Інженерія космічних апаратів для збору зразків на Волатіл-Річ Боди

Волатильні багаті селестарні органи - це, іцикли місяця, і примітивні астероїди - зберігання водного льоду, замороженого вуглекислого газу, метану, аміаку та комплексних органічних сполук. Ці матеріали є стійкою реліквією від формування сонячної системи, що забезпечують відключення про походження води та органічної хімії на Землі. Збір зразків з цих об'єктів вимагає машинобудування космічних апаратів, що штовхає межі теплого управління, низькогравітні операції, контроль за забрудненнями та збереження зразків. Місії, як Stardust, ESA Rosetta, і майбутні проекти, такі як [[F:0] продемонструвати[Flink[F:]

Унікальні виклики вівсяних-багатих середовищ

Волотильні багаті органи представляють поєднання екстремальних умов рідко зустрічаються в іншому місці: мікрогравітність, сильний холод, напружені атмосфери або екзосфери, і поверхні, які можуть бути ламки, пухнастий або покриті підшліфуванням льоду. Інженери повинні розробляти космічних апаратів, які не тільки виживають і працюють, але і збирати зразки стипензії без зміни їх волейного вмісту.

Низькогабаритні операції та Анколювання

Комети та маленькі icy Moons мають дуже низьку поверхневу гравітацію, що на кілька відсотків Землі. Стандартні посадкові ніжки або робототехніки призначені для збільшення тіла не можуть працювати; космічних апаратів може відмовлятися або відхиляти. Рішення включають harpoon-подібні анкери, гвинти льоду, і м'які землевласники з активними тягарками для підтримки контакту. Магістратура ESA на приході 67P / Churyumov-Gerasimenko використовується harpoons і система лендінгу для протидії сконі, хоча несправності висвітлюються складністю. Майбутні зразки-колекторні місії [[FLT]

Температурні Екстремальні та теплові елементи

Волатильні багаті тіла можуть бути як холодні, так і – 200 ° C (73 K) в тінінні області або на великих геліоцентричних дистанціях. При цьому деякі з них мають досвід швидкого змивання, оскільки вони підходять до Сонця. Підсистеми теплого контролю повинні знеболювати чутливу електроніку та інструменти, зберігаючи вміст волей зібраних зразків. Багатошарова ізоляція, радіоізоточні теплоносія (RHU), і фази-змінні матеріали є загальними. Для збору зразків, сам інструмент для придбання повинен бути попередньо охолоджений або підігрівається, щоб запобігти плавлення або згущення льодів. використовується термозатор: 1

Захист та захист планет

Волатильні зразки надзвичайно чутливі до забруднення від космічних апаратів, мікробіальних спори, або залишкових хімічних речовин. Стрінгентні планетарні протоколи захисту застосовуються, особливо для органів, які можуть загартовувати ознаки минулого або сьогодення життя, таких як Енцладус або Європа. Космічний апарат зібраний в чистоті приміщення, випечений для зменшення вуглеводнів, а стерилізовані при необхідності. Зразкові контейнери ущільнюються в декількох шарах, щоб запобігти забрудненню Землі і зберегти летіли від заспокійливості під час запуску і реентрії.

Sampling Technologies: Від Touch-Go до глибокого буріння

Вибір методу відбору зразків залежить від поверхневих властивостей організму і завдань науки. Збір поверхні сипучих регулятів відносно прямопередня, але еквайринг підсерфінгових льоду або органічно-багатих матеріалів вимагає більш інвазивних інструментів.

Поверхнева застібка з ножами і бронями

Для тіла з пилоподібними або гранульованими поверхнями, роботоподібними скапками і болгарками можуть збирати матеріал безпосередньо. Квадратний промисловий апарат Stardust використовується весл-подібний колектор аерогель для пастки прилипання пилу під час літа на 6.1 км/с. Під час ефективного для крихітних частинок такі методи менш придатні для збору летючих льодів без декомпозиції. Сучасні конструкції включають OSIRIS-REx]-style сенсорно-і-го зразового механізмів придбання (TAGSAM), які використовують пресурований азотний газ для удару частинок в камеру, хоча це місія спрямована астерої а не воїдної маси.

Свердла та корти для доступу до підсерву

Підігніть поверхню, волей-багаті тіла часто зберігають неочищені матеріал, що з'являються від космічної погоди і сонячної радіації. Свердла, корери або кріогенні аугатори потрібні для проникнення льодових скоринок. Philae lander] перевозили буру, призначену для вилучення ядер з поверхні приходу до 23 см глибоко, але вона не вдалося працювати через силові обмеження. Наслідкові дослідження запропонували теплові бури або обертальні корарки, які можуть працювати в ультрахолодному вакуумі. Планований Comet

