深入挖掘寻找海洋世界的生命 - {$web_name} 欧罗巴和土星的卫星

冷冻机器人闯入欧罗巴海洋寻找生命迹象的概念图。鸣谢:uux.cn/美国全国航空航天局/JPL加州理工学院
（神秘的地球uux.cn）据美国全国航空航天局科学记者团队：“跟着水走”一直是天体生物学界在宇宙中寻找外星生命的口头禅。正如我们所知，水是所有地球生命的基础组成若干，正如各类太空任务所察觉的那样，水在全部太阳系，贾玲娱乐八卦也许是全部宇宙中都很丰富。火星上古老的侵蚀特征显示了潮湿历史的明确证据，正开展的毅力漫游者的探索旨在揭示火星是否曾经拥有微生物种群的线索。但是，我们能从化石记录中学到的就只有这么多了。以便真正知晓或许的外星生命的本质，我们必须直接调研其源头——液态水。
输入“海洋全球”在过去的20年里，科学家们察觉了众多的业内邓紫棋专题冰卫星围绕着我们太阳系的外围大行星管理。这些卫星中的许多显示了在其冰壳下隐藏着全球海洋的有力证据。事实上，这些卫星上的液态水或许比地球上所有海洋的总和还要多，有些乃至或许具备孕育生命的合适条件。尤其是两个卫星，由于它们适合生命生存的条件和相对轻松的调研，吸引了天体生物学家的想象力:木星的卫星，欧罗巴和土星的卫星，恩克拉多斯。这两项探究都有力地证明了一千米厚的水冰壳下存在着全球性的地下海洋——但是我们如何获取这些液态水呢？
在过去的几十年里，人们探究了各类海洋通道的概念，从穿过裂缝下降的机器人到各类类型的钻机。一个已然变成首要候选的概念是冷冻机器人。低温机器人是假期解读旗舰配置，未来走向备受关注一个独立的圆柱形探测器，运用热量融化其下方的冰。融化的水在探头后面重新冻结之前先在探头周围流动。热冰钻探如此简易有效，已然变成探究陆地冰川和冰盖的常用工具。但是，我们如何将这项技术转化为一个可以穿透更冷、更厚、更不确定的行星冰壳的操控系统？
在过去的几年里，这一困境一直是探究人员的核心留意点，他们中的许多人都得到了美国全国航空航天局的木卫二科学探索地下访问机制(SESAME)和海洋全球生命探测技术概念(COLDTech)打算的扶持。2023年2月，美国全国航空航天局的行星探索科学技术办公室(PESTO)在加州理工学院召开了一次研讨会，聚集了来自全国各异领域和机构的近40名顶级探究人员，研究这项技术的重磅鸿蒙系统汇总成熟进展，并评估依然存在的考验。最近的探究在完善我们对冰壳生态的理解、细化任务架构以及使核心子操控系统和技术成熟方面获得了重大进展。尤其是，研讨会的与会者确定了四个核心的子操控系统，合作了进展飞行筹备架构的路线图:电源，热，移动和通信子操控系统。

图2冷冻机器人任务剖面的概念图。一个着陆器部署了一个核动力探测器，它融化冰壳进入下面的海洋。在探测器下降过程中，在探测器后面部署了系绳和无线收发器，以便开展通信。鸣谢:uux.cn/美国全国航空航天局/JPL加州理工学院
先是，低温机器人的心脏是一个核能操控系统，它形成融化数公里厚的冰所需的持续热量。已然确定了各类适合低温机器人操控系统的核动力操控系统，含有为许多深空任务提供动力的熟悉的放射性同位素动力操控系统(RPS)，以及或许在前方几年开发的裂变反应堆。驱动动力操控系统设计的两个核心限制是:(1)足够的总功率和密度以合作有效熔化(约10 kW)，以及(2)在结构船内的集成以保护动力操控系统免受深海高压的作用。这些考验都是可以解决的，并且有一些历史先例:美国全国航空航天局的卡西尼任务有一个14千瓦的热动力操控系统，几个放射性同位素热电发电机(RTG)在1960年代和1970年代被部署到海底，身为导航信标的电源，其岗位压力与欧洲海洋相当。但是，低温机器人的动力操控系统将需要在全部任务概念的成熟过程中与能源部的一致奋斗和密切兴办。
第二，需要热治理操控系统来治理由机载核动力操控系统形成的热量，维持可靠的内部温度，并将热量分配到生态中以做到高效的表现。该操控系统需要两个独立的泵送流体回路:一个经由嵌入皮肤中的通道循环内部岗位流体，另一个经由周围生态循环融化的冰水。其中一些技术已然在压缩和全尺寸下开展了演示，但还需要更多的岗位来测试在外太阳系预期的冰条件范围内的表现。
另外，木卫二和土卫二的冰壳将包含尘埃和盐等杂质，当这些杂质足够集中时，或许需要辅助操控系统才能穿透。“水喷射”和机械切割的结合已然被证明可以有效地清除从探针下面的细小颗粒到固体盐块的碎片。一些杂质，如较大的岩石、空隙或水体，或许依然无法穿透，这需要cryobot整合一个向下看的地图传感器和转向机制——这两者都已然在陆地原型中得到演示，尽管尚未变成一个集成操控系统。高度优先的前方岗位含有对结冰生态开展更严格的概率定义，以量化潜在移动危险的或许性，以及在相似飞行的cryobot操控系统上对危险缓解操控系统开展综合演示。Europa Clipper还将提供核心观测资料，以限制低温机器人危害的普遍性和特征。
最后，cryobot任务需要经由冰壳兴办强大而冗余的通信链路，以使着陆器能够将资料中继到轨道中继设备或直接传输到地球。光缆是与陆地融化探针和深海航行器通信的行业规范，但需要认真测试才能经由活跃的冰壳部署。冰在这些外壳中的移动或许会使电缆断裂。约翰·霍普金斯使用物理评测室的凯特·克拉夫特博士领导的一个小组一直在探究嵌入冰中的绳索在冰剪切事情中断裂的倾向，以及减轻这种断裂的方法。尽管这项探究的初步结局相当令人鼓舞，但其他团队正探索经由冰开展通信的无线技术，含有射频、声学和磁性收发器。这些通信操控系统必须集成到探测器的后端，并在下降过程中使用。当下由美国全国航空航天局酷迪技术项目资助的项目正朝着解决通信操控系统的核心隐患迈出第一步。前方的岗位必须在更广泛的条件下测试表现，并在低温机器人上展示集成。
尽管电力、热、移动和通信子操控系统占据了中心位置，但研讨会参与者还研究了其他核心操控系统和技术，这些操控系统和技术需要成熟才能做到cryobot任务。这些主题含有集成仪器套件，具有液体取样和面向外的孔，行星保护和消毒策略，减轻腐蚀的材料挑选，冰锚定机制和自主性。但是，这些技术都没有被确定为cryobot任务概念路线图中的首要隐患或考验。
总的来说，讲习班参与者的一致结论是，这一任务概念依然是可行的，在科学上是令人信服的，并且是在海洋全球实地直接寻找生命的最合理的近期方式。持续的扶持将使科学家和工程师在为前方的任务机遇筹备低温机器人方面获得更大的进展。直接探测另一个全球的生命的或许性似乎比以往任何时候都大。
这项探究是在美国全国航空航天局(80NM0018D0004)的合同下，在加州理工学院喷气合作评测室开展的。
项目负责人Benjamin Hockman博士，加州理工学院喷气合作评测室
赞助组织美国全国航空航天局行星探索科学技术办公室