https://bodybydarwin.com
Slider Image

En drill til tunnelmilier under overflaten til Mars

2021

Det er middag i Ocotillo Wells, California. Denne store delen av California kan være en stor og tom ørkenlapp mellom San Diego og Saltonhavet. Etter bare noen få minutter er alt dekket med et fint hvitt støv, mykt å ta på, som pulverisert sukker. Kris Zacny, visepresident og direktør for letingsteknologi ved Honeybee Robotics, griper hardhatet og vester ut av bilen hans og går bort til en U-haul som fungerer som oppdragskontroll. I dag vil Zacny og teamet hans begynne å teste den planetariske dype drillen, designet for å trenge kilometer under overflaten av steder som Mars og Europa for å søke etter en ting: bevis på liv.

Planetary Deep Drill er ikke en vanlig bor som du måtte ha i huset ditt for å henge bilder eller bygge Ikea-møbler. Planetary Deep Drill inneholder et mikroskop, kamera og LED- og UV-lys for å uten tvil være et av de viktigste søkene i menneskets historie. UV-lyset vil bidra til å identifisere mikrober og mineraler som lysstoffrør, ikke i motsetning til et svart lys som brukes til å identifisere organiske stoffer på et kriminelt.

Dette er den første testen av Planetary Deep Drill i feltet. Til nå har de mekaniske systemene bare blitt testet i laboratoriet. Honeybee Robotics er for tiden den eneste organisasjonen som jobber med en drill som denne. NASA jobbet med sitt eget design tidligere, men nå samarbeider de med ingeniører på Honeybee Robotics for en dag å få det ut i verdensrommet.

Drillen er foreløpig ikke planlagt lansert til en annen planet, og kunne ikke gjøre det i minst et tiår. "Det er ingenting på bøkene akkurat nå, " sier Jim Green, direktør for planetarisk vitenskap ved NASA, "men det er nesten ingen hjerner at vi til slutt må utvikle noe slikt."

Det mest sannsynlige stedet for det første boretetet på jorden er Mars. Vi vet at polene i Mars har is, men hvis noe overlever der, er det mest sannsynlig at det er dypt under jorden, vekk fra strålingen som stadig bombarderer Mars 'overflate. Vi vet mye mindre om Europa, men vi vet at den er dekket av en tykk isskorpe som noen steder kan være så dypt som elleve mil. Det virkelige mysteriet i Europa ligger under overflaten i et massivt saltvannshav som inneholder mer vann enn alle jordas vannkilder til sammen - et potensielt arnested for mikrobielt liv.

Et mannskap på fem har en stor TV-skjerm koblet opp med datainnlasting i sanntid når de gjør seg klar til at forskningen skal begynne. U-haul har utsikt over et gipsbrudd, en gruve som eies og drives av et privat selskap kalt USG (United States Gypsum) som har tilbudt sine verdsatte bergarter til Honeybee for eksperimentet. Det er ingen mennesker, ingen dyr og noen få sparsomme busker. Mannskapet har lagret oppdragskontroll med rikelig med snacks og vann i forberedelse til noen lange ukers boring.

Zacny og Gale Paulsen, visedirektør for Honeybee Robotics, har kjørt ned fra kontorene sine i Pasadena, og til tross for den tre timers kjøreturen, er de uten tvil begeistret for å se prosjektet sitt banebrytende.

En av prosjektingeniørene griper en spak bak på boret og senker manuelt volframkarbidborkronen til overflaten og signaliserer til U-Haul oppdragskontroll for å slå på motorene.

Den spesialdesignede borkronen er ment å skjære gjennom ekstremt harde lag med stein og is. Dette gipsbruddet er ikke noe sted i nærheten av kulde (det var 80 grader da vi besøkte) og definitivt ikke isete som polene i Mars. Men akkurat denne plasseringen er bare det tykkeste gipsavsetningen i USA. Gips er en sprø berg, men når den er lagdelte er veldig sterk og fungerer som en nær analog til is som er fordampet og kondensert på planetoverflater i millioner av år. Selv om du kanskje kan skrape overflaten med neglen, krever å bore kilometer ned et verktøy som er sterkt nok til å bryte gjennom isen og berget.

På basen av den 16 fot høye drillen vises klistremerker som representerer partnerne stolt: Honeybee Robotics, The American Museum of Natural History, USG, NASA og The Planetetary Society. Alle drillene sine tilhengere, sier Zacny, har det samme målet: leting.

Å utvikle noe for å utforske en annen planet krever oppfinnsomhet. Teamet måtte være veldig kreativ når det gjaldt å designe en drill for å fungere feilfritt milliarder av milevis fra noen hjemmedepoter eller mennesker. Planetary Deep Drill vil måtte fungere fullstendig autonomt.

Vores største utfordring, bortsett fra autonomi, er geologisk usikkerhet, forklarer Zacny. Vannet på Mars og Europa er ikke rent; det er egentlig en salt saltlake som kan endre frysefasene fra -50C til -70C. Da kan det være innebygd berg, lag med berg eller lag med falt meteoritter, og boret må være i stand til å gå gjennom hvilken som helst av disse variasjonene.

Drillen trenger også å passe på et romskip.

Selv om selskapet tar sikte på at boret skal bore gjennom hundrevis av føtter av Mars-undergrunnen (og for Europa, opptil 5 mil is), er selve boremet bare 13 fot høy med litt helt på spissen. For å redusere mesteparten av lasten som måtte skytes ut med boret, designet Honeybee en kabel for å senke og heve boret inn i borehullet. Kabelen fungerer som fiskelinje som kan rulle inn i en liten beholder og frigjøre eller trekke inn etter behov. Paulsen peker på den store kabelen og sier, "vi er bare begrenset av mengden kabel vi kan ta med om bord, fordi den kan senke boret så langt den trenger å gå."

