Från L-R:guide Keeton Kroon; Andy Klesh från JPL; och John Leichty från JPL. Klesh och Leichty vågade sig ut till Alaskas Matanuska -glaciär för att testa robotkartläggningsteknik i undervattens tunnelsystem som kallas moulins. Upphovsman:NASA/JPL-Caltech
NASA har förändrat vetenskapens perspektiv, bygga satelliter för att studera jordens yta. Djupt under den ytan, där det är svårare för satelliter att se, är en annan historia – men robotteknik kan ändra det.
NASA-robotiker utforskar moulins, platser där vatten har slagit igenom tusentals fot av is för att bilda ett vattenfall genom en glaciär. De hoppas kunna matcha dessa vattenhaltiga labyrinter med funktioner som kan övervakas med satellit, såsom öppningar i glaciärens yta. Det senaste juli, två forskare från NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, reste med flyg till Alaskas Matanuska-glaciär. Där, de testade robotkartläggningstekniker medan de utforskade dessa isiga labyrinter.
Moulins är för små och farliga för människor att komma in i, så det bästa sättet att utforska dem är med nedsänkbara robotar. NASA har varit intresserad av dessa översvämmade strukturer tidigare eftersom de fungerar som en glaciärs "VVS, "transportera smältvatten genom isen och kontrollera hur snabbt en glaciär rör sig.
I en avlägsen framtid, att förstå isformationer som moulins kan hjälpa till med utforskning av rymden på djupet. De kunde ge ingångar till isiga världar som Jupiters måne Europa.
"För att komma under ytan av Europa eller [Saturnus måne] Enceladus, vi måste hitta den snabbaste vägen in, " sa Andy Klesh från JPL, en av forskarna som vågade sig ut till Matanuska-glaciären. "Kan vi kartlägga och navigera i dessa subglaciala sjöar med robotar? Finns det åtkomliga passager gömda precis under ytan? Denna första resa till Alaska testade tekniken för att börja svara på dessa frågor."
JPL -ingenjören Andy Klesh sänker en robot nedsänkt i en moulin. Klesh och JPL:s John Leichty använde robotar och sonder för att utforska Matanuska-glaciären i Alaska i juli. Upphovsman:NASA/JPL-Caltech
Alaska äventyr
Klesh fick sällskap av John Leichty, en annan JPL-robotiker, och en guide som heter Keeton Kroon. De flög i ett tvåsitsigt plan och backpackade till sina fältplatser under sex dagar.
Fältplatsen var lika avlägsen som den var visuellt fantastisk, sa Klesh. De var helt ensamma, med undantag för ett par björnar som de stött på och en och annan passerande plan. Vid ett tillfälle kom de över ett "isstängsel" - en uppsättning 7 fot höga ispelare som inkluderade ett hjärtformat hål. En av dem fotograferade det; nästa dag, de gick förbi och formen hade helt smält bort.
"Terrängen förändras dagligen, " sa Klesh. "På grund av hur allt smälter där ute, du är den första – och kanske den sista – som ser det."
JPL-ingenjörerna Andy Klesh och John Leichty sänker en hemmagjord sond i en moulin på Alaskas Matanuska-glaciär. Tillsammans med en nedsänkbar robot, denna sond hjälpte dem att bygga 3D-kartor över undervattenstunnelsystemen i glaciären. Upphovsman:NASA/JPL-Caltech
Vid varje moulin, strömmar av blått vatten tömdes i pooler på ytan. Detta flytande vatten är varmare än isen, smälter in i det och hugger in olika formationer. En del av det smälter hela vägen in i glaciären, skapa ett nätverk av undervattenspassager.
Robotar och DIY-sonder
Teamet sänkte en nedsänkt robot i dessa moulins, som sjönk till 150 fot (46 meter) vid ett tillfälle. Klesh sa att de kunde ha gått ner längre, men vattnet blev för grumligt för att fortsätta. Undervattenskameror registrerade deras passage; i framtiden, de planerar att använda akustiska sensorer för att kartlägga omgivningen när den blir för smutsig att se.
Kameror och laserskanningar gjorde det möjligt för dem att skapa 3D-kartor över dessa glaciärgrottor.
JPL:s John Leichty tittar genom en hjärtform som bildades i isen på Matanuska-glaciären. Leichty gick med JPL:s Andy Klesh för att skapa 3D-kartor över moulins inuti glaciären. Upphovsman:NASA/JPL-Caltech
"Tanken är att identifiera och kartlägga dessa undervattenskanaler, Leichty sa. "Vi vill veta om de är korrelerade till ytegenskaper som vi kan identifiera med hjälp av satellit- eller luftbilder."
Att förstå förhållandet mellan världarna ovan och nedan kommer att låta forskare gissa var de ska sänka sonder för att samla den bästa vetenskapen.
Klesh och Leictys senaste expedition förlitade sig på en nedsänkt vattenbåt av kommersiell kvalitet och en "hemgjord" glacial sond. Den senare byggdes med hjälp av hyllplan och 3D-tryckta delar. De gjorde alla sina egna kablar och programmering.
CubeSat Know-How
Andy Klesh från JPL skannar ett område över Matanuska-glaciären. Upphovsman:NASA/JPL-Caltech
De sa att deras erfarenhet av CubeSats - liten, modulära rymdfarkoster som är mycket beroende av kommersiella delar - hjälpte dem att skapa denna sond. Både Klesh och Leichty är inblandade i en annan isig, undervattensprojekt som heter BRUIE, eller Bouyant Rover för utforskning under is. BRUIE har testats under is i Alaska tidigare, och förberedde dem för utmaningarna med att arbeta på Matanuskaglaciären. Proffstips:ta med små handplockare för att ta bort is som fryser i robotens bultar och hindrar dig från att dra åt dem.
"Vi kombinerar vår erfarenhet med BRUIE och CubeSats och tar med det till ett nytt område för utforskning, ", sa Klesh. "CubeSats förlitar sig på miniatyrisering av elektronik för att utforska lågkostnadsplattformar. Det gör att vi kan utforska områden som annars skulle vara för riskabla eller dyra att komma åt. "
Denna provkörning av moulinkartläggning var bara en början. Klesh och Leichty är robotiker, så deras fokus är att utveckla rätt teknik. De vill samarbeta med forskare för en mer detaljerad utforskning av moulins nästa sommar.
