но у этих экзотических спутников есть одна проблема: их океаны, в которых, по мнению астробиологов, может быть жизнь, заключены под километрами сплошного льда. Так как же человек может исследовать эти инопланетные моря через такой устрашающий ледяной барьер?
Предполагается использование криоботов, зондов, предназначенных для плавления или раскопок ледяной корки океанских спутников. Криоботы изучаются уже более десяти лет. Но теперь, в рамках программы Innovative Advanced Concepts (NIAC), НАСА выделило 600 000 долларов для финансирования фазы II с целью изучения новых подходов к поиску внеземной жизни в океане. Есть надежда, что финансирование поможет учёным в конечном итоге отправить стаи крошечных плавающих роботов в океаны спутников, таких как Европа и Энцелад.
Роботизированное исследование инопланетных морей
Отправка армады микророботов, каждый размером с сотовый телефон, является детищем эксперта по микроробототехнике Итана Шалера и его коллег из JPL и Технологического института Джорджии. Этот подход известен как Sensing With Independent Micro-пловцы или SWIM. «SWIM рассматривается как следующий шаг в криоботических миссиях, потому что теперь криоботы рассматриваются как «жизнеспособное решение для выполнения миссий с доступом к океану», — сообщает Шалер Astronomy. «Мы хотели посмотреть, что произойдёт, если проникнуть в этот океан — как лучше всего исследовать его?»
Большинство криоботов предназначены для того, чтобы бурить или плавить многокилометровый твёрдый лёд, в конечном итоге доставляя научный пакет в море под ним.
Но их обтекаемый, столбчатый профиль оставляет мало места для научной полезной нагрузки и ограничивает их мобильность. «Если мы хотим исследовать на расстоянии от нашей точки входа, нам нужен более способный плавающий робот», — говорит Шалер. К счастью, инженеры придумали решение: задействовать десятки таких крошечных подводных лодок. Шалер и его команда обдумывали несколько разных идей. «Мы рассмотрели несколько более крупных привязанных роботов, — говорит он. «Мы также рассмотрели пассивные плавающие датчики, которые можно было бы развернуть в течениях. Мы рассмотрели привязанную цепочку сенсорных узлов — по сути, длинный воздушный змей с управляемыми элементами, чтобы обеспечить некоторую мобильность для управления течением. В конце концов, мы остановились на полностью отвязанных плавательных роботах размером с мобильный телефон».
Без привязи нет опасности, что несколько роботов запутаются. А с несколькими роботами инженеры могут начать изучать некоторые интересные модели поведения: плавающие роботы могут собираться вместе в рой или избегать друг друга и рассредоточиться, чтобы более эффективно отображать окружающую среду. Роботизированные подводные лодки с треугольными крыльями будут расположены в криоботе. Шалер предполагает, что 48 таких исследовательских лодок могут уместиться в одном цилиндрическом криоботе. Этот план упаковки важен, потому что он означает, что все миниатюрные подводные лодки могут поместиться в пространстве, предназначенном для одного научного прибора — условно, в 5-литровом пространстве.
Фото: astronomy.com
Если криобот предназначен для проведения трёх или четырёх научных экспериментов, 48 микропловцов будут занимать место только для одного эксперимента. Срок службы каждого корабля составит примерно от 1,5 до 3 часов, что достаточно для того, чтобы наметить физические или химические градиенты в толще воды, а также измерить солёность, температуру в регионе и даже найти признаки активной жизни. Небольшие подводные лодки будут развёрнуты по несколько за раз, чтобы исследовать динамику океана в разное время дня и ночи. В поисках жизни вариации, следующие за циклом день/ночь, могут служить сильными биомаркерами или ключами к наличию жизни.
Финансирование, недавно объявленное НАСА, позволит команде Шалера фактически построить предварительные версии подводных лодок-микроботов для испытаний в холодных морских регионах на Земле.
От научной фантастики к научному факту
Развёртывание внеземной армады имеет захватывающий потенциал в исследовании океанских миров, таких как Европа или Энцелад. Но сначала маленькие пловцы должны спуститься в океаны этих спутников.
К счастью, многие дизайнеры считают, что концепции и технологии криоботов наконец-то достигли практического уровня.
«Раньше у нас были волшебные шаги», — говорит Сэмюэл Хауэлл из JPL, участник миссии Europa Clipper и эксперт по криоботам. «Другими словами, мы бы махнули рукой и сказали, что на данном этапе для определённых вещей требуется новое изобретение — или ещё не изобретённая технология. Но мы больше не мыслим волшебными шагами».
Как астробиолог, Хауэлл в восторге от таких достижений. «Мы приближаемся как к научному, так и к технологическому состоянию, когда имеется возможность осуществлять прямой поиск жизни на месте в планетарном океане с использованием таких технологий, как криоботы».
На самом деле Хауэлл собирается выяснить, как далеко продвинулась эта технология. Он является главным исследователем проекта ORCAA, финансируемого НАСА, который проведёт аналогичную научную миссию на Европу, получив доступ к подледниковому озеру на ледяном поле Джуно с помощью планетарного криобота. Подходы криоботов к сверлению во льду варьируются от струй горячей воды до режущих или буровых инструментов и нагревательных элементов. В то время как подледниковые озёра ледяного поля Джуно лежат на глубине 1 км от поверхности, моря Европы, вероятно, находятся на глубине от 15 до 25 км подо льдом. Любому криоботу потребуется несколько лет плавления, прежде чем он попадёт в подповерхностное море.
Фото: astronomy.com
Есть и другие проблемы, говорит Хауэлл. «Будет необходимость в том, чтобы выполнять работы по плавке, резке и струйной обработке, есть необходимость в радиореле и акустическом реле; это долгое путешествие. Вы должны убедиться, что у вас есть всенеобходимые инструменты». Когда криобот путешествует по ледяной корке, он будет проводить научные исследования льда вокруг себя. Например, алмазные или сапфировые стёкла позволят оптическим приборам наблюдать и анализировать окружающую среду с высоким давлением. И корабль может даже собирать воду, чтобы исследовать её на наличие различных частиц, которые могут служить биосигнатурами.
Исследование моря далёкой луны представляет собой одну из величайших задач в истории создания космических кораблей, но потенциальные выгоды также велики. «Это очень сложная и амбициозная цель, — говорит Хауэлл. «С моей точки зрения, мы должны это сделать. Это цель цивилизационного масштаба».