Сенсорно-Go Волатільний Sampling

Перспективний підхід до ваття-багатих тіл є сенсорним і-го (TAG) вибірки, що поєднуються з кріогенною колекцією. Космічний апарат підходить поверхні, розширює вибірки ріг або руки, а також вогнегасає снаряд або використовує пневматичну систему для захоплення матеріалу в короткому контакті, яка триває всього кілька секунд. Це мінімує термічну збурючу і знижує ризик забруднення космічних апаратів. JAXA Hayabusa2 використовує варіацію для астероїдного Ryugu, а подібні принципи адаптовані для парі в Comet Astrobiology Розширення Зразок Повернутися (CAESAR)[: 1FmpltaFmplta][:1FmpltaFmpltaFmpltaP] [:]

Зразок збереження та повернення

Після збору, волей-багатих зразків необхідно залишатися холодним і герметичним до тих пір, поки вони не досягнуть Земельних лабораторій. Навіть коротке перебування на космічному апараті тепла або атмосфери Землі призведе до підлімації, хімічної зміни або забруднення.

Кріогенні контейнери

Спеціалізовані зразки повертають каністри, які призначені для підтримки температур нижче -180 ° C, використовуючи пасивні кріоолери, пароізольовані щити, або навіть невеликі активні кріоолери. Одна концепція використовує cryo-vial] в межах вакуум-ізольованого корпусу, який може бути розтоплений з космічних апаратів і розміщених всередині очисної капсули Землі. Для місії, як потенційний спліт зонд зразка Enceladus, контейнер потрібно буде залишатися нижче -200 ° C для всієї круїзної фази, можливо, використовуючи поєднання низької ємності та багатошарової ізоляції.

Контроль за забрудненням капсули

Капсула зразка повинна бути герметично закритою, щоб запобігти будь-якому обміні газів або частинок. Після перемир'я капсули швидко передається в чистоту з кріогенними рукавичними коробками. Повернення зразка зірки капсули продемонстрували успішне ущільнення торцевого пилу, хоча аерогельний колектор не був розроблений для летючих льодів. Майбутні місії для летючих-багатих тіл будуть використовувати металеві ущільнення і двостінні каністри з лопими дисками, щоб вихнути будь-який тиск з залишкового газу без компромної цілісності зразка.

Аналіз у Ситву як комплемент

Оскільки повернення зразка є дорогим і технічно затребуваним, багато місій також включають в себе мас-спектрометри, газові хроматографи та інші інструменти для аналізу volatiles в situ. Це забезпечує безпосередні дані і допомагає валідувати процедури збору зразків. орбітиру ] ROSINA інструмент вимірює вательний склад, безпосередньо, в той час як Ptolemy і COSAC інструменти, які виконують аналіз газу. Такі дані збагачуються повернуті дослідження зразків і допомагає планувати майбутні колекції.

Майбутні напрямки в Volatile-Rich Збірник

Кілька майбутніх місій, які прагнуть застосувати і заздалегідь ці принципи машинобудування.

Пригоди

ESA Comet Interceptor (розмічений 2029) буде відвідати динамічно новий привід, що надходить від Oort Cloud. Він розгортає два підкосмічні апарати, щоб літати паси і збирати пил і газ зразків за допомогою ударних колекторів. Хоча це не повертає зразки до Землі, це буде перевірити швидке збирання і збереження техніки, що відповідають майбутнім зразкам повернення.

Enceladus і Європа Plume Sampling

Місяць Сатурна Енцлада видає водяну пара і органічні частинки через кріоолканські сливи. НАСА Енцлад Орбілдер концепція пропонує орбіту місяць, а потім посадку для збору сливого матеріалу. Така місія вимагає надзвичайно чутливого зондування зразків для захоплення летючих органічних речовин і амінокислот без заморожування або підмножити їх. Запропоновано активну колекцію з використанням електричних полів або липких поверхонь, поряд з безпосереднім ущільненням в кріоблокі.

Sub-Ice Ocean Доступ

Довгострокові поняття, що керують свердлінням льодових скоринтів, які керують льодом, — кілометр-тиком на території Європи — досягти рідких водних океанів. Поки не за останні поточні можливості, дослідження в гарячих бурах, ядерно-потужних плавальних пробок, а також автономних зразків, що продовжуються. Уроки, які навчаються з колекції зразків акционерів, будуть безпосередньо повідомляти ці амбітні зусилля.

Висновок

Космічна інженерія для збору зразків на летючих-багатих тілах є складним інтерплеєм теплової науки, механічного дизайну, контролю забруднення та архітектури місії. Кожна місія - від Stardust та Rosetta до майбутнього Comet Interceptor та Enceladus зразка повернення - подушає межі того, що можливо. зразки вони отримують не тільки скелі та лід; вони час капсули від світанку сонячної системи. Як ці технології зрілі, ми ближче до відповіді на фундаментальні питання про те, як вода та органічні молекули доставлені до Землі можуть мати насіннє життя. Інженерні інновації, необхідні для збору та збереження волатів в глибокому просторі, є одними найбільш складними та корисними.