Már tervezik az első Földön kívül üzemelő hajót

A jövő űreszközei között hajókra és tengeralattjárókra emlékeztető berendezések is lesznek, amelyek idegen világok folyadékaiban kutatnak élet után. Az Antarktiszon már tesztek is zajlanak, az oroszok épp a múlt héten húztak bele.

A Földön kívül működő kutatóhajók célpontjai lehetnek az óriásbolygók jégholdjai, amelyek közül az Europa és a Titan szinte biztosan, az Enceladus, a Ganymedes és a Callisto pedig jó eséllyel rendelkezik a jégpáncél alatt folyékony vízburokkal. Folyékony, de már túlságosan szélsőséges állapotok uralkodnak még az óriásbolygók belsejében - ezt azonban egyelőre nem tervezik a helyszínen vizsgálni.

Jelenleg legnépszerűbb célpont a Jupiter Europa holdja, amelynek jégkérge alatt hideg és sós, valamint feltehetőleg savas vízréteg húzódik. Legalább ennyire izgalmas és talán még egzotikusabb környezetet képviselnek a Titan hold sarkvidéki tavai és tengerei, amelyeket nem víz, hanem metán-etán keverék tölt ki.

A folyékony környezetek elemzése rámutathat, hogyan zajlottak le azok a kevéssé ismert prebiotikus folyamatok, amelyek az élettelen anyagtól a legelső élőlény megjelenéséhez vezettek. Az ilyen kutatómunka azonban nehéz, részben mert extrém nagy nyomáson vagy alacsony hőmérsékleten kell a szondáknak üzemelniük. Anyagukat a maró közeg korrodálhatja, és általánosságban is kevéssé ismertek azok a viszonyok, amelyek között a robotoknak dolgozniuk kell. Ugyanakkor a szokatlan helyszínek sok új ismerettel szolgálhatnak - nem véletlen, hogy már fejlesztik az ilyen űreszközöket.

Tengeralattjáró az Europa holdra

Kriobotnak (avagy kriorobotnak), angolul cryobotnak, tehát jégrobotnak nevezik azt az űrszondát, amely a Jupiter Europa holdjának felszín alatti térségeit első alkalommal vizsgálná közvetlen közelről. A tervek szerint a hosszúkás, szivar alakú szonda felmelegíti külső burkolatát, és fokozatosan olvasztja magát a jégbe, miközben belsejéből vékony huzal tekeredik ki. Ez a drót kapcsolja a felszínen maradt egységhez, és biztosítja a kommunikációt a Föld felé.

Az egyik változat alapján a szonda több kilométer mélyre süllyedne a jégben, és ott megállna. Útja mentén folyamatosan méréseket végezne, majd végpontjánál nyugalomba kerülve hosszabb időn keresztül tanulmányozhatná a jég állapotát, főleg rezgéseit, esetleges feszültségeit. Az árapályhatás elemzése kiemelt témakör lesz a programban, a jégkéreg periodikus deformációja sokat elárul annak fizikai állapotáról.

A program legizgalmasabb része a jégpáncél alatti óceán vizsgálata lenne. Az Europa jégkérgének vastagsága néhány kilométer és közel 30 kilométer között változhat, ezek közül a nagyobb értékeket tekintik a valószínűbbeknek. Egy jól megtervezett szonda elegendő energiaforrással áthatolhat ezen a rétegen, miközben folyamatosan olvasztja maga mellett a jeget, amely felette, elhaladása után visszafagy. Miután a szonda elérte a mélyen lévő vízréteget, kibocsát magából egy miniatűr tengeralattjárót, vagy maga alakul át víz alatti felderítővé, és innen már úszva kutatja a furcsa térséget.

Egy elképzelt küldetés az Europa hold jégpáncélja alá

A fejlesztés során földi jégtakarókban tesztelik az egyszerű prototípusokat, emellett laboratóriumban is vizsgálják a jégbe olvadás és süllyedés módját. A küldetésnél nemcsak a kriobot, de a felszíni egység működtetése is nehéz feladat lesz, azt ugyanis a közeli Jupiter erős sugárzása ellen kell védeni.

