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Ein Bohrer zum Tunneln von Meilen unter der Marsoberfläche

2019

Es ist Mittag in Ocotillo Wells, Kalifornien. Dieser Teil Kaliforniens, ein riesiger und leerer Wüstenstreifen zwischen San Diego und dem Saltonmeer, könnte genauso gut der Mars sein. Nach nur wenigen Minuten ist alles mit einem feinen weißen Staub bedeckt, der sich weich anfühlt wie Puderzucker. Kris Zacny, Vice President und Director Exploration Technology bei Honeybee Robotics, holt seinen Helm und seine Weste aus dem Auto und geht zu einem U-Haul, der als Missionskontrolle dient. Heute werden Zacny und sein Team damit beginnen, den Planetary Deep Drill zu testen, der entwickelt wurde, um Meilen unter der Oberfläche von Orten wie Mars und Europa zu durchdringen und nach einer Sache zu suchen: Lebensbeweisen.

Der Planetary Deep Drill ist kein gewöhnlicher Bohrer, wie Sie ihn in Ihrem Haus haben, um Fotos aufzuhängen oder Ikea-Möbel zu bauen. Der Planetary Deep Drill enthält ein Mikroskop, eine Kamera sowie LED- und UV-Lampen, um die wohl wichtigste Suche in der Geschichte der Menschheit zu unterstützen. Mit dem UV-Licht können fluoreszierende Mikroben und Mineralien identifiziert werden, ähnlich wie mit Schwarzlicht, mit dem organische Stoffe an einem Tatort identifiziert werden.

Dies ist der erste Test des Planetary Deep Drill im Feld. Bisher wurden die mechanischen Systeme nur im Labor getestet. Honeybee Robotics ist derzeit die einzige Organisation, die an einer solchen Übung arbeitet. Die NASA hat in der Vergangenheit an ihrem eigenen Design gearbeitet, aber jetzt arbeiten sie mit Ingenieuren von Honeybee Robotics zusammen, um es eines Tages ins All zu bringen.

Der Start des Bohrers auf einen anderen Planeten ist noch nicht geplant und könnte dies mindestens ein Jahrzehnt lang nicht tun. "Im Moment ist nichts in den Büchern", sagt Jim Green, Direktor für Planetologie bei der NASA, "aber es ist fast ein Kinderspiel, dass wir irgendwann so etwas entwickeln müssen."

Der wahrscheinlichste Standort für die erste Off-Earth-Bohrstelle ist der Mars. Wir wissen, dass die Mars-Pole Eis haben, aber wenn dort etwas überlebt, ist es höchstwahrscheinlich tief unter der Erde, weg von der Strahlung, die ständig die Marsoberfläche bombardiert. Wir wissen viel weniger über Europa, aber wir wissen, dass es von einer dicken Eiskruste bedeckt ist, die an manchen Stellen bis zu elf Meilen tief sein kann. Das wahre Geheimnis Europas liegt unter der Oberfläche in einem massiven Salzwasserozean, der mehr Wasser enthält als alle Wasserquellen der Erde zusammen - eine potenzielle Brutstätte für mikrobielles Leben.

Eine fünfköpfige Besatzung verfügt über einen großen Fernsehbildschirm, auf dem die Daten in Echtzeit geladen werden, um sich auf die Recherche vorzubereiten. Das U-Haul überblickt einen Gipssteinbruch, eine Mine, die einer privaten Firma namens USG (United States Gypsum) gehört und betrieben wird, die Honeybee für das Experiment ihre wertvollen Gesteine ​​angeboten hat. Es gibt keine Menschen, keine Tiere und ein paar spärliche Sträucher. Die Besatzung hat die Missionskontrolle mit reichlich Snacks und Wasser ausgestattet, um sich auf ein paar lange Bohrwochen vorzubereiten.

Zacny und Gale Paulsen, stellvertretender Direktor von Honeybee Robotics, sind von ihrem Büro in Pasadena heruntergefahren und sind trotz der dreistündigen Fahrt unerschrocken auf den Spatenstich für ihr Projekt gespannt.

Einer der Projektingenieure greift nach einem Hebel an der Rückseite der Bohrmaschine und senkt den Hartmetallbohrer manuell auf die Oberfläche, um der U-Haul-Missionssteuerung das Einschalten der Motoren zu signalisieren.

