Редактор Geektimes
852,5
рейтинг
28 июля 2014 в 19:47

В NASA испытали прототип системы бурения льда Европы, спутника Юпитера



На днях агентство NASA в полевых условиях проверило работу системы теплового бурения (плавления) льда. Именно такая система, скорее всего, будет использоваться исследовательским аппаратом, беспилотником, отправленным на Европу, спутник Юпитера.

При этом система получила название VALKYRIE (по ссылке — техническое описание системы, pdf). Испытания проводились на Аляске, ледник Matanuska.

Кстати, полет на Европу ближе по времени, чем кажется многим. Уже в следующем году NASA получает 15 миллионов на научно-исследовательскую программу по созданию робота-подледника для Европы. Сама миссия может быть осуществлена с использованием нового корабля-тяжеловеса Space Launch System, первый запуск (тестовый) которого запланирован на 2017 года.

Эта система способна сократить время, требуемое для полета с Земли на Юпитер, с шести лет до двух. Как бы там ни было, беспилотная экспедиция на Европу, спутник Юпитера, может быть осуществлена уже в 2022 году. Правда, первый аппарат, запущенный на Европу, опускаться на поверхность спутника Юпитера не будет. Скорее всего, это будет орбитальный аппарат, который позволит многое узнать о самой Европе, об эндогенных и экзогенных процессах этого космического тела.

Думаю, все уже слышали о том, что ученые предполагают наличие на Европе подледного океана, который залегает глубоко под толщей льда, и который вполне может быть обитаем (хотя бы заселен микроорганизмами, и то хорошо). В 1979 году подозрения о возможном наличии воды подо льдом вызвал «Вояджер-2», который, пролетая мимо, сделал качественные снимки поверхности Европы. Оказалось, что на льду очень мало ударных кратеров, гораздо меньше, чем должно быть. Ученые предположили, что виной тому — жидкая вода, которая, изливаясь на поверхность Европы, и снова замерзая, закрывает прорехи в ледяной броне.

Подозрения подтвердил «Galileo», получивший еще более качественные снимки Европы в 1999 году. На снимках видно, что лед на поверхности Европы покрыт трещинами, откуда, собственно, и возможно попадание воды на поверхность.

В общем, идея об экспедиции на Европу зреет и развивается, потихоньку начиная реализовываться.

Вернемся к нашему бурильщику. Система эта получила название криобот, причем надо заметить, что это — далеко не первый криобот, сконструированный учеными. Один из наиболее успешных криоботов был сконструирован в лаборатории NASA еще в 2001 году. Тогда аппарат пробурил дыру в леднике Свальбард (Норвегия), глубиной в 23 метра.

Ранние проекты криоботов были не очень реалистичны вследствие одной «маленькой» проблемы. Толщина льда Европы может быть около 30 километров, и энергии любого, даже очень емкого аккумулятора не хватит, чтобы пробурить хотя бы малу часть такой толщи. Но выход есть: это небольшой источник питания с ядерным топливом. Именно такой источник планируют установить на криобота VALKYRIE.



Международные законы запрещают испытания устройств с таким источником питания (на атомной энергии) на ледниках, поэтому ученые нашли другой выход.

Аппарат оснастили системой на основе оптоволокна, через которое проходил лазер мощностью в 5000 Ватт. Это более эффективный способ подачи энергии для получения тепла «тепловым буром», чем в случае использования обычных электрических кабелей, поэтому аппарат может делать более глубокие буровые отверстия. Размер устройства: 1,6 метра в длину и 0,45 м — в ширину. Скорость проходки льда составляет примерно метр в час. Само собой, криобот, отправляемый на Европу, будет мощнее и больше. Испытуемая модель смогла пробурить лед на глубину в 30 метров, что является текущим рекордом среди криоботов.

Модель, которая будет отправлена на Европу, будет оснащена еще и системой сенсоров, позволяющим «нащупать» препятствия во льду, с тем, чтобы криобот их обогнул (ведь во льду могут быть вморожены валуны, которые «тепловому буру» просто неподвластны).

Разработка ведется с таким расчетом, чтобы в полноценную модель криобота можно было внедрить еще одного робота, который и нырнет под лед Европы после того, как VALKYRIE пробурит толщу льда.

В следующем году система будет испытана на упомянутом леднике, причем это будет уже обновленная VALKYRIE, с 3D-радаром и небольшой биохимической «лабораторией» на борту, которая проверит наличие жизни в воде подо льдом.

Последнее испытание VALKYRIE на Земле — попытка пробурить 3км толщу льда на одном из озер Южного Полюса.



