Ученые из Иллинойского университета представили концепт атомного туннельного бура для исследования мира Европы – спутника Юпитера. Покрытая толстым слоем льда луна газового гиганта уже долгое время манит ученых со всего света. Многие исследователи уверены, что под ледяной шапкой спутника скрывается огромный океан, в котором может существовать жизнь. Сложность же исследования Европы как раз и заключается в этой самой ледяной поверхности, которая хоть и защищает от космической радиации глубинный мир, но в то же время создает непреодолимый барьер для исследователей – не позволяет взглянуть на то, что же на самом деле под ней находится.

По мнению ученых, пробиться сквозь ледяную скорлупу Европы и исследовать ее подледный мир помогли бы специализированные зонды, оснащенные соответствующим оборудованием и научными инструментами. Одним из таких ученых является Эндрю Домбард из Иллинойского университета. Его научная группа, работающая с NASA, представила на последнем собрании Американского геофизического союза концепт «туннельбота» с ядерной установкой, который, по их мнению, мог бы помочь выяснить, есть ли жизнь на луне Юпитера.

«Каждый раз, когда предлагаешь что-то новое, тебе всегда задают один и тот же вопрос: вы действительно сможете это сделать? Мы думаем, что это возможно», — комментирует Домбард.

Следует сразу отметить, что представленный концепт создан с учетом того, что к моменту, когда «туннельбот» будет готов к своему запуску, на Европе уже будет находиться возведенная или отправленная туда автоматическая станция, рассчитанная как минимум на трехлетний срок эксплуатации. Зачем эта станция – будет сказано чуть ниже. Но если забежать вперед, то следует сказать, что в планах NASA такой станции пока нет.

На данный момент единственной известной запланированной миссией NASA к Европе является отправка орбитального зонда к ледяному спутнику. Более того, даже если в расчет принять ранее озвученный концепт посадочного модуля Europa Lander, то помочь в описываемой сегодня миссии он не сможет. Согласно ранее озвученным расчетам, NASA надеется, что модуль Europa Lander в лучшем случае сможет проработать на поверхности Европы в течение трех недель.

Даже если отбросить вопрос станции, при проектировании концепта ученым пришлось учесть и решить множество критических аспектов. Одним из них, например, является решение задачи по сбору образцов твердого льда во время погружения для его дальнейшего анализа.

«Мы хотели получить возможность производить сбор и анализ твердого льда при погружении зонда под поверхность. Было бы намного проще производить погружение, если бы в ледяных слоях содержалась талая вода, однако в более реальном представлении такого окружения мы, скорее всего, там не увидим», — говорит Домбард.

В идеале, говорят специалисты, им бы хотелось полностью контролировать процесс растопки льда при погружении. В этом случае можно было бы произвести анализ газов, которые могут в нем содержаться.

Предполагаемые углы спуска туннельного зонда сквозь толстую ледяную корку Европы

Еще одной проблемой, ограничивающей простор креативности при разработке концепта зонда стали наши в целом скудные знания о Европе. Например, никто не знает насколько толстым на самом деле является ее ледяная корка. Другими словами, ученые на данный момент точно не знают, какой запас хода должен быть у туннельного бота. Может речь идет о 2 километрах льда, а может и от 30-ти. В ходе разработки концепта Домбард и его команда взяла в расчет предполагаемое приблизительное значение в 20 километров ледяного слоя.

Ученые также подумали и о способе передачи собираемых данных на Землю, который традиционно подразумевает использование радиоволн. По мнению Домбарда и его коллег, такой метод может оказаться неэффективным, поскольку толстый слой льда может ослабить или даже заблокировать сигнал для передачи. Для решения вопроса ученые разработали систему ретрансляторов, которые предположительно будут спускаться вместе с зондом под лед с помощью оптоволоконного кабеля и располагаться на расстоянии в 5 километров друг от друга.

В ходе работы над концептом исследовательского зонда Домбард с командой рассмотрели два различных дизайна конструкции аппарата. В обоих случаях речь идет не только о спуске, но и попутном сборе научных данных.

Схема зонда для исследования Европы, работающего на топливных элементах

В рамках первого варианта предполагается использование зонда с тепловыми элементами, работающими на радиоактивном плутонии. В таком виде будет не только проще конструкция самого аппарата, но и его доставка на спутник. В то же время у этого варианта имеется недостаток: система растопки льда будет обладать низким КПД и производить меньше тепла. В этом случае общая площадь направленного нагрева будет заметно меньше. При данной схеме диаметр зонда не должен будет превышать 25 сантиметров, что в свою очередь накладывает ограничение на размеры используемого научного оборудования для исследования подледного океана.

«Попытка засунуть микроволновку в трубу представляется довольно сложной задачей. В первую очередь вам необходимо пересмотреть конструкцию самой микроволновки», — объясняет Домбард.

Схема зонда для исследования Европы, работающего на базе ядерного реактора

Второй вариант аппарата подразумевает использование ядерного реактора. Он позволит решить описываемые выше сложности, но в то же время будет обладать и своими недостатками. Например, работающий на базе реактора аппарат сможет вырабатывать существенно больше тепла (позволяя сделать зонд более широким), но в то же время, возникают сложности защиты реакторного топлива от воздействия внешнего космического излучения. Домбард с коллегами предлагают для защиты и охлаждения оборудования использовать талую воду, которая будет по ходу движения зонда закачиваться в специальной камере длиной порядка 5 метров.

Все это, конечно же, пока лишь наброски. Пожалуй, наиболее важным вопросом, требующим решения, является вопрос реального финансирования проекта. Подобная миссия может обойтись NASA во многие миллиарды долларов. Пока таких денег нет.