Powierzchnia Europy, jednego z czterech księżyców Jowisza, stanowi potężnego wroga. Po pierwsze, jest owinięty grubą skórką lodu, rozerwany na wielkie przepaści przez potężne przyciąganie grawitacyjne Jowisza. Potem jest bardzo niska grawitacja powierzchniowa i czyste, śliskie kaniony lodowe. Uważa się jednak, że pod całym tym lodem znajduje się ocean cieczy, która może podtrzymywać życie - co czyni go głównym celem naszej następnej głębokiej eksploracji Układu Słonecznego.
powiązana zawartość
- Kiedy ludzie zaczynają kolonizować inne planety, kto powinien być odpowiedzialny?
- Dowody kumulują się w przypadku lodowatych gejzerów w Europie
- Czy możemy ocalić Marsa przed sobą?
Jak więc NASA pokona to zdradzieckie wyzwanie? Z pewnością nie może wysłać łazika kołowego, takiego jak Sojourner, który zrobił ogromny skok dla robota, gdy po raz pierwszy przemierzył Mars Ares Valles w 1996 roku. Zamiast tego NASA chce pozbyć się tych niegdyś rewolucyjnych kół i ponownie wyobrazić sobie, jak nowa generacja robotów zbada planetoidy i oziębłe światy zewnętrzne Układu Słonecznego w ciągu najbliższych kilku dekad.
Wpisz: LEMUR.
Waży obecnie około 75 funtów, ten łazik nowej generacji jest ułamkiem wielkości ciekawości Marsa, która odprawia prawie tonę. Już sam jego rozmiar przekracza granice zdolności robotów - ale jeśli kiedykolwiek zostanie wdrożony, będzie musiał zrobić więcej. Łazik wielkości kufla będzie musiał wytrzymać niezwykle ekstremalne temperatury i warunki magnetyczne; poruszać się po dowolnej powierzchni; i zrób to wystarczająco długo, aby zebrać znaczące dane za pomocą jednych z najlżejszych, najmądrzejszych instrumentów kosmicznych, jakie kiedykolwiek zbudowano.
Czy to zależy od zadania?
Trzy generacje łazików marsjańskich NASA od 1997 do 2012 r., Sfotografowane na podwórzu Marsa w Jet Propulsion Lab w Pasadenie, Kalifornia: zapasowy lot dla Sojournera (z przodu), łazik testowy Mars Exploration Rover Project (po lewej) i łazik testowy Curiosity (po prawej) . (NASA / JPL-Caltech) Trzeba przyznać, że robotyczny LEMUR - akronim od „mechanicznego robota z wyprawą mechaniczną” - nie jest tak słodki jak szeroko otwarte, puszyste gatunki ogonów popularyzowane przez Madagaskar Dreamworks . Zamiast tego robot bierze swoją nazwę od obojętności prawdziwego ssaka. Początkowo miał być robotem naprawczym w misjach z załogowym księżycem, łazik został przeprojektowany do badania mikrograwitacji pionowych i odwróconych powierzchni kanionów i jaskiń.
„[Lemury] używają dłoni i stóp do poruszania się i manipulacji”, wyjaśnia Aaron Parness, lider grupy robotyki w ekstremalnych warunkach w NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL). „Mimo że nasz robot nie ma wyraźnych rąk i nóg, jest podobny do małpy lub lemura, ponieważ może używać swoich stóp do robienia rzeczy znacznie wydajniej niż ludzie”.
Aby upewnić się, że robot może poruszać się w jeszcze dziwniejszych środowiskach niż na Marsie, grupa Parness stworzyła coś, co można by nazwać „chimerobotem”: robot, który czerpie z możliwości wielu różnych zwierząt lądowych. Z sięgającymi kończynami i łapami przypominającymi wiosła LEMUR przywołuje pająka lub rozgwiazdy, używając swoich dodatków do pełzania i przylegania do stromych powierzchni.
Cztery kończyny robota są wyposażone w wymienne okrągłe „nóżki”, które można wymieniać na osprzęt o różnych funkcjach, w stylu noża szwajcarskiej armii, aby pomóc mu poruszać się po różnych powierzchniach. Stopy do wspinaczki wyposażone są w serię małych, ostrych jak brzytwa stalowych haczyków, zwanych mikrospinami, do pewnego chwytu chropowatych powierzchni skał wystarczająco mocno, aby jedna stopa mogła utrzymać ciężar robota. W przypadku gładkich powierzchni, takich jak zewnętrzne kadłuby stacji kosmicznych lub satelitów, LEMUR przylega do lepkich stóp podobnych do gekona.
