Topo de hielo

IceMole es una sonda autónoma para la investigación del hielo , que incorpora una punta derretida de hielo de última generación para la exploración de regiones polares , glaciares , capas de hielo y regiones extraterrestres. Fue desarrollada por un equipo de la FH Aachen , una universidad de ciencias aplicadas ( Fachhochschule ) en Aquisgrán , Alemania . La ventaja de IceMole sobre las sondas anteriores radica en que puede cambiar de dirección y recuperarse tras su uso. Un tornillo de hielo permite a la sonda perforar capas de suelo y otras contaminaciones en el hielo.

El IceMole se está desarrollando utilizando prototipado rápido . A partir de abril de 2011 La sonda se encuentra en su primer prototipo y ha sido diseñada para llevar a cabo la investigación subsuperficial de glaciares y capas de hielo terrestres. Se prevé que las futuras versiones de la sonda se adapten adecuadamente para la investigación del hielo extraterrestre, por ejemplo, en los casquetes polares de Marte , la luna Europa de Júpiter o la luna Encélado de Saturno . ^{[ 1 ]}

El robot surgió de un proyecto estudiantil en la Facultad de Ingeniería Aeroespacial (Fachbereich Luft- und Raumfahrttechnik ) de la FH Aachen, dirigido por el Prof. Dr. Bernd Dachwald. ^{[ 2 ] [ 3 ]} La excavación se lleva a cabo mediante perforación y fusión del hielo. En un núcleo de hielo limpio , la sonda puede analizar el hielo circundante con instrumentos de medición. ^{[ 3 ]} Durante la perforación, el hielo circundante no se contamina biológicamente . ^{[ 2 ]}

A partir de 2011, los objetivos del proyecto se dan como: ^{[ 3 ]}

Los requisitos del proyecto también enfatizaron la necesidad de máxima fiabilidad, robustez, movilidad, seguridad ambiental y autonomía. ^{[ 3 ]}

Las puntas calefactadas en las sondas se han utilizado desde la década de 1960, pero estas solo podían perforar en línea recta, no se podían recuperar de intrusiones profundas y se atascaban por la acumulación de suciedad y sedimentos, que impedían la transferencia de calor. Para superar estos problemas, el IceMole combina un tornillo con una punta fundente. ^{[ 1 ]}

El primer prototipo de IceMole es una nave con forma de lápiz diseñada para desplegarse de forma autónoma y excavar en el hielo. Se trata de un tubo cuadrado de ²²⁵ cm² ( 34,9 pulgadas cuadradas ) de sección transversal. En su extremo, cuenta con un cabezal de fusión de 3 kW (4,0 hp) con calentamiento diferencial en distintas partes. El robot se alimenta mediante un generador de energía en la superficie y se conecta mediante un cable que transmite la alimentación, la comunicación y las señales de datos. IceMole utiliza un tornillo de 6 cm (2,4 pulgadas) de longitud en su cabezal calefactado que mantiene un contacto firme con el hielo durante la perforación. IceMole dispone de elementos calefactores controlables individualmente que permiten obtener un calentamiento diferencial. Este calentamiento diferencial posibilita el cambio gradual de dirección. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}       

El tornillo de hielo se encuentra en la punta del cabezal de fusión y genera una fuerza impulsora que presiona dicho cabezal contra el hielo. Esto permite que el IceMole penetre en el suelo y el lodo, y también facilita una buena transferencia de calor por conducción al entrar en contacto con el hielo. El tornillo de hielo, con aislamiento térmico, transfiere el hielo a la sonda, donde puede analizarse in situ. Está previsto que se instalen instrumentos en la sonda para analizar el hielo y enviar únicamente los resultados a la superficie. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

Las especificaciones técnicas de IceMole1 se detallan a continuación  :

El equipo de IceMole ha desarrollado el vehículo sin una carga útil específica en mente. El vehículo cuenta con una cámara interna donde se pueden alojar sensores y otros instrumentos. En sus pruebas recientes, IceMole transportó una cámara comercial. El equipo también está diseñando un detector de biosensores de fluorescencia que podría buscar moléculas orgánicas en el hielo. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