Via newscientist
marks @marks
карма
170,7
рейтинг 852,5
Редактор Geektimes
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (81)

  • +5
    А вот тут, кстати, действительно идеально использовать большой РИТЭГ с десятком киловатт тепловой мощности. Бесплатным бонусом получаем неплохую разницу температур для преобразования в электричество и зарядки батарей.
    • +1
      Дорого выйдет, по крайней мере, если юзать плутоний 238… его сложно и дорого производить. Однако если использовать РИТЭГ на ином типе топлива… пусть с меньшим КПД, но с большим весом… то теоретически можно. Хотя вес крайне важен в такой дальней экспедиции.
      • +1
        Ну взять какой-нибудь уран-232, он вроде бы даже эффективнее по массе будет. Насчет стоимости не уверен.
        Да и плутония-238 нужно то всего, по грубой прикидке, килограмм так 8-9.
        • +3
          Если память не именяет, у штатов годовое производство дает чуть больше 1кг плутония в год.
          • 0
            до 2022 как раз 8 лет.
  • +4
    Занятно, РИТЭГ расположен в верхней части — получается, между верхней и нижней частями должна существовать ещё и система теплообмена. Интересно, чем вызвано такое решение.
    Не менее интересно, как предполагается осуществлять связь через толщу льда. Невелика ценность робота в подлёдном океане, если он не может никакую информацию передать.
    • +3
      Полистайте pdf-ку, там многое описано.
      Во-первых, сверху скорее всего будет не РИТЭГ, а полноценный реактор, так как РИТЭГ-ом невозможно управлять.
      Во-вторых, планируется не проплавлять шахту, а вымывать горячей водой, чтобы размыть возможную пыль и мелкие камни, чтобы случайно не застрять.
      В-третьих, если реактор поставить в носу, то попа может вмёрзнуть, по-этому вода теплоносителя идёт по внешним стенкам, обогревая их.
      В-четвёртых, планируется, что бот как опустится, так и поднимется обратно на поверхность, после чего и передаст все накопленные данные вместе с образцами воды.
      • 0
        >В-четвёртых, планируется, что бот как опустится, так и поднимется обратно на поверхность
        На мой дилетанский взгляд, проще оставить передатчик на поверхности и при погружении разматывать кабель.
        • +5
          10 километров кабеля — увесистая бухта получится. А обрыв кабеля означает провал всей миссии.
          • –3
            Я исходил из следующих соображений:
            Во-первых, если там будет полноценный реактор, а не РИТЭГ, то вес бухты кабеля на его фоне просто теряется;
            Во-вторых, они же его СЛС-ом хотят отправлять, чего экономить? ;-)
            В-третьих, пока цел кабель мы получаем научные данные с первых минут миссии, а ещё можно вносить поправки в движение агрегата или перезаливать ПО при необходимости.
            • 0
              Что такое СЛС?
              • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
              • +1
                >Сама миссия может быть осуществлена с использованием нового корабля-тяжеловеса Space Launch System, первый запуск (тестовый) которого запланирован на 2017 года.

                Почему корабль? Не спрашивайте. Вообще-то это ракета-носитель.
            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
              • 0
                Ну SLS-ы разные бывают, а вообще это всё диванная аналитика :-)
              • +2
                По идее лед хорошо проводит звук… Можно перестукиваться :)
                • 0
                  Кстати, этот канал передачи данных как-раз можно использовать в качестве низко-скоростного зато надёжного резервного. Подводные лодки же используют звуковые сонары.
          • 0
            Можно предусмотреть систему, которая каждые N метров будет фиксировать кабель в стене шахты каким-нибудь болтом. + доп вес для транспортировки, но по сравнению с остальным, имхо, это будет не так много.
            • +1
              Фиксировать не надо — кабель будет просто вмерзать в лед.
              • 0
                Кстати, да. Если шахта замёрзнет, то каким образом потом этот бур на поверхность вылезет, чтобы данные передать? (если без кабеля)
                • 0
                  Чуть ниже написали — habrahabr.ru/post/231399/#comment_7820587
                  • 0
                    Да, я уже сам в первоисточнике тоже нашёл. Интересно. Выглядит, действительно, сильно проще, чем кабель. Только если под водой с ботом что-то случится – вся миссия провалена. А с кабелем данные были бы.
                    • +7
                      Да, похоже никто из комментаторов не стал читать первоисточник. Автору стоило бы добавить в статью эту картинку —