Niedawno badacze wzięli jedną z „rąk” LEMUR-u na Antarktydę, aby przetestować nowe i potencjalnie kluczowe narzędzie: śrubokrętowe wiertła do lodu. Kiedy Parness i jego zespół są gotowi przetestować swój sprzęt, „szukają najtrudniejszych miejsc, jakie możemy znaleźć”, powiedział Parness. „Musimy znaleźć właściwą równowagę między posiadaniem odpowiedniego środowiska, a jednocześnie nie być tak odległym, że doprowadzenie tam zespołu jest szalenie drogie i niemożliwe. Antarktyda znajdowała się na skraju tego. ”
W tym celu wezwali Aarona Curtisa, geografa, który stał się wulkanologiem, a potem robota, który spędził kilka lat na dalekim południowym kontynencie, czołgając się po lodowych tunelach utworzonych przez Mount Erebus, najbardziej aktywny na południe wulkan na Ziemi. Średnie temperatury w lecie spadają do -22 stopni Fahrenheita, wulkan, formacje lodowe, które tworzy, a stojące jezioro lawowe reprezentuje uczciwy obraz warunków, jakie może spotkać łazik na lodowych księżycach, takich jak Europa lub Enceladus.
Aaron Curtis udał się na Antarktydę w grudniu ubiegłego roku, gdzie przetestował roboty i instrumenty przeznaczone do lodowych światów, takich jak Europa. (Nial Peters) Jako współpracownik naukowy z Obserwatorium wulkanu Mount Erebus przez sześć z ostatnich siedmiu lat, Curtis sporządził mapę topografii lodu otaczającego wulkan. Jego szczególne zainteresowania koncentrowały się pod powierzchnią, w jaskiniach i tunelach stopionych w lodzie przez gazy uciekające ze szczelin wulkanu. Znalezienie miejsc, w których tunele połączone z zewnętrzem było czasami tak proste, jak znalezienie górującego „lodowego komina”, wysokich na metr struktur tworzonych przez uciekający gaz. Innym razem oznaczało to znalezienie wejść do jaskini przez przypadkowe zrzucenie skutera śnieżnego do zaciemnionej dziury w ziemi.
Po spędzeniu czterech lat na mapowaniu jednej jaskini w 3D w celu obserwowania jej zmian w czasie, Curtis wielokrotnie napotykał te same wyzwania. Po pierwsze, jego zespół nie był w stanie dotrzeć do niektórych obszarów, ponieważ były one zbyt toksyczne dla eksploracji ludzi. Po drugie, obawiali się, że ich ludzka obecność może przypadkowo zanieczyścić rzadkie środowisko wprowadzonymi drobnoustrojami. Te dwa obawy skłoniły go do rozważenia użyteczności robotów-odkrywców.
„Gdybyśmy mieli robota, który potrafiłby poruszać się po lodzie, moglibyśmy odkrywać wrażliwe mikrobiologicznie i wypełnione gazem jaskinie”, mówi Curtis. Jego własne majsterkowanie na lodzie zakończyło się dobrym dopasowaniem do prac już trwających w JPL, do której dołączył jako robot w październiku ubiegłego roku.
Okazuje się, że mikrospiny mają tendencję do niszczenia lodu zamiast chwytania ich, ponieważ przystawka ma na celu ściśnięcie kręgosłupa na skale w celu uzyskania zakupu. Dlatego Curtis zaprojektował przystawkę, która wykorzystywała małe wiertła do wbijania się w lodową powierzchnię.
Curtis mówi, że oryginalny projekt zatkany był lodem, więc zwrócił się do czegoś, co miłośnicy lodu zaufali swoim życiem: gotowych śrub lodowych. Są wydrążone, co pozwala na przejście lodu zamiast gromadzenia się za końcem wiercenia, a także pozwoliłoby LEMUR na wytwarzanie i zbieranie próbek lodu, gdy powoli płynie.
Następne testy w świecie lodu prawdopodobnie odbędą się na lodowcach na szczycie Mount Rainier w Waszyngtonie - z pełnym podwoziem LEMUR, a nie tylko bezcielesnym mocowaniem stopy. Ale Parness powiedział, że zdolność do testowania możliwości próbkowania również podkreśla kolejny kluczowy cel całego procesu rozwoju.
„Testując w terenie, zawsze staramy się osiągnąć dwa cele: zademonstrować technologie do wykorzystania w przyszłości, ale także przeprowadzić znaczącą naukę w tym miejscu”, mówi. Innymi słowy, testy LEMUR nie tylko pomagają nam w końcu zrozumieć kriowulkany na innych ciałach; „Przynosi to nam również korzyści na Ziemi”, mówi Parness.