Desde octubre de 2010, el equipo de IceMole trabaja en el rediseño del primer IceMole. Las mejoras incluyen, entre otras, la optimización del cabezal de fusión y un engranaje completamente nuevo. El nuevo cabezal de fusión cuenta con 12 elementos calefactores controlados individualmente. Estos 12 calentadores de cartucho están dispuestos en un anillo dentro del cabezal. Además, incorpora 2 calentadores de pared a cada lado en la parte posterior de la sonda. Gracias a esta incorporación, la maniobrabilidad del IceMole2 mejora con respecto a su predecesor. El nuevo engranaje se ha desarrollado específicamente para esta sonda, lo que resulta en una transmisión más eficiente y ligera. Está previsto probar el IceMole2 en el verano de 2012. ^{[ 2 ]}

Las especificaciones técnicas previstas para IceMole2:

La sonda también ha sido diseñada para arrastrar una serie de contenedores con sensores que pueden ser expulsados ​​a voluntad y desplegados permanentemente en ubicaciones específicas del hielo. El equipo espera colaborar con otros investigadores que utilicen IceMole para depositar sensores en las profundidades de entornos helados. Si bien la alimentación eléctrica para las primeras pruebas de campo en un glaciar provino de un generador externo en la superficie, también se planea que la calefacción sea suministrada por una fuente de energía a bordo. ^{[ 1 ] [ 3 ]}

Los primeros ensayos de campo se llevaron a cabo en la zona del glaciar Morteratsch en Suiza durante el verano de 2010. Durante los ensayos en el glaciar, se realizaron con éxito las siguientes pruebas de penetración: ^{[ 1 ]}

• fundiéndose a 45° hacia arriba durante 1,5 m (4 pies 11 pulgadas) contra la gravedad;   
• fusión horizontal durante 5 m (16 pies) ;  
• derritiéndose 45° hacia abajo durante 3 m (9,8 pies) , penetrando así tres capas no heladas obstructivas (barro y arena que se encuentran en el glaciar) y generando una curva con un radio de 10 m (33 pies) .    

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  Transporte del equipo al glaciar Morteratsch en helicóptero.
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  IceMole se mueve 45° hacia arriba en contra de la gravedad.
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  El canal de fusión se ve alineado hacia arriba.

Si bien IceMole se movió a una velocidad pausada de 30 cm (12 pulgadas) por hora durante su primera prueba, las condiciones óptimas podrían permitirle avanzar a más del triple de esa velocidad. La velocidad de penetración se incrementará para el próximo prototipo. ^{[ 1 ] [ 2 ]}  

Los resultados de las pruebas demuestran que el concepto IceMole es un método viable para introducir instrumentos científicos en el hielo profundo y recuperarlos posteriormente. Otra ventaja del IceMole con respecto a la perforación es que se puede minimizar la contaminación biológica y el proceso puede ser altamente autónomo, eliminando la necesidad de un operador en la superficie. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

Los resultados se presentaron en el Simposio Científico Antártico de 2011 en Madison, Wisconsin , y en la Unión Europea de Geociencias de 2011 celebrada en Viena , Austria . ^{[ 2 ]} La siguiente prueba estaba programada para el verano de 2012 en el hemisferio norte . ^{[ 2 ]}

A continuación se detallan los objetivos previstos para el experimento de campo en 2012.

• Vehículo submarino autónomo : vehículo submarino no tripulado con sistema de guiado autónomo. 
• BRUIE – Vehículo submarino autónomo 
• Cryobot : vehículo autónomo perforador de hielo. 
• DEPTHX – Vehículo submarino autónomo para explorar sumideros en México 
• Generador termoeléctrico de radioisótopos : generador eléctrico que utiliza el calor de la desintegración radiactiva. 

• Cobertura en YouTube del juicio de IceMole .
• Vídeo en cámara rápida de YouTube del lanzamiento/descubrimiento de IceMole .
• Sitio web de la Fachhochschule Aachen .
• Página web del Prof. Dr. Bernd Dachwald, investigador principal.