Boret faller ned i det lille borehullet. Oppdragskontroll har fyrt opp motorene og feltprøven har begynt.

Lyden av wolframkarbidborkronen er overraskende stille da den kverner mot den 6, 3 millioner år gamle rocken; bare en svak klikkelyd kan høres til tross for at den bare ligger centimeter under overflaten. Teamet ser oppmerksomt, lytter til den dempede lyden av slipende gips og kaster periodisk blikk på den store TV-skjermen som viser dataene: boredybde, temperatur, omdreininger per minutt. Etter 30 minutter er den første økten fullført. De har boret ned 20 centimeter, og målet deres er minst 10 meter mot slutten av dagen.

Zacny og Paulsen går bort til boret og ser på når teamet hever vinsjen, og avslører langsomt boret når det kommer ut av borehullet. I hver spalte i spiralmønstret skrue er klatter med hvitmalt gips. Ingeniørene deres tar tak i en børste, en liten pappeske og en Ziploc-pose, og begynner å rense boret, og samle gipsstøvet for å studere senere på laboratoriet. Dette er bare ett eksempel på noe boret etter hvert vil måtte gjøre på egen hånd - rens oppsamlingsområdet og komme tilbake i arbeid.

Det er mange andre faktorer å ta med i bortsett fra rengjøring og prøver. Boret må faktisk fungere, og det er en stor utfordring å tenke på når du planlegger å bore utenfor Jordens koselige miljø: tyngdekraften. Mars har en tredjedel av jordens tyngdekraft. "Vi har ikke det samme styrket på Mars fordi alt veier tre ganger mindre, " forklarer Zacny. "Normalt ville vi stole på vekt for å tvinge ned borkronen, men det var ikke et alternativ for en planetarisk bor som denne." I stedet designet Paulsen og Zacny en drill som ville skyve seg selv ned ved å trykke på siden av boringen -hull, noe som gjør tyngdekraften, eller mangelen på den, uten betydning for dens funksjon.

Neste generasjons drill som til slutt kan ta turen til polene til Mars, vil sannsynligvis være halvparten så stor som denne testboren og vil erstatte mikroskopet med et UV / Raman-spektrometer kalt SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics and Chemicals). Dette spektrometeret er allerede godkjent for å fly om bord i Mars 2020-roveren for å utføre et lignende oppdrag: å oppdage biosignaturer i Marsjorda. Men roverens jordprøver vil komme fra et mye grunnere borehull - maksimalt 2 til 3 inches dypt. SHERLOC er designet av NASAs Jet Propulsion Laboratory, og vil kunne ta avlesninger når boret går dypere under overflaten og skal bekrefte om det eksisterer liv i Mars-regionen eller ikke.

Teamet samles rundt misjonskontroll når de begynner runde to av testen. De vil operere boret slik i trinn på 30 minutter i løpet av de neste ukene til de har nådd sin måldybde på 30 meter (eller omtrent 100 fot). "Vi gjør dette for å bevise at det fungerer, for å bevise at det kan gjøres, " sier Zacny.

Etter denne testen i ørkenen vil Honeybee-teamet til slutt ta drillen sin til et mer ekstremt miljø, for eksempel Grønland. Der vil de ha den nærmeste analogen til steder som polene i Mars. Testing i godt under frysetemperaturer vil gi dem en bedre ide om hvordan elektronikken kan fungere i det frysende marsmiljøet.

Stirone

Zacny og Paulsen er ikke nybegynnere med å jobbe med marsforskning. De har hatt hendene i flere oppdrag til Mars. Honeybee har jobbet med prøvetakingssystemet for Curiosity Rover, boret på Mars Exploration Rovers, samt prøvetakingsscoop og spektrometer for Phoenix lander. Selskapet jobber til og med med et prøvetakingssystem for den fremtidige Mars 2020-roveren.

"Dette er en revolusjon innen planetarisk leting, " sier Bruce Betts, planetary Society's direktør for vitenskap og teknologi. "Det fjerneste vi har boret autonomt med roboter er centimeter, så for å kunne gjøre dette, å bore ikke bare meter, men titalls og hundrevis, ville det være en revolusjonerende."

Jim Green fra NASA er også ombord for å grave dypt. "Dette er en mulighet til å se om det finnes liv på Mars, " sier han. “Når du kommer i ytterpunktene, beveger livet seg i steinene. Vi vet at det er mer liv i biosfæren under føttene våre enn alt liv i havet, og en drill som får oss ned mange meter vil gjøre det mulig for oss å undersøke oss ordentlig. ”

Mannskapet bestemmer seg for å omfatte steinbruddet fra et mer mars-aktig utsiktspunkt når boringen fortsetter langt utpå dagen. Solen har senket seg på himmelen og svever over et fjell i nærheten mens jernoksidet på åsene tar opp sollyset, og gir alt en varm rødlig fargetone. Man kunne lure seg selv til å tro at dette virkelig var Mars.

I dag er testen en av mange, men bare 10 meter under bakken er Zacny ikke sjenert over å skjule sin entusiasme. Jeg anser allerede denne testen som en enorm suksess, sier han. Nå må vi bare til Mars!

Stirone
Det tar seks måneder å miste all ferievekten.  Slik kan du unngå å få det i stedet.

Det tar seks måneder å miste all ferievekten. Slik kan du unngå å få det i stedet.

De beste appene for å endre vanene dine

De beste appene for å endre vanene dine

Presenter bare 90-tallet barna vil få

Presenter bare 90-tallet barna vil få