Космическая субмарина: NASA представила проект удивительного робота для изучения океанов Титана

В настоящее время исследования других планет и космических тел выполняются тремя типами исследовательских космических аппаратов. Первым типом являются орбитальные аппараты, которые находятся на орбите вокруг изучаемой планеты, и проводят изучение поверхности при помощи высококачественных камер и других научных инструментов. Вторым типом являются аппараты, способные передвигаться по поверхности, всякие луно- и марсоходы. Такие аппараты, имеющие непосредственный доступ к поверхности, способны обеспечить большее количество и большее разнообразие получаемой научной информации. И третьим типом аппаратов являются посадочные модули, которые, совершив посадку на поверхность, проводят научные исследования, находясь в стационарном положении. 

Но, после 2040 года в арсенале исследователей космоса может появиться еще один тип исследовательских аппаратов - субмарины, способные погружаться в водные илиуглеводородные моря и океаны других космических тел, первым из которых, наиболее вероятно, станет самый большой спутник Сатурна - Титан.

Своими планами по изучению морей Титана специалисты американского космического агентства НАСА поделились с общественностью в рамках симпозиума 2015 NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) Symposium. Кроме этих планов вниманию общественности был представлен новый проект космической субмарины-робота (Titan Submarine Phase I Conceptual Design), которая предназначена для изучения глубин морей и океанов из жидких углеводородов, располагающихся в полярных районах Титана.

Титан, без сомнений, является одним из наиболее интересных для исследований объектом Солнечной системы. Его размер превышает размер планеты Меркурий и у него имеется достаточно плотная атмосфера, состоящая, преимущественно, из азота и метана. Давление на поверхности Титана в 1.5 раза превышает давление на поверхности Земли и это с учетом того, что сила тяжести на Титане составляет лишь 0.14g. Однако, на поверхности Титана весьма холодно, средняя температура поверхности составляет -179 градусов по шкале Цельсия.

В результате исследований, выполненных космических аппаратами Voyager и Cassini, спускаемым модулем аппарата Huygens, было установлено, что в полярных районах Титана существуют три обширных океана, состоящих из жидкого метана и этана. Самым большим "водоемом" является Море Кракена (Kraken Mare), открытое аппаратом Cassini в 2007 году, его площадь составляет 400 тысяч квадратных километров, средняя глубина - 160 метров, а максимальная глубина в некоторых точках достигает отметки в 300 метров. В Море Кракена существуют течения, вызванные гравитацией Сатурна, у моря есть сильно изломанная береговая линия и под его поверхностью скрывается множество скал и отложений замерзших тяжелых углеводородов.

Изначально для исследований морей Титана предполагалось использовать нечто вроде лодок, но такой способ может предоставить лишь ограниченный поверхностью набор научной информации. Для того, чтобы иметь возможность "копнуть глубже", требуется опуститься ниже уровня океана и это может быть сделано при помощи специализированной субмарины-робота.

При создании конструкции космической субмарины специалисты НАСА постарались максимально использовать весь имеющийся опыт, полученный в ходе создания и применения беспилотных исследовательских подводных аппаратов для исследований глубин земных морей и океанов. Вес субмарины составляет около одной тонны, а в движение субмарину приводит специальный электрический двигатель, способный проработать в чрезвычайно жестких условиях минимум 90 суток. Именно на 90 суток и рассчитана миссия исследований морей Титана, за это время субмарина пройдет расстояние в 2000 километров по поверхности и в глубинах Моря Кракена.

Удлиненная форма субмарины позволит доставить ее на поверхность Титана при помощи крылатого космического корабля наподобие экспериментального "космического самолета" X-37, который сможет пережить вход в плотную атмосферу на гиперзвуковой скорости. Космический корабль доставит субмарину в одно из самых глубоких мест Моря Кракена, удалится на значительное расстояние и прекратит свое существование, разбившись о поверхность или затонув в море. После прохождения процедур тестирования и ориентации субмарина приступит к выполнению своей миссии. А из-за большого расстояния до Земли выполнение миссии будет производиться в максимально возможном автоматическом режиме.

"Сердцем" субмарины является радиоизотопный термоэлектрический генератор Стерлинга, мощностью в 1 кВт. Энергия от этого генератора будет использоваться не только для приведения в действие субмарины и всех ее систем, энергия будет еще использоваться и для обогрева, предохраняющего от замораживания хрупкую электронику системы управления и научных инструментов. Теплый корпус субмарины заставит кипеть окружающую криогенную жидкость. Это необходимо принимать во внимание, проектируя научные инструменты и датчики, которые смогут нормально функционировать в таких сложных условиях. Но у этого есть и свой плюс, между корпусом субмарины и жидкостью всегда будет существовать газовая прослойка, которая минимизирует трение, что позволит субмарине передвигаться со скоростью 1 метра в секунду (3.6 километра в час) с минимальными затратами энергии.

Для простоты реализации миссии в ней не будет использоваться орбитального аппарата, выполняющего роль релейной станции для коммуникации с Землей. Предполагается, что субмарина будет собирать огромный объем данных, который раз в сутки будет передаваться на Землю. Естественно, это можно будет делать только в определенное время и из наводного положения. Для передачи и приема информации с Земли будет использоваться достаточно большая антенна, которая будет выполнять еще и роль вертикального стабилизатора, сеанс связи будет продолжаться до 16 часов, в течение которых оборудование субмарины будет производить те исследования, которые можно проводить на поверхности моря.

Как и в обычных субмаринах, в космической субмарине для изменения ее плавучести будут использоваться балластные емкости. Конструкция этих емкостей и системы погружения еще остаются открытым вопросом, ведь жидкость морей Титана и вода весьма кардинально разняться по множеству физических параметров. К примеру, при погружении на большую глубину азот, которым предполагается заполнять балластные отсеки, может начинать превращаться в жидкость, что, в свою очередь, может послужить причиной резкой потери плавучести и что чревато рядом неприятностей. Поэтому внутри балластных емкостей должны быть предусмотрены низкотемпературные насосы и поршни, которые должны постоянно откачивать образующуюся жидкость для того, чтобы эти емкости могли работать должным образом.

В настоящее время специалистами НАСА еще не до конца проработан список основных целей и задач, которые должна выполнить субмарина, плавающая в морях Титана. Но наверняка, среди этих задач окажутся задачи по исследованиям состава жидкости морей Титана, состава атмосферы и изучение отложений более тяжелых углеводородов на морском дне, что сможет дать некоторые подсказки касательно процессов, в результате которых на Земле возникла жизнь.