¿Cuáles son las limitaciones para una misión robótica exitosa a Europa?

Creo que el principal obstáculo es el nivel de autonomía requerido para una misión de módulo de aterrizaje completa.

El retraso de la comunicación entre la Tierra y Júpiter es de entre media hora y una hora (dependiendo de la época del año), en un sentido (por lo que el retraso real es el doble), pero hay que tomar decisiones inteligentes en tiempo real durante el aterrizaje. , y especialmente durante la fase de perforación (y/o durante la inmersión , si es para descender él mismo o enviar sonda).

• Aterrizando como la superficie de Europa cambia mucho, la nave espacial tendrá que explorar la superficie desde la distancia y de alguna manera seleccionar un lugar de aterrizaje adecuado. Por supuesto, esto se puede hacer desde la órbita baja de Europa con la ayuda de personas, ya que todavía no hay prisa. Pero dado el retraso en la comunicación, el aterrizaje en sí tendrá que llevarse a cabo de forma casi totalmente autónoma. Como esta será probablemente una misión emblemática multimillonaria y las consecuencias de la mayoría de los tipos de fallas en esta fase significan el final de la misión, no puede permitirse que nada salga mal aquí. Esto implica una muyrobusto sistema de aterrizaje de IA, que ha resistido incluso las pruebas más desafiantes. Hemos practicado mucho en Marte, pero aún así, aún no existe un sistema en el que las agencias espaciales estén dispuestas a apostar sus miles de millones.

• Perforando después de un aterrizaje exitoso, es hora de cortar el hielo. Idealmente, hemos seleccionado nuestro lugar de aterrizaje lo suficientemente bien como para haber aterrizado cerca de una fractura, o al menos en un trozo delgado de la corteza de hielo. Pero, por supuesto, los buenos ingenieros siempre diseñan para el peor de los casos, así que acabamos de aterrizar en la parte más gruesa, densa y fría de la superficie de hielo de Europa.

  Taladrar a través del hielo es probablemente mucho más difícil que simplemente dejar caer un pequeño horno nuclear sobre él, que simplemente se derrite. Este puede ser un tema muy delicado, ya que llegar a Júpiter suele ser más fácil después de algunos sobrevuelos de la Tierra. Hubo un gran debate político cuando la sonda Cassini/Huygens hizo esto, porque había una pequeña posibilidad de que la sonda se desintegrara en la atmósfera terrestre, lo que significa que podría romper su RTG y esparcir varios kilogramos de plutonio en la atmósfera. El plutonio es la sustancia más tóxica conocida por el hombre, por lo que incluso esos pocos kilos harían mucho daño, independientemente de dónde se arrojaran. Entonces, traer un horno nuclear podría resultar difícil de lograr políticamente., o al menos, aumentar significativamente el tiempo de vuelo porque no podemos hacer sobrevuelos de la Tierra.

  También hay otras preocupaciones con la opción nuclear; debido a su alta temperatura, podría destruir cualquier materia orgánica que pudiera encontrar antes de detectarla. También es difícil de apagar, por lo que cuando finalmente haya alcanzado el hielo de agua líquida, probablemente tendrá que cortarlo por completo y dejarse hundir hasta el fondo. Habrá preocupaciones de contaminación: dejar caer un horno nuclear abierto sobre lo que podría ser una vida prístina no te hará muy popular.

  El mecanismo de perforación, ya sea un taladro real, una fuente de calor como el horno nuclear o algo completamente diferente, también tendrá que ser algo inteligente. No sabemos mucho sobre el hielo, por lo que puede ser parcialmente rocoso (me saltearé eso aquí) y parcialmente "aguanieve". Esto significa que tenemos que diseñar para el escenario en el que es probable que el agua líquida llene el orificio sobre el mecanismo de perforación y se vuelva a congelar. La única forma en que puede garantizar que esto funcione es dejar el módulo de aterrizaje en la superficie y dejar caer la sonda inteligente de perforación/exploración en el hielo, con una correa que proporciona comunicación/energía. Tenga en cuenta que toda la longitud de la correa tendrá que estar en la sonda de perforación/exploración , porque no puede aflojar una correa en el hielo recongelado.

• Buceo Una vez que se han resuelto todos los problemas de perforación y la sonda de perforación/exploración ha llegado al océano líquido, es hora de explorar un poco. Lo más probable es que lo único que hará esta cosa durante la primera misión de Europa sea recolectar algunas muestras en su entorno inmediato y hacer algunos experimentos bioquímicos en él. Sin embargo, idealmente, lo que ha llegado al océano es un submarino completo, capaz de maniobrar a los lugares que elija, sin ser obstaculizado por ninguna atadura (por lo que la punta de su atadura será un transmisor WiFi y un punto de recarga de batería :) y totalmente equipado con todos los brazos robóticos, laboratorios en un chip y otros sensores conocidos por el hombre.

