Det autonoma undervattensfordonet DEPTHX Foto © Stone Aerospace/PSC, Inc. Vad skulle du behöva för att utforska ett hav på Europa, en av Jupiters månar? Det är hundratals miljoner mil bort, och havet ligger under ett islag som är minst 10 kilometer tjockt. Du skulle nog behöva en rymdfarkost för att landa på isen, ett sätt att borra genom isen, och ett nedsänkbart fordon för att utforska havet och relatera fynd tillbaka till jorden.
Detta dränkbara fordon är ett projekt som upptar ansträngningarna från Dr. Bill Stone, VD för Stone Aerospace i Austin, Texas. Stone och hans kollegor har utvecklat en prototyp autonomt undervattensfordon (AUV) kallad Deep Phreatic Thermal Explorer (DEPTHX) för fjärrforskning och testar det för närvarande i en stor undervattensgrotta. I den här artikeln, vi kommer att undersöka denna revolutionära AUV, dess uppdrag och hur det passar in i det större schemat för utomjordisk utforskning.
DEPTHX -projektet är en av en serie som finansieras av NASA för att utveckla robotprober som kan utforska Europa (vi kommer att diskutera varför Europa är ett så intressant mål senare). Stone Aerospace designad, byggde och driver DEPTHX i samarbete med sina partners:
DEPTHX på däck under en om dess tester Foto © Stone Aerospace/PSC, Inc. DEPTHX -projektet är utformat för att svara på dessa frågor:
DEPTH X har genomfört tankprovning (som inkluderar systemintegration och kartläggning) och förbereder nu tester i en helt okänd miljö:Mexikos Zacatón cenote .
Nästa, låt oss titta närmare på AUV och dess system.
Cenoter
Cenoter (uttalas "say-NO-tay") är stora sötvattenshål som finns på Mexikos Yucután-halvö. Dessa cenoter bildades när underjordiskt vatten etsades in i det porösa kalksten berggrund som utgör hela halvön. Cenoten i Zacáton är en av fem anslutna cenoter och anses vara den djupaste i världen. Zacáton har också en hydrotermisk fjäder innuti.
DEPTHX interna strukturer Bild © Stone Aerospace/PSC, Inc. DEPTHX AUV är äggformad, med en lång axel på 4,26 meter (13,97 fot), en kort axel på 3,04 m (9,97 fot), och en vikt på 1,3 ton (1,43 ton). Den kan röra sig fritt, sväva och väggspår i tre dimensioner utan några externa kommandon. DEPTHX har en minsta marschfart på 0,2 meter per sekund (0,65 fot per sekund) för kartläggning och kan gå så djupt som 1, 000 m (3, 280 fot). Att arbeta självständigt, DEPTHX måste kunna göra följande:
En närbild av en DEPTHX-thruster Bild © Stone Aerospace/PSC, Inc. DEPTHX har sex thrusterar (fyra horisontella och två vertikala), som gör det möjligt att manövrera i tre dimensioner. Fordonet kan manövreras med bara två av de horisontella och en av de vertikala thrusterarna - tillbehören är för säkerhetskopiering.
DEPTHX kan också sväva. För att behålla sin position, det kan använda thrusterna, men detta skulle snabbt förbruka värdefull batterikraft. Istället, fordonet är utrustat med två motorer med variabel flytkraft (VBE) . En VBE -dator känner av trycket, temperatur och salthalt (saltinnehåll) i det omgivande vattnet och beräknar fartygets flytförmåga. Datorn öppnar eller stänger sedan ventiler som tillåter pumpar eller gas under tryck att släppa in eller ut vatten. Som med thrusterna, det finns inbyggd redundans och DEPTHX kan sväva med bara en VBE.
Motorer med variabel flytkraft gör att DEPTHX kan sväva. Bild © Stone Aerospace/PSC, Inc. 
Geometrisk uppsättning av DEPTHX:s sonarsensorförmåga Bild © Stone Aerospace/PSC, Inc. DEPTHX har 54 ekolodsgivare fördelade runt ramen och styrs av två ekolodserier . Ekolodet använder pulser av ljudenergivågor med hög energi och deras reflektioner för att lokalisera föremål inom en radie på 250 till 300 meter från fordonet. Informationen som den samlar in vidarebefordras till fordonsdatorer för navigeringskontroll.
Förutom ekolod, DEPTHX navigerar med accelerometrar, djupmätare och en tröghetsstyrenhet. En dopplerhastighetsloggare avgör hur snabbt fordonet rör sig och matar denna information till den primära datorn, som justerar fordonets hastighet.
