Los ingenieros saben cómo diseñar submarinos en la Tierra, pero construir uno se vuelve mucho más complicado cuando la temperatura baja a -300 Fahrenheit y el océano está hecho de metano y etano.
Los investigadores de la Universidad Estatal de Washington están trabajando con la NASA para determinar cómo podría funcionar un submarino en Titán, la mayor de las muchas lunas de Saturno y la segunda más grande del sistema solar. La agencia espacial planea lanzar un submarino real en los mares de Titán en el próximo20 años.
Los investigadores recrearon un océano Titán en un laboratorio. Han publicado un artículo sobre su trabajo en la revista Equilibrios de fase fluida .
Titán es de particular interés para los investigadores porque es similar a la Tierra de una manera importante, retiene líquido. A diferencia de casi cualquier otro lugar del sistema solar, la superficie de la luna incluye océanos, ríos y nubes, y al igual que en la Tierra, puedelluvia. Pero, en lugar de agua, el ciclo hidrológico se basa en metano.
Debido a las posibles lecciones que podría proporcionar aquí en la Tierra, la NASA ha estado estudiando Saturno y sus lunas durante más de una década con datos recopilados de la nave espacial Cassini.
El submarino que la agencia está diseñando tendrá que operar de manera autónoma. Deberá estudiar las condiciones atmosféricas y oceánicas, moverse alrededor de los fondos marinos y flotar en o debajo de la superficie. La ingeniería es aún más complicada porque, a diferencia del agua casi homogéneaEn los océanos terrestres, la concentración de etano y metano puede variar dramáticamente en los océanos Titán y cambiar las propiedades de densidad del líquido.
invitación de la NASA
Ian Richardson, un ex estudiante de posgrado en la Escuela de Ingeniería Mecánica y de Materiales, tuvo la oportunidad de abordar cómo la NASA podría construir un submarino para las condiciones extremas. En el laboratorio criogénico de WSU, que estudia materiales a temperaturas muy frías, Richardson volviócreó la atmósfera de Titán y probó cómo una pequeña máquina calentada podría funcionar en tales condiciones.
Richardson, que posee una licenciatura en ingeniería mecánica de WSU, ha tenido un interés desde hace mucho tiempo en las tecnologías de exploración espacial y espacial. Fue el primer receptor de WSU de una beca de investigación de tecnología espacial de la NASA, que incluyó una pasantía en Glenn Research de la NASACentro en Cleveland, Ohio. Fue mientras trabajaba como pasante en un problema separado que un científico de la NASA se le acercó con el problema de diseñar un submarino para Titán.
"Mi investigación dio un giro a la derecha y seguí adelante", dijo Richardson. "Es un experimento loco, y nunca pensé que habría tenido esta oportunidad. Ha sido un problema de diseño experimental muy divertido y desafiante".
Simulando mares Titán
El equipo de investigación de WSU construyó una cámara de prueba que albergaba la mezcla líquida a temperaturas muy frías para simular los mares de Titán. Agregaron un calentador de cartucho en forma de cilindro de dos pulgadas que se aproximaría al calor que crearía un submarino.
Uno de los mayores desafíos para los investigadores fue comprender las burbujas en los mares de Titán. Agregue un submarino propulsado por una máquina productora de calor al líquido Titán muy frío, y se formarán burbujas de nitrógeno. Demasiadas burbujas dificultarán la maniobraenviar, ver, tomar datos y administrar sistemas de lastre.
Grabación de video a -300 grados
El siguiente gran problema, dijo Richardson, fue obtener un video en condiciones difíciles. Su estudio se realizó a 60 libras por pulgada cuadrada de presión y casi -300 grados Fahrenheit. El grupo de Richardson diseñó una solución usando un dispositivo óptico llamado boroscopio ycámara de video que podría soportar las bajas temperaturas y las altas presiones para visualizar lo que estaba sucediendo dentro de la cámara de prueba.
"Esas no son las condiciones más amigables", dijo. "Tienes que encontrar soluciones creativas".
Los investigadores tuvieron éxito y tomaron videos de lluvia y nieve de etano-metano. El grupo también estudió las temperaturas de congelación de los lagos de metano y etano y determinó que, debido a una pequeña cantidad de nitrógeno en el líquido, los lagos se congelan a temperaturas más bajasde lo esperado: 75 Kelvin, o -324 grados Fahrenheit, en lugar de 90.5 Kelvin.
"Eso es un gran problema", dijo Richardson. "Eso significa que no tiene que preocuparse por los icebergs".
Los investigadores buscan continuar el trabajo con la NASA para actualizar el diseño del submarino Titán.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Washington . Original escrito por Tina Hilding, Voiland College of Engineering and Architecture. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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