NASA vyvíjí ponorku pro výzkum Saturnova měsíce Titan

Stavba ponorky se stává složitější, pokud se má pohybovat v prostředí tvořeném kapalným metanem a etanem, kde teplota klesá na -185 °C. Výzkumníci z Washington State University již několik let spolupracují s NASA na zjištění, jak by mohla ponorka fungovat na Titanu – největším z měsíců planety Saturn a druhém největším měsíci ve Sluneční soustavě. Americká kosmická agentura plánuje vyslat opravdovou ponorku k průzkumu moří na Titanu zhruba za 20 let. K usnadnění konstrukce si výzkumníci vytvořili v pozemské laboratoři model moře na Titanu.

Saturnův měsíc je pro astronomy mimořádně zajímavý, protože se podobá Zemi v jednom důležitém ohledu – na jeho povrchu se vyskytuje kapalina. Na rozdíl od téměř všech jiných míst ve Sluneční soustavě se na tomto měsíci nacházejí moře, řeky a oblaka, a podobně jako na Zemi i zde může pršet. Avšak na rozdíl od Země zde probíhá hydrologický cyklus založený na metanu.

NASA studovala planetu Saturn a její měsíce více než desetiletí na základě informací získaných kosmickou sondou Cassini. Kosmická ponorka, kterou NASA vyvíjí, musí být schopná dlouhodobého autonomního fungování. Bude muset zvládnout studium podmínek v oceánu, ale i v atmosféře. Bude se pohybovat uvnitř moře kapalného metanu – bude plout na jeho povrchu a musí dokázat klesnout až na samotné mořské dno.

Předpokládá se, že sonda s ponorkou dolétne na Titan v době, kdy na jeho severní polokouli, kde se největší metanová moře vyskytují, bude začínat léto. Ponorku budou pohánět dva Stirlingovy motory (Stirlingovy radioizotopové generátory), které využívají teplo vznikající při přirozeném radioaktivním rozpadu plutonia-238 a přeměňují jej na elektrický proud. Životnost ponorky by měla být minimálně 90 dnů a v podmořském prostředí největší nádrže kapalného metanu s názvem Kraken Mare by měla překonat vzdálenost až 2 000 km.

Vědecké přístroje na palubě ponorky budou v mořích například pátrat po přítomnosti organických složek, které mohou vykazovat prebiotický chemický vývoj. Zařízení k odběru vzorků bude shromažďovat a analyzovat sedimenty na mořském dně, průzkumný sonar bude studovat jeho morfologii. Cílem bude odhalit důkazy existence historických cyklů vyplňování moře kapalným metanem a jeho vysychání.

Na základě výzkumů prováděných kosmickou sondou Cassini byly pořízeny fotografie rozsáhlého moře s názvem Kraken Mare a dalších podobných útvarů na severní polokouli měsíce Titan. Sonda mimo jiné prováděla radarový průzkum moří a zjistila, že některá jsou hluboká pouze několik metrů, zatímco jiná, jako například právě Kraken Mare, jsou hluboká více než 200 metrů.

Ian Richardson, někdejší postgraduální student na School of Mechanical and Materials Engineering měl příležitost podílet se na konstrukčním řešení ponorky, která je v NASA připravována pro extrémní prostředí v mořích na Titanu. V kryogenní laboratoři Washington State University (WSU), kde se studuje chování materiálů za velmi nízkých teplot, Ian Richardson vytvářel atmosféru podobnou prostředí na Titanu a ověřoval, jak může v těchto podmínkách fungovat malý tepelný stroj.

Richardson, který vlastní titul bakaláře strojírenství a automatizace na WSU, se dlouhodobě zajímá o vesmír a kosmické technologie. Byl prvním recipientem NASA Space Technology Research Fellowship, který absolvoval stáž na NASA’s Glenn Research Center in Cleveland, Ohio. Zde pracoval jako asistent na jednotlivých úkolech, se kterými se na něj vědci z NASA obrátili při řešení konstrukce ponorky pro Titan.

Výzkumný tým na WSU vybudoval zkušební komoru, kde je ukrytá směs tekutin o mimořádně nízké teplotě k napodobení podmínek v mořích na Titanu. Do systému přidali patronu ohřívače, která simuluje teplo, které bude ponorka vytvářet.

Dalším velkým problémem bylo podle Richardsona pořizování videozáznamu v těchto náročných podmínkách. Výzkum aparatury byl prováděn při tlaku 4 137 hektopascalů (hPa) a teplotě -185 °C. Skupina techniků pod vedením Iana Richardsona řešila používání optických zařízení a videokamer, které by vydržely tak nízké teploty a vysoké tlaky a ukázaly technikům, co se děje uvnitř zkušební komory.

Odborníci z WSA nadále pokračují ve spolupráci s NASA ve vylepšování konstrukce ponorky pro plánovaný výzkum Saturnova měsíce Titan.

Zdroj: https://scitechdaily.com/nasa-designing-submarine-to-explore-hydrocarbon-seas-of-saturns-moon-titan/ a http://www.spaceflightinsider.com/space-flight-news/nasa-team-designing-sub-to-explore-titans-seas/

autor: František Martinek