NASA는, 토성의 위성 타이탄에 존재하는 극한의 탄화수소 바다를 탐험 할 로봇 잠수함을 설계하고 있다. 이곳은 지구를 제외하고, 표면에 액체가 남아있는 태양계 유일한 천체이다.
타이탄 표면의 기압은 지구의 1.4배로 어떻게든지 사람이 걸어 다닐 수 있는 기압이지만, 표면 온도는 -180℃, 사람이 조사하기에는 너무 너무 추운게 아닐까?
<타이탄에 존재하는 -184℃의 메탄과 에탄의 바다>
타이탄의 바다는 지구의 그것과는 상당히 다르다. 바닷물이 출렁이는 대신에, 타이탄의 바다를 주로 구성하는 것은 메탄과 에탄의 조합으로, 그것이 -184℃라고 하는 온도로 차갑다. 이것은 2005년에 타이탄에 착륙 한 카시니의 행성 탐사선 호이겐스 프로브에 의해 밝혀진 것이다.
- 타이탄 최대의 바다에 자동 잠수함을 보내려는 계획
NASA의 계획은 40만 ㎢를 덮고있는 최대의 바다 "크라켄 바다"에 자동 잠수함을 보낸다는 것이다. 크라켄은 북유럽 전설에 등장하는 바다 괴물로, 덧붙여서 2번째로 큰 바다 "리게이아 바다"는, 그리스 신화의 세이렌의 이름에서 유래한다.
- 타이탄의 바다에 숨겨진 수수께끼
잠수함에 의한 조사로, 타이탄의 비밀을 파헤친다는 것이다.
"지구와는 달리, 거기에 있는 질소는 실제로 바다에 상당히 녹아있다. 질소의 15~20%가 녹아 있으면, 선박의 밸러스트 및 프로펠러에 큰 영향을 미칠 것"이라고 리처드슨은 말한다.
- 지구상에서 로봇 잠수함 테스트
지구의 엔지니어는 차가운 에탄과 메탄을 액화 천연 가스의 형태로 연구 할 수 있지만, 탄화 수소 바다가 주로 질소로 이루어진 차가운 대기하에, 어떤 동작을 하는지 확인하는 것은 할 수 없다.
타이탄이라는 이성의 바다가 로봇 잠수함에 미치는 영향에 대해 더 알기 위해, 리처드슨은 압력 챔버에 질소 가스를 봉입하고, 거기에 액체 에탄과 메탄을 1리터 부은 다음, 마이너스 184도까지 냉각했다.
이어 원통형의 소형 히터(로봇 잠수함 모델)를 액체(이성의 바다의 모델)에 담가, 바다 모델의 온도와 압력을 변화시켜 잠수함 모델에서 발생하는 열이 화학 구조에 미치는 영향을 깊이에 따라 조사했다.
리처드슨 씨에 따르면, 열이 잠수함 주위의 액체에 용해 된 질소 가스의 거품을 생성하기 때문에, 탑재 카메라로 관찰이 어려워 졌다고 한다. 또한 질소 거품이 잠수함의 부력 시스템과 추진 시스템의 적절한 작동을 방해 할 수도 있다.
해양 시뮬레이터는 타이탄의 개별 바다의 화학 성분을 모방하는 것도 가능하다. 지구의 경우 기본적으로 바다같은 바닷물로 채워져 있지만, 타이탄에서는 이것이 맞지않고, 예를 들면 크라켄 바다는 에탄, 리게이아 바다는 메탄의 풍부하다.(그 이유에 대해서는 분명하지 않다)
- 2030년대 중반에 출시 예정
시뮬레이터 실험은, 잠수함 형 탐사기는 자신의 열 때문에 생긴 질소 거품에 대응할 수 있음을 시사하고 있다. 또한 조건이 최악인 것은, 수심 500미터의 크라켄 바다의 깊이 인 것으로 조사됐다.
미션이 승인되면, 2030년대 중반에 탐사선이 발사되어 30년대 후반 또는 40년대 초반에 토성 계에 도착하게 될 것이다.
그 타이밍은 지구의 봄에 해당하는 시기이기 때문에, 타이탄은 지금보다 약간 따뜻하고 햇빛이 닿도록 되어있는 것이다. 또한 토성계(1년이 지구의 29년분)는 태양에도 약간 가까이 있을 것이다.
- 2종의 로봇 탐사선의 디자인도 진행중
NASA 글렌 연구 센터에서는 2종의 로봇 탐사선의 설계를 진행하고 있다. 하나는 길이 6미터의 길쭉한 로봇 잠수함으로 수면으로 부상하고 지구에 직접 데이터를 전송하도록 되어있다.
다른 하나는 "타이탄 터틀(타이탄의 거북이)"라는 것으로, 그 이름 그대로 둥근 껍질 모양이 특징 인 자율형 로봇이다. 이곳은 일단 궤도에 있는 모선을 통해 지구와 통신한다.
혼자 행동하는 잠수함 형 탐사선은 더 저렴하지만, 터틀과 모선의 조합은 위험을 억제하는 것이 가능하고, 또한 통신에 사용하는 대역폭도 많이 걸릴 수 있다.
이번 프로젝트는 NASA 이노베이티브 어드밴스트 컨셉 계획의 첫 단계에 해당하는 실험 자금 페이즈로 두 번째 단계로 이행 된다는 것이 최근에 결정되었다. 이 기술 개발 단계에서는 2018년 하반기 또는 2019년 상반기에 일부 시스템의 초기 시험이 예정되어 있다.