Europa und andere Meereswelten in unserem Sonnensystem haben in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit erregt. Man geht davon aus, dass sie einige der wahrscheinlichsten Orte in unserem Sonnensystem sind, an denen sich Leben außerhalb der Erde entwickelt hat, da unter ihren Eishüllen flüssiges Wasser vorhanden ist und wir flüssiges Wasser als eine der Voraussetzungen für die Entwicklung von Leben verstehen.
Es sind verschiedene Missionen zu diesen Meereswelten geplant, doch viele unterliegen zahlreichen Designbeschränkungen. Die Anforderung, kilometerlanges Eis auf einem sonnenfernen Planeten zu durchbrechen, wird jede Mission beeinträchtigen. Diese Designbeschränkungen erschweren es den Missionen manchmal, eine ihrer wichtigsten Funktionen zu erfüllen – die Suche nach Leben. Aber ein Team von Ingenieuren des Jet Propulsion Laboratory der NASA glaubt, eine Lösung zu haben: Sie schicken einen Schwarm schwimmender Mikrobots aus, um den Ozean unter einem Haupt-„Mutterschiff“-Bot zu durchsuchen.
Eine der wahrscheinlichsten Formen des Mutterschiff-Bots für diese Mission ist der Subsurface Access Mechanism für Europa – SESAME. Dabei handelt es sich um eine Art „thermomechanischen Bohrroboter“, der Tunnel durch die dicke Eishülle Europas bohren kann, die an manchen Stellen bis zu 25 km lang ist. Dazu schmilzt, schneidet und verbrennt es direkt nach unten, um die Grenzfläche zwischen Europas Eiskruste und seinem Unterwasserozean zu erreichen.
Aber was passiert, wenn der Bohrbot dort ankommt? Im Idealfall erkundet der Roboter selbst seine unmittelbare Umgebung. Es besteht jedoch eine gute Chance, dass das Bohren durch die Eiskruste (und dadurch die Zerstörung der nahegelegenen Umgebung) den Nutzen der in der Nähe gesammelten Daten einschränkt. Der Bot selbst könnte ein Bad nehmen, aber die Energiequelle, die zum Bohren durch das ganze Eis erforderlich ist, würde wahrscheinlich eine „heiße Blase“ um den Roboter herum erzeugen, was den Nutzen jeglicher Wissenschaft, die seine Sensoren zu betreiben versuchen, schmälert.
Hier kommt die Idee von Sensing with Independent Microswimmers (SWIM) ins Spiel. SWIM-Bots könnten vom SESAME-Bot aus eingesetzt werden, nachdem dieser vom Schelfeis in den Ozean eingebrochen ist. Sobald sie im Wasser abgesetzt sind, können sie sich autonom vom Mutterschiff entfernen und Entfernungen von bis zu einigen hundert Metern erkunden.
Dies mit einem Halteband zu tun ist schwierig. Wenn sich mehr als ein Mikrobot in der Nähe befindet, ist es sehr wahrscheinlich, dass sich die Leine verfängt und die Missionsingenieure versuchen, einen gordischen Knoten auf einer anderen Welt zu lösen. Alternativ birgt der Verzicht auf ein Halteband seine eigenen Herausforderungen. Eine davon ist Kommunikation.
Es ist bekanntermaßen schwierig, elektrische Signale durch Wasser zu übertragen. Daher schlugen die JPL-Ingenieure vor, ein Ultraschallkommunikationssystem zu verwenden, um Daten vom Mutterschiff an die Mikrobots und umgekehrt zu senden. Möglicherweise könnte das SESAME-Mutterschiff die Mikrobots auch mithilfe einer Unterwasser-Energieübertragungstechnik antreiben, obwohl es viele Möglichkeiten gibt, die schief gehen können.
Eine Alternative besteht darin, ein ausreichend solides Kontrollsystem zu entwickeln, damit die Bots zum Mutterschiff zurückkehren können, um sich aufzuladen, bevor sie zu einer weiteren Mission in die Tiefe aufbrechen. Einige der aufregendsten Umgebungen im Sonnensystem befinden sich in diesen Tiefen.
Fraser bespricht ein neueres NIAC-Stipendium, um das Eis auf dem Weg hinunter zum Ozean Europas zu durchtrennen.
In den letzten Jahrzehnten haben Wissenschaftler ganze Ökosysteme auf der Erde entdeckt, die völlig getrennt von der Sonne leben, indem sie die von Thermalquellen abgegebene Energie nutzen. Es besteht eine gute Chance, dass der Enceladus auch Thermalquellen in seinen Ozeanen hat und die Mikroschwimmer eine gute Chance haben, zu ihnen zu gelangen, um Daten zu sammeln. Während ihre Instrumentierung möglicherweise nicht allzu leistungsfähig ist, insbesondere im Vergleich zu einem größeren Einzeltauchboot, würden ihnen viele Mikrobots eine Ausbreitung ermöglichen. Das erhöht ihre Chancen, auf einen dieser Unterwasserschlote zu stoßen, sofern es sie gibt, erheblich und erhöht damit ihre Chance, Leben in einer dieser Meereswelten zu finden.
Das liegt noch in weiter Ferne, obwohl die NASA die Idee offenbar unterstützt – sie gewährte dem Team am JPL einen NIAC-Phase-II-Zuschuss, um das Konzept weiter zu konkretisieren. Hoffentlich liefert das genügend Hintergrundrecherchen, um diese Idee in einen realisierbaren Zustand für die umfassende Missionsentwicklung zu bringen. Vielleicht können wir eines Tages zusehen, wie kleine Mikrobots den Ozean einer völlig anderen Welt erkunden.
Mehr Informationen:
Ethan W. Schaler et al., SWIM – Sensing with Independent Micro-Swimmers: www.nasa.gov/sites/default/fil … aler_swim_tagged.pdf