Construir un submarino se vuelve complicado cuando la temperatura desciende a -300 grados Fahrenheit y el océano está hecho de metano y etano.

Los investigadores de la Universidad Estatal de Washington están trabajando con la NASA para determinar cómo podría funcionar un submarino en Titán, la más grande de las muchas lunas de Saturno y la segunda más grande del sistema solar. La agencia espacial planea lanzar un submarino real a los mares de Titán en los próximos 20 años.

Los investigadores recrearon un océano de Titán en un laboratorio. Han publicado un artículo sobre su trabajo en la revista, Equilibrios de fase fluida .

Titán es de particular interés para los investigadores porque es similar a la Tierra en una forma importante, contiene líquido. A diferencia de casi cualquier otro lugar del sistema solar, la superficie de la luna incluye océanos, ríos y nubes, y como en la tierra, puede llover. Pero, en lugar de agua, el ciclo hidrológico se basa en el metano.

Debido a las posibles lecciones que podría proporcionar aquí en la Tierra, La NASA ha estado estudiando Saturno y sus lunas durante más de una década con datos recopilados de la nave espacial Cassini.

El submarino que está diseñando la agencia deberá operar de forma autónoma. Deberá estudiar las condiciones atmosféricas y oceánicas, moverse por los fondos marinos, y flotar en o debajo de la superficie. La ingeniería es aún más complicada porque, a diferencia del agua casi homogénea en los océanos terrestres, la concentración de etano y metano puede variar dramáticamente en los océanos de Titán y cambiar las propiedades de densidad del líquido.

Invitación de la NASA

Ian Richardson, un ex estudiante de posgrado en la Escuela de Ingeniería Mecánica y de Materiales, tuvo la oportunidad de abordar cómo la NASA podría construir un submarino para las condiciones extremas. En el laboratorio criogénico de WSU, que estudia materiales a temperaturas muy frías, Richardson recreó la atmósfera de Titán y probó cómo una pequeña máquina calentada podría funcionar en tales condiciones.

Richardson, quien tiene una licenciatura en ingeniería mecánica de WSU, ha tenido un interés desde hace mucho tiempo en el espacio y las tecnologías de exploración espacial. Fue el primer destinatario de WSU de una beca de investigación de tecnología espacial de la NASA, que incluyó una pasantía en el Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland, Ohio. Fue mientras trabajaba como pasante en un problema separado que un científico de la NASA se acercó a él con el problema de diseñar un submarino para Titán.

"Mi investigación dio un giro a la derecha, y me fui con eso, ", dijo Richardson." Es un experimento loco, y nunca pensé que hubiera tenido esta oportunidad. Ha sido un problema de diseño experimental muy divertido y desafiante ".

Simulando los mares de Titán

El equipo de investigación de WSU construyó una cámara de prueba que albergaba la mezcla líquida a temperaturas muy frías para simular los mares de Titán. Agregaron dos pulgadas, calentador de cartucho en forma de cilindro que se aproxima al calor que crearía un submarino.

Uno de los mayores desafíos para los investigadores fue comprender las burbujas en los mares de Titán. Agregue un submarino impulsado por una máquina generadora de calor en el líquido muy frío de Titán, y se formarán burbujas de nitrógeno. Demasiadas burbujas dificultarían la maniobra del barco, ver, tomar datos y administrar sistemas de lastre.

Grabación de video a -300 grados

El próximo gran problema, dijo Richardson, estaba obteniendo un video en condiciones difíciles. Su estudio se realizó a 60 libras por pulgada cuadrada de presión y casi -300 grados Fahrenheit. El grupo de Richardson diseñó una solución utilizando un dispositivo óptico llamado boroscopio y una cámara de video que podía soportar las bajas temperaturas y las altas presiones para visualizar lo que estaba sucediendo dentro de la cámara de prueba.

"Esas no son las condiciones más amigables, ", dijo." Tienes que encontrar soluciones creativas ".

Los investigadores tuvieron éxito y tomaron imágenes de video de la lluvia y la nieve de etano-metano. El grupo también estudió las temperaturas de congelación de los lagos de metano y etano y determinó que, debido a una pequeña cantidad de nitrógeno en el líquido, los lagos se congelan a temperaturas más bajas de lo esperado:75 Kelvin, o -324 grados Fahrenheit, en lugar de 90,5 Kelvin.

"Eso es un gran problema, dijo Richardson. "Eso significa que no tienes que preocuparte por los icebergs".

Los investigadores buscan continuar el trabajo con la NASA para actualizar el diseño del Titan Submarine.