LEMUR ćwiczy w laboratorium Aarona Parnessa na JPL podczas ostatniego testu. (NASA / JPL-Caltech) Od ponad 35 lat Penelope Boston szuka życia mikrobiologicznego i jego wskaźników w ekstremalnych warunkach, takich jak Cueva de Villa Luz w Tabasco w Meksyku, nasiąknięte kwasem siarkowym. W swojej poprzedniej roli dyrektora badań nad jaskiniami i krasami w New Mexico Institute of Mining and Technology, gdzie studiowała procesy starzenia się i erozji podziemnych jaskiń i dziur, Boston skierował Parness w miejsca, w których jego zespół i LEMUR mogli dowiedzieć się, czego szukać, i jak tego szukać.
„Pomogłem zespołowi Aarona zrozumieć, jakie mogą być subtelne wskazówki, które mogą wskazywać na potencjalne złoża drobnoustrojów lub minerałów, które LEMUR może zbadać” - powiedział Boston, który obecnie prowadzi NASA Astrobiology Institute, za pośrednictwem poczty elektronicznej.
Dodała, że menu możliwości to wzory pozostawione w formacjach skalnych lub na ich skałach w wyniku procesów biologicznych, takie jak tekstury, które pokazują, że mikroorganizmy pracują przekształcając podłoże skalne lub złoża mineralne. Na Ziemi takie dowody istnieją w miejscach takich jak Jaskinia Lechugilla w Nowym Meksyku, gdzie uważa się, że bakterie odżywiające się siarką, żelazem i manganem odgrywają rolę w kształtowaniu jaskiń i spektakularnych formacji kamiennych.
Wskazówki pozostawione przez życie mikrobiologiczne zwykle nie są tak oczywiste. Ale testując różnorodne narzędzia zarówno na żywych, jak i skamieniałych szczątkach drobnoustrojów, roboty takie jak LEMUR mogą rzucić więcej światła na życie tych drobnoustrojów, kształtowanie ich środowiska i śmierć.
Jednym z wyzwań jest upewnienie się, że narzędzia są wystarczająco małe, aby były mobilne. Oprócz testowania sprzętu, Parness i jego zespół współpracowali z partnerami uniwersyteckimi w celu opracowania zminiaturyzowanych instrumentów teledetekcji i analizy. Chodzi o to, że LEMUR mógłby nosić je na brzuchu lub jak plecak, mapując jaskinię lub teren w 3D za pomocą lidaru, do chromatografii gazowej, w poszukiwaniu cząsteczek organicznych i bogatych w węgiel za pomocą małego spektrometru w bliskiej podczerwieni.
„Grupa [Aaron] Parness bada możliwości wyposażenia LEMUR w rozpoznawanie wzorców i uczenie maszynowe, aby pomóc jej zobaczyć się jak człowiek” - powiedział Boston. „Paleobiologia często może być bardzo precyzyjna i subtelna, a ulepszone możliwości wizualne i interpretacyjne, które roboty mogą przynieść na stół, są potencjalnie niezwykle potężnymi narzędziami, które pomogą nam lepiej zrozumieć i zrozumieć paleobiologię”.
Aaron Curtis, doktorant w JPL, na szczycie Antarktydy Erebus, najbardziej aktywny południowy wulkan na ziemi. (Dylan Taylor) Zgodnie z proponowanym budżetem federalnym z Białego Domu, fundusze na misję przekierowania asteroidy - program, w którym najprawdopodobniej zostanie wykorzystany LEMUR - zostaną wyeliminowane. Parness i jego zespół zostali jednak poproszeni o kontynuowanie pracy nad LEMUR. Pod koniec 2017 r. Parness wróci do rejonu Kanionu Titus w Dolinie Śmierci, gdzie wcześniej przetestował LEMUR, zatrzymując się latem przy lawach w Nowym Meksyku.
Tam skamieniałe glony sprzed 500 milionów lat stanowią analog dla potencjalnych starożytnych szczątków gdzie indziej - ale inżynierowie muszą upewnić się, że LEMUR je zobaczy. „Jeśli próbujemy szukać życia na ścianach klifu Marsa lub innych planet, powinniśmy szukać najstarszych śladów życia na Ziemi i przetestować tam nasze instrumenty”, mówi Parness. „Jeśli nie możemy wykryć życia na naszej planecie, co daje nam pewność, że moglibyśmy go znaleźć w starszej, trudniejszej próbce?”
