Океаны на ледяных спутниках планет Солнечной системы — Европе, Энцеладе и многих других — вероятно, лучшее место для поиска жизни за пределами Земли. Погружные роботы должны будут сыграть важную роль в их исследовании.
Одним из лучших кандидатов в Солнечной системе для поиска признаков внеземной жизни считается спутник Юпитера Европа. Астробиологов привлекает возможность исследовать химические и геологические процессы, которые происходят под воздействием мощных потоков заряженных частиц из магнитосферы Юпитера. Астробиология — наука на стыке химии, биологиии и геологии. Поэтому учёных интересуют все данные, которые могут дать больше информации о происхождении и эволюции жизни за пределами Земли. По предварительным данным, подо льдом Европы может быть в три раза больше жидкой воды, чем во всех океанах на Земле.
Наиболее детально Европу изучили в ходе программы NASA Galileo в 1990-х годах. Следующим роботизированным зондом, который соберёт новые уникальные научные сведения об этом далёком мире и передаст их на Землю, станет Europa Clipper. Его запуск запланирован на 2025 год. Через несколько лет этот космический аппарат будет обращаться вокруг Юпитера и совершать близкие пролёты над разными областями Европы, чтобы создать карту спутника. Но всё самое интересное скрыто под толщей льда. В научные задачи Europa Clipper входит изучение геологической активности Европы: оценка толщины ледяной коры, определение химического состава океана и изучение водяных извержений, которые были обнаружены в 2016 и 2017 годах. Кроме того, в научные цели этого космического аппарата будет входить определение места для спуска посадочного модуля.
Хотя сейчас планы отправки на этот спутник посадочного модуля сомнительные, сотрудники NASA создали технологии, которые, возможно, будут задействованы в подобной программе. Чтобы в будущем учёные смогли изучить подлёдный мир Европы, инженеры разработали робота, способного работать безопасно для флоры и фауны, которые, возможно, обитают в океане Европы.
Buoyant Rover for Under-Ice Exploration (Bruie) — водоплавающий робот для подлёдных исследований — разрабатывается с 2017 года. Конструкция очень простая: корпус длиной 1 метр и два шипованных колеса по половине метра в диаметре. Bruie оснащён поворачивающимися камерами, которые обеспечат ему хороший обзор, и фарами, а в будущем ему добавят модуль беспроводной связи для автономной навигации. На корпусе робота есть место для научных инструментов (несмотря на простую конструкцию). При помощи них можно будет измерить параметры, связанные с жизнедеятельностью, такие как растворённый в воде кислород, солёность воды, давление и температуру.
Bruie использует положительную плавучесть, чтобы противостоять водным потокам. Заполненный воздухом и запечатанный цилиндрический корпус, пенистный материал внутри конусообразных колёс обеспечивают положительную плавучесть. Она позволяет перемещаться вдоль подводной части ледяной корки. Вода будет прижимать робота к толще ледяного шельфа и при продвижении вперёд его датчики будут собирать необходимые данные. Этот робот расходует мало энергии, особенно относительно беспилотников подводного типа. Он работает от батареи и способен оставаться в спящем режиме, а включаться только когда необходимо получить научные данные. Так робот сможет проработать несколько месяцев, выходя из гибернации для наблюдения за подлёдной средой через определённые промежутки времени.
Полевые испытания робота разработчики провели в ноябре 2019 года в Антарктиде подо льдом залива О’Брайен около станции Кейси. Bruie успешно выдержал три трёхчасовых подлёдных испытания, во время четвёртого критического погружения он провёл подо льдом 42 часа и 30 минут. Ведущий инженер проекта управлял роботом дистанционно, используя ноутбук. Бортовая камера транслировала видео на монитор: под коркой льда робот обнаружил обширные сети водорослей и пузырьки кислорода, которые вмёрзли в лёд. Это были уже вторые испытания прототипа, до этого инженеры погружали Burie под лёд озера на Аляске в 2015 году.
Область раздела лёд-вода важна, потому что на таких объектах Солнечной системы, как Европа, может идти множество интересных химических процессов. В частности, на нашей планете эта зона богата микроорганизмами. Учёные могут многое узнать из топографии нижней части льда, в том числе о процессе его формирования. Кроме того, лёд может действовать как ловушка для газов, образующихся в результате биологических или геологических процессов.
Большинству подводных лодок было бы нелегко исследовать этот район, так как океанические течения могут подхватывать и уносить их от места исследования, приводить к затоплению, или им потребуется слишком много ресурсов для поддержания энергии. Кроме того, открытые лопасти двигателя обычной подводной лодки могут срывать хрупкие водоросли с ледяного покрова во время сближения, а Bruie осторожно проберётся под ними.
Самой трудной задачей будет доставка робота под лёд, толщина которого на Европе может достигать 30 километров. Одна из предварительных концепций доставки Bruie через ледяной панцирь — робот для создания скважины под названием Cryobot, который работает на ядерной энергии (радиоизотопном термоэлектрическом генераторе, РИТЭГ). Он сможет аккуратно растопить лёд,чтобы Bruie смог проникнуть в лунку.
Europa Clipper подробно исследует Европу и поможет учёным понять, может ли в её океане поддерживаться жизнь. Если да, то следующий шаг к поиску признаков этой жизни — подлёдная роботизированная лаборатория наподобие Bruie. Учёные также планируют получить точные данные о толщине льда, чтобы выяснить наверняка, возможно ли отправить пару таких аппаратов на Европу.
Источник:
nytimes.com
jpl.nasa.gov