Vuoi andare a pescare sul ghiaccio sulla luna di Giove Europa? Non c'è nessuna promessa che prenderai qualcosa, ma una nuova serie di prototipi robotici potrebbe aiutare.

Dal 2015, Il Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California, ha sviluppato nuove tecnologie da utilizzare in future missioni nei mondi oceanici. Ciò include una sonda sotterranea che potrebbe scavare attraverso miglia di ghiaccio, prelevare campioni lungo il percorso; bracci robotici che si aprono per raggiungere oggetti lontani; e un lancia-proiettili per campioni ancora più distanti.

Tutte queste tecnologie sono state sviluppate nell'ambito dello studio Ocean Worlds Mobility and Sensing, un progetto di ricerca finanziato dalla Space Technology Mission Directorate della NASA a Washington. Ogni prototipo si concentra sull'ottenimento di campioni dalla superficie, o sotto la superficie, di una luna ghiacciata.

"Nel futuro, vogliamo rispondere alla domanda se ci sia vita sulle lune dei pianeti esterni, su Europa, Encelado e Titano, " ha detto Tom Cwik, che guida il programma di tecnologia spaziale del JPL. "Stiamo lavorando con il quartier generale della NASA per identificare i sistemi specifici che dobbiamo costruire ora, in modo che in 10 o 15 anni, potrebbero essere pronti per una navicella spaziale".

Questi sistemi dovrebbero affrontare una varietà di ambienti difficili. Le temperature possono raggiungere centinaia di gradi sotto lo zero. Le ruote dei rover potrebbero attraversare il ghiaccio che si comporta come la sabbia. Su Europa, le superfici sono inondate di radiazioni.

"I sistemi robotici dovrebbero affrontare temperature criogeniche e terreni accidentati e devono soddisfare severi requisiti di protezione planetaria, " ha detto Hari Nayar, che guida il gruppo di robotica che ha curato la ricerca. "Uno dei posti più eccitanti in cui possiamo andare è nelle profondità degli oceani sotto la superficie, ma per farlo sono necessarie nuove tecnologie che non esistono ancora".

Brian Wilcox, un borsista di ingegneria al JPL, ha progettato un prototipo ispirato alle cosiddette "sonde di fusione" utilizzate qui sulla Terra. Dalla fine degli anni Sessanta, queste sonde sono state utilizzate per sciogliere la neve e il ghiaccio per esplorare le regioni del sottosuolo.

Il problema è che usano il calore in modo inefficiente. La crosta di Europa potrebbe essere profonda 6,2 miglia o potrebbe essere profonda 12,4 miglia (da 10 a 20 chilometri); una sonda che non gestisce la sua energia si raffredderebbe fino a quando non si fermasse congelata nel ghiaccio.

Wilcox ha innovato un'idea diversa:una capsula isolata dal vuoto, allo stesso modo di un thermos è isolato. Invece di irradiare calore verso l'esterno, manterrebbe l'energia da un pezzo di plutonio fonte di calore mentre la sonda affonda nel ghiaccio.

Una lama rotante sul fondo della sonda ruotava lentamente e tagliava il ghiaccio. Mentre lo fa, getterebbe di nuovo scaglie di ghiaccio nel corpo della sonda, dove sarebbero stati fusi dal plutonio e pompati dietro di esso.

La rimozione dei frammenti di ghiaccio garantirebbe alla sonda di perforare costantemente il ghiaccio senza ostruzioni. L'acqua ghiacciata potrebbe anche essere campionata e inviata attraverso una bobina di tubi di alluminio a un lander in superficie. Una volta lì, i campioni d'acqua potrebbero essere controllati per la biofirma.

"Pensiamo che ci siano flussi di ghiaccio simili a ghiacciai nelle profondità della crosta ghiacciata di Europa, "Ha detto Wilcox. "Quei flussi sfornare materiale dall'oceano in basso. Mentre questa sonda scava nella crosta, potrebbe trattarsi di acque di campionamento che potrebbero contenere biofirme, se ne esistono."

Per garantire che nessun microbi terrestre abbia fatto l'autostop, la sonda si riscalderebbe a oltre 900 gradi Fahrenheit (482 gradi Celsius) durante la sua crociera su un veicolo spaziale. Ciò ucciderebbe qualsiasi organismo residuo e decomporrebbe molecole organiche complesse che potrebbero influenzare i risultati della scienza.

Una portata più lunga

I ricercatori hanno anche esaminato l'uso di bracci robotici, indispensabili per raggiungere i campioni da lander o rover. Su Marte, I lander della NASA non si sono mai estesi oltre i 6,5-8 piedi (da 2 a 2,5 metri) dalla loro base. Per una portata più lunga, devi costruire un braccio più lungo.

Un braccio pieghevole è stata un'idea che è venuta fuori al JPL. spiegato, il braccio può estendersi per quasi 33 piedi (10 metri). Gli scienziati non sanno quali campioni attireranno una volta che un lander atterrerà, quindi una portata più lunga potrebbe dare loro più opzioni.

Per obiettivi ancora più lontani, è stato sviluppato un lanciatore di proiettili in grado di sparare un meccanismo di campionamento fino a 164 piedi (50 metri).

Sia il braccio che il lanciatore potevano essere usati in combinazione con un artiglio per afferrare il ghiaccio. Questo artiglio potrebbe un giorno avere un carotatore attaccato ad esso; se gli scienziati vogliono campioni incontaminati, dovranno perforare fino a otto pollici (circa 20 centimetri) di ghiaccio superficiale di Europa, che si pensa protegga le molecole complesse dalle radiazioni di Giove.

Dopo il dispiegamento da un braccio del braccio o da un lancia-proiettili, l'artiglio potrebbe ancorarsi usando rebbi riscaldati che si sciolgono nel ghiaccio e ne assicurano la presa. Ciò garantisce che la punta di un trapano sia in grado di penetrare e raccogliere un campione.

Ruote per un crio-rover

Nel mese di luglio, La NASA segnerà un'eredità di 20 anni di rover che attraversano il deserto marziano, rifacendosi al 4 luglio, 1997 atterraggio di Mars Pathfinder, con il suo rover Sojourner.

Ma costruire un rover per una luna ghiacciata richiederebbe un ripensamento.

Luoghi come la luna di Saturno Encelado hanno fessure che emettono getti di gas e materiale ghiacciato da sotto la superficie. Sarebbero gli obiettivi principali della scienza, ma è probabile che il materiale intorno a loro sia diverso dal ghiaccio sulla Terra.

Anziché, i test hanno scoperto che il ghiaccio granulare in condizioni criogeniche e sotto vuoto si comporta più come dune di sabbia, con grani sciolti in cui le ruote possono affondare. I ricercatori del JPL si sono rivolti ai progetti proposti per la prima volta per strisciare sulla superficie lunare. Hanno testato ruote commerciali leggere fissate a un sistema di sospensione a bilanciere che è stato utilizzato in una serie di missioni guidate dal JPL.

I prossimi passi

Ciascuno di questi prototipi e gli esperimenti condotti con essi erano solo punti di partenza. Con lo studio dei mondi oceanici completato, i ricercatori valuteranno ora se queste invenzioni possono essere ulteriormente perfezionate. La NASA sta valutando una seconda fase di sviluppo. Questi sforzi potrebbero alla fine produrre le tecnologie che potrebbero volare in future missioni nel sistema solare esterno.