IceMole es una sonda autónoma de investigación del hielo que incorpora un nuevo tipo de punta de derretimiento de hielo para la exploración de regiones polares , glaciares , capas de hielo y regiones extraterrestres, desarrollada por un equipo de la FH Aachen , una Fachhochschule (universidad de ciencias aplicadas) en Aachen , Alemania . La ventaja sobre las sondas anteriores es que el IceMole puede cambiar su dirección y puede recuperarse después de su uso. Un tornillo de hielo impulsor permite que la sonda perfore capas de suelo y otras contaminaciones en el hielo.
El desarrollo del IceMole se está realizando mediante prototipado rápido . En abril de 2011 [actualizar], la sonda se encontraba en su primer prototipo y ha sido diseñada para llevar a cabo investigaciones del subsuelo de glaciares y capas de hielo terrestres. Está previsto que futuras versiones de la sonda se adapten adecuadamente a la investigación del hielo extraterrestre, por ejemplo, en los casquetes polares de Marte , la luna Europa de Júpiter o la luna Encélado de Saturno . [1]
El robot es el resultado de un proyecto de estudiantes de la Facultad de Ingeniería Aeronáutica y Espacial de la FH Aachen, dirigido por el Prof. Dr. Bernd Dachwald. [2] [3] La excavación se lleva a cabo perforando y derritiendo el hielo. En un núcleo de hielo limpio, la sonda puede analizar el hielo circundante con instrumentos de medición. [3] Durante la perforación, el hielo circundante no se contamina biológicamente . [2]
A partir de 2011 [actualizar], los objetivos del proyecto se dan como: [3]
Objetivos:
- Aplicaciones terrestres
- En 2-3 años: en glaciares y capas de hielo
- En 4-6 años: En el hielo y los lagos subglaciales de la Antártida
- Aplicaciones extraterrestres
Los requisitos del proyecto también enfatizaron la necesidad de máxima confiabilidad, robustez, movilidad, seguridad ambiental y autonomía. [3]
Las puntas calentadas en las sondas se han utilizado desde los años 60, pero las sondas solo podían perforar en línea recta, no se podían recuperar de intrusiones profundas y se detenían debido a la acumulación de suciedad y sedimentos, que no permitían la transferencia de calor. Para superar estos problemas, el IceMole combina un tornillo con una punta derretida. [1]
El primer prototipo de IceMole es una nave con forma de lápiz que está diseñada para desplegarse y excavar en el hielo de forma autónoma. Es un tubo cuadrado de 225 cm2 ( 34,9 pulgadas cuadradas) de sección transversal. Tiene un cabezal de fusión de 3 kW (4,0 hp) en la punta que tiene un calentamiento diferencial en diferentes partes. El robot está alimentado por un generador de energía en la superficie y está conectado por medio de un cable, que transmite la fuente de alimentación, la comunicación y las señales de datos. El IceMole utiliza un tornillo de 6 cm (2,4 pulgadas) de largo en su cabeza calentada que mantiene un contacto firme mientras perfora con el hielo que se está derritiendo. El IceMole tiene elementos de calentamiento controlables por separado que se pueden manipular para obtener un calentamiento diferencial. El calentamiento diferencial permite el cambio gradual de dirección. [1] [2] [3]
El tornillo de hielo está situado en la punta del cabezal de fusión y genera una fuerza motriz que presiona el cabezal de fusión contra el hielo. Esto permite que el IceMole penetre en el suelo y el barro y también produce una buena transferencia de calor conductiva cuando está en contacto con el hielo. El tornillo de hielo aislado térmicamente transfiere el hielo a la sonda, donde se puede analizar in situ. Está previsto que se instalen instrumentos en la sonda que analizarán el hielo y enviarán solo los resultados a la superficie. [1] [2]
Las especificaciones técnicas de IceMole1 se detallan a continuación:
Especificaciones IceMole1:
- Velocidad de fusión: máx. 0,3 m (1 pie 0 pulg.)/hora
- Elementos calefactores: 4 × cabezal de fusión
- Elementos calefactores de alto rendimiento: 2.200 W (3,0 CV)
- Potencia térmica media: 1.000 W (1,3 CV)
- Potencia del motor de accionamiento: 25 W (0,034 CV)
- Peso: 30 kg (66 lb)
- Dimensiones externas: 150 mm (5,9 pulgadas) x 150 mm (5,9 pulgadas) x 870 mm (34 pulgadas)
- Carga útil: cámara digital a bordo
El equipo de IceMole ha desarrollado el vehículo sin tener en mente una carga útil específica. El vehículo tiene una cámara interior en la que se pueden alojar sensores y otros instrumentos. En sus pruebas recientes, [ ¿cuándo? ] el IceMole llevaba una cámara comercial. El equipo también está diseñando un detector de biosensores de fluorescencia que podría buscar moléculas orgánicas en el hielo. [1] [2]
Desde octubre de 2010, el equipo de IceMole está trabajando en un rediseño del primer IceMole. Las mejoras incluyen, entre otras, la optimización del cabezal de fusión y un engranaje completamente nuevo. El nuevo cabezal de fusión tiene 12 elementos calefactores controlados por separado. Estos 12 calentadores de cartucho están dispuestos en un anillo dentro del cabezal de fusión. Además, tiene 2 calentadores de pared a cada lado en la parte trasera de la sonda. Con este añadido, la maniobrabilidad del IceMole2 mejora con respecto a su predecesor. El nuevo engranaje ha sido desarrollado especialmente para esta sonda. De este modo, la transmisión tiene una mayor eficiencia y es más ligera. Está previsto probar el IceMole2 en el verano de 2012. [2]