Kutatócsónak szénhidrogéntavakra

Az első Földön kívül üzemelő hajót, vagy inkább csónakot a Titan nevű Szaturnusz-hold felszínére tervezik. Bár földi társaihoz hasonlóan ez a kutatóhajó is folyadékon siklana, üzemelési körülményei az égitesten uralkodó -180 Celsius-fokos hideg miatt rendkívüliek. A Titan Mare Explorer (TiME) nevű küldetés a Szaturnusz és holdja nagy távolsága ellenére viszonylag kis költségvetésű lenne. Ha "összejön" 400 millió dollár, már 2016-ban elindulhat, 2023-ban pedig leszállhat a Titan felszínére a különleges űreszköz.

Az űrszonda a Föld és a Jupiter mellett végzett hintamanőver során nyerne akkora sebességet, hogy elérjen a Szaturnuszig. Az ejtőernyős ereszkedés végén közvetlenül a folyadékra érkezne, és a tavon néhány hónapon keresztül üzemelne a kutatóhajó. Már a célterületet is kijelölték, amely az 500 kilométeres Ligeia Mare vagy Kraken Mare sarkvidéki metántengerek egyike lenne.

Forrás: NASA

Fantáziarajz a TiME küldetésről, amelyhez akár ballon és keringőegység is kapcsolódhat, noha az utóbbi jelentősen megnövelné a költséget. A kép nagyméretű változatának letöltése (NASA)

A fő feladat a vizsgált tó pontos összetételének meghatározása, meteorológiai mérések végzése, és a holdon jellemző metánkörforgás jobb megismerése. A szonda egy szonár segítségével a tenger mélységét és az aljzat domborzatát is vizsgálná. A csónak haladása véletlenszerűen alakulna, amerre az áramlás és a szelek sodorják. Utazása során elméletileg akár változhat is a folyadék összetétele, amelyet a part távolsága, a párolgás, a csapadék területi eloszlásának sajátságai és még számtalan ismeretlen tényező befolyásolhat. A Titan felszínén a folyadékot metán, etán és egyéb szénhidrogének alkotják - amelyek egymással is reakcióba léphetnek.

A Cassini űrszonda mérései és modellszámítások alapján a folyadék mélysége legalább több méter a Titan tavainál, de ennél akár sokkal nagyobb is lehet. A robothajó plutóniummal felszerelt nukleáris erőforrással bírna, ez biztosítana közel 140 wattot a berendezéseknek. Az egység az adatokat közvetlenül a Földre sugározná, ami nem lenne egyszerű feladat egy hullámzó metántengeren.

Videó a tervezett küldetésről a Titanhoz

A küldetéstől váratlan eredményeket is remélnek a kutatók, mivel ilyen egyedi helyszínt még sosem látogattak meg. Az elméleti számítások alapján a Titan tengerein kissé nagyobb és hosszabb hullámok várhatóak, mint a Földön - bár ez erősen függ a szélsebességtől, amely a becslések alapján ritkán haladja meg az 1,3 méter/másodpercet. A csónak kamerát is vinne magával, ugyanis a látvány az egyhangú folyadékfelszín ellenére érdekesnek ígérkezik. Az égbolton kis esély lenne a Szaturnusz megpillantására, de a felhők és a Nap, valamint az esetleges légköroptikai fényjelenségek érdekes ismereteket szolgáltathatnak. A metántó párolgása, az esetleges ködök, valamint a csapadék hullása új ismereteket adhat a Titan jellemzőiről. A holdon nem feltétlen egyezik meg a lehulló eső és a hajót körülvevő tenger kémiai összetétele, amelyek érintkezésekor kémiai reakciók történhetnek, és az eltérő anyagok sajátos formában keveredhetnek egymással.

Robot-tengeralattjárók a Földön

Nagy mélységben vagy a nehezen vizsgálható víz alatti barlangokban gyakran használnak robot tengeralattjárókat a Földön. Ezek fejlesztése számos technológiai újítással jár, és az itt nyert tapasztalatok több helyen kamatoztathatóak. Az alábbiakban néhány példát mutatunk be olyan földi robot-tengeralattjárókra, amelyek tesztelése során nyert felismeréseket a jövő űrszondás kutatásaiban is alkalmazhatják.