Der speziell entwickelte Bohrer soll extrem harte Gesteins- und Eisschichten durchtrennen. Dieser Gipssteinbruch ist nicht annähernd kalt (es war 80 Grad, als wir ihn besuchten) und definitiv nicht eisig wie die Masten des Mars. Aber dieser besondere Ort ist zufällig die dickste Gipslagerstätte in den Vereinigten Staaten. Gips ist ein sprödes Gestein, aber wenn es geschichtet ist, ist es sehr stark und ähnelt in etwa dem Eis, das seit Millionen von Jahren auf Planetenoberflächen verdampft und wieder kondensiert wurde. Während Sie die Oberfläche möglicherweise mit dem Fingernagel abkratzen können, ist zum Bohren von Kilometern ein Werkzeug erforderlich, das stark genug ist, um Eis und Fels zu durchbrechen.

Auf der Basis des 16 Fuß hohen Bohrers werden stolz Aufkleber der Partner angezeigt: Honeybee Robotics, das Amerikanische Museum für Naturgeschichte, die USG, die NASA und die Planetary Society. Alle Anhänger der Übung, sagt Zacny, "haben dasselbe Ziel: Erkundung."

Um etwas zu entwickeln, um einen anderen Planeten zu erforschen, muss man einfallsreich sein. Das Team musste sehr kreativ sein, um eine Bohrmaschine zu entwickeln, die Milliarden von Kilometern von Home Depots oder Menschen entfernt einwandfrei funktioniert. Der Planetary Deep Drill muss vollständig autonom funktionieren.

"Unsere größte Herausforderung neben der Autonomie ist die geologische Unsicherheit", erklärt Zacny. Das Wasser auf dem Mars und in Europa ist nicht sauber. Es handelt sich im Wesentlichen um eine Salzlösung, die die Gefrierphasen von -50 ° C bis -70 ° C ändern kann. Dann könnte es eingebettetes Gestein, Gesteinsschichten oder Schichten von gefallenen Meteoriten geben, und der Bohrer muss in der Lage sein, jede dieser Variationen zu durchlaufen

Der Bohrer muss auch auf ein Raumfahrzeug passen.

Obwohl das Unternehmen beabsichtigt, dass der Bohrer Hunderte von Fuß des Mars-Untergrunds durchbohrt (und im Fall von Europa bis zu 5 Meilen Eis), ist der Bohrer selbst nur 13 Fuß hoch, mit einem Stück an der Spitze. Honeybee entwickelte ein Kabel zum Absenken und Heben des Bohrers in das Bohrloch, um den Großteil der Ladung, die mit dem Bohrer gestartet werden musste, zu reduzieren. Das Kabel funktioniert wie eine Angelschnur, die in einen kleinen Behälter gerollt und bei Bedarf gelöst oder eingezogen werden kann. Paulsen zeigt auf den großen Kabelstapel und sagt: „Wir sind nur durch die Menge an Kabel begrenzt, die wir an Bord mitnehmen können, da der Bohrer so weit abgesenkt werden kann, wie es erforderlich ist.“

Der Bohrer fällt in das kleine Bohrloch. Die Missionskontrolle hat die Motoren angezündet und der Feldtest hat begonnen.

Der Klang des Hartmetallbohrers ist überraschend leise, wenn er gegen das 6, 3 Millionen Jahre alte Gestein schleift. Es ist nur ein leises Klicken zu hören, obwohl es sich nur wenige Zentimeter unter der Oberfläche befindet. Das Team beobachtet aufmerksam, lauscht dem gedämpften Geräusch von zermahlenem Gips und schaut regelmäßig auf den großen Fernsehbildschirm, auf dem die Daten angezeigt werden: Bohrtiefe, Temperatur, Umdrehungen pro Minute. Nach 30 Minuten ist die erste Sitzung abgeschlossen. Sie haben 20 Zentimeter gebohrt, und ihr Ziel ist mindestens 10 Fuß bis zum Ende des Tages.

Zacny und Paulsen gehen zum Bohrer und beobachten, wie das Team die Winde anhebt und den Bohrer langsam sichtbar macht, wenn er aus dem Bohrloch kommt. In jedem Spalt der spiralförmig gemusterten Schnecke befinden sich Tropfen aus weißem, gemahlenem Gips. Ihre Ingenieure greifen nach einer Bürste, einer kleinen Pappschachtel und einem Ziploc-Beutel und beginnen mit der Reinigung der Bohrmaschine. Sie sammeln den Gipsstaub, um ihn später im Labor zu untersuchen. Dies ist nur ein Beispiel für etwas, das der Bohrer irgendwann von selbst erledigen muss - das Einzugsgebiet säubern und wieder an die Arbeit gehen.

