Европа и Энцелад: Отправка сигналов сквозь лед

12:00 24/11/2022

0 👁 490

Credit: NASA/JPL/Space Science Institute

Обнаружение внеземной жизни было бы невероятным открытием, которое произвело бы революцию в восприятии жизни человечеством и дало бы нам представление о том, как жизнь зарождается и сохраняется в различных средах. Изучение океанических миров, таких как Европа и Энцелад, вращающихся вокруг Юпитера и Сатурна соответственно, особенно интригует, поскольку они могут содержать условия, благоприятные для жизни, включая жидкую воду, необходимые химические вещества, источники тепла или энергии и долгоживущие океаны.

Чтобы продолжить обнаружение пригодной для жизни среды, полученное предыдущими миссиями (например, «Cassini»), будущим миссиям по обнаружению жизни в ледяных океанских мирах потребуются не только удаленные наблюдения. Глубокое исследование недр, достигающее лунных океанов и/или водных карманов, расположенных в ледяной оболочке, может выявить, а также подробно охарактеризовать любую жизнь, которая может там существовать.

Доступ к подповерхностному океану или карманам таяния, расположенным внутри ледяной оболочки, создаст серьезные проблемы. С технологической точки зрения успешная исследовательская миссия потребует старта в вакууме при экстремально низких («криогенных» температурах), преодоления десятков километров через ледяную оболочку в течение нескольких лет и выхода в океан — и все это при сохранении связи с активами на поверхности Луны для передачи данных обратно на Землю. Путешествие сквозь лед потребует прохождения через ледяную оболочку с неизвестными колебаниями температуры, прочностью материала и возможным составом щелочи, а также потребует способности выдерживать нагрузки, вызванные приливами и возможным движением разломов (например, ледотрясениями).На сегодняшний день появилась надежная технологическая концепция для эффективного исследования внутренней части ледяных оболочек: робот, проникающий в лед, или «криобот»  проникает сквозь лед, плавя или выкапывая лед (плавлением, разрезанием или комбинированным методом). Наземные ледяные зонды предлагались и/или разрабатывались на протяжении десятилетий с лабораторными и полевыми испытаниями в Антарктиде и Гренландии для изучения жизнеспособности концепции для будущих планетарных миссий. Чтобы повысить готовность такого зонда «лед-океан» к миссии, команда STI разрабатывает надежные технологии связи, в которых используются оптические тросы и радиочастотные модули в свободном пространстве, способные передавать данные через многокилометровый лед, выживая в экстремальных условиях океанских миров.

Европа: экстремальные холода и экстремальные нагрузки. Погружные роботы, использующие прочные волоконно-оптические микротросы (диаметр ~1-2 мм), которые имеют достаточную длину и массу для поддержки предложенных архитектур криоботов Европы, успешно использовались на Земле для наземных исследований океана. Однако способность этих систем выдерживать экстремальные ледовые условия на Европе не была продемонстрирована. Поэтому междисциплинарная команда STI разработала новые протоколы и инструменты для оценки возможностей оптических коммуникационных тросов в стрессовых и тепловых условиях (100–260 K), ожидаемых в ледяной оболочке Европы. Команда применила сдвиговую нагрузку при этих температурах для диапазона нагрузок и скоростей нагрузки, чтобы смоделировать ползучие и быстро проскальзывающие ледовые землетрясения, ожидаемые в среде ледяного панциря океанского мира.

Команда STI провела эти тесты с использованием криогенного аппарата для двухосной деформации в Земной обсерватории Ламонта-Доэрти (LDEO). Проводя испытания в лабораторных условиях, имитирующих соответствующую среду океанского мира, команда охарактеризовала прочность двух тросов на сдвиг в условиях, аналогичных ледовым разломам на Европе. Команда использовала современную трехсекционную матрицу для предварительного натяжения троса, вокруг которого был заморожен образец поликристаллического льда, с двумя ранее существовавшими плоскими разделениями для представления перпендикулярных разломов троса.

Этот протокол оказался надежным методом для создания образцов льда с предварительно натянутыми и полностью заделанными тросами и продемонстрировал научному сообществу новый ценный метод подготовки к испытаниям.

Результаты испытаний на сдвиг продемонстрировали удивительно высокий уровень прочности троса в диапазоне температур и скоростей скольжения ледовых разломов, ожидаемых на таких океанских мирах, как Европа и Энцелад. Скорости сдвигов по разломам контролировались применяемыми скоростями нагружения.

Исследование STI с грубо разбитыми и несовершенно плоскими скользящими поверхностями льда (вероятно, похожими на вновь активизировавшиеся разломы на Европе) в этих диапазонах скоростей скольжения, сдвиговых нагрузок и температур ледяной корки дает надежное подтверждение того, как фрикционная устойчивость льда зависит от температуры и скорости скольжения по разлому. Эти результаты важны для потенциального применения на Европе, предполагая изменение поведения скольжения с глубиной. Самая верхняя и самая нижняя части ледяной оболочки скользят плавно (и медленно), тогда как при среднем диапазоне температуры и глубины ледяные разломы могут инициировать прерывистое скольжение и быстрые ледотрясения. Характеризуя передачу данных в этих условиях, тесты показывают, что тросы потенциально могут служить научными инструментами для обнаружения ледотрясений и установления теплового профиля ледяной оболочки.

Эти и другие разработки команды STI продвигают технологии привязанной связи и связи в свободном космосе, чтобы устранить технические риски для миссии криоботов по доступу к океаническим мирам. Усилия НТИ также улучшают способность исследовать температуры, механические и составные свойства динамических ледяных оболочек и направляют будущие технологические разработки для исследования недр океанических миров.

Дорогие друзья! Желаете всегда быть в курсе последних событий во Вселенной? Подпишитесь на рассылку оповещений о новых статьях, нажав на кнопку с колокольчиком в правом нижнем углу экрана ➤ ➤ ➤