تعمل وكالة ناسا على بناء خارطة طريق للروبوتات التي يمكنها زيارة عوالم المحيطات من خلال مهمات فضائية مستقبلية وتكسير الأصداف الجليدية السميكة في العالم لاستكشاف البحار تحت السطح بحثًا عن الحياة.
كشفت وكالة الفضاء مؤخرًا عن نتائج ورشة عمل رعتها وكالة ناسا عُقدت في فبراير 2023، حيث اجتمع العلماء والمهندسون لمناقشة مفاهيم مهمة “cryobot” المحتملة. والفكرة هي اختراق الأجزاء الخارجية الجليدية لأقمار النظام الشمسي كوكب المشتريالقمر أوروبا أو قمر زحل إنسيلادوس، وقم بإسقاط مسبار بداخله يمكنه استكشاف المحيط السائل الأساسي.
يعد مفهوم الروبوت البارد الذي تم استكشافه بديلاً للحفر ببساطة في عالم ما، ويتضمن استخدام جهاز أسطواني يتم إرساله من وحدة أم على سطح عالم محيط جليدي يمكنه إذابة الجليد وبالتالي الانزلاق مع تدفق المياه حوله وتجميده مرة أخرى.
تُستخدم هذه المجسات، وما يسمى بتقنية “الحفر الحراري”، بشكل شائع حاليًا لفحص الأنهار الجليدية والقمم الجليدية على الأرض، لكن الأصداف الجليدية لعوالم مثل يوروبا وإنسيلادوس أكثر برودة وأكثر سمكًا. كما أنها تقدم سلوكيات أقل قابلية للتنبؤ بها.
لقد كان استغلال عمليات الحفر الحراري الأرضي الحالية في بيئات خارج كوكب الأرض عبر الروبوتات البردية هو محور اهتمام الباحثين المدعومين من قبل آلية ناسا للاستكشاف العلمي للوصول إلى تحت السطح لأوروبا (SESAME) وبرامج مفاهيم تكنولوجيا اكتشاف الحياة في عوالم المحيطات (COLDTech) لعدة سنوات.
متعلق ب: أقمار مائية جليدية قد تستضيف الحياة (مخطط معلومات بياني)
ومع ذلك، خلال هذا الوقت، تعلمت البشرية الكثير عن عوالم المحيطات المغطاة بالجليد، وبالتالي، أتاحت ورشة العمل، التي عقدت في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتيك)، الفرصة للعلماء المشاركين في هذه المشاريع للاجتماع مرة أخرى وضمان هذه التطورات. يتم أخذها في الاعتبار في هندسة مهمة الروبوت.
للعثور على الحياة، اتبع الماء
تعتمد الحياة كما نعرفها على العديد من المركبات والجزيئات والعناصر الرئيسية، ولكن يمكن القول أنه لا يوجد شيء حيوي مثل الماء.
باعتبارها البناء الأساسي للحياة هنا على الأرض، فمن السهل أن نرى لماذا أصبحت المياه محط اهتمام العلماء الذين يهدفون إلى البحث عن الحياة في أماكن أخرى من العالم. النظام الشمسي. وبينما اكتشفنا أن الماء متوافر بكثرة في الفناء الخلفي للنجوم (وحتى خارجها)، لم يكن هناك اكتشاف أكثر إثارة للاهتمام بالنسبة لنا. علماء الأحياء الفلكية من إدراك أن الأقمار الجليدية في نظامنا الشمسي تؤوي محيطات شاسعة من الماء السائل.
اكتشاف أن المناظر الطبيعية القاحلة المريخ وبمجرد أن تفيض المياه، فإنها توفر فرصة مثيرة للاستكشاف بقايا من الحياة القديمة، ولكن أقمار المحيطات مثل أوروبا وإنسيلادوس توفر الفرصة لاكتشاف عوالم صالحة للسكن حاليًا وربما تستضيف كائنات حية فعلية في مياهها في الوقت الحالي. على الرغم من احتمالية كون هذه الكائنات الحية ميكروبية، إلا أن العثور عليها سيكون أمرًا ثوريًا.
وفقا لوكالة ناساأدت ورشة عمل معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا إلى تحديد أربعة جوانب رئيسية ينبغي أن تسترشد بها خارطة الطريق لتطوير روبوت لاستكشاف المياه والعوالم الغريبة. وكانت تلك الجوانب هي الطاقة والقدرة الحرارية والتنقل والاتصالات.
روبوت يمكنه الضغط على الحرارة
وبطبيعة الحال، تشكل الأصداف الجليدية التي يبلغ سمكها أميالاً في عالم المحيطات الذي نعيش فيه تحديات كبيرة للمهام التي تسعى إلى البحث عن الحياة. وهذا يعني أن قلب عالم المحيط الذي يستكشف الروبوتات المبردة سيحتاج إلى نظام طاقة نووية قادر على توفير الحرارة التي يمكن أن تذوب عبر تلك الأميال العديدة من الجليد – وهو نظام يُقدر أنه يحتاج إلى حوالي 10 كيلووات (كيلوواط) من الطاقة. يجب أيضًا دمج هذا النظام في هيكل يمكنه تحمل الضغط الهائل لهذه البحار الغريبة العميقة.
هناك بعض الأسبقية في تطوير مثل هذا النظام، مهما بدا معقدًا.
المركبة الفضائية كاسيني التي استكشفت زحل وأقمارها قبل أن تغرق في عملاق الغازالغلاف الجوي لكوكب الأرض في عام 2017، كان يحمل نظام طاقة حراريًا قادرًا على توليد 14 كيلووات، أي أكثر من الطاقة اللازمة لإذابة أميال من الجليد. أيضًا، خلال ستينيات وسبعينيات القرن العشرين، تم نشر مولدات النظائر المشعة الكهروحرارية (RTGs) التي من المحتمل أن تتحمل ضغوط محيطات أوروبا، في قاع المحيطات هنا على الأرض.
