海洋世界の生命を見つけるためにさらに深く掘る

こんなバクテリオファージみたいな形の探査機は嫌いなんですけど熱源をRTGから得て制御部を放射線から守るにはこんな形に成るんやろな。まだ色々と開発中なのでいつ打上か書いてません。年齢的に死後活躍する探査機は翻訳したくないんですけど以下、機械翻訳。
海洋世界の生命を見つけるためにさらに深く掘る
3 つの領域を描いた断面図: 銀色の円筒形探査機のある暗い海底領域、探査機のテザーが通過する青い渦巻きのある中央の氷の領域、および複数の脚と着陸船が止まっている表面を描いた上の画像 アンテナ。 着陸船の後ろの背景には、色とりどりの惑星が空を支配しています。
クライオボットミッション着陸船の概念図。
クレジット: NASA/JPL-カリフォルニア工科大学
NASAサイエンス編集チーム
2023年12月05日
記事
スナップショット
2023年2月、NASA主催のワークショップに全米から研究者が集まり、エウロパとエンケラドゥスの氷の地殻を掘削して生命を探索するクライオボットミッションコンセプトの最新開発とロードマップについて話し合った。


茶色の長い円筒形の構造が青い水を貫いています。 構造の側面から表面に向かって金色の光のビームが投影されました。
図 1 エウロパの海に侵入し、生命の痕跡を探索する冷凍ロボットの概念図。
クレジット: NASA/JPL-カリフォルニア工科大学
「水を追って」は、宇宙の宇宙生命体を探す宇宙生物学コミュニティの合言葉です。 私たちが知っているように、水はすべての地上生命の基本的な構成要素であり、さまざまな宇宙ミッションで発見されたように、水は太陽系全体、そしておそらく宇宙全体に豊富にあります。 火星の古代の侵食された地物は、湿潤な歴史の明確な証拠を示しており、パーサヴィアランス探査車の進行中の探求は、火星にかつて微生物の集団が存在したかどうかについての手がかりを明らかにすることを目的としています。 しかし、化石記録から学べることは限られています。 地球外生命体の可能性の性質を真に理解するには、その源、つまり液体の水について直接調査する必要があります。

「オーシャンワールド」に入ります。 過去 20 年にわたり、科学者たちは太陽系の外側の巨大な惑星の周りを膨大な数の氷の衛星が周回していることを発見しました。 これらの衛星の多くは、氷の地殻の下に地球規模の海洋が存在するという強力な証拠を示しています。 実際、これらの衛星には、地球のすべての海を合わせたよりもはるかに多くの液体の水が存在する可能性があり、生命を育むのに適切な条件を備えている衛星もあるかもしれません。 特に、木星の衛星エウロパと土星の衛星エンケラドゥスという 2 つの衛星は、生命にとって適した条件と比較的容易な調査により、宇宙生物学者の想像力を魅了してきました。 どちらも、厚さ数キロメートルの水氷地殻の下に地球規模の地下海洋があることを示す強力な証拠を示しています。しかし、私たちはどうやってこの液体の水にアクセスできるのでしょうか?

過去数十年にわたり、クレバスを降下するロボットからさまざまなタイプのドリルに至るまで、海洋アクセスに関するさまざまなコンセプトが研究されてきました。 有力な候補として浮上しているコンセプトの 1 つがクライオボットです。 クライオボットは、熱を利用してその下の氷を溶かす自己完結型の円筒形プローブです。 溶けた水はプローブの周りを流れ、その後プローブの後ろで再凍結します。 熱氷掘削は非常に簡単かつ効果的であるため、地上の氷河や氷床を研究するための一般的なツールとなっています。 しかし、この技術を、より寒く、より厚く、より不確かな惑星の氷の地殻を貫通できるシステムにどのように応用できるでしょうか?

このジレンマは、過去数年間、研究者たちの中心的な焦点であり、その多くは NASA のヨーロッパ科学探査地下アクセス メカニズム (SESAME) および海洋世界生命検出技術コンセプト (COLDTech) プログラムによって支援されています。 2023年2月、NASAの惑星探査科学技術局（PESTO）はカリフォルニア工科大学でワークショップを開催し、全米のさまざまな分野や機関から約40人のトップ研究者が集まり、この技術の成熟の進捗状況について話し合い、課題を評価した。 それが残っている。 最近の研究は、氷殻環境についての理解を深め、ミッションアーキテクチャを詳細化し、重要なサブシステムと技術を成熟させるという点で大きな進歩を遂げました。 特に、ワークショップ参加者は、飛行可能なアーキテクチャの開発ロードマップを推進する 4 つの主要なサブシステム、つまり電力、熱、モビリティ、および通信サブシステムを特定しました。


