研究人員建造了外星海洋來測試NASA的外層空間潛艇

研究人員建造了外星海洋來測試NASA的外層空間潛艇。

在甲烷和乙烷的300 F海洋中工作有它的挑戰。

太陽在泰坦的北部海面上閃耀著這種近紅外的、來自NASA的卡西尼號宇宙飛船的彩色馬賽克。

工程師們知道如何在地球上設計潛艇，但是當溫度降至零下300華氏度，而海洋由甲烷和乙烷組成時，建造潛艇就變得更加棘手了。

華盛頓州立大學的研究人員正在與美國國家航空航天局合作，以確定一艘潛艇如何在泰坦上工作，泰坦是土星的眾多衛星中最大的，也是太陽系中第二大的。美國宇航局計劃在未來20年內將一艘真正的潛艇發射到泰坦海洋。

研究人員在實驗室里重建了泰坦海洋。他們在《流體相平衡》雜誌上發表了一篇論文。

土衛六對研究人員特別有興趣，因為它與地球有一種重要的相似之處，它具有液態。與太陽系其他任何地方不同，月球的表面包括海洋、河流和雲層，就像地球上一樣，它會下雨。但是，水循環是基於甲烷的，而不是水。

由於在地球上可能提供的經驗，美國宇航局已經研究土星和它的衛星十多年來從卡西尼號宇宙飛船收集的數據。

該機構正在設計的潛艇將必須自主操作。它需要研究大氣和海洋的條件，在海床上移動，在地表或下面盤旋。這一工程甚至更加複雜，因為不同於地球上幾乎同質的海水，在泰坦海洋中乙烷和甲烷的濃度會發生巨大變化，並改變液體的密度特性。

美國國家航空航天局邀請

伊恩·理查森是機械和材料工程學院的一名研究生，他有機會解決美國宇航局如何為極端條件建造潛艇的問題。在WSU的低溫實驗室，研究材料在非常冷的溫度下，理查森重新創造了泰坦的大氣層，並測試了一個小型加熱機器在這樣的條件下是如何工作的。

理查森擁有世界大學機械工程學士學位，他對太空和太空探索技術有著長期的興趣。他是WSU有史以來第一個獲得NASA空間技術研究獎學金的人，其中包括在美國宇航局位於俄亥俄州克利夫蘭的格倫研究中心的實習。當時，美國宇航局的一名科學家在一個單獨的問題上做實習生時，遇到了一個問題，那就是為泰坦設計一艘潛艇。

理查森說:「我的研究剛剛進行了一個正確的轉折，我也跟著做了。」「這是一個瘋狂的實驗，我從沒想過我會有這樣的機會。」這是一個非常有趣且具有挑戰性的實驗設計問題。

模擬泰坦海洋

WSU的研究小組建造了一個測試室，將液態混合物置於非常冷的溫度下模擬土衛六的海洋。他們增加了一個兩英寸的圓柱形筒式加熱器，它可以近似於潛水艇所產生的熱量。

研究人員面臨的最大挑戰之一是了解泰坦海洋中的氣泡。添加一艘由熱機驅動的潛艇進入非常冷的土衛六液體中，氮氣氣泡就會形成。太多的泡沫會使船隻難以操縱，看，拿數據和管理壓載系統。

拍攝視頻在-300度。

理查森說，下一個大問題是在困難的情況下拍攝視頻。他們的研究是以每平方英寸60磅的壓力和近300華氏度進行的。理查森的團隊利用一種名為「波萊普」(borescope)和攝像機的光學裝置設計了一種解決方案，該裝置能夠承受低溫和高壓，從而使測試室內的情況更加直觀。

「這不是最友好的條件，」他說。「你必須想出創造性的解決方案。」

研究人員取得了成功，並拍下了甲烷-甲烷雨和雪的視頻片段。該小組還研究了甲烷和乙烷湖的冰凍溫度，並確定，由於液體中少量的氮，湖泊的溫度低於預期的溫度:75開爾文，或-324華氏度，而不是90.5開爾文。

「這是一件大事，」理查森說。「這意味著你不必擔心冰山。」

研究人員希望繼續與美國宇航局合作，更新泰坦潛艇的設計。

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