لكن الروبوت المستقبلي لن يحتاج فقط إلى الحماية من بيئته؛ كما يجب أيضًا حمايتها من الحرارة التي تولدها بنفسها. سيتطلب ذلك نظام إدارة حراريًا يمكنه الحفاظ على درجة حرارة داخلية آمنة للروبوت عن طريق توزيع الحرارة على البيئة.
ويقول العلماء إن إحدى طرق القيام بذلك هي استخدام دائرتين من السوائل يتم ضخهما بشكل مستقل. يقوم أحدهما بتدوير سائل العمل الداخلي عبر القنوات المدمجة في جلد الروبوت، ويقوم الآخر بتدوير الماء المثلج الذائب بين الروبوت البارد والبيئة المحيطة.
في حين أن أنظمة مثل هذه قد تم إنتاجها بالفعل، إلا أن هناك حاجة إلى مزيد من التطوير لإعدادها للأصداف الجليدية لأوروبا أو إنسيلادوس.
وقد تحتوي هذه الأصداف الجليدية أيضًا على شوائب مثل الصخور والملح التي يحتاج الروبوت إلى أنظمة إضافية لاختراقها. ويمكن القيام بذلك باستخدام القطع الميكانيكي، عن طريق تفجير تلك الشوائب بنفاثات الماء عالية الضغط، أو حتى باستخدام مزيج من الاثنين.
بالطبع، قد تكون بعض العوائق، مثل الصخور الكبيرة والصلبة، أو الكتل الملحية، أو جيوب المياه، أو حتى الفراغات الشاسعة في هذه الأصداف الجليدية غير قابلة للإزالة بهذه الطرق – لذلك، يجب أن يكون الروبوت البردي أيضًا قادرًا على التنقل عبر مروره إلى تحت السطح المحيطات. وهذا يستلزم دمج جهاز استشعار متجه للأسفل لمراقبة العوائق بالإضافة إلى نظام توجيه، وكلاهما تم تطويرهما في الماضي ولكن لم يتم دمجهما بالكامل بعد في أي نوع من أنظمة العمل هنا على الأرض.
وسيتعين على العلماء أيضًا ابتكار طرق لتحديد العوائق الموجودة في الأصداف الجليدية بشكل أفضل قبل تطوير مهمة تنطلق إلى قمر محيطي جليدي، وهو أمر حددته ورشة العمل كأولوية قصوى. المقبلة أوروبا كليبر يمكن أن تكون المهمة، المقرر إطلاقها في عام 2024 ووصولها إلى قمر المشتري الجليدي في أوروبا في عام 2030، جزءًا لا يتجزأ من أعمال التحقيق في المخاطر.
كسر الجليد ولكن ليس التواصل
أخيرًا وليس آخرًا، كان الجانب الأساسي الآخر لمهمة الروبوت الذي تمت مناقشته في ورشة عمل معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا هو نظام اتصالات يسمح بنقل البيانات الحيوية مرة أخرى من مسبار للغوص العميق واستكشاف البحر إلى وحدة مركزية رئيسية تجلس فوق الجليد المستهدف. عوالم المحيطات.
على الأرض، تقوم الروبوتات البردية بذلك باستخدام كابلات الألياف الضوئية، ولكن نشرها عبر الجليد في عالم فضائي سيتطلب التأكد من أن هذا الجليد لن يكسر الكابل. وهذا أمر من شأنه أن يشكل تحديًا خاصًا في القشرة الجليدية النشطة لإنسيلادوس، والتي قد تتحرك وتتحرك عندما تندلع أعمدة من مواد المحيط عبر الشقوق، وتنتشر في الغلاف الجوي. جو القمر.
تبحث كيت كرافت من مختبر جون هوبكنز للفيزياء التطبيقية (JPL) في كيفية تأثير مقصات الجليد على أقمار المحيطات على نظام اتصالات الحبال المدمجة في الجليد، بينما تبحث فرق أخرى في طرق غير مادية لنقل البيانات مثل استخدام ترددات الراديو والصوتيات وحتى المجالات المغناطيسية لنقل البيانات من المحيطات عبر الجليد الغريب إلى السطح.
قصص ذات الصلة:
– يمكن للزلازل القمرية “تنعيم” أسطح أقمار المشتري وزحل الجليدية
– قد توجد أدلة على وجود حياة غريبة في كسور الأقمار الجليدية حول كوكب المشتري وزحل
– تشير الدراسة إلى أن اصطدام القمر العملاق ربما يكون قد أدى إلى ظهور حلقات زحل الشهيرة
في حين أن هذه كانت العناصر الأربعة الرئيسية لاستكشاف عالم المحيطات للروبوتات الباردة التي ناقشها حوالي 40 من الحاضرين في ورشة العمل هذه، فقد تم النظر في أشياء أخرى، مثل الأدوات التي يمكنها أخذ عينات من السوائل المجمعة وتحليلها، وأنظمة تثبيت الجليد لتأمين الوحدات السطحية، و مواد لتغطية سطح الروبوت البارد الذي لن يتآكل في البيئات الفضائية.
وكانت النتيجة الإجمالية لعملية تخطيط المهمة هي أن هناك قدرًا كبيرًا من العمل الذي يتعين القيام به، ولكن مهمة الروبوتات الباردة إلى عوالم النظام الشمسي الجليدي أمر ممكن.
وهذا يعني في النهاية أن العثور على الحياة في عوالم أخرى أصبح أكثر معقولية من أي وقت مضى.