                      image
                      • 0
                        У этой схемы есть одно уязвимое место.
                        Вдруг именно в том месте где сел аппарат окажется мель и там все проморожено до дна?
          • +1
            20-25 км кабеля телеправления влазит в современные 533мм торпеды, так что не такая уж увесистая бухта. Другое дело что да, подвижки льда могут его запросто оборвать.
            • 0
              Можно же просто лазером перемигиваться — лед то вроде более-менее прозрачный.
              • 0
                В толщине 30 км? Смело можно считать ни разу не прозрачным.
                Для сообщения с поверхностным модулем, буде такой будет, я бы ставил на акустику. Вплавить в лед приемник и слушать что там будет погружной модуль морзянить. Кстати, даже и не используя акустический канал для связи, послушать шумы в ледяном покрове было бы очень полезно и интересно.
                • 0
                  Еще не известно, там может быть постоянный и сильный шум в толще льда из-за постоянных его подвижек.
                  А лазером — можно «вморозить» пару-другую простейших ретрансляторов в лед во время погружения.

                  А еще, я тут немного поискал, и, судя по всему, лед достаточно неплохо радиопрозрачен, как оказалось.
                  • 0
                    А питание для ретрансляторов? Каждому по ритегу?
                    • 0
                      Сколько им нужно отработать? Десяток часов? Аккумов вполне хватит, их можно зарядить под завязку перед выбросом.
                      Ну и да, вопрос снимается — выяснилось, что лед достаточно радиопрозрачен, соотв. можно не придумывать велосипед.
        • +1
          Может быть, но есть несколько моментов.
          — Надо рассчитывать примерно на 30 км, а это довольно много кабеля.
          — Что делать, если даже 30 км не хватит? Это провал миссии.
          — Лунка будет замерзать сверху, значит надо тащить бухту с собой под лёд, это не очень удобно.

          А сделать возврат выглядит довольно просто. Бот изначально создаётся как подводная лодка с нейтральной плавучестью. Значит для того, чтобы поменять погружение носом вниз на подъём носом вверх, достаточно одной — двух балластных цистерн. Добурились до воды — собрали все данные — перевернулись — полезли обратно тем же способом. Реактора / РИТЭГа должно хватить с запасом.
          • 0
            Я ваше более развернуто пояснил своё предложение
        • 0
          .
      • 0
        Очень будет печально на всплытии воткнуться в мерзший метеорит.
        • 0
          Или всплыть в какой-нибудь пещере…
        • 0
          Для этого у него на носу радар. Теоретически он должен иметь возможность маневрировать и обходить твёрдые породы.
  • +2
    Что-то из приведённых ТТХ несколько непонятно: хотят обнаружить жизнь, или уничтожить её?

    Где гарантия, что РИТЭГ простоит весь период распада на поверхности столь сейсмоактивного спутника, а не уйдёт под лёд при очередном разломе?
    • +3
      А он и уйдёт под лёд в составе бурильного аппарата. Но РИТЭГ безопасен, если не нарушена оболочка, топливо имеет достаточно маленький период полураспада, и в отношении к объему океана Европы, который вроде превышает объем жидкой воды на Земле, ничего страшного ему не грозит.
      На Земле куча РИТЭГов была потеряна/утоплена/разобрана на цветмет и ничего, пока живы.
      • +1
        Лёд подвижен — может и раздавить.
        На Земле разгерметизация ГИТЭГа — экологическая катастрофа. Помню пару случаев с оглаской по ЦТ когда охотники за цветметом их разбирали. Последним тоже как правило доставались летальные дозы.

        Океан, конечно, всё стерпит, но стоит ли рисковать?
        • +4
          А может, так и зародится жизнь на Европе? :)
    • +8
      Ну, Европа вообще-то сидит по уши в радиационном поясе Юпитера, так что если там есть жизнь то на такую мелочь как РИТЭГ она вряд ли обратит внимание.
      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        • 0
          А если тамошние формы жизни соберутся вокруг чтоб погреться? :)
          • +1
            В результате быстрее эволюционируют и захватят Землю, пока мы тут фигнёй страдаем. :)
    • 0
      Условия на Европе делают возможность возникновения жизни крайне маловероятной. Мало иметь жидкую воду (и температуру, способствующую адекватной скорости физхимических процессов), надо ещё иметь интенсивные энергетические потоки, которые можно утилизировать. А что Европа может предположить? Только приливную энергетику. Она ни в какое сравнение не идёт с солнечной ни по уровню энергий и, главное, по влиянию на химические процессы.
      • +2
        > Только приливную энергетику.

