Новые технологии или методы для анализа планетарных недр
Какие новые технологии или методы могут быть разработаны для более эффективного анализа планетарных недр на месте? Именно этому должно быть посвящено недавнее исследование, представленное на 56-й конференции по лунным и планетарным наукам, в ходе которого группа исследователей исследовала, как новый инструмент под названием OptiDrill может заполнить существующие технологические пробелы, связанные с отбором проб реголита (верхнего слоя пыли) и подповерхностных образцов на множестве планетных тел по всей Солнечной системе..
В этой статье Universe Today обсуждает это невероятное исследование с Эндрю Пальмовски, старшим инженером-механиком Blur Origin, о мотивации OptiDrill, важных выводах из исследования, следующих шагах по внедрению OptiDrill в жизнь и важности проведения натурных исследований планетарных недр. Итак, какова была мотивация OptiDrill?
Пальмовски рассказывает Universe Today: "Для того, чтобы расшифровать процессы образования и охарактеризовать содержание воды, которые жизненно важны как для планетологии в нашей Солнечной системе, так и для будущей коммерческой деятельности на Луне и Марсе, крайне важно устранить технологический пробел в натурном анализе сохранившейся стратиграфии реголита и ненарушенных зерен в нашей солнечной системе."
Эта коммерческая деятельность включает добычу водяного льда на южном полюсе Луны, где расположены районы с постоянной тенью, и может обеспечить будущих астронавтов питьевой водой, топливом, ваннами и преобразованием воды в кислород с помощью электролиза. Технологии, которые будут использоваться для полетов человека на Луну, могут быть в дальнейшем разработаны для полетов человека на Марс, которые также могут быть использованы для добычи подповерхностного водяного льда в ходе этих экспедиций.
Пальмовски продолжает: "В OptiDrill используется система ударно-вращательного бурения, разработанная для получения мультиспектральных микроскопических изображений на месте. Это предполагает интеграцию передовых оптических приборов в компактную систему auger, что делает ее пригодной для целого ряда миссий по исследованию планет, включая полеты на Луну, Марс, астероиды и ледяные миры. Этот метод позволяет подключать приборы непосредственно к выборке, облегчая сбор пространственно-коррелированных наборов данных, которые в противном случае были бы недостижимы."
В ходе исследования ученые обсудили, как планетарный реголит на Луне и Марсе может дать ключевую научную информацию о формировании и эволюции этих интригующих миров, включая геологию, вулканологию и экологические аспекты. Кроме того, исследователи обсудили технологические ограничения, которым подвергается текущий отбор проб из недр, в частности, в отношении сохранения различных слоев образца, как это видно из образцов керна.
Один из примеров образцов керна включает образцы из пробирки, полученные в ходе миссий "Аполлон", в ходе которых был собран реголит глубиной до 40 сантиметров (16 дюймов), что позволило получить ключевую научную информацию о геологической истории Луны. Однако в некоторых из этих трубок были обнаружены кусочки реголита, которые выпали при извлечении с поверхности астронавтами "Аполлона".
Среди представленных примеров образцов из пробоотборников - марсоход НАСА "Персеверанс", получающий образцы горных пород для будущей миссии по их возвращению, чтобы ученые, вернувшись на Землю, могли проанализировать марсианский реголит в лабораторных условиях. Но каковы наиболее важные выводы из этого исследования и каковы следующие шаги по внедрению OptiDrill в жизнь?
"Как и следовало ожидать, интеграция сложных возможностей получения микроскопических изображений непосредственно в систему ударно-вращательного механического бурения сопряжена с многочисленными трудностями", - говорит Пальмовски в интервью Universe Today. "Создание инструмента, достаточно надежного для этой высокодинамичной среды, было главной задачей на данном этапе разработки, и к настоящему времени мы добились значительного прогресса.
"Мы можем с уверенностью сказать, что такая интеграция не только осуществима, но и мы также можем разработать ее таким образом, чтобы профиль рисков подходил для миссий по исследованию космоса всех типов и масштабов".
Пальмовски продолжает: "Мы находимся на пути к завершению разработки и тестирования TRL 4 [Уровень технологической готовности 4] к концу 2025 года, завершая нашу работу при финансировании NASA PICASSO. После этого мы изучим дополнительные возможности финансирования НАСА, такие как гранты DALI и MATISSE, которые помогут перейти на TRL6. Кроме того, мы продолжаем изучать другие возможности для развития этой технологии, включая потенциальное применение в наземных условиях".
Хотя астронавты "Аполлона" по-прежнему остаются единственными людьми, которые собирают образцы поверхности планеты на месте с помощью пробоотборника, они предоставили ученым на Земле новые сведения о характеристиках и составе лунного реголита, включая наличие стекол и мелких частиц. За пределами "Аполлона" анализ планетарных недр на месте проводился исключительно роботизированными исследователями, в первую очередь с помощью множества посадочных аппаратов и марсоходов, отправленных человечеством на Луну и Марс, а марсоходы НАСА "Кьюриосити" и "Персеверанс" продолжают проводить невероятные научные исследования на Марсе.
Однако Луна и Марс - не единственные недра планеты, где ученые могут получить представление о формировании и эволюции планетарного тела. Другие миры в пределах нашей Солнечной системы включают спутники Юпитера Европу и Ганимед, а также спутники Сатурна Титан и Энцелад, на всех из которых имеются свидетельства существования подземных жидких океанов, а на поверхности Титана есть озера и моря из жидкого метана и этана.
В то время как полеты и орбитальные аппараты собрали невероятные данные на расстоянии с помощью дистанционного зондирования, данные и образцы, собранные посадочными аппаратами и марсоходами, оказались бесценными для изучения учеными интересных мест по всей Солнечной системе, где мы потенциально можем обнаружить жизнь в том виде, в каком мы ее знаем. Сюда входит зонд "Гюйгенс", который приземлился на Титане в январе 2005 года и проработал всего 90 минут, но собранные им данные о характеристиках поверхности Титана помогут ученым разработать более эффективные космические аппараты для будущих миссий, включая предстоящую миссию НАСА "Стрекоза". Итак, в чем важность проведения натурных исследований планетарных недр и можно ли использовать OptiDrill для поиска жизни на поверхности, будь то Марс или ледяные миры?
"Анализ на месте - это мощный инструмент для обнаружения жизни, поиска ресурсов и проверки достоверности существующих данных орбитальной спектроскопии", - говорит Пальмовски в интервью Universe Today. "Это дополняет грубый анализ, предоставляемый наборами орбитальных данных, которые предназначены для выявления областей с многообещающим научным потенциалом, и позволяет проводить целенаправленный анализ с высоким разрешением на земле. Напротив, операции по возврату образцов являются очень сложными и дорогостоящими, что создает цепочку поставок, значительно повышающую риск нарушения научной целостности образцов".
Пальмовски продолжает: "Безусловно. OptiDrill работает с широким диапазоном спектров отражения вплоть до микронного масштаба, включая ключевые каналы, которые позволяют получать достоверные орбитальные данные, такие как данные CRISM с орбитального аппарата Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Кроме того, эта технология может быть адаптирована для исследования ледяного мира путем интеграции в такие архитектуры, как Cryobot или собственная технология SLUSH от Honeybee".
Наряду с OptiDrill, Пальмовски отметил несколько инструментов, которые компания Blue Origin Honeybee Robotics успешно внедрила или находятся в разработке, в том числе Lunar PlanetVac и LISTER для полезной нагрузки Firefly Blue Ghost Mission 1, а также SMART и REBELS, которые находятся в стадии разработки.
