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探索结冰木星月球的鼹鼠式热钻设想

带旋转钻头刀片的热钻。

一种设计用于切割木星卫星木卫二结冰表面的鼹鼠状热钻可能会在2020年发射。

Sucha装置将通过利用热量融化冰和旋转钻头清除岩石材料来实现两全其美。该钻机将安放在一个更大的穿透器探测器内,该探测器将钻入木卫二的冰壳中。

现就职于法国国家科学研究中心(CNRS)的博士后Peter Weiss说:“穿透器是登陆欧洲日最可行、最便宜、最安全的选择,建造这些穿透器的知识就在那里。”

他和他在香港理工大学的同事与奥地利格拉茨韦尔特劳姆福尔斯丘因研究所的其他研究人员合作,进行了一项研究,该研究详细发表在1月份的《空间研究进展》杂志上。

美国国家航空航天局和欧洲航天局(ESA)已联手执行欧洲-木星系统任务(EJSM),俄罗斯和日本也表现出了兴趣。该任务可能由几个轨道飞行器组成,向下凝视木卫二,但俄罗斯着眼于可能的着陆器,俄罗斯已经为过去的任务建造了穿透器,例如失败的火星96号任务。

Weiss解释道:“非热钻可能是穿透器的‘鼻子’,用来品尝欧洲的冰。”

钻孔变热

任何想在木卫二上寻找生命迹象的着陆探测器都必须深入地表冰层两米,因为强辐射和粒子轰击会抹去表层的任何生物痕迹。

Weiss说,与穿透器相比,让机器人着陆器在准备钻探之前进行软着陆将是一项更复杂、更昂贵的任务。撞击后,热钻可以简单地从穿透器的侧面展开,并开始钻穿下面的原始冰,在10米深的地方对材料进行采样。”

据估计,木卫二冰壳的厚度在几公里到几十公里之间不等,但维斯说,由于目前的技术状况,深度超过10米是没有意义的

例如,钻机将通过通信电缆连接到穿透器,电缆的长度将根据问题的承载量而受到限制。这条电缆将使从钻机收集的数据能够蜿蜒返回到穿透器中的主要科学仪器,然后数据将被传送到轨道飞行器。

实验室实验表明,与像Cryobot这样仅依靠热量的融化探测器相比,热钻的设计在应对冰和风化层的综合挑战方面表现得更好。

一旦初始钻孔重新冻结,预计孔内的内部压力将增加,并允许液态水进入。这将允许钻机使用微型泵对水进行采样,但重新冷冻孔也可以保护棱镜免受外部可能的污染。

忘记了潜水器

在过去的几年里,潜水器探索木卫二所谓海洋深处的一些概念已经出现,美国国家航空航天局已经在南极洲寒冷的湖泊中测试了机器人潜水器。

ButWeiss在海底机器人领域工作了几年,他说目前的技术无法在木卫二上部署潜水器。仅仅是把潜水器和主登陆艇连接起来的所有电缆都打包就成了一个问题。”

尽管冰壳被认为至少有几公里厚,但没有人确切知道海洋到底有多远——冰壳和海洋之间可能有一层厚厚的雪泥。”另一个问题是到海底的距离。

维斯说:“海底的海洋——如果存在的话——可能有100公里深。”

地球上的机器人潜艇已经达到11公里(6.8英里)的海洋深度,但重达数吨,需要巨大的水面支援船。这不适用于需要轻载的木卫二任务。

维斯说:“那些假装开发海底机器人‘探索欧洲海底’的机构应该由好莱坞资助,而不是美国国家航空航天局。”

等待电话

到目前为止,研究人员已经在压力和真空环境中测试了他们的钻头,但仍希望提高其效率。下一个合乎逻辑的步骤可能会测试热钻在穿透器上承受冲击的能力。

无论是热钻还是任何类型的着陆探测器都无法击中木卫二的冰表面,这一切都悬而未决。但维斯表示,即使不同的航天机构制定了各自的角色和预算,也有一种紧迫感,需要了解木卫二的情况。

仅由轨道飞行器组成的大气层可能会发现更有趣的证据,这些证据支持木星上存在生命的可能性,但没有能力下去寻找证据。后续任务甚至可能要到20世纪40年代才能发射——这是当代科学家想要一些表面探测器元素的充分理由。

韦斯说:“否则,在我们有生之年,我们将无法对木卫二上的天体生物学——甚至可能在太阳系中——进行任何确认。”


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