Las especificaciones técnicas previstas para IceMole2: [ cita requerida ]
Especificaciones IceMole2:
- Velocidad de fusión: máx. 1 m (3 pies 3 pulgadas)/hora
- Elementos calefactores: 12 × cabezal de fusión, 2x cada pared lateral
- Potencia del cabezal de calentamiento: máx. 2.400 W (3,2 CV)
- Potencia de calentamiento por cada pared lateral: máx. 600 W (0,80 CV)
- Potencia del motor de accionamiento: 25 W (0,034 CV)
- Peso: 25 kg (55 lb)
- Dimensiones externas: 150 mm (5,9 pulgadas) x 150 mm (5,9 pulgadas) x 1200 mm (47 pulgadas)
- Carga útil: biosensor de fluorescencia
La sonda también ha sido diseñada para arrastrar una serie de contenedores que contienen sensores que pueden ser desechados a pedido y desplegados permanentemente en lugares específicos en el hielo. El equipo espera trabajar eventualmente con otros investigadores que usarían IceMole para dejar caer sensores en entornos helados. Si bien el suministro de energía para las primeras pruebas de campo en un glaciar fue proporcionado por un generador de energía externo en la superficie, también está previsto que la energía de calentamiento sea proporcionada por una fuente de energía a bordo. [1] [3]
Los primeros ensayos de campo se llevaron a cabo en la zona del glaciar Morteratsch en Suiza durante el verano de 2010. Durante los ensayos en el glaciar se han realizado con éxito las siguientes pruebas de penetración: [1]
Aunque IceMole se movió a una velocidad de 30 cm (12 pulgadas) por hora durante su primera prueba, las condiciones óptimas podrían permitir que la nave avanzara a más de tres veces esa velocidad. La velocidad de penetración se incrementará para el próximo prototipo. [1] [2]
Los resultados de las pruebas demuestran que el concepto IceMole es un método viable para introducir instrumentos científicos en el hielo profundo y recuperarlos después. Otra ventaja del IceMole con respecto a la perforación es que se puede minimizar la contaminación biológica y el proceso puede hacerse muy autónomo, de modo que no es necesario que haya un operador en la superficie. [1] [2]
Los resultados se informaron en el Simposio de Ciencia Antártica de 2011 en Madison, Wisconsin y en la Unión Europea de Geociencias de 2011 celebrada en Viena , Austria . [2] La próxima prueba se programó para el verano de 2012 en el hemisferio norte. [2]
Los objetivos previstos para el experimento de campo en 2012 se detallan a continuación. [ cita requerida ]
Perfil de la misión 2012:
1.) Demostrar la capacidad de recuperación de IceMole y sus cargas útiles
2.) Excavar una "U" horizontal
3.) Excavar una "U" vertical
4.) Recorrer una distancia de ~ 40 m
5) Funcionar durante un período de 50 a 150 horas
6) Desacoplar los contenedores de amarre
En noviembre de 2014, se utilizó la Catarata de Sangre como objetivo de las pruebas de IceMole. Este flujo inusual de agua derretida que proviene de debajo del glaciar brinda a los científicos acceso a un entorno que, de otro modo, solo podrían explorar mediante perforaciones (lo que también supondría el riesgo de contaminarlo). Su origen es una piscina subglacial, de tamaño desconocido, que a veces se desborda. El análisis biogeoquímico muestra que el agua es originalmente de origen marino. Una hipótesis es que su origen puede ser los restos de un antiguo fiordo que ocupó el valle de Taylor en el período terciario. El hierro ferroso disuelto en el agua se oxida a medida que el agua alcanza la superficie, tiñendo el agua de rojo sangre. [4]
La prueba arrojó una muestra subglacial limpia del canal de salida de Blood Falls. [5]
Los entornos subglaciales de la Antártida necesitan protocolos de protección similares a los de las misiones interplanetarias [6] , y la sonda se esterilizó según estos protocolos utilizando peróxido de hidrógeno y esterilización por rayos UV. Además, solo la punta de la sonda tomó muestras de agua líquida directamente [4] [7]
7. Los protocolos de exploración también deben asumir que los ambientes acuáticos subglaciales contienen organismos vivos, y se deben adoptar precauciones para evitar cualquier alteración permanente de la biología (incluida la introducción de especies exóticas) o las propiedades del hábitat de estos ambientes.
28. Los fluidos y equipos de perforación que ingresen al ambiente acuático subglacial deben limpiarse en la medida de lo posible, y se deben mantener registros de las pruebas de esterilidad (por ejemplo, recuentos bacterianos mediante microscopía de fluorescencia en el lugar de perforación). Como guía provisional para la limpieza general, estos objetos no deben contener más microbios que los presentes en un volumen equivalente del hielo que se está perforando para llegar al ambiente subglacial. Esta norma debe reevaluarse cuando se disponga de nuevos datos sobre las poblaciones microbianas acuáticas subglaciales.
