Vill du fiska is på Jupiters måne Europa? Det finns inget lovande att du kommer fånga någonting, men en ny uppsättning robotprototyper kan hjälpa.

Sedan 2015 har NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, har utvecklat ny teknik för användning vid framtida uppdrag till havsvärldar. Det inkluderar en underjordisk sond som kan gräva genom miles av is, ta prover längs vägen; robotarmar som fälls ut för att nå avlägsna föremål; och en projektilskjutare för ännu mer avlägsna prover.

All denna teknik utvecklades som en del av Ocean Worlds Mobility and Sensing -studien, ett forskningsprojekt finansierat av NASA:s Space Technology Mission Directorate i Washington. Varje prototyp fokuserar på att få prover från ytan - eller under ytan - av en isig måne.

"I framtiden, vi vill svara på frågan om det finns liv på månarna på de yttre planeterna - på Europa, Enceladus och Titan, "sa Tom Cwik, som leder JPL:s rymdteknologiprogram. "Vi arbetar med NASA:s högkvarter för att identifiera de specifika system som vi behöver bygga nu, så att om 10 eller 15 år, de kan vara redo för en rymdfarkost. "

Dessa system skulle möta en mängd utmanande miljöer. Temperaturerna kan nå hundratals grader under fryspunkten. Roverhjul kan korsa is som beter sig som sand. På Europa, ytor badas av strålning.

"Robotsystem skulle möta kryogena temperaturer och tuff terräng och måste uppfylla strikta planetära skyddskrav, "sa Hari Nayar, som leder robotgruppen som övervakade forskningen. "En av de mest spännande platserna vi kan gå på är djupt i havsunder hav - men det kräver ny teknik som ännu inte finns."

Brian Wilcox, ingenjör vid JPL, designat en prototyp inspirerad av så kallade "smältsonder" som används här på jorden. Sedan slutet av 1960 -talet har dessa sonder har använts för att smälta genom snö och is för att utforska underjordiska områden.

Problemet är att de använder värme ineffektivt. Europas skorpa kan vara 10 km djup eller 10 till 20 kilometer djup; en sond som inte hanterar sin energi skulle svalna tills den slutat frysa i isen.

Wilcox uppfann en annan idé:en kapsel isolerad av ett vakuum, på samma sätt som en termosflaska är isolerad. Istället för att utstråla värme utåt, det skulle behålla energi från en bit av värmekälla plutonium när sonden sjunker ner i isen.

Ett roterande sågblad på sondens botten skulle långsamt vända och skära genom isen. När det gör det, det skulle slänga tillbaka ischips i sondens kropp, där de skulle smälta av plutoniet och pumpas ut bakom det.

Att ta bort isflisen skulle säkerställa att sonden borrar stadigt genom isen utan blockeringar. Isvattnet kan också provtagas och skickas genom en spole av aluminiumrör till en landare på ytan. Väl där, vattenproverna kunde kontrolleras med avseende på biosignaturer.

"Vi tror att det finns glaciärliknande isflöden djupt inne i Europas frusna skorpa, "Sa Wilcox." De flödena väcker upp material från havet ner. När denna sond tunnlar in i skorpan, det kan vara provtagningsvatten som kan innehålla biosignaturer, om det finns några. "

För att säkerställa att inga jordmikrober åkte på en resa, sonden skulle värma sig till över 900 grader Fahrenheit (482 grader Celsius) under sin kryssning på ett rymdfarkoster. Det skulle döda eventuella kvarvarande organismer och sönderdela komplexa organiska molekyler som kan påverka vetenskapliga resultat.

En längre räckvidd

Forskare tittade också på användningen av robotarmar, som är avgörande för att nå prover från landare eller rovers. På Mars, NASA:s landare har aldrig sträckt sig längre än 6,5 till 8 fot (2 till 2,5 meter) från basen. För en längre räckvidd, du måste bygga en längre arm.

En hopfällbar bomarm var en idé som bubblade upp hos JPL. Utvecklad, armen kan sträcka sig nästan 10 meter. Forskare vet inte vilka prover som kommer att locka när en landare trycker ner, så en längre räckvidd kan ge dem fler alternativ.

För mål som är ännu längre bort, en projektilskjutare utvecklades som kan skjuta en provtagningsmekanism upp till 50 meter.

Både armen och bärraketen kan användas tillsammans med en isgreppande klo. Denna klo kan en dag få en borrmaskin fäst vid den; om forskare vill ha orörda prover, de kommer att behöva borra upp till cirka 20 centimeter av Europas ytis, som anses skydda komplexa molekyler från Jupiters strålning.

Efter utplacering från en bomarm eller en projektilskjutare, klon kan förankra sig själv med hjälp av uppvärmda tänder som smälter in i isen och säkra sitt grepp. Det säkerställer att en borrkrona kan penetrera och samla ett prov.

Hjul för en cryo-rover

I juli, NASA kommer att markera ett 20-årigt arv av rovers som kör över Mars-öknen, går tillbaka till 4 juli, 1997 landning av Mars Pathfinder, med sin Sojourner -rover.

Men att bygga en rover för en isig måne kräver en omprövning.

Platser som Saturns måne Enceladus har sprickor som blåser ut gasstrålar och isigt material under ytan. De skulle vara främsta vetenskapliga mål, men materialet runt dem kommer sannolikt att vara annorlunda än is på jorden.

Istället, test har funnit att granulär is i kryogena och vakuumförhållanden beter sig mer som sanddyner, med lösa korn som hjulen kan sjunka i. JPL -forskare vände sig till mönster som först föreslogs för att krypa över månens yta. De testade lätta kommersiella hjul fixerade på ett rocker-bogey-upphängningssystem som har använts på ett antal JPL-ledda uppdrag.

Nästa steg

Var och en av dessa prototyper och de experiment som utfördes med dem var bara utgångspunkter. Med havsvärldens studie klar, forskare kommer nu att överväga om dessa uppfinningar kan förädlas ytterligare. En andra utvecklingsfas övervägs av NASA. Dessa ansträngningar kan så småningom producera den teknik som kan flyga på framtida uppdrag till det yttre solsystemet.