Básicamente es una misión de tres o cuatro partes. La Parte A estará en la órbita baja de Europa para servir como estación de retransmisión de comunicaciones con la Tierra. La parte B será el módulo de aterrizaje y servirá como estación de retransmisión de comunicaciones con la parte A. La parte C será la sonda de penetración de hielo, que se comunicará con B , que la transmite a A. Posiblemente , también habrá una parte D : una estación repetidora en una órbita alta de Júpiter, para minimizar los eclipses de comunicación entre la Tierra y Europa, y/o servir como un dispositivo de almacenamiento de datos temporal. Lo más probable es que los datos de C se comuniquen a A en ráfagas, porque Asolo vendrá uno por período orbital (a menos que lo coloque en la órbita estacionaria de Europa, que es inestable debido a la proximidad a Júpiter y solo complicaría aún más la misión). A tendrá que almacenar y transferir estos grandes volúmenes a la Tierra, y las tasas de comunicación a tales distancias son considerablemente más bajas de lo que es posible entre A , B y C. Entonces, posiblemente, C comunicará sus datos en el transcurso de una órbita de Europa a D , que los almacena y los transmite a la velocidad de datos más baja a los receptores de la Tierra.

Esta misión en particular que he esbozado aquí es la más popular, pero con toda honestidad, también la menos probable que suceda en el corto plazo. Las dos últimas fases deberán realizarse de forma totalmente autónoma , con una fiabilidad de grado espacial . Esta es toda la tecnología que aún no tenemos. Así que hay desafíos tecnológicos, desafíos políticos, desafíos monetarios, desafíos relacionados con la contaminación, etc., etc., etc. se usó una escala de presupuesto militar , desaparecieron hace mucho tiempo).

La misión mucho más probable es una que coloque un orbitador alrededor de Europa, que está equipado con un radar de penetración de hielo muy potente (o un dispositivo similar) y realiza sensores remotos de alta calidad . El único desafío real aquí es ese radar (del cual ya existen versiones terrestres y aerotransportadas), que idealmente podrá detectar no solo las formas y tamaños de los objetos del subsuelo, sino también de qué sustancias están compuestos esos objetos. de.

La respuesta a su pregunta depende en gran medida de cuáles sean los objetivos de su misión. Veamos algunas de las posibilidades, en orden de dificultad.

• Estrellar un objeto en Europa: creo que podemos manejar este. Hicimos un aterrizaje forzoso con éxito de la sonda Huygens en la superficie de Titán en 2005 (por cierto, resultando en la única fotografía que tenemos de la superficie de cualquier cuerpo celeste fuera del sistema solar interior).
• Aterrizaje de un rover/nave en la superficie de Europa: afortunadamente, hemos tenido mucha práctica para aterrizar una nave estilo rover en Marte, por lo que la tecnología para hacer esto con éxito ya está desarrollada en su mayoría. De hecho, la NASA planea hacer exactamente esto a partir de 2020. Esto podría brindarnos información valiosa sobre la viabilidad de la vida en Europa, aunque no podría ponernos en contacto directo con ella. Estos rovers podrían, por ejemplo, realizar análisis muy detallados de la composición química de Europa, allanando el camino para futuras sondas submarinas. Además, en el transcurso del tiempo geológico, el agua de los océanos profundos podría migrar a la superficie del hielo, lo que significaría que incluso los vehículos de superficie podrían detectar señales de vida antigua .
• Perforando la corteza de hielo hasta los océanos debajo: para probar o refutar con éxito si realmente hay actualmentevida en Europa, necesitaríamos enviar una sonda de algún tipo bajo el hielo de la superficie de Europa a sus océanos líquidos. Desafortunadamente, esto presenta una serie de desafíos de ingeniería muy difíciles (y sin precedentes) que tendríamos que superar primero. Si Europa tiene océanos líquidos (que aún no sabemos con certeza), estarían enterrados en algún lugar entre 5 km y 100 km de hielo de granito duro. En los extremos superiores de esa escala, ni siquiera entendemos completamente cómo se comporta el hielo a esas presiones, y mucho menos cómo perforarlo correctamente. Incluso suponiendo que pudiéramos llevar el mejor equipo de perforación de la Tierra a Europa, tendríamos que tomar precauciones enormemente complicadas para volver a sellar y reforzar el agujero a medida que se excava, tanto para evitar que el túnel se derrumbe sobre sí mismo como para mantener Europa. s presión interna de erupción repentina a través del agujero. Una sonda submarina para Europa probablemente esté fuera de discusión debido a la comprensión actual de las condiciones en Europa y nuestra tecnología de perforación.