Каковы ограничения для успешной роботизированной миссии на Европу?

Из всех направлений в нашей Солнечной системе меня больше всего интригует Европа. У каждого места есть свои достоинства и красота, но я больше всего оптимистично смотрю на то, что найду жизнь на Европе. Он весь подо льдом, но, возможно, теплой воды достаточно, чтобы быть гостеприимной для жизни. Если оставить в стороне маркетинговые и политические барьеры, есть ли нерешенные технические проблемы, которые помешали бы нам завершить это успешно?

Время и деньги - главные проблемы сейчас. Миссии уже составлены, любые технологические вопросы решаемы. Это вопрос их одобрения и финансирования, а затем создания и запуска.
вау, я когда-нибудь не согласен с закрытием этого вопроса ...
А в сегодняшних новостях: alcalde.texases.org/2013/08/…

Ответы (2)

Я думаю, что основным препятствием является уровень автономности , необходимый для полноценной миссии спускаемого аппарата.

Задержка связи между Землей и Юпитером составляет от получаса до часа (в зависимости от времени года), в одну сторону (поэтому реальная задержка в два раза больше), но разумные решения должны приниматься в режиме реального времени во время посадки. , и особенно на этапе бурения (и/или при нырянии , если он должен спуститься сам или послать зонд).

  • Приземление Поскольку поверхность Европы сильно меняется, космическому кораблю придется исследовать поверхность на расстоянии и каким-то образом выбрать подходящее место для посадки. Конечно, это можно сделать с низкой орбиты Европы с помощью людей, так как спешки пока нет. Но учитывая задержку связи, саму посадку придется осуществлять практически полностью автономно. Поскольку это, вероятно, будет многомиллиардная флагманская миссия, а последствия большинства типов неудач на этом этапе означают окончание миссии, вы не можете допустить, чтобы здесь что-то пошло не так. Это подразумевает оченьнадежная система посадки с искусственным интеллектом, выдержавшая даже самые сложные испытания. Мы много практиковались на Марсе, но пока нет такой системы, на которую космические агентства готовы поставить свои миллиарды.

  • Бурение после удачной посадки, пора рассекать лед. В идеале мы выбрали место для приземления достаточно удачно, чтобы приземлиться рядом с трещиной или, по крайней мере, на тонком кусочке ледяной корки. Но, конечно, хорошие инженеры всегда проектируют для худшего случая, так что мы только что приземлились на самую толстую, самую плотную и самую холодную часть поверхности льда Европы.

    Просверлить лед, вероятно, намного сложнее, чем просто бросить на него небольшую ядерную печь, которая просто расплавится. Это может быть очень деликатным вопросом, поскольку добраться до Юпитера обычно проще всего после нескольких облетов Земли. Когда зонд «Кассини/Гюйгенс» сделал это, разгорелись огромные политические дебаты, потому что существовала небольшая вероятность того, что зонд распадется в атмосфере Земли, а это означает, что он мог сломать свой РИТЭГ и выбросить в атмосферу несколько килограммов плутония. Плутоний — самое токсичное вещество, известное человеку, так что даже эти несколько килограммов причинят большой вред, куда бы он ни упал. Таким образом, внедрение ядерной печи может оказаться трудным для политической реализации., или, по крайней мере, значительно увеличить время полета, потому что мы не можем совершать облеты Земли.

    Есть и другие проблемы с ядерным вариантом; из-за своей высокой температуры он может уничтожить любую органику, с которой может столкнуться, до того, как обнаружит ее. Его также трудно отключить, так что, когда он, наконец, достигнет жидкого водяного льда, ему, вероятно, придется полностью прорезаться и позволить себе опуститься на дно. Будут опасения по поводу загрязнения — сброс открытой ядерной печи на то, что может быть первозданной жизнью, не сделает вас очень популярным.

    Буровой механизм, будь то настоящая дрель, источник тепла, такой как ядерная печь, или что-то еще, тоже должен быть разумным. Мы не слишком много знаем о льде, поэтому он может быть частично каменистым (здесь я это пропущу), а частично «слякотью». Это означает, что мы должны разработать сценарий, при котором жидкая вода, скорее всего, заполнит отверстие над бурильным механизмом и снова замерзнет. Единственный способ, которым вы можете гарантировать , что это сработает, — это оставить посадочный модуль на поверхности и сбросить интеллектуальный буровой/разведочный зонд вниз по льду с тросом, обеспечивающим связь/питание. Обратите внимание, что вся длина троса должна быть на буровом/разведочном зонде , потому что вы не можете ослабить трос во вновь замерзшем льду.