När DEPTHX rör sig, datorerna använder ekolodsinformation för att bygga upp 3-D-bilder, som ligger överlagrade i datorns minne för att skapa en progressiv geometrisk karta. Tekniken kallas Samtidig lokalisering och kartläggning (SLAM) . Bill Stone och hans kollegor utvecklade en dykardriven SLAM-enhet som de använde för att kartlägga Wakulla Springs akvifer i Florida. DEPTHX använder sin internaliserade karta för navigering så att den kan flytta till vilken specifik plats som helst utan hjälp av extern navigering, som GPS.
Karta över en del av Wakulla Springs akvifer som erhållits av Stone Aerospace Bild © Stone Aerospace/PSC, Inc. DEPTHX har flera inbyggda datorer för specifika uppgifter. En kontrollerar fordonsdriften, SLAM och navigering; en styr VBE:erna; och en kontrollerar experiment och analyserar data. Totalt, dessa datorer innehåller mer än 30 mikroprocessorer, från 8-bitars styrenheter till Pentium 4-chips. DEPTHX är programmerad för autonom funktion och analys.
DEPTHX har två batteritorn som består av laddningsbara litiumjonbatterier. Batterierna ger upp till åtta timmars ström.
DEPTHX AUV under vattnet Bild © Stone Aerospace/PSC, Inc. Den kan kommunicera via WiFi på ytan och med en enda optisk fiberkabel medan den är nedsänkt. Kabeln används för att ladda upp data eller ta emot kontrollkommandon vid behov.
DEPTHX kommer att använda sina SLAM -tekniker för att kartlägga och avbilda när de utforskar. Den har en bildkamera med bred fält och kommer också att kunna göra miljömätningar som temperatur, tryck och koncentrationer av olika kemikalier. Det är också en förlängningsbar arm med en vetenskaplig sond som gör att den kan samla både flytande och fasta prover och ett tryckklassat mikroskop ombord för att hjälpa till att upptäcka mikrobiellt liv.
Europas isflottar är isblock som visar att Europa kan ha haft ett hav under ytan i sitt förflutna. Bild med tillstånd av NASA Jet Propulsion Laboratory Så, varför är Europa, en inre måne av Jupiter, ett sådant intressant mål för utforskning? Voyager- och Galileo -rymdproberna visade att Europa var täckt med ett inlandsis. Eftersom Europa ligger så nära Jupiter, planetens gravitation drar på den, växelvis sträcka och komprimera månen i sin bana. Dessa gravitationskrafter skapar värme i månen. Denna värme släpper ut genom vulkanisk aktivitet och kan värma isytans undersida, skapa ett flytande hav.
Det finns bevis för ett flytande hav i det isfrasade mönstret, som är 10 kilometer tjock. Liknande mönster kan ses i den arktiska inlandsisen som sett av satelliter från jordens bana. Mätningar av magnetfältet indikerar att det blivande havet kan vara salt. Också, beräkningar indikerar att det finns en tillräcklig mängd värme som genereras av tidvattenkrafter för att skapa ett flytande hav.
Hydrotermisk ventilation i havsbotten Bild med tillstånd NOAA/ U.S.Dep. of Commerce Om det finns ett flytande hav och det finns vulkanisk aktivitet från tidvattenskrafter, då kan det finnas varmvatten ventilation på "havsbotten", som de som finns på jorden nära mid-ocean åsar.
På jorden, vi vet att många olika livsformer överlever runt hydrotermiska ventiler i samhällen som bygger på kemosyntes , bildandet av organiska föreningar med geotermisk energi. Kemosyntetiska bakterier utgör grunden för näringskedjan i dessa samhällen. Andra organismer inom dessa samhällen inkluderar gigantiska rörmaskar, musslor, krabbor och fisk.
Astrobiologer tror att livet behöver flytande vatten, kolhaltiga (organiska) föreningar, och en energikälla. Europa verkar också ha dessa ingredienser och, därför, kunde ha liv.
Så ett uppdrag till Europa skulle inkludera en AUV som kunde utforska havet, utföra vetenskapliga experiment och vidarebefordra resultat tillbaka till jorden.
Aerospace planerar att bygga ett efterföljande fordon som kallas UTHÅLLIGHET , som kommer att gå ett steg längre. Det blir mindre, men lika kapabel som DEPTHX. ENDURANCEs test blir att utforska en sjö i Antarktis som är nedsänkt under isen. NASA utvecklar för närvarande tekniken för att smälta genom kilometer is i sjön. UTBILDNING kommer att sänkas genom smälthålet i sjön för utforskning med hjälp av vetenskapliga principer och teknik, utvecklat och testat av DEPTHX.
För mycket mer information om DEPTHX och relaterade ämnen, kolla in länkarna på nästa sida.
Källor
