В калифорнийской пустыне Honeybee Robotics тестирует дрель, которая может искать жизнь в других мирах
Шеннон Стирон
Сейчас полдень в Окотильо-Уэллс, Калифорния. Огромный и пустой участок пустыни между Сан-Диего и Солтон-Си, эта часть Калифорнии вполне может быть Марсом. Уже через несколько минут все покрывается мелкой белой пылью, мягкой на ощупь, как сахарная пудра. Крис Закни, вице-президент и директор по исследовательским технологиям в Honeybee Robotics, достает из машины свою каску и жилет и идет к U-Haul, который выполняет функции центра управления полетом. Сегодня Закни и его команда приступят к испытаниям планетарного глубокого бура, предназначенного для проникновения на много миль под поверхность таких мест, как Марс и Европа, в поисках единственного: признаков жизни.
Планетарная глубокая дрель - это не обычная дрель, которая может быть у вас дома для развешивания фотографий или сборки мебели Ikea. Чтобы помочь в, возможно, одном из самых важных поисков в истории человечества, планетарная глубокая буровая установка оснащена микроскопом, камерой, а также светодиодными и ультрафиолетовыми лампами. Ультрафиолетовый свет поможет идентифицировать микробы и минералы, которые флуоресцируют, мало чем отличаясь от черного света, используемого для идентификации органических веществ на месте преступления.
Это первое испытание планетарной глубокой буровой установки в полевых условиях. До сих пор его механические системы тестировались только в лаборатории. Honeybee Robotics в настоящее время является единственной организацией, работающей над подобными учениями. В прошлом НАСА работало над собственным дизайном, но теперь они сотрудничают с инженерами Honeybee Robotics, чтобы когда-нибудь отправить его в космос.
Дрель высотой около 16 футов
Запуск буровой установки на другую планету еще не запланирован и не может быть осуществлен в течение как минимум десяти лет. «В книгах сейчас ничего нет, - говорит нам Джим Грин, директор отдела планетологии в НАСА, - но почти очевидно, что нам в конечном итоге придется разработать что-то подобное».
Наиболее вероятным местом для первой внеземной буровой площадки является Марс. Мы знаем, что на полюсах Марса есть лед, но если там что-то и сохранилось, то, скорее всего, глубоко под землей, вдали от радиации, которая постоянно бомбардирует поверхность Марса. Мы знаем гораздо меньше о Европе, но мы знаем, что она покрыта толстой ледяной коркой, глубина которой в некоторых местах может достигать одиннадцати миль. Настоящая загадка Европы лежит под поверхностью в огромном соленом океане, который содержит больше воды, чем все водные источники Земли вместе взятые - потенциальный рассадник микробной жизни.
T-5 минут до тестирования
Команда из пяти человек подключается к большому телевизионному экрану с загрузкой данных в режиме реального времени, пока они готовятся к началу своего исследования. U-Haul выходит на гипсовый карьер, шахту, принадлежащую и управляемую частной компанией USG (United States Gypsum), которая предложила Honeybee свои ценные камни для эксперимента. Здесь нет ни людей, ни животных, лишь немногочисленные редкие кустарники. Экипаж запасся в центре управления большим количеством закусок и воды, чтобы подготовиться к нескольким долгим неделям бурения.
Закни и Гейл Полсен, заместитель директора Honeybee Robotics, выехали из своих офисов в Пасадене и, несмотря на трехчасовую поездку, беззастенчиво рады видеть, как их проект начинает работу.
Один из инженеров проекта берет рычаг в задней части буровой установки и вручную опускает буровое долото из карбида вольфрама на поверхность, сигнализируя центру управления U-Haul включить двигатели.
Планетарная глубокая буровая установка
Сверло специальной конструкции предназначено для прорезания чрезвычайно твердых слоев скал и льда. Этот гипсовый карьер совсем не холодный (во время нашего посещения было 80 градусов) и уж точно не ледяной, как полюса Марса. Но это конкретное место оказалось самым мощным месторождением гипса в Соединенных Штатах. Гипс - хрупкая горная порода, но в слоистом виде он очень прочен и служит близким аналогом льда, который испарялся и повторно конденсировался на поверхности планет в течение миллионов лет. Хотя вы можете поцарапать поверхность ногтем, для бурения на несколько километров требуется инструмент, достаточно прочный, чтобы пробить лед и скалу.
На основании буровой установки высотой 16 футов с гордостью размещены наклейки, представляющие партнеров: Honeybee Robotics, Американский музей естественной истории, USG, НАСА и Планетарное общество. По словам Закни, у всех сторонников бурения «одна цель: разведка».
Разработка чего-то для исследования другой планеты требует изобретательности. Команде пришлось проявить изобретательность при разработке дрели, которая могла бы безупречно работать за миллиарды миль от любых хозяйственных складов или людей. Планетарному глубокому буру придется работать полностью автономно.
«Это почти очевидно, что нам в конечном итоге придется разработать что-то подобное»
«Нашей самой большой проблемой, помимо автономии, является геологическая неопределенность», - объясняет Закни. «Вода на Марсе и Европе не чистая; по сути, это соленый рассол, который может менять фазы замерзания от -50°С до -70°С. Затем могут быть вложенные камни, слои камней или слои упавших метеоритов, и бур должен быть в состоянии пройти через любой из этих вариантов».
Дрель также должна поместиться на космический корабль.
