Het bouwen van een onderzeeër wordt lastig als de temperatuur daalt tot -300 Fahrenheit en de oceaan is gemaakt van methaan en ethaan.

Onderzoekers van de Washington State University werken samen met NASA om te bepalen hoe een onderzeeër op Titan zou kunnen werken, de grootste van de vele manen van Saturnus en de op een na grootste in het zonnestelsel. Het ruimteagentschap is van plan om in de komende 20 jaar een echte onderzeeër in de zeeën van Titan te lanceren.

De onderzoekers creëerden een Titan-oceaan in een laboratorium. Ze hebben een paper over hun werk gepubliceerd in het tijdschrift, Vloeistoffase-evenwichten .

Titan is van bijzonder belang voor onderzoekers omdat het op een belangrijke manier op de aarde lijkt, het houdt vloeistof vast. In tegenstelling tot bijna overal in het zonnestelsel, het oppervlak van de maan omvat oceanen, rivieren en wolken, en zoals op aarde, het kan regenen. Maar, in plaats van water, de hydrologische cyclus is gebaseerd op methaan.

Vanwege de mogelijke lessen die het hier op aarde zou kunnen geven, NASA bestudeert al meer dan een decennium Saturnus en zijn manen met gegevens die zijn verzameld door het Cassini-ruimtevaartuig.

De onderzeeër die het bureau ontwerpt, zal autonoom moeten opereren. Het zal atmosferische en oceaanomstandigheden moeten bestuderen, rond de zeebodem bewegen, en zweef op of onder het oppervlak. De techniek is nog lastiger omdat, in tegenstelling tot het bijna homogene water in de oceanen op aarde, de concentratie van ethaan en methaan kan dramatisch variëren in de Titan-oceanen en de dichtheidseigenschappen van de vloeistof veranderen.

NASA-uitnodiging

Ian Richardson, een voormalig afgestudeerde student aan de School of Mechanical and Materials Engineering, kreeg de kans om aan te pakken hoe NASA een onderzeeër zou kunnen bouwen voor de extreme omstandigheden. In het cryogene laboratorium van WSU, die materialen bestudeert bij zeer koude temperaturen, Richardson herschiep de atmosfeer van Titan en testte hoe een kleine verwarmde machine onder dergelijke omstandigheden zou kunnen werken.

Richardson, die een bachelordiploma in werktuigbouwkunde heeft behaald aan de WSU, heeft al lang interesse in ruimte- en ruimteverkenningstechnologieën. Hij was WSU's allereerste ontvanger van een NASA Space Technology Research Fellowship, waaronder een stage bij NASA's Glenn Research Center in Cleveland, Ohio. Toen hij als stagiair aan een ander probleem werkte, benaderde een NASA-wetenschapper hem met het probleem om een ​​onderzeeër voor Titan te ontwerpen.

"Mijn onderzoek is net naar rechts gegaan, en ik ging mee, "zei Richardson. "Het is een gek experiment, en ik had nooit gedacht dat ik deze kans zou krijgen. Het was een erg leuk en uitdagend experimenteel ontwerpprobleem."

Titan zeeën simuleren

Het WSU-onderzoeksteam bouwde een testkamer die het vloeibare mengsel bij zeer lage temperaturen huisvestte om de zeeën van Titan te simuleren. Ze voegden een twee-inch, cilindervormige patroonverwarmer die de warmte zou benaderen die een onderzeeër zou creëren.

Een van de grootste uitdagingen voor onderzoekers was het begrijpen van bellen in de Titan-zeeën. Voeg een onderzeeër toe die wordt aangedreven door een warmteproducerende machine in de zeer koude Titan-vloeistof, en er zullen zich stikstofbellen vormen. Te veel bubbels zouden het moeilijk maken om het schip te manoeuvreren, zien, gegevens verzamelen en ballastsystemen beheren.

Video opnemen bij -300 graden

Het volgende grote probleem, zei Richardson, kreeg een video in moeilijke omstandigheden. Hun onderzoek werd uitgevoerd met een druk van 60 pond per vierkante inch en bijna -300 graden Fahrenheit. De groep van Richardson ontwierp een oplossing met behulp van een optisch apparaat, een borescope genaamd, en een videocamera die bestand was tegen de lage temperaturen en hoge drukken om te visualiseren wat er in de testkamer gebeurde.

"Dat zijn niet de vriendelijkste omstandigheden, "zei hij. "Je moet met creatieve oplossingen komen."

De onderzoekers slaagden erin en maakten videobeelden van ethaan-methaanregen en sneeuw. De groep bestudeerde ook de vriestemperaturen voor methaan- en ethaanmeren en stelde vast dat, door een kleine hoeveelheid stikstof in de vloeistof, de meren bevriezen bij lagere temperaturen dan verwacht:75 Kelvin, of -324 graden Fahrenheit, in plaats van 90,5 Kelvin.

"Dat is erg, ' zei Richardson. "Dat betekent dat je je geen zorgen hoeft te maken over ijsbergen."

De onderzoekers willen het werk met NASA voortzetten om het ontwerp van de Titan Submarine bij te werken.