        Система Юпитера довольно активна в этом плане. Вот вам для примера — - Ганимед — жидкое ядро и собственная магнитосфера.
        — Ио — дохрена действующих вулканов.

        Так что, и на Европе, судя по всему, активность есть.
        • 0
          Приливную энергию невозможно задействовать в химических процессах.

          Энергию вулканов нельзя утилизировать в локальном объёме (на уровне конкретной клетки).

          Как ни крути, но хоть сколько-нибудь эффективной по природной энергетике может быть только фотохимия.
          • 0
            А как насчет ну например термофилов? Вполне себе живут за счет тепла геотермальных источников, и без света.
            Фотосинтез — лишь один из возможных способов, и если он недоступен — эволюция вполне могла бы пойти по другому пути.
            • 0
              Термофилы живут в экстремальных для белков условиях. Но питаются-то они обычной химией, которую им создаёт кто-то другой. Живя в горячей среде невозможно утилизировать тепло этой среды. Для утилизации тепла нужен его поток, а там окружение изотермическое.
              • 0
                > Но питаются-то они обычной химией, которую им создаёт кто-то другой.

                Выбросы источников? А почему этого не может быть на той же Европе?

                Некоторые археи получают энергию из неорганических соединений, таких как сера или аммиак (они являются литотрофами). К ним относятся нитрифицирующие археи, метаногены и анаэробные метаноокислители

                > Для утилизации тепла нужен его поток, а там окружение изотермическое.

                Где «там»?
                • 0
                  >Выбросы источников?

                  Они энергетически пассивны. Даже если потенциальная энергия, способная выделиться при переваривании есть, будет потенциальный барьер по её выделению. Живой, уже существующий организм такое, адаптировавшись, переварить сможет. Но для этого он сперва должен возникнуть и эволюционировать. На Земле условия для этого есть, на Марсе — потенциально в прошлом тоже. На Европе — не складывается.

                  >Где «там»?

                  В океане Европы.
                  • 0
                    Но почему? Поток то есть. Вот источник, в 2-х метрах от него уже холодно (т.е. есть перепад температур), от него же вверх идет конвекционный поток воды.
                    • 0
                      Каким химическим процессом можно утилизировать этот поток? Тем более, когда организм оперирует не метровыми размерами, а микрометровыми?

                      Мало просто иметь энергетический поток. Нужно уметь превратить его энергию в энергию химических соединений.
                      • 0
                        И в чем проблема?

                        Хемосинтезирующие организмы (например, серобактерии) могут жить в океанах на огромной глубине, в тех местах, где из разломов земной коры в воду выходит сероводород. Конечно же, кванты света не могут проникнуть в воду на глубину около 3—4 километров (на такой глубине находится большинство рифтовых зон океана). Таким образом, хемосинтетики — единственные организмы на земле, не зависящие от энергии солнечного света.

                        Или вот еще.
                        • 0
                          Я же чуть выше писал уже про это. Питаться _потенциальной_ энергетикой с высоким потенциальным барьером активации может только уже сформировавшаяся в процессе эволюции форма жизни. Сероводород или сульфаты, хотя и являются энергоположительными в земной среде не являются источниками энергетических потоков, которые могут сформировать первичные организмы. Эти соединения в нормальных условиях пассивны. Сероводород не будет гореть, пока его не подожжёшь.

                          Вот когда сперва сформируются организмы, способные усваивать открытые потоки энергии (а я, как писал в теме, не могу придумать сходу варианты кроме электромагнитного излучения довольно узкого диапазона энергий), потом, в процессе эволюции, эти организмы могут научиться потреблять разные энергетически эффективные соединения.
                          • 0
                            А, да, с этим согласен. Ступил малость :)
                            Но изначально суть то не в этом, а в том, что там _могут_ быть (и, скорее всего, таки есть) условия для жизни простейших (а значит, возможно, и чуть более сложных) организмов.
                            • 0
                              Условия для выживания могут быть, тут не спорю. Вопрос — откуда там могут взяться те, кто будет выживать :) Завестись на месте — крайне маловероятно. Если только панспермия, но вероятность этого тоже крайне мала. Так что совсем исключать существование жизни в тех условиях нельзя, но и надеяться на её обнаружение очень, очень оптимистично :)

                              Скорее жизнь (или её следы) можно найти на том же Марсе.
          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
            • 0
              Это адаптация уже имеющейся жизни (если посчитать историю с радиотрофностью бактерий реальностью, в чём есть ещё сомнения, но в нашем контексте это не важно). Проблема же в том, что для возникновения жизни, чисто статистически, нужны огромные «производственные территории» и много времени. Радиоактивность не может обеспечить ни того, ни другого. Покрыть всю планету достаточно активным излучающим покрытием нереально, нет такого количества тяжёлых элементов и срок жизни излучающих изотопов достаточно мал на фоне потребных миллиардов лет (или хотя бы сотен миллионов — есть гипотеза, что жизнь на Земле возникла даже не в первый миллиард лет после остывания, а в первые сотни миллионов).