Хотя компания стремится к тому, чтобы бур пробурил сотни футов марсианского подземелья (а в случае с Европой - до 5 миль льда), сам бур имеет высоту всего 13 футов с долотом на самый наконечник. Чтобы уменьшить объем груза, который нужно будет запускать с помощью буровой установки, Honeybee разработала трос для опускания и подъема буровой установки в скважину. Трос действует как леска, которая может сворачиваться в небольшой контейнер и при необходимости высвобождаться или втягиваться. Паульсен указывает на большую кучу кабеля и говорит: «Мы ограничены только количеством кабеля, которое мы можем взять на борт, потому что он может опустить буровую установку настолько, насколько это необходимо».
Начало бурения
Сверло падает в маленькую скважину. Центр управления полетами запустил двигатели, и полевые испытания начались.
Звук сверла из карбида вольфрама на удивление тихий, когда оно трется о скалу возрастом 6,3 миллиона лет; можно услышать только слабый щелкающий звук, несмотря на то, что он находится всего в сантиметрах от поверхности. Бригада внимательно наблюдает, прислушиваясь к приглушенному звуку шлифуемого гипса и периодически поглядывая на большой экран телевизора, на котором отображаются данные: глубина сверления, температура, обороты в минуту. Через 30 минут первый сеанс завершен. Они пробурили 20 сантиметров, и к концу дня их цель - не менее 10 футов.
Закни и Полсен подходят к буровой установке и наблюдают, как команда поднимает лебедку, медленно открывая сверло, выходящее из скважины. В каждой щели спирального шнека находятся комочки белого гипса. Их инженеры берут кисть, маленькую картонную коробку и пакет на молнии и начинают чистить дрель, собирая гипсовую пыль для последующего изучения в лаборатории. Это всего лишь один пример того, что буровой установке в конечном итоге придется делать самостоятельно - очистить водосбор и вернуться к работе.
«Мы делаем это, чтобы доказать, что это работает, чтобы доказать, что это можно сделать»
Помимо очистки и взятия проб, необходимо учитывать множество других факторов. Бур должен работать, и есть одна большая проблема, о которой нужно подумать, планируя бурение за пределами уютной среды Земли: гравитация. Марс имеет одну треть гравитации Земли. «У нас на Марсе нет такой же тяги, потому что все весит в три раза меньше», - объясняет Закни. «Обычно мы полагались бы на вес, чтобы прижать буровое долото, но это не вариант для планетарного бура, подобного этому». Вместо этого Полсен и Закни разработали дрель, которая проталкивалась вниз, нажимая на стенку скважины, что делало силу гравитации или ее отсутствие несущественной для ее функции.
Сверло следующего поколения, которое может в конечном итоге направиться к полюсам Марса, будет, вероятно, вдвое меньше этого испытательного бура и заменит микроскоп УФ/рамановским спектрометром под названием SHERLOC (сканирование обитаемых сред с помощью рамановского и люминесцентного Органика и химия). Этот спектрометр уже одобрен для полета на борту марсохода Mars 2020 для выполнения аналогичной миссии: обнаружения биосигнатур в марсианской почве. Но образцы почвы марсоход будет брать из гораздо более мелкой скважины - не более 2-3 дюймов глубиной. Разработанный Лабораторией реактивного движения НАСА, SHERLOC сможет снимать показания по мере того, как бур уходит глубже под поверхность, и должен подтвердить, существует ли жизнь в этом районе Марса.
Раунд 2
Команда собирается у центра управления полетами, когда начинается второй раунд теста. Они будут эксплуатировать бур таким образом с шагом в 30 минут в течение следующих нескольких недель, пока не достигнут своей целевой глубины в 30 метров (или около 100 футов). «Мы делаем это, чтобы доказать, что это работает, чтобы доказать, что это можно сделать», - говорит Закни.
После этого испытания в пустыне команда Honeybee в конечном итоге перенесет свою буровую установку в более экстремальные условия, такие как Гренландия. Там у них будет ближайший аналог мест вроде полюсов Марса. Тестирование при температурах значительно ниже точки замерзания даст им лучшее представление о том, как электроника может работать в морозной марсианской среде.
Планетарная глубокая буровая установка пробурила гипсовую породу во время первых полевых испытаний
Закни и Полсен не новички в работе над марсианскими исследованиями. Они участвовали в нескольких миссиях на Марс. Honeybee работала над системой отбора проб для марсохода Curiosity, буровой установкой для марсоходов Mars Exploration, а также над ковшом для отбора проб и спектрометром для посадочного модуля Phoenix. Компания даже работает над системой отбора проб для будущего марсохода Mars 2020.
«Это революция в исследовании планет», - говорит Брюс Беттс, директор Планетарного общества по науке и технологиям. «Самое большое расстояние, которое мы пробурили автономно с помощью роботов, - это сантиметры, поэтому иметь возможность делать это, бурить не просто метры, а десятки и сотни, это было бы революцией».
Джим Грин из НАСА тоже готов копать глубже. «Это возможность увидеть, существует ли жизнь на Марсе», - говорит он. «Когда вы попадаете в крайности, жизнь уходит в скалы. Мы знаем, что в биосфере под нашими ногами больше жизни, чем всего живого в океане, и бур, который опускает нас на много метров, позволит нам должным образом исследовать.
Экипаж решает осмотреть карьер с точки зрения, более похожей на марсианскую, поскольку бурение продолжается далеко за день. Солнце опустилось в небо и парит над ближайшей горой, а оксид железа на холмах улавливает солнечный свет, придавая всему теплый красноватый оттенок. Можно обмануть себя, думая, что это действительно Марс.
Сегодняшний тест - один из многих, но, находясь всего в 10 футах под землей, Закни не стесняется скрывать свой энтузиазм. «Я уже считаю этот тест огромным успехом», - говорит он. «Теперь нам просто нужно отправиться на Марс!»
Пустыня у Солтонского моря служит прекрасным аналогом Марса