¿Quieres pescar en el hielo en Europa, la luna de Júpiter? No hay ninguna promesa de que atraparás nada pero un nuevo conjunto de prototipos robóticos podría ayudar.

Desde 2015, Laboratorio de propulsión a chorro de la NASA en Pasadena, California, ha estado desarrollando nuevas tecnologías para su uso en futuras misiones a mundos oceánicos. Eso incluye una sonda subterránea que podría excavar millas de hielo, tomando muestras en el camino; brazos robóticos que se despliegan para alcanzar objetos lejanos; y un lanzador de proyectiles para muestras aún más distantes.

Todas estas tecnologías se desarrollaron como parte del estudio Ocean Worlds Mobility and Sensing, un proyecto de investigación financiado por la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA en Washington. Cada prototipo se centra en obtener muestras de la superficie, o debajo de la superficie, de una luna helada.

"En el futuro, queremos responder a la pregunta de si hay vida en las lunas de los planetas exteriores, en Europa, Encelado y Titán, "dijo Tom Cwik, quien dirige el Programa de Tecnología Espacial de JPL. "Estamos trabajando con la sede de la NASA para identificar los sistemas específicos que necesitamos construir ahora, para que en 10 o 15 años, podrían estar listos para una nave espacial ".

Esos sistemas enfrentarían una variedad de entornos desafiantes. Las temperaturas pueden alcanzar cientos de grados bajo cero. Las ruedas del Rover pueden cruzar hielo que se comporta como arena. En Europa, las superficies están bañadas por la radiación.

"Los sistemas robóticos enfrentarían temperaturas criogénicas y terrenos accidentados y tendrían que cumplir con estrictos requisitos de protección planetaria, "dijo Hari Nayar, quien lidera el grupo de robótica que supervisó la investigación. "Uno de los lugares más emocionantes a los que podemos ir es a las profundidades de los océanos subterráneos, pero hacerlo requiere nuevas tecnologías que aún no existen".

Brian Wilcox, un becario de ingeniería en JPL, diseñó un prototipo inspirado en las llamadas "sondas de fusión" utilizadas aquí en la Tierra. Desde finales de la década de 1960, estas sondas se han utilizado para derretir la nieve y el hielo para explorar regiones del subsuelo.

El problema es que usan el calor de manera ineficiente. La corteza de Europa podría tener 6.2 millas de profundidad o 12.4 millas de profundidad (10 a 20 kilómetros); una sonda que no gestiona su energía se enfría hasta que deja de congelarse en el hielo.

Wilcox innovó una idea diferente:una cápsula aislada por un vacío, de la misma manera que se aísla una botella termo. En lugar de irradiar calor hacia afuera, retendría energía de un trozo de plutonio fuente de calor cuando la sonda se hundiera en el hielo.

Una hoja de sierra giratoria en la parte inferior de la sonda giraba lentamente y cortaba el hielo. Mientras lo hace, arrojaría trozos de hielo de vuelta al cuerpo de la sonda, donde serían derretidos por el plutonio y bombeados detrás de él.

Quitar los trozos de hielo garantizaría que la sonda taladre de manera constante a través del hielo sin obstrucciones. El agua helada también podría tomarse una muestra y enviarse a través de un carrete de tubería de aluminio a un módulo de aterrizaje en la superficie. Una vez ahí, las muestras de agua podrían comprobarse en busca de biofirmas.

"Creemos que hay flujos de hielo similares a glaciares en las profundidades de la corteza helada de Europa, "Dijo Wilcox." Esos flujos agitan el material del océano hacia abajo. A medida que esta sonda se adentra en la corteza, podría ser aguas de muestreo que pueden contener biofirmas, si existe alguno ".

Para asegurarse de que ningún microbio de la Tierra viajara, la sonda se calentaría a más de 900 grados Fahrenheit (482 grados Celsius) durante su crucero en una nave espacial. Eso mataría cualquier organismo residual y descompondría moléculas orgánicas complejas que podrían afectar los resultados científicos.

Un alcance más largo

Los investigadores también analizaron el uso de brazos robóticos, que son esenciales para obtener muestras de módulos de aterrizaje o rovers. En Marte, Los módulos de aterrizaje de la NASA nunca se han extendido más allá de 6.5 a 8 pies (2 a 2.5 metros) desde su base. Para un mayor alcance, necesitas construir un brazo más largo.

Un brazo articulado plegable fue una idea que surgió en el JPL. Desplegado, el brazo puede extenderse casi 10 metros (33 pies). Los científicos no saben qué muestras serán atractivas una vez que un módulo de aterrizaje aterrice, por lo que un alcance más largo podría brindarles más opciones.

Para objetivos que están aún más lejos, Se desarrolló un lanzador de proyectiles que puede disparar un mecanismo de muestreo hasta 164 pies (50 metros).

Tanto el brazo como el lanzador podrían usarse junto con una garra para agarrar hielo. Esta garra algún día podría tener un taladro de perforación adjunto; si los científicos quieren muestras prístinas, Tendrán que perforar hasta ocho pulgadas (unos 20 centímetros) de la superficie de hielo de Europa, que se cree que protege las moléculas complejas de la radiación de Júpiter.

Después del despliegue desde un brazo articulado o un lanzador de proyectiles, la garra podría anclarse mediante puntas calientes que se derriten en el hielo y aseguran su agarre. Eso asegura que la broca de un taladro pueda penetrar y recolectar una muestra.

Ruedas para un crio-rover

En julio, La NASA marcará un legado de 20 años de rovers conduciendo por el desierto marciano, recordando el 4 de julio, 1997 aterrizaje de Mars Pathfinder, con su rover Sojourner.

Pero construir un rover para una luna helada requeriría un replanteamiento.

Lugares como Encelado, la luna de Saturno, tienen fisuras que expulsan chorros de gas y material helado desde debajo de la superficie. Serían los principales objetivos científicos pero es probable que el material que los rodea sea diferente al hielo en la Tierra.

En lugar de, Las pruebas han encontrado que el hielo granular en condiciones criogénicas y de vacío se comporta más como dunas de arena, con granos sueltos en los que se pueden hundir las ruedas. Los investigadores del JPL recurrieron a los diseños propuestos por primera vez para arrastrarse por la superficie de la luna. Probaron ruedas comerciales ligeras fijadas a un sistema de suspensión rocker bogey que se ha utilizado en varias misiones dirigidas por el JPL.

Los siguientes pasos

Cada uno de estos prototipos y los experimentos realizados con ellos fueron solo puntos de partida. Con el estudio de los mundos oceánicos completo, Los investigadores ahora considerarán si estas invenciones pueden perfeccionarse aún más. La NASA está considerando una segunda fase de desarrollo. Esos esfuerzos podrían eventualmente producir las tecnologías que podrían volar en futuras misiones al sistema solar exterior.