一个小小的机器人潜艇可以通过外星人的海洋潜艇探测器将在零下300华氏度的温度下

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潜艇探测器将在零下300华氏度的温度下导航泰坦的甲烷和乙烷海域。

美国国家航空航天局正在设计一种机器人潜艇探测土星月球泰坦岛上充满碳氢化合物的极其丰富的海洋 - 太阳系除地球外唯一的表面有液体的太阳系。研究人员一直在实验室用一个桶大小的模拟外星海洋测试探头。

泰坦的海洋与地球上的海洋有很大的不同：泰坦的海洋主要由甲烷和乙烷的混合物组成，温度在零下300华氏度（零下184摄氏度）左右，而不是海水。这就是美国宇航局的卡西尼号航天器和2005年登陆泰坦号的惠更斯探测器发现的。

计划是将自主潜艇送入泰坦最大的海域。称为Kraken Mare，来自斯堪的纳维亚海怪，拉丁词“sea”，外星海覆盖月球表面155,000平方英里（400,000平方公里）。（Titan的第二大海，海妖大小的四分之一，是Ligeia Mare，以希腊神话中的一个巨大警笛命名）。

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在美国宇航局卡西尼号航天飞机拍摄的这张照片中，可以看到泰坦的海洋。

这些潜水可以回答一些让科学家，至少那些学习泰坦的人在晚上升起的问题。例如，泰坦的碳氢海洋如何与月球的大气相互作用，氮气含量超过98％？这就是华盛顿州立大学材料科学工程师Ian Richardson想知道的。理查森为美国宇航局的泰坦潜艇项目建造了外星人海洋模拟器。

“与地球不同的是，氮气实际上溶解在这些海洋中，”理查德森告诉Live Science。“你可以得到15或20％的溶解氮，这对压载系统和螺旋桨有很大的影响。”

外星人的海洋

虽然地球上的工程师已经研究了液化天然气（LNG）形式的冷乙烷和甲烷混合物，但没有人研究过这种碳氢化合物的海如何在像泰坦那样的寒冷的，主要是氮气的环境中表现，Richardson说。

为了详细了解泰坦的外星海洋如何影响机器人潜艇，Richardson建造了一个加压室，用氮气泵入，并倒入约60立方英寸（1升）的液态乙烷和甲烷，冷却至零下300华氏度。这是在华盛顿州立大学的低温工程实验室完成的。

然后，他将一个小型圆柱形加热器（“机器人分部”）浸入液体（“外星人海洋”）中。Richardson对模型海洋的温度和压力进行了改变，以了解潜艇的热量如何影响泰坦海域在不同深度的化学反应。

理查德森解释说，热量会在潜艇周围的液体中产生溶解的氮气泡，这可能使得通过车载摄像头进行观测变得困难。他说，氮气泡也可能阻止潜艇的浮力和推进系统正常工作。

理查森的模拟器也能够模拟泰坦不同海域的化学组成。卡西尼探测器观察显示，地球上所有的海洋都充满了基本相同的海水，但泰坦海域并非如此。例如，Kraken Mare含有丰富的乙烷，而Ligeia Mare富含甲烷，但科学家不知道为什么。

泰坦龟

外星海洋实验表明，潜艇探测器将能够处理在寒冷液体中由飞行器自身热源产生的氮气泡。实验显示，最恶劣的条件将发生在Kraken Mare最深处，海平面以下至少1600英尺（500米）。[ 惊人的照片：泰坦，土星最大的月亮 ]

如果任务获得批准，这项探测将于2030年代中期发射，并于2030年代末或2040年代初抵达土星系统，NASA格伦研究中心的一位项目负责人，航天工程师贾森哈特维格告诉Live Science。

那时候，遥远的冰冻的月亮应该比现在温暖一点，阳光普照，这要归功于当地的春天。哈特维格说，当时土星系统需要29年的时间才能完成一个轨道，这个系统将稍微靠近太阳。

Hartwig的团队正在研究机器人探测器的两种不同设计：一种是长约20米（6米）的狭窄机器人潜艇，可以将数据直接发送回地球。另一个是泰坦龟，它是一个圆形的自主机器人，可以通过轨道飞船与地球进行通信。

虽然单人潜艇探测器价格更便宜，但海龟和轨道器设计的风险较小，并且将数据发送回地球的带宽更大，Hartwig说。

该项目最近从美国宇航局创新先进概念（NIAC）计划的第一阶段实验性资助中移出。目前正在向技术发展阶段迈进，Hartwig说，一些系统的初步测试计划在2018年底或2019年初进行。

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