  • Погружение после того, как все проблемы с бурением были решены, а буровой/разведочный зонд достиг жидкого океана, пришло время заняться исследованиями. Скорее всего, единственное, что эта штука будет делать во время первой миссии на Европу, — это собирать образцы в ближайшем окружении и проводить на ней какие-то биохимические эксперименты. Однако в идеале то, что достигло океана, — это полноценная подводная лодка, способная маневрировать в выбранных ею точках, не сдерживаемая никакой привязью (так что кончиком ее привязи будет WiFi-передатчик и точка подзарядки батареи :) и полностью упакованный всеми роботизированными руками, лабораториями на чипе и другими датчиками, известными человеку.

В основном это миссия из трех или четырех частей. Часть А будет находиться на низкой орбите Европы и служить ретрансляционной станцией связи с Землей. Часть B будет спускаемым аппаратом и будет служить ретрансляционной станцией связи с частью A. Часть C будет проникающим в лед зондом, который будет связываться с B , который передает его на A. Возможно, будет и часть D — ретрансляционная станция на высокой орбите Юпитера, чтобы минимизировать коммуникационные затмения между Землей и Европой и/или служить временным устройством хранения данных. Данные из C, скорее всего, будут передаваться в A пакетами, потому что Aбудет приходить только по одному за орбитальный период (если только вы не поместите его на стационарную орбиту Европы, которая нестабильна из -за близости к Юпитеру и только еще больше усложнит миссию). A должен будет хранить и передавать эти большие объемы на Землю, а скорость связи на таких расстояниях значительно ниже, чем возможная между A , B и C. Так что, возможно, C будет передавать свои данные по орбите вокруг Европы на D , который сохраняет их и передает с более низкой скоростью передачи данных на земные приемники.

Эта конкретная миссия, которую я набросал здесь, является самой популярной, но, честно говоря, и наименее вероятной в ближайшее время. Последние два этапа должны быть выполнены полностью автономно , с космической надежностью . Это все технологии, которых у нас еще нет. Таким образом, есть технологические проблемы, политические проблемы, денежные проблемы, проблемы, связанные с загрязнением, и т. д. и т. д. и т. д. Это слишком большой скачок, учитывая количество ресурсов, которые мы можем реально надеяться потратить на это (увы, дни Аполлона, когда использовалась шкала военного бюджета, давно ушли в прошлое ) .

Гораздо более вероятная миссия — это запуск орбитального аппарата вокруг Европы, который оснащен очень мощным радаром для проникновения в лед (или аналогичным устройством) и выполняет высококачественное дистанционное зондирование. Единственная реальная проблема здесь заключается в том, что радар (уже существуют наземные и бортовые версии), который в идеале сможет обнаруживать не только форму и размеры подземных объектов, но и то, из каких веществ эти объекты состоят. из.

Хорошая рецензия. Трос — хорошая идея, которую трудно реализовать, когда над зондом замерзает лед, но это возможно, если пузырек растаявшего льда содержит достаточно жидкости над зондом. Одна мысль, которая приходит мне в голову при таянии льда, заключается в том, что тепло не обязательно должно быть прямым теплом ядерной печи — ядерная бомба может генерировать электричество для работы нагревателя, которым можно управлять. Хотя тепло реактора должно куда-то уходить, так что, возможно, в любом случае нет никакого реального способа его контролировать.
не могли бы вы подчеркнуть, что задержка от получаса до часа - это в одну сторону? Другими словами, это 2-часовая задержка, час, чтобы он сказал тебе (ааа, я падаю) и еще час, чтобы ты сказал (раскрой парашют, придурок), к тому времени уже слишком поздно...
Высоки ли шансы, что первая проблема будет решена благодаря научным усилиям по самостоятельной посадке и полностью многоразовым первым ступеням SpaceX? Нельзя ли позже улучшить это для автоматической посадки и на другие тела?
@Zaibis действительно произошло значительное развитие в этом направлении, и я очень надеюсь, что так оно и будет продолжаться. Однако следует подчеркнуть, что у SpaceX практически ничего не зависело от того, приземлится ракета или нет, а экспериментировать в нулевом критическом состоянии легко. Как я уже сказал, критичность в миссии на Европу огромна, и разрыв между успешным экспериментом и таким же подвигом в высокой критичности значителен — например, автопилотам потребовалось довольно много времени, чтобы компенсировать обязанности пилотов-людей, хотя [продолжение]
@Zaibis [c'td] летать и приземляться на самолете сравнительно легко, и авиалайнеры могут многое выиграть за счет повышения безопасности и снижения затрат за счет автоматизации. Учитывая также, что коммерческие авиаперевозки — это многомиллиардная отрасль с окупаемостью инвестиций (в отличие от освоения космоса), единственное, что тормозило ее развитие, — это критичность. Тем не менее, в настоящее время заложена основа для такого рода процессов, отчасти в авиаперевозках, автомобилестроении и аналогичных отраслях, что позволяет другим отраслям ускориться. Так что, хоть я и полон надежд, я научился быть осторожным с оптимизмом :)

