一幅插圖顯示了一個冷凍機器人在歐羅巴的海洋中遊泳，尋找生命。(圖片來源:uux.cn/美國國家航空航天局/JPL加州理工學院)
（神秘的地球uux.cn）據美國太空網（羅伯特·李）：美國國家航空航天局正在為機器人構建路線圖，這些機器人可以通過未來的太空任務訪問海洋世界，並打破世界厚厚的冰殼，探索地下海洋以尋找生命。
最近，航天局公布了2023年2月美國國家航空航天局主辦的研討會的結果，科學家和工程師聚集在一起討論可能的“低溫機器人”任務概念。這個想法是穿過太陽係衛星的冰冷外部，像木星的衛星歐羅巴或土星的衛星恩克拉多斯，並在其中放置一個探測器，可以探索下麵的液態海洋。
探索的cryobot概念是簡單地鑽入一個世界的替代方案，涉及使用一個從冰冷海洋世界表麵的母單元發出的圓柱形設備，該設備可以融化冰，因此隨著水在周圍流動並重新凍結而滑落。
這些探測器和這種所謂的“熱鑽探”技術目前通常用於調查地球上的冰川和冰蓋，但像木衛二和土衛二這樣的世界的冰殼更冷更厚。它們還表現出遠不可預測的行為。
幾年來，通過低溫機器人將當前的地球熱鑽井作業應用到地外環境一直是美國國家航空航天局木衛二科學探索地下訪問機製(SESAME)和海洋世界生命探測技術概念(COLDTech)項目支持的研究人員的重點。
然而，隨著時間的推移，人類對冰蓋海洋世界有了更多的了解，因此，在加州理工學院(Caltech)舉行的研討會為參與這些項目的科學家提供了一個機會，以重新召集並確保這些發展被納入機器人任務架構。
尋找生命，跟著水走
正如我們所知，生命依賴於許多關鍵化合物、分子和元素，但可以說，沒有一種像水一樣至關重要。
作為地球上生命的基本構成，很容易理解為什麽水成為科學家關注的焦點，他們希望在太陽係的其他地方尋找生命。此外，雖然我們已經發現在我們的恒星後院(甚至更遠的地方)有豐富的水，但沒有什麽發現比認識到我們太陽係中的冰冷衛星擁有巨大的液態水海洋更讓天體生物學家著迷了。
發現火星的幹旱景觀曾經充滿了水，這無疑為發現古代生命的遺跡提供了令人興奮的機會，但像木衛二和土衛二這樣的海洋衛星提供了發現目前可居住的世界的機會，甚至可能現在就在它們的水域中擁有真正的生物。那些生物，盡管它們可能是微生物，卻是革命性的發現。
根據美國國家航空航天局的說法，加州理工學院的研討會確定了四個關鍵方麵，這四個方麵應該為開發外星水世界探索機器人的路線圖提供信息。這些方麵是功率、熱容量、移動性和通信。
一個能在壓力下加熱的機器人
當然，我們海洋世界的幾英裏厚的冰殼對尋找生命的任務構成了相當大的挑戰。這意味著探索cryobot的海洋世界的心髒需要一個能夠提供熱量的核能係統，可以融化那麽多英裏的冰——這個係統估計需要大約10千瓦(kW)的能量。這個係統還必須被整合到一個結構中，這個結構能夠承受這些深海的巨大壓力。
開發這樣一個係統是有先例的，不管它聽起來有多複雜..
卡西尼號飛船在2017年墜入這個氣體巨人的大氣層之前探索了土星及其衛星，它攜帶了一個能夠產生14千瓦的熱能係統，比融化數英裏的冰所需的能量還要多。此外，在20世紀60年代和70年代，放射性同位素熱電發電機(RTG)可能會在木衛二海洋的壓力下幸存下來，並被部署到地球上的海洋底部。
但是未來的低溫機器人不僅僅需要環境保護；還需要保護它免受自身產生的熱量的影響。這將需要一個熱管理係統，通過將熱量分配到環境中來維持機器人的安全內部溫度。
科學家說，做到這一點的一種方法是使用兩個獨立的液體泵送回路。其中一個將通過嵌入機器人皮膚的通道循環內部工作流體，另一個將在低溫機器人和周圍環境之間循環融化的冰水。

一幅插圖顯示了從土星的衛星恩克拉多斯噴出的冰羽。(圖片鳴謝:uux.cn/美國國家航空航天局)
雖然像這樣的係統已經製造出來了，但還需要更多的開發來為它們適應歐羅巴或土衛二的冰殼做準備。
這些冰殼可能還含有岩石和鹽等雜質，機器人需要額外的係統才能穿透這些雜質。這可以通過機械切割、用高壓水噴射這些雜質，甚至兩者結合來實現。
當然，一些障礙，如大而堅硬的岩石、鹽塊、水窪，甚至這些冰殼中的巨大空隙，都可能無法通過這些方法清除——因此，低溫機器人還需要能夠導航到地下海洋。這將需要集成一個朝下的傳感器來觀察障礙物以及一個轉向係統，這兩個係統在過去已經開發出來，但尚未完全集成到地球上的任何工作係統中。
科學家們還必須在開發前往冰冷海洋衛星的任務之前，想辦法更好地識別冰殼中的障礙，這是研討會確定的優先事項。即將到來的歐羅巴快船任務將於2024年發射，並於2030年抵達冰冷的木衛二，這可能是這項危險調查工作的一部分。
打破僵局，但不是交流
最後但並非最不重要的是，在加州理工學院研討會上討論的另一個主要機器人任務是一個通信係統，該係統將允許重要數據從深潛、海洋探索探測器傳送回位於目標海洋世界冰層頂部的母中樞單元。
在地球上，低溫機器人使用光纖電纜來完成這項工作，但在外星世界的冰中部署這些設備需要確保冰不會破壞電纜。這在土衛二活躍的冰殼中尤其具有挑戰性，當海洋物質通過裂縫噴發，噴入月球大氣層時，冰殼可能會移動和移動。
約翰·霍普斯金應用物理實驗室(JPL)的Kate Craft正在研究海洋衛星上的冰剪如何影響嵌入冰中的通信係鏈係統，而其他團隊正在研究非物理的數據傳輸方法，例如使用無線電頻率、聲學甚至磁場將數據從海洋通過外星冰傳輸到表麵。
雖然這是本次研討會約40名與會者討論的海洋世界探索低溫機器人的四個關鍵要素，但也考慮了其他因素，如可以對收集的液體進行采樣和分析的儀器，保護表麵模塊的冰錨係統，以及覆蓋低溫機器人表麵的材料，這些材料在外星環境中不會腐蝕。
任務規劃工作的總體結果是，有大量的工作要做，但對冰冷的太陽係世界的低溫機器人任務是可行的。
這最終意味著在其他星球上尋找生命比以往任何時候都更有可能。