Wil je gaan ijsvissen op Jupiters maan Europa? Er is geen belofte dat je iets zult vangen, maar een nieuwe reeks robotprototypes zou kunnen helpen.

sinds 2015 NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, heeft nieuwe technologieën ontwikkeld voor gebruik bij toekomstige missies naar oceaanwerelden. Dat omvat een ondergrondse sonde die door kilometers ijs kan graven, onderweg monsters nemen; robotarmen die zich ontvouwen om verre objecten te bereiken; en een projectielwerper voor nog verder verwijderde monsters.

Al deze technologieën zijn ontwikkeld als onderdeel van de Ocean Worlds Mobility and Sensing-studie, een onderzoeksproject gefinancierd door NASA's Space Technology Mission Directorate in Washington. Elk prototype richt zich op het verkrijgen van monsters van het oppervlak - of onder het oppervlak - van een ijzige maan.

"In de toekomst, we willen de vraag beantwoorden of er leven is op de manen van de buitenste planeten - op Europa, Enceladus en Titan, " zei Tom Cwik, die het ruimtetechnologieprogramma van JPL leidt. "We werken samen met het NASA-hoofdkwartier om de specifieke systemen te identificeren die we nu moeten bouwen, zodat over 10 of 15 jaar, ze zouden klaar kunnen zijn voor een ruimtevaartuig."

Die systemen zouden worden geconfronteerd met een verscheidenheid aan uitdagende omgevingen. Temperaturen kunnen honderden graden onder het vriespunt bereiken. Rover-wielen kunnen ijs kruisen dat zich als zand gedraagt. op Europa, oppervlakken baden in straling.

"Robotsystemen zouden te maken krijgen met cryogene temperaturen en ruig terrein en moeten voldoen aan strikte vereisten voor planetaire bescherming, " zei Hari Nayar, die de roboticagroep leidt die toezicht hield op het onderzoek. "Een van de meest opwindende plaatsen waar we naartoe kunnen gaan, is diep in de ondergrondse oceanen, maar daarvoor zijn nieuwe technologieën nodig die nog niet bestaan."

Brian Wilcox, een engineering fellow bij JPL, ontwierp een prototype geïnspireerd op zogenaamde "smeltsondes" die hier op aarde worden gebruikt. Sinds eind jaren zestig, deze sondes zijn gebruikt om door sneeuw en ijs te smelten om ondergrondse gebieden te verkennen.

Het probleem is dat ze warmte inefficiënt gebruiken. Europa's korst kan 6,2 mijl diep zijn of 12,4 mijl diep (10 tot 20 kilometer); een sonde die zijn energie niet beheert, zou afkoelen totdat hij niet meer bevroren was in het ijs.

Wilcox bedacht een ander idee:een capsule geïsoleerd door een vacuüm, op dezelfde manier is een thermosfles geïsoleerd. In plaats van warmte naar buiten uit te stralen, het zou energie vasthouden van een stuk plutonium uit de warmtebron als de sonde in het ijs zakt.

Een roterend zaagblad op de bodem van de sonde zou langzaam draaien en door het ijs snijden. Zoals het dat doet, het zou ijsschilfers terug in het lichaam van de sonde gooien, waar ze door het plutonium zouden worden gesmolten en erachter zouden worden weggepompt.

Het verwijderen van de ijsschilfers zou ervoor zorgen dat de sonde gestaag door het ijs boort zonder verstoppingen. Het ijswater kan ook worden bemonsterd en door een spoel van aluminium buizen naar een lander op het oppervlak worden gestuurd. Eenmaal daar, de watermonsters konden worden gecontroleerd op biosignaturen.

"We denken dat er gletsjerachtige ijsstromen zijn diep in Europa's bevroren korst, ' zei Wilcox. 'Die stromen zorgen ervoor dat materiaal uit de oceaan naar beneden wordt gehaald. Terwijl deze sonde in de korst tunnelt, het kunnen watermonsters zijn die biosignaturen kunnen bevatten, als die er zijn."

Om ervoor te zorgen dat er geen microben op aarde meeliften, de sonde zou zichzelf opwarmen tot meer dan 900 graden Fahrenheit (482 graden Celsius) tijdens zijn cruise op een ruimtevaartuig. Dat zou alle resterende organismen doden en complexe organische moleculen afbreken die de wetenschappelijke resultaten zouden kunnen beïnvloeden.

Een groter bereik

Onderzoekers keken ook naar het gebruik van robotarmen, die essentieel zijn voor het bereiken van monsters van landers of rovers. Op Mars, NASA's landers zijn nooit verder dan 6,5 tot 8 voet (2 tot 2,5 meter) van hun basis gekomen. Voor een groter bereik, je moet een langere arm bouwen.

Een opvouwbare giekarm was een idee dat bij JPL opborrelde. Uitgevouwen, de arm kan bijna 10 meter uitschuiven. Wetenschappers weten niet welke monsters aantrekkelijk zullen zijn als een lander eenmaal landt, dus een groter bereik zou hen meer opties kunnen geven.

Voor doelen die nog verder weg zijn, er is een projectielwerper ontwikkeld die een bemonsteringsmechanisme tot 50 meter hoog kan afvuren.

Zowel de arm als de draagraket kunnen worden gebruikt in combinatie met een ijsgrijpende klauw. Aan deze klauw zou ooit een kernboor kunnen worden bevestigd; als wetenschappers ongerepte monsters willen, ze moeten door tot 20 centimeter van Europa's oppervlakte-ijs boren, waarvan wordt gedacht dat het complexe moleculen beschermt tegen de straling van Jupiter.

Na inzet vanaf een boomarm of een projectielwerper, de klauw kon zichzelf verankeren met behulp van verwarmde tanden die in het ijs smelten en zijn grip veiligstellen. Dat zorgt ervoor dat een boorkop een monster kan binnendringen en opvangen.

Wielen voor een cryo-rover

In juli, NASA markeert een 20-jarige erfenis van rovers die door de woestijn van Mars rijden, terugdenkend aan de 4 juli, 1997 landing van Mars Pathfinder, met zijn Sojourner rover.

Maar het bouwen van een rover voor een ijzige maan zou een heroverweging vereisen.

Plaatsen zoals Saturnusmaan Enceladus hebben scheuren die gasstralen en ijzig materiaal van onder het oppervlak uitblazen. Ze zouden de belangrijkste wetenschappelijke doelen zijn, maar het materiaal om hen heen is waarschijnlijk anders dan ijs op aarde.

In plaats daarvan, tests hebben aangetoond dat korrelig ijs zich in cryogene en vacuümomstandigheden meer als zandduinen gedraagt, met losse korrels waar wielen in kunnen wegzakken. JPL-onderzoekers wendden zich tot ontwerpen die voor het eerst waren voorgesteld om over het oppervlak van de maan te kruipen. Ze testten lichtgewicht commerciële wielen die waren bevestigd aan een rocker bogey-ophangingssysteem dat is gebruikt op een aantal door JPL geleide missies.

De volgende stappen

Elk van deze prototypes en de experimenten die ermee werden uitgevoerd, waren slechts startpunten. Met de studie van de oceaanwerelden voltooid, onderzoekers gaan nu bekijken of deze vindingen verder verfijnd kunnen worden. NASA overweegt een tweede ontwikkelingsfase. Die inspanningen zouden uiteindelijk de technologieën kunnen opleveren die op toekomstige missies naar het buitenste zonnestelsel zouden kunnen vliegen.