              В принципе, этот механизм со счетов сбрасывать не следует, но вероятность его срабатывания очень, очень низкая, ниже критерия всякой достоверности. Проще поверить в вероятность панспермии с иной планеты с более благоприятными условиями :)
  • +2
    Ализарщина какая-то.
    В оригинальной статье написано, что лазер используется только для передачи энергии через оптоволоконный кабель, что получается более эффективно, чем по традиционным проводам.
    По тому что испытания в естественных льдах с использованием ядерного источника питания запрещены каким-то международным договором.

    А «скорее всего, будет использоваться исследовательским аппаратом, беспилотником, отправленным на Европу, спутник Юпитера» система, получающая энергию от ядерного реактора/РИТЭГа, без всяких лазеров.
    • 0
      Было несколько неточностей, которые уже исправлены, спасибо.
      • 0
        И всё таки лёд плавится не лазером, а размывается струями разогретой воды, выпускаемыми через сопла в носовой части. (У вас же картинка в посте даже)
        А вот воду уже греют, во время испытаний, энергией полученной от лазера, находящегося на поверхности.
        • +1
          Да, так и есть, все верно, схема достаточно информативная.
          • 0
            А у вас в посте написано про бурение/плавление при помощи лазера. ;)
            • 0
              Эта неточность исправлена еще после первого вашего замечания. Если вы нашли еще какие-то ошибки/опечатки, просьба писать в личку.
  • +2
    Жаль Саган не дожил.
  • +1
    Ну все, скоро увидим :-) Ссылка для тех, кто не видел этот фильм.
    • –14
      только в фильме зачем-то отправили людей сразу и бурили очень быстро. Но концовка вполне себе: все умерли, но картинки таки достигли Земли.
      • +4
        А вот спойлерить нехорошо. НЛО приди, порядок наведи.
        • 0
          Каюсь
  • +1
    Нет ли риска, что по достижении воды, аппарат просто выбросит из штольни как снаряд из пушки выбросом из-за перепада давления?
    • +3
      Вода позади аппарата будет сразу замерзать и надежно закупорит штольню. Там на поверхности −160 °C.
  • +4
    «Все эти миры ваши — кроме Европы. Не пытайтесь высадиться на неё»

    ?
    Сразу вспомнилась эта краеугольная цитата из серии «Космическая одиссея» Артура Кларка.
    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
    • +1
      Ну, так лично нам такого никто пока не говорил. Так что, имеем полное право! :)
  • +1
    В Антарктиде, например на озере Восток, его испытывать вряд ли будут, т.к. международным законодательством туда запрещено ввозить радиоактивные изотопы.
  • –1
    Вот один вопрос мучает: вперёд едем и плавим без проблем. Но ведь расплавленную воду сзади на Европе ни кто откачивать не будет. Как бы она там замёрзнет, при том весьма быстро, физически можно по всей поверхности сделать обогрев, чтобы не увязнуть во льду. Но вот что делать с радиосигналом? Какую частоту выбрать, чтобы она с наименьшими потерями на 30 километров проникала через лёд? Да еще и с направленной антенной, которая явно будет иметь узкий луч и не большую мощность и при объезде замёрзшего большого камня может выйти из фокуса аппарата на поверхности. Имхо в задней части будет прямофокусная антенна с обтекателем и углом градусов в 15, не 30 же километров кабеля туда везти?
    • +2
      Посмотрите первоисточник или комментарии чуть выше – зонд пробуривается через лёд, ныряет в воду, собирает там данные, переворачивается, всплывает и бурится обратно сквозь лёд вверх. Попадает на поверхность и уже затем передаёт все собранные данные.
  • +2
    феномен хабра, пока пишешь и отправляешь длинный ответ и каментов нет, вопросы обсудят выше))
    • –1
      Надо ограничить глубину комментов как на Тостере…
  • 0
    Вообще интересно, как некая разработка реализуется, используется, а потом забывается чтобы быть заново открытой через некоторое время.

    Вот я точно знаю, что подобную систему наши гляциологи использовали на Шпицбергене в 60х. Но найти про тот проект информации не могу… :(

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.