Les lasers ne sont pas seulement utiles pour divertir les chats ou indiquer les fonctionnalités des diapositives PowerPoint. Ils peuvent également percer des trous sur des corps extraterrestres glacés des comètes aux bouchons polaires de Mars – du moins, selon un nouvel article publié dans Astronautica Acta Par des chercheurs de l'Université technique de Dresde, qui décrivent un nouvel exercice laser pour une utilisation sur des surfaces glacées dans tout notre système solaire.
Le problème que le système essaie de résoudre est simple – des trous de glace sur d'autres planètes et les comètes se font généralement avec un « cryobot » – en raison d'un bâton chaud conçu pour faire fondre la glace par contact thermique. Il y a plusieurs problèmes avec ce système, l'une des plus grandes étant une exigence de puissance. Un cryobot peut nécessiter des kilowatts d'énergie. Un générateur thermique typique d'un radio-isotope de Lander ne peut fournir que quelques centaines de watts. L'atterrissage d'un système d'alimentation de niveau kilowatt ailleurs dans le système solaire est extraordinairement difficile et coûteux.
Il y a aussi d'autres problèmes. Pour entrer très profondément dans la glace, il faudrait un poker plus long – et donc plus de matériel. Le stockage de tout ce matériel est difficile, et cela ajoute également au poids global de l'atterrisseur. Même l'environnement lui-même fonctionne contre cette méthode. Étant donné que la plupart des forages se feraient dans un vide complet, la glace sublimerait une vapeur d'eau plutôt que de transférer dans du liquide, ce qui rend le contact thermique entre le cryobot et la glace qu'il essaie de faire fondre au mieux ténu.
Alors pourquoi pas le laser la glace à la place? Les lasers résolvent bon nombre des problèmes d'un cryobot. Ils sont physiquement petits et peuvent être très faibles. Ils n'ont pas besoin d'une interface physique avec la glace, car le laser peut être dirigé sur n'importe quelle surface. Et encore mieux, l'eau sublimée pourrait flotter hors du trou de forage et amener des particules piégées à l'atterrisseur pour analyser sans être enlisées par une sonde métallique volumineuse.
Pour prouver l'idée, les chercheurs, dirigés par Martin Koßagk de l'Institute for Aerospace Engineering, ont mis en place une expérience de test dans une chambre à vide avec un laser infrarouge de 1550 nm. Ils ont choisi cette longueur d'onde car elle est particulièrement fortement absorbée par la glace, permettant à la transmission directe de l'énergie directement vers le matériau. «
Ils ont mené des expériences sur trois types de glace différents, représentant différents types de glace qui devraient être trouvés dans tout le système solaire. Le premier type était de la glace « claire » standard, et ils ont pu atteindre un taux de forage d'environ 1 mètre par heure avec un peu moins de 20 W de puissance fournie au laser. Toutes ces mesures de profondeur ont été fournies avec un télémètre Visible Light qui était monté en ligne avec le laser.
La glace « granulaire » était leur prochaine cible – ce sont des grains de glace plutôt qu'un bloc solide qui sont plus typiques de ce que nous nous attendons à trouver sur une lune gelée comme Enceladus. Dans cet environnement, le laser a fonctionné encore mieux, avec une vitesse de forage de 1,7 m / h et une consommation d'énergie de seulement 12,7 W. Cette vitesse améliorée est probablement due à la densité plus faible des grains par rapport à la glace en vrac.
Un dernier test encore plus impressionnant était une série réalisée avec de la glace « poussiéreuse », où « la poussière » (c'est-à-dire un matériau non volatile comme la roche) représentait 50% ou plus de l'échantillon. Étant donné que le laser n'avait besoin que de sublimer la partie glace de l'échantillon et que la sublimation éjecterait de force une grande partie du matériel nécessaire à la sauvegarde du forage, le système a pu obtenir des résultats beaucoup plus rapides avec ce type d'échantillon. Avec 50% de poussière, le système a pu aller environ 3,1 m / h avec environ 10 W de puissance.
Ce sont des vitesses impressionnantes, en particulier lorsque l'on considère que le système pourrait fonctionner tout le temps, conduisant à des trous profonds impressionnants relativement rapidement. Cela étant dit, il y a des inconvénients et des travaux supplémentaires qui doivent être effectués.
Le forage qui a été foré n'était que de 6,15 mm de large – pas beaucoup d'espace pour obtenir une sorte de sonde ou quoi que ce soit d'autre sous la surface de la glace. Il y a aussi un risque que la pression au fond d'un trou profond puisse s'accumuler suffisamment pour que la glace commence à fondre plutôt que sublime, diminuant son efficacité en chauffant essentiellement l'eau fondue plutôt que sur la glace directement.
Les trous de forage sur Terre sont connus pour «serrer» fermé après une certaine profondeur, et bien que cela reste un problème potentiel sur d'autres planètes, leur gravité inférieure signifierait probablement qu'elles resteraient ouvertes plus profondes qu'elles ne le feraient généralement sur Terre. Cependant, l'un des avantages du système – le fait que la poussière est expulsée à l'intérieur du forage – a également un inconvénient. Il peut enrober les miroirs utilisés pour diriger le laser, diminuant leur efficacité. Tout système entièrement mis à l'échelle nécessiterait une méthode pour diminuer cette contamination.
En fin de compte, c'est un excellent pas dans une nouvelle direction pour creuser profondément dans les corps de glace dans notre système solaire. Bien que ce ne soit vraiment qu'un petit pas, ils ont réussi à faire à seulement environ 25 cm. À long terme, une sorte de système de forage sera nécessaire pour les missions corporelles glacées à l'avenir, et un laser semble être une option très viable, avec quelques tests et ajustements supplémentaires. Un jour, un laser pourrait faire fondre à travers la surface de l'un des habitants les plus intéressants du système solaire. Malheureusement, il n'y aura probablement pas de chats là-bas pour le chasser.