3 つの領域を描いた断面図: 銀色の円筒形探査機のある暗い海底領域、探査機のテザーが通過する青い渦巻きのある中央の氷の領域、および複数の脚と着陸船が止まっている表面を描いた上の画像 アンテナ。 着陸船の後ろの背景には、色とりどりの惑星が空を支配しています。
図2 クライオボットのミッションプロファイルの概念図。 着陸船は原子力探査機を配備し、氷の殻を溶かして下の海にアクセスします。 テザーと無線送受信機は、通信のために探査機の降下中に探査機の後ろに配備されます。
クレジット: NASA/JPL-カリフォルニア工科大学
まず、クライオロボットの心臓部は、数キロにわたる氷を溶かすのに必要な持続的な熱を生成する原子力システムです。 連携するさまざまな原子力システム多くの深宇宙ミッションに動力を供給してきたおなじみのラジオアイソトープ・パワー・システム（RPS）や、今後数年で開発される可能性のある核分裂炉など、クライオボット・システムに適したシステムが特定されている。 電力システム設計を推進する 2 つの重要な制約は、(1) 効率的な溶解を促進するのに十分な総出力と密度 (約 10 kW)、および (2) 深部の高圧から電力システムを保護するための構造容器内への統合です。 海。 これらの課題は両方とも解決可能であり、いくつかの歴史的な前例があります。NASA のカッシーニ ミッションには 14 kW の火力発電システムがあり、1960 年代と 1970 年代にいくつかの放射性同位体熱電発電機 (RTG) が航行ビーコンの電源として海底に配備されました。 エウロパの海と同等の圧力で動作しました。 ただし、クライオロボットの電力システムには、ミッションコンセプトの成熟を通じて、エネルギー省との協調的な取り組みと緊密な協力が必要です。

第 2 に、搭載された原子力システムによって生成される熱を管理し、安全な内部温度を維持し、効率的なパフォーマンスを実現するために熱を環境に分配するための熱管理システムが必要です。 このシステムには 2 つの独立したポンプ流体回路が必要です。1 つは皮膚に埋め込まれたチャネルを通じて内部作動流体を循環させる回路、もう 1 つは溶けた氷水を周囲環境と循環させる回路です。 これらの技術の一部は、縮小された実物大で実証されていますが、太陽系外縁部で予想される氷の状態の範囲での性能を検証するには、さらなる研究が必要です。

さらに、エウロパとエンケラドゥスの氷の殻には塵や塩などの不純物が含まれており、これらが十分に濃縮されると、浸透するために補助システムが必要になる可能性があります。 「ウォータージェット」と機械的切断の組み合わせは、プローブの下から微粒子から塩の固体ブロックに至るまでの破片を除去するのに効果的であることが実証されている。 大きな岩石、空洞、水域などの不純物の一部は依然として侵入できない可能性があるため、クライオロボットには下向きのマッピング センサーとステアリング機構を組み込む必要があります。これらは両方とも地上のプロトタイプで実証されていますが、統合システムではまだ実証されていません。 今後の優先度の高い作業には、潜在的なモビリティの危険の可能性を定量化するための氷環境のより厳密かつ確率論的な定義と、飛行型クライオボット システム上での危険軽減システムの統合デモンストレーションが含まれます。 Europa Clipper は、冷凍ロボットに対する危険の蔓延と特性を抑制するための重要な観察結果も提供します。

最後に、冷凍ロボットのミッションには、着陸船が軌道上の中継資産または地球に直接データを中継できるようにするために、氷の殻を介した堅牢で冗長な通信リンクが必要です。 光ファイバーケーブルは、地上の融解探査機や深海探査機と通信するための業界標準ですが、活動中の氷殻を介して展開するには慎重な検証が必要です。 これらのシェル内の氷が動くと、ケーブルが破損する可能性があります。 ジョンズ・ホプキンス大学応用物理研究所のケイト・クラフト博士率いるチームは、氷に埋め込まれたテザーが氷のせん断現象時に破損する傾向と、そのような破損を軽減する方法を研究してきた。 この研究の暫定結果は非常に有望ですが、他のチームは、無線周波数、音響、磁気トランシーバーなど、氷を通して通信するための無線技術を研究しています。 これらの通信システムは探査機の後端に統合され、降下中に配備される必要があります。 NASA COLDTech プログラムに基づいて資金提供された現在のプロジェクトは、通信システムの主要なリスクに対処するための最初の一歩を踏み出しています。 今後の作業では、より広範囲の条件にわたってパフォーマンスを検証し、冷凍ロボットへの統合を実証する必要があります。

電力、熱、モビリティ、通信サブシステムが中心的な役割を果たしましたが、ワークショップ参加者は、クライオロボットのミッションを実現するために成熟が必要となる他の主要なシステムやテクノロジーについても議論しました。 これらのトピックには、液体サンプリングと外向きの開口部、惑星の保護と滅菌戦略、腐食を軽減するための材料の選択、氷の固定メカニズム、自律性のための設備を備えた統合機器スイートが含まれます。 しかし、これらのテクノロジーはどれも、クライオボットミッションコンセプトのロードマップにおいて重大なリスクや課題として特定されていませんでした。

全体として、ワークショップ参加者の一致した結論は、このミッションコンセプトは依然として実現可能であり、科学的に説得力があり、海洋世界の原位置で生命を直接探索するための最ももっともらしい短期的な方法であるということでした。 継続的なサポートにより、科学者や技術者は将来のミッション機会に向けて冷凍ロボットの準備をさらに進めることができます。 別の世界の生命体を直接検出できる可能性は、これまで以上に高まっているようです。

この研究が行われたのは、米国航空宇宙局 (80NM0018D0004) との契約に基づいて、カリフォルニア工科大学のジェット推進研究所で研究されています。

プロジェクトリーダー
ベンジャミン・ホックマン博士、カリフォルニア工科大学ジェット推進研究所

後援団体
NASA 惑星探査科学技術局 (PESTO)