Бурение глубже для поиска жизни на океанских мирах
В феврале 2023 года исследователи со всей страны собрались на спонсируемом NASA семинаре, чтобы обсудить последние разработки и дорожную карту для миссии криобота — зонда, предназначенного для бурения через ледяную кору Европы и Энцелада в поисках жизни.
Мантра астробиологии «следуй за водой» при поиске внеземной жизни остается в силе. Вода — фундаментальный строительный блок всей известной нам земной жизни, и, как показали различные космические миссии, она широко распространена в Солнечной системе и, возможно, во Вселенной.
Однако, чтобы по-настоящему понять природу возможной инопланетной жизни, необходимо исследовать непосредственно источник — жидкую воду. На эту роль претендуют «океанские миры» — ледяные спутники планет-гигантов. Многие из них, как показывают данные, скрывают под ледяной корой глобальные океаны. Эти океаны, вероятно, содержат больше жидкой воды, чем все океаны Земли вместе взятые.
Два спутника особенно интересны для астробиологов: Европа (спутник Юпитера) и Энцелад (спутник Сатурна). Оба имеют убедительные свидетельства существования подповерхностного океана под корой льда толщиной в километры.
Ведущей концепцией для доступа к этим океанам является криобот. Это автономный цилиндрический зонд, который использует тепло, чтобы расплавить лед под собой. Растаявшая вода обтекает зонд и замерзает позади него.
Хотя термическое бурение льда эффективно используется на Земле, его адаптация для планетарных условий — более холодного, толстого и неоднородного льда — является сложной задачей. Этой проблеме был посвящен семинар NASA в Калифорнийском технологическом институте, собравший около 40 ведущих исследователей.
Участники семинара определили четыре ключевые подсистемы, определяющие дорожную карту разработки готовой к полету архитектуры:
Энергетическая подсистема. «Сердцем» криобота должна стать ядерная энергетическая система, вырабатывающая постоянное тепло для плавления километров льда. Рассматриваются знакомые радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ), как на миссии Cassini (~14 кВт), или перспективные ядерные реакторы. Ключевые требования: мощность около 10 кВт и конструкция, выдерживающая высокое давление на дне океана.
Тепловая подсистема. Необходима для управления теплом от ядерного источника, поддержания безопасной внутренней температуры и распределения тепла в окружающую среду. Система требует двух независимых контуров с циркулирующей жидкостью: внутреннего и внешнего (из растопленного льда). Технологии требуют дальнейшей валидации для условий внешней Солнечной системы.
Подсистема мобильности. Ледяная кора Европы и Энцелада содержит примеси (пыль, соли), которые могут потребовать вспомогательных систем для прохождения. Комбинация гидроабразивной резки («водные струи») и механического резания доказала свою эффективность против мусора. Для непроницаемых препятствий (крупные камни, полости) криоботу потребуются датчики картографирования вниз и механизм управления. Будущая миссия Europa Clipper предоставит ключевые данные об опасностях для криобота.
Подсистема связи. Требуется надежная связь через ледяную кору для передачи данных на орбитальный ретранслятор или напрямую на Землю. Волоконно-оптические кабели — стандарт для наземных зондов, но движение льда может их разорвать. Исследования (под руководством доктора Кейт Крафт) изучают эту проблему и методы ее смягчения. Также исследуются беспроводные методы (радиочастота, акустика, магнетизм). Проекты в рамках программы NASA COLDTech делают первые шаги по снижению рисков.
Участники семинара также обсудили другие необходимые технологии: комплекс научных приборов, стратегии планетарной защиты, выбор материалов, механизмы якорения во льду и системы автономии. Однако ни одна из них не была определена как основной риск для концепции миссии.
Общий вывод участников: концепция миссии криобота остается осуществимой, научно compelling и наиболее правдоподобным способом в ближайшей перспективе напрямую искать жизнь in situ на океанском мире. Продолжение поддержки позволит ученым и инженерам приблизить реализацию этой миссии.