Ответ на ваш вопрос во многом зависит от целей вашей миссии. Давайте рассмотрим некоторые из возможностей в порядке сложности.

  • Столкновение объекта с Европой: думаю, с этим мы справимся. Мы успешно совершили аварийную посадку зонда «Гюйгенс» на поверхность Титана в 2005 году (кстати, в результате мы получили единственную имеющуюся у нас фотографию поверхности какого-либо небесного тела за пределами внутренней Солнечной системы).
  • Посадка вездехода/корабля на поверхность Европы: К счастью, у нас было много практики посадки вездехода на Марс, поэтому технология, позволяющая успешно это сделать, уже в основном разработана. На самом деле НАСА планирует заняться именно этим, начиная с 2020 года. Это могло бы дать нам ценную информацию о жизнеспособности жизни на Европе, хотя и не могло бы привести нас к прямому контакту с ней. Эти марсоходы могли бы, например, провести очень подробный анализ химического состава Европы, проложив путь для будущих подводных зондов. Кроме того, в течение геологического времени вода из глубоких океанов могла мигрировать в поверхностный лед, что означало бы, что даже поверхностные марсоходы могли обнаружить следы древней жизни .
  • Бурение в ледяную корку до океанов под ней: чтобы успешно доказать или опровергнуть, действительно ли в настоящее время существуетжизни на Европе, нам нужно будет отправить какой-нибудь зонд под поверхность льда Европы в ее жидкие океаны. К сожалению, это представляет собой ряд очень сложных (и беспрецедентных) технических проблем, которые нам придется решить в первую очередь. Если на Европе вообще есть жидкие океаны (о чем мы пока точно не знаем), они будут погребены где-то на глубине от 5 до 100 км гранитно-твердого льда. В верхней части этой шкалы мы даже не до конца понимаем, как ведет себя лед при таком давлении, не говоря уже о том, как правильно его пробурить. Даже если предположить, что мы сможем доставить на Европу самое лучшее на Земле буровое оборудование, нам придется принять чрезвычайно сложные меры предосторожности, чтобы повторно запечатать и укрепить яму по мере ее выкапывания, чтобы предотвратить обрушение туннеля и сохранить Европу. внутреннее давление из-за внезапного прорыва через дыру. О подводном зонде для Европы, вероятно, не может быть и речи как из-за текущего понимания условий на Европе, так и из-за нашей технологии бурения.
«жидкие океаны (о которых мы еще не знаем наверняка)», на самом деле, мы более чем на 95% уверены, что у него есть жидкие подповерхностные океаны; структуру фракций в ледяной корке очень трудно объяснить иначе. На самом деле океан глубиной в несколько километров лучше всего соответствует этим данным.
@RodyOldenhuis На Европе, вероятно, есть жидкие океаны, но мы не можем окончательно исключить некоторые альтернативы — взгляните на представленное здесь альтернативное объяснение того, как этот разрыв потенциально может быть вызван другими причинами.
@Gwenn: Я не знаю, я вижу больше свидетельств, указывающих на океаны с жидкой водой, чем на что-то другое. Ни в чем в науке нельзя быть уверенным на 100%; лучшее, на что вы можете надеяться, — это стремиться к наиболее вероятному варианту.
@Gwenn - Бурение, безусловно, было бы трудным, но, возможно, зонд, который нагревал его внешнюю поверхность, мог бы расплавиться, а затем деактивировать тепло при попадании в жидкость. Затем он опускался на дно, где мог проверить признаки жизни. Однако подать сигнал обратно на поверхность будет сложно.