НАСА хочет отправить рои роботов для плавания в чужих океанах

НАСА недавно объявил 600 000 долларов США на финансирование исследования возможности отправки роев миниатюрных плавающих роботов (известных как независимые микропловцы) для исследования океанов под ледяными панцирями многих «океанских миров» нашей Солнечной системы.

Но не представляйте, что металлические гуманоиды плавают под водой, как лягушки. Вероятно, это будут простые треугольные клинья.

Плутон — один из примеров вероятного океанического мира. Но миры с ближайшими к поверхности океанами, что делает их наиболее доступными, — это Европа, спутник Юпитера, и Энцелад, спутник Сатурна.

Жизнь в океанских мирах

Эти океаны представляют интерес для ученых не только потому, что они содержат так много жидкой воды (в океане Европы, вероятно, примерно в два раза больше воды, чем во всех океанах Земли), но и потому, что химические взаимодействия между горными породами и океанской водой могут поддерживать жизнь. Фактически, окружающая среда в этих океанах может быть очень похожа на окружающую среду на Земле в то время, когда зародилась жизнь.

Это среда, в которой вода, просочившаяся в скалы на дне океана, становится горячей и химически обогащается — вода, которая затем выбрасывается обратно в океан. Микробы могут питаться этой химической энергией и, в свою очередь, могут быть съедены более крупными организмами. Ни солнечный свет, ни атмосфера на самом деле не нужны.

Многие теплые каменистые структуры такого типа, известные как «гидротермальные жерла», были задокументированы на дне океанов Земли с момента их открытия в 1977 году. В этих местах местная пищевая сеть действительно поддерживается за счет хемосинтеза (энергии химических реакций). чем фотосинтез (энергия солнечного света).

В большинстве океанических миров Солнечной системы энергия, которая нагревает их каменистые внутренности и предотвращает замерзание океанов на всем пути к основанию, исходит главным образом от приливов. Это контрастирует с в значительной степени радиоактивным нагревом недр Земли. Но химия взаимодействия вода-порода аналогична.

Пробы океана Энцелада уже были отобраны космическим кораблем «Кассини» через шлейфы ледяных кристаллов, которые пробиваются сквозь трещины во льду. И есть надежда, что миссия НАСА «Европа Клипер» сможет найти похожие шлейфы для образцов, когда начнет серию близких облетов Европы в 2030 году.

Тем не менее, проникновение в океан для исследования потенциально может быть гораздо более информативным, чем просто обнюхивание лиофилизированного образца.

В плавании

Вот тут-то и появляется концепция датчиков с независимыми микроплавателями (Swim). Идея состоит в том, чтобы приземлиться на Европе или Энцеладе (что было бы ни дешево, ни просто) в месте, где лед относительно тонкий (еще не определено), и использовать зонд с радиоактивным нагревом, чтобы растопить дыру шириной 25 см в океан. расположенных на сотни или тысячи метров ниже.

Оказавшись там, он выпустит до четырех десятков клиновидных микропловцов длиной 12 см, чтобы отправиться на исследование. Их выносливость будет намного меньше, чем у 3,6-метрового автономного подводного аппарата, известного под названием Boaty McBoatface, с дальностью полета 2000 км, который уже прошел более 100 км подо льдами Антарктиды.

На данном этапе Swim является лишь одним из пяти «исследований фазы 2» ряда «передовых концепций», финансируемых в рамках раунда 2022 года программы NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC). Таким образом, все еще есть большие шансы на то, что Swim станет реальностью, и ни одна полная миссия не была намечена или профинансирована.

Микропловцы будут общаться с зондом акустически (через звуковые волны), а зонд будет отправлять свои данные по кабелю на посадочный модуль на поверхности. В ходе исследования будут испытаны прототипы в испытательном резервуаре со всеми интегрированными подсистемами.

Каждый микропловец мог исследовать, возможно, всего лишь десятки метров от зонда, ограниченный зарядом батареи и радиусом действия акустической линии передачи данных, но, действуя как стая, они могли отображать изменения (во времени или местоположении) температуры и солености. . Возможно, они даже смогут измерить изменения мутности воды, что может указать направление к ближайшему гидротермальному источнику.

Ограничения мощности микропловцов могут означать, что ни один из них не может нести камеры (для них потребуется собственный источник света) или датчики, которые могли бы специально вынюхивать органические молекулы. Но на данном этапе ничего не исключено.

Однако я думаю, что найти признаки гидротермальных жерл — дело далекое. В конце концов, дно океана должно быть на много километров ниже точки выброса микропловца.

Но, честно говоря, в предложении Swim прямо не предлагается указывать вентиляционные отверстия. Чтобы найти и изучить сами вентиляционные отверстия, нам, вероятно, понадобится Боати МакБотфейс в космосе. Тем не менее, плавание было бы хорошим началом.

Дэвид Ротери, профессор планетарных наук о Земле, Открытый университет.