Costruire un sottomarino diventa complicato quando la temperatura scende a -300 Fahrenheit e l'oceano è fatto di metano ed etano.

I ricercatori della Washington State University stanno lavorando con la NASA per determinare come potrebbe funzionare un sottomarino su Titano, la più grande delle molte lune di Saturno e la seconda più grande del sistema solare. L'agenzia spaziale prevede di lanciare un vero sottomarino nei mari di Titano nei prossimi 20 anni.

I ricercatori hanno ricreato un oceano di Titano in un laboratorio. Hanno pubblicato un articolo sul loro lavoro sulla rivista, Equilibri di fase fluida .

Titano è di particolare interesse per i ricercatori perché è simile alla terra in un modo importante, trattiene il liquido. A differenza di quasi qualsiasi altra parte del sistema solare, la superficie della luna include gli oceani, fiumi e nuvole, e come sulla terra, può piovere. Ma, invece dell'acqua, il ciclo idrologico è a metano.

A causa delle possibili lezioni che potrebbe fornire qui sulla Terra, La NASA studia Saturno e le sue lune da più di un decennio con i dati raccolti dalla sonda Cassini.

Il sottomarino che l'agenzia sta progettando dovrà operare in autonomia. Dovrà studiare le condizioni atmosferiche e oceaniche, muoversi sui fondali marini, e librarsi sopra o sotto la superficie. L'ingegneria è ancora più complicata perché, a differenza dell'acqua quasi omogenea negli oceani terrestri, la concentrazione di etano e metano può variare notevolmente negli oceani di Titano e modificare le proprietà di densità del liquido.

Invito NASA

Ian Richardson, un ex studente laureato presso la Scuola di Ingegneria Meccanica e dei Materiali, avuto la possibilità di affrontare il modo in cui la NASA potrebbe costruire un sottomarino per condizioni estreme. Nel laboratorio criogenico della WSU, che studia i materiali a temperature molto fredde, Richardson ha ricreato l'atmosfera di Titano e ha testato il funzionamento di una piccola macchina riscaldata in tali condizioni.

Richardson, che ha conseguito una laurea in ingegneria meccanica presso la WSU, ha avuto un interesse di lunga data per lo spazio e le tecnologie di esplorazione spaziale. È stato il primo destinatario della WSU di una borsa di ricerca sulla tecnologia spaziale della NASA, che includeva uno stage presso il Glenn Research Center della NASA a Cleveland, Ohio. È stato mentre lavorava come stagista su un problema separato che uno scienziato della NASA gli ha proposto il problema di progettare un sottomarino per Titano.

"La mia ricerca ha appena preso una svolta a destra, e sono andato con esso, " ha detto Richardson. "È un esperimento pazzesco, e non avrei mai pensato che avrei avuto questa opportunità. È stato un problema di progettazione sperimentale molto divertente e stimolante".

Simulazione dei mari di Titano

Il team di ricerca della WSU ha costruito una camera di prova che ospitava la miscela liquida a temperature molto basse per simulare i mari di Titano. Hanno aggiunto un due pollici, riscaldatore a cartuccia a forma di cilindro che approssima il calore che creerebbe un sottomarino.

Una delle maggiori sfide per i ricercatori è stata la comprensione delle bolle nei mari di Titano. Aggiungi un sottomarino alimentato da una macchina che produce calore nel liquido molto freddo di Titano, e si formeranno bolle di azoto. Troppe bolle renderebbero difficile manovrare la nave, vedere, prendere dati e gestire i sistemi di zavorra.

Riprese video a -300 gradi

Il prossimo grande problema, ha detto Richardson, stava ottenendo un video in condizioni difficili. Il loro studio è stato condotto a 60 libbre per pollice quadrato di pressione e quasi -300 gradi Fahrenheit. Il gruppo di Richardson ha progettato una soluzione utilizzando un dispositivo ottico chiamato endoscopio e videocamera in grado di resistere alle basse temperature e alle alte pressioni per visualizzare cosa stava succedendo all'interno della camera di prova.

"Non sono queste le condizioni più amichevoli, " ha detto. "Devi trovare soluzioni creative".

I ricercatori ci sono riusciti e hanno ripreso video di pioggia e neve di etano-metano. Il gruppo ha anche studiato le temperature di congelamento per i laghi di metano ed etano e ha determinato che, a causa di una piccola quantità di azoto nel liquido, i laghi gelano a temperature più basse di quanto ci si aspetterebbe:75 Kelvin, o -324 gradi Fahrenheit, invece di 90,5 Kelvin.

"Questo è un grosso problema, '' ha detto Richardson. "Ciò significa che non devi preoccuparti degli iceberg."

I ricercatori stanno cercando di continuare il lavoro con la NASA per aggiornare il design del Titan Submarine.