Forrás: NASA

A DEPTHX robot-tengeralattjáró a parton (balra) és munka közben a víz alatt (jobbra)

Az egyik legismertebb a NASA ASTEP nevű programja. Ennek keretében fejlesztik a DEPTHX nevű robot-tengeralattjárót, amelynek sajátsága, hogy önállóan képes a felszín alatti vizes barlangokban mozogni és tájékozódni, valamint mintát gyűjteni. A 1500 kilogrammos, közel gömb alakú robotot korábban a Zacatón nevű mexikói barlangban tesztelték.

A DEPTHX üzemelése

A kutatóberendezés egyik előnye, hogy teljesen ismeretlen környezetben is bevethető. Először ugyanis feltérképezi a környezetét, amelyben képes biztonságosan mozogni, majd ott célpontokat jelöl ki, és 3 méter hosszú robotkarjával mintákat is gyűjt. A DEPTHX maximálisan 270-280 méteres mélységbe ereszkedhet le.

Forrás: Angström Space Technology Centre, Uppsala University

A Zacatón barlang közel egymillió éve aktív hidrotermális rendszer volt, amelyben vulkáni hő melegítette és keringette a vizet. Az aktivitás mára alábbhagyott, de a barlangrendszer vize jelenleg is közel 30 Celsius-fokos, és a környékén kénes hévforrások is akadnak. A barlang a szélsőséges környezeti viszonyokat kedvelő (extremofil) életformák kutatása szempontjából érdekes.

A svéd Jonas Jonsson (Angström Space Technology Centre, Uppsala University) és kollégái a fentivel ellentétben egy igen kis felderítő robotot fejlesztenek. Mini tengeralattjárójuk mindössze 5 centiméter átmérőjű és 20 centiméter hosszú, henger alakú gépezet (lásd a jobb oldali képen). Fontos jellemzője, hogy nem vastag és erős falakkal védi belsejét a nagy külső nyomással szemben, hanem vékony falán belül is folyadék található, amely átveszi a kinti nyomást. Mindehhez persze nagy nyomásértékek között is megfelelően üzemelő műszerek szükségesek, és azokat erősen miniatürizálni kell. Az apró tengeralattjárót vékony optikai kábelen irányítják fentről.

Az egyik legismertebb tudományos célú tengeralattjáró az Alvin, amely 1964-ben merült le először. Azóta folyamatos fejlesztés és modernizálás mellett számtalan érdekes helyszínt vizsgált meg, mérései például átalakították a mélytengeri fekete füstölgőkről alkotott képünket, és felfedezte az ott élő különleges, a Föld belső hőjéből energiát nyerő életközösségeket. Az Alvinnek azonban van személyzete, nem robot-tengeralattjáró, ennek megfelelően feladatai és a fejlesztésével kapcsolatos technológiai vonatkozások kissé eltérnek a fent bemutatott robotokétól.

Az Alvin tengeralattjáró összeszerelése 2005-ben

Versenyt fúrnak az idővel az Antarktiszon

Az Europa holdra tervezett kriobot és a hozzá kapcsolódó műszerek tesztelésében fontos célpont a Vosztok-tó. Az Antartkisz jégpajzsa alatt, a jég- és kőzetréteg határán lévő folyadéktest ígéretes analógia az Europán tervezett olvasztáshoz. A tóba belefúrni szándékozó orosz kutatócsoport 2012. január 2-án 3650 méter mélyen, már csak 20-40 méterre volt a jég alatti tó tetejétől.

Animáció a Vosztok-tóról

Múlt héten napi 3 métert haladt a fúrás lefelé, amit február 6-a körül technikai okokból valószínűleg meg kell szakítaniuk. Ezután csak a következő helyi nyár idején, 2012 decemberében folytathatják a munkát. Ha elérik a Vosztok-tó tetejét, akkor a fúrófejen lévő detektor vizet észlel, a fúrást leállítják, és kicsit csökkentik a nyomást a furat végében, hogy víz áramoljon oda. Ez a jégfurat falával érintkezve megfagy, és az így keletkező "jégdugó" anyagának tetejéből vesznek mintát - elkerülendő a közel 15 millió éve érintetlen tó vizének esetleges beszennyezését. Az ilyen biztonsági intézkedések a távoli égitesteken is fontosak lesznek, az ottani esetleges élőlények védelmében.