Neben dem Reinigen und Entnehmen von Proben sind noch viele andere Faktoren zu berücksichtigen. Der Bohrer muss tatsächlich funktionieren, und es gibt eine große Herausforderung, über die man nachdenken muss, wenn man außerhalb der gemütlichen Umgebung der Erde bohren möchte: die Schwerkraft. Der Mars hat ein Drittel der Schwerkraft der Erde. "Wir haben nicht den gleichen Schub auf dem Mars, weil alles dreimal weniger wiegt", erklärt Zacny. „Normalerweise würden wir uns darauf verlassen, dass das Gewicht den Bohrer nach unten drückt, aber das war keine Option für einen solchen Planetenbohrer.“ Stattdessen entwarfen Paulsen und Zacny einen Bohrer, der sich durch Drücken auf die Seite der Bohrung nach unten drückte -Loch, wodurch die Schwerkraft oder deren Fehlen für seine Funktion irrelevant wird.

Der Bohrer der nächsten Generation, der möglicherweise in die Pole des Mars fliegen wird, wird wahrscheinlich halb so groß sein wie dieser Testbohrer und das Mikroskop durch ein UV / Raman-Spektrometer namens SHERLOC (Scanning Habitable Environments mit Raman & Luminescence for Organics and Chemicals) ersetzen. Dieses Spektrometer wurde bereits für den Flug mit dem Mars 2020-Rover zugelassen, um eine ähnliche Mission durchzuführen: das Aufspüren von Biosignaturen im Marsboden. Aber die Bodenproben des Rovers werden aus einem viel flacheren Bohrloch stammen - höchstens 2 bis 3 Zoll tief. SHERLOC wurde vom Jet Propulsion Laboratory der NASA entwickelt und kann Messungen vornehmen, wenn der Bohrer tiefer unter die Oberfläche geht, und sollte bestätigen, ob in dieser Marsregion Leben existiert oder nicht.

Das Team versammelt sich um die Missionskontrolle, als sie die zweite Runde des Tests beginnen. Sie werden den Bohrer in den nächsten Wochen in 30-Minuten-Schritten so bedienen, bis sie ihre Zieltiefe von 30 Metern (oder etwa 100 Fuß) erreicht haben. "Wir tun dies, um zu beweisen, dass es funktioniert, um zu beweisen, dass es getan werden kann", sagt Zacny.

Nach diesem Test in der Wüste wird das Honeybee-Team schließlich seine Übung in einer extremeren Umgebung wie Grönland durchführen. Dort werden sie den Orten wie den Polen des Mars am nächsten kommen. Tests bei Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt geben ihnen eine bessere Vorstellung davon, wie die Elektronik in der Mars-Gefrierumgebung funktionieren könnte.

Stirone

Zacny und Paulsen sind keine Neulinge in der Marsforschung. Sie hatten ihre Hände in mehreren Missionen zum Mars. Honeybee hat am Probenahmesystem für den Curiosity Rover, am Bohrer für den Mars Exploration Rover sowie am Probenahmeschaufel und Spektrometer für den Phoenix Lander gearbeitet. Das Unternehmen arbeitet sogar an einem Probenahmesystem für den zukünftigen Mars 2020-Rover.

"Dies ist eine Revolution in der Erforschung der Planeten", sagt Bruce Betts, Direktor für Wissenschaft und Technologie der Planetary Society. "Das weiteste, was wir bisher autonom mit Robotern gebohrt haben, sind Zentimeter. Wenn wir also in der Lage sind, nicht nur Meter, sondern auch Dutzende und Hunderte von Metern zu bohren, wäre dies eine Revolution."

Jim Green von der NASA ist ebenfalls an Bord, um tief zu graben. "Dies ist eine Gelegenheit zu sehen, ob Leben auf dem Mars existiert", sagt er. „Wenn du in die Extreme gerätst, bewegt sich das Leben in die Felsen. Wir wissen, dass die Biosphäre unter unseren Füßen mehr Leben hat als das gesamte Leben im Ozean, und ein Bohrer, der uns viele Meter tiefer bringt, wird es uns ermöglichen, dies richtig zu untersuchen. “

Die Besatzung beschließt, den Steinbruch von einem eher marsianischen Standpunkt aus zu erkunden, da die Bohrungen bis weit in den Tag hinein andauern. Die Sonne ist am Himmel untergegangen und schwebt über einem nahe gelegenen Berg, während das Eisenoxid auf den Hügeln das Sonnenlicht aufnimmt und alles in einem warmen Rotton taucht. Man könnte sich täuschen, dies sei wirklich der Mars.

Der heutige Test ist einer von vielen, aber Zacny scheut sich nicht, seine Begeisterung zu verbergen. "Ich betrachte diesen Test bereits als großen Erfolg", sagt er. »Jetzt müssen wir nur noch zum Mars!«

Stirone
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