Когда Галилей направил свой телескоп на Юпитер 400 лет назад, он увидел три светящихся пятна вокруг гигантской планеты, которые он сначала принял за неподвижные звёзды. Он продолжал смотреть и, в конце концов, заметил четвёртую точку и увидел, что все они движутся. Открытие Галилеем объектов, вращающихся не вокруг Земли, – которые мы называем галилеевыми спутниками в его честь – нанесло удар по птолемеевскому (геоцентрическому) мировоззрению того времени.
Галилей не мог предвидеть эпоху освоения космоса, в которой мы живём сейчас. Перенесёмся на 400 лет вперёд, и вот мы здесь. Мы знаем, что Земля не занимает никакой центральной точки. Мы открыли тысячи других планет, и у многих из них есть свои спутники. Галилей был бы поражён этим.
Что бы он подумал о роботизированных миссиях по исследованию одного из пятен света, которое он заметил?
Спутник Юпитера Европа – самая привлекательная цель в поисках жизни в нашей Солнечной системе. Европа покрыта ледяной оболочкой толщиной от 15 до 25 километров. Подо льдом находится океан толщиной от 75 до 85 километров.
Это означает, что на этом спутнике, самом маленьком из четырёх галилеевых спутников, может быть в три раза больше воды, чем на Земле. Вода тёплая и солёная, а это значит, что на Европе может существовать простая жизнь.
Но однажды мы отправим робота-исследователя на поверхность Европы. И единственное, что может быть лучше, чем отправить одного робота для исследования Европы, – это отправить туда рой роботов. Эта идея лежит в основе концепции SWIM.
Инженер-робототехник из Лаборатории реактивного движения НАСА получил 600 000 долларов финансирования от НАСА для разработки концепции. Инженером является Итан Шалер, и это второй раунд финансирования, который ему предоставлен в рамках программы NIAC. В рамках первого этапа он получил 125 000 долларов.
Главная идея, лежащая в основе концепции SWIM, заключается в расширении охвата миссии по сбору данных на Европе и увеличении размера выборки.
“Что, если после стольких лет, потраченных на то, чтобы попасть в океан Европы, вы пройдёте сквозь ледяную оболочку не в том месте?”, – сказал Сэмюэл Хауэлл, научный сотрудник команды SWIM.
Концепция SWIM Шалера описывает, как космический корабль, отправленный на Европу или в другое подобное место, например, на спутник Сатурна Энцелад, сможет использовать рой роботов для большей эффективности. Посадочный модуль достигнет поверхности и запустит криобота, предназначенного для путешествия через ледяную оболочку в океан. Оказавшись там, криобот развернёт около четырёх десятков крошечных роботов размером с мобильный телефон. В криоботе будет место для этих независимых роботов, а также достаточно места для размещения собственных инструментов, которые будут собирать данные во время длительного спуска сквозь лёд и непосредственно в океане.
Криобот будет подключён к посадочному модулю через кабель связи, а стационарный наземный посадочный модуль станет точкой связи для наземных диспетчеров миссии. Но меньшие по размеру SWIM-боты будут независимыми.
По словам Шалера, независимые боты решают некоторые проблемы, связанные с миссией на Европу, путём сбора большего количества данных.
“Моя идея заключается в том, что мы можем взять миниатюрных роботов и применить их для исследования нашей Солнечной системы” – сказал Шалер. “С роем небольших плавающих роботов мы можем исследовать гораздо больший объём океанской воды и улучшить наши измерения, имея несколько роботов, собирающих данные в одной и той же области”.
Группа независимых SWIM-ботов должна решить ещё одну задачу, связанную с исследованием покрытых льдом океанских миров. Единственный возможный способ преодолеть 15–25-километровую ледяную оболочку Европы – это тепло. Криобот проложит себе путь через весь этот лёд с помощью горячего ядерного источника энергии. Из-за ограничений конструкции и миссии криобот, скорее всего, не продвинется дальше точки, где он достигнет океана. Ядерный источник тепла криобота будет нагревать воду поблизости, а химические реакции изменят природу воды, загрязняя данные и снижая их ценность. Независимые SWIM-боты смогут избежать этого теплового пузыря и получить более точную картину океана Европы.
Хауэлл указал на сходство между SWIM и Ingenuity, маленьким вертолётом, который отправился на Марс с марсоходом Perseverance.
Вертолёт расширяет возможности марсохода, а изображения, которые он отправляет обратно, помогают марсоходу понять, как исследовать окружающую среду. Если бы вместо одного вертолёта у вас была бы целая куча, вы бы знали намного больше об окружающей среде. В этом и заключается идея SWIM.
Шалер говорит, что при желании отдельные боты могут действовать вместе в стае, как это делают стаи рыб. Этот манёвр может сыграть решающую роль в поисках жизни, определяя градиенты энергии или солёности. Градиенты энергии считаются критически важными для развития жизни. Жизнь использует энергетические градиенты, чтобы создавать всё более и более совершенные копии себя, которые распространяются в окружающей среде в поисках других энергетических градиентов, которые можно было бы использовать.
У каждого SWIM-бота будут приборы для измерения температуры и солёности. Они также будут измерять кислотность и давление, и у каждого будут свои собственные двигательные установки и системы связи.
Концепция SWIM – это увлекательный шаг в попытке исследовать Европу. В нём рассматриваются некоторые проблемы, связанные с исследованием океана, погребённого подо льдом, будь он на Европе или на одном из других спутников с ледяной оболочкой. Но есть и другие препятствия для изучения этих спутников, и некоторые из них чрезвычайно трудно преодолеть.
Океан на Европе существует только благодаря её близости к Юпитеру. Когда спутник вращается вокруг газового гиганта, приливные колебания нагревают Европу настолько, что вода остаётся в жидком состоянии. Но за эту близость приходится платить: Юпитер испускает мощное излучение. На самом деле настолько мощное, что чувствительные инструменты зонда “Юнона” (НАСА) спрятаны в титановом корпусе. Кроме того, аппарат следует по полярной орбите, что помогает ему избежать наиболее мощных потоков излучения. Но с каждой орбитой титановая защита разрушается радиацией и в конечном итоге инструменты будут повреждены настолько, что миссия фактически завершится.
Любая миссия на Европу должна будет каким-то образом бороться с этим излучением, хотя ледяной барьер и обеспечит некоторую защиту для криобота и SWIM-ботов.
Ещё одна проблема – доставка космического зонда на поверхность Европы без повреждений. Европа имеет изломанную поверхность, покрытую глыбами льда в некоторых местах. Другие районы изрезаны трещинами. В экваториальной области Европы преобладают ледяные шипы высотой до 15 метров.
Маневрирование к месту посадки может быть очень трудным. В отличие от Марса, где марсоходы детально изучают поверхность и могут помочь планировщикам миссий найти безопасные и ценные с научной точки зрения точки посадки, поверхность Европы плохо изучена. Также неизвестено настолько твёрой или мягкой является поверхность.
Но в то время как идея использования SWIM-ботов на данный момент является всего лишь концепцией, Europa Clipper ею не является. Учёные надеются, что Clipper сможет составить карту поверхности Европы так же, как Mars Reconnaissance Orbiter сделал её для Марса. Данные с Clipper должны помочь спускаемому аппарату справиться с поверхностью Европы.
Источник: https://universetoday.ru/
Обозрение "Terra & Comp".
