На прошлой неделе - с понедельника, 27 февраля, до среды, 1 марта - НАСА организовало «Семинар по планетарному научному видению 2050» в своей штаб-квартире в Вашингтоне, округ Колумбия. В ходе многочисленных презентаций, выступлений и панельных дискуссий НАСА поделилась с международным сообществом своими многочисленными планами на будущее освоения космоса.
Среди наиболее амбициозных из них было предложение исследовать Титан, используя воздушный исследователь и посадочный аппарат. Опираясь на успех миссии ESA Кассини-Гюйген, этот план будет включать воздушный шар, который будет исследовать поверхность Титана с небольшой высоты, а также Марс PathfinderСтиль миссии, которая будет исследовать поверхность.
В конечном счете, цель миссии на Титане состоит в том, чтобы исследовать богатую органическую химическую среду Луны, которая предоставляет уникальную возможность для исследователей планет. В течение некоторого времени ученые поняли, что поверхность и атмосфера Титана содержат большое количество органических соединений и всей пребиотической химии, необходимой для жизнедеятельности.
Презентация под названием «Воздушная мобильность: ключ к изучению богатого химического разнообразия Титана» проходила под председательством Ральфа Лоренца из Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса, под председательством Элизабет Тертл (также из APL Джона Хопкинса) и Джейсона Барнса из кафедра физики в университете Айдахо. Как Черепаха объяснила Space Magazine по электронной почте, Titan представляет некоторые захватывающие возможности для миссии следующего поколения:
«Титан представляет особый интерес, потому что богатая и сложная органическая химия может научить нас химическим взаимодействиям, которые могли происходить здесь, на Земле (и в других местах?), Приводя к развитию жизни. Кроме того, Титан не только имеет внутренний водоем с жидкой водой, но также будет возможность для органического материала смешаться с жидкой водой на поверхности Титана, например, от ударных кратеров и, возможно, криовулканических извержений. Сочетание органического материала с жидкой водой, безусловно, увеличивает астробиологический потенциал ».
По этой причине исследование Титана было научной целью на протяжении десятилетий. Вопрос только в том, как лучше исследовать уникальную среду Титана. Во время предыдущих десятилетних исследований, таких как Рабочая группа по стратегии кампании (CSWG) по химии пребиотиков во внешней солнечной системе, участником которой был Лоренц, предполагалось, что мобильный летательный аппарат (такой как дирижабль или воздушный шар) будет хорошо подходит для задачи.
Тем не менее, такие машины не смогут изучать метановые озера Титана, которые являются одним из самых захватывающих зрелищ Луны, если речь идет о химии пребиотиков. Более того, летательный аппарат не сможет проводить химический анализ поверхности на месте, так же, как марсоходы.Дух, Возможность а также Любопытство) делал на Марсе - и с огромными результатами!
В то же время Лоренц и его коллеги изучили концепции исследования углеводородных морей Титана - например, предложенную капсулу Titan Mare Explorer (TiME). Являясь одним из нескольких финалистов конкурса НАСА 2010 года «Открытие», эта концепция требовала развертывания морского робота на Титане в ближайшие десятилетия, где он будет изучать свои метановые озера, чтобы больше узнать о метановом цикле и искать признаки органической жизни.
Хотя такое предложение будет эффективным с точки зрения затрат и открывает некоторые весьма интересные возможности для исследований, оно также имеет некоторые ограничения. Например, в 2020–2030-х годах в северном полушарии Титана будет зимний сезон; в этот момент толщина его атмосферы сделает невозможным непосредственное общение с Землей и возможность наблюдения Земли. Вдобавок ко всему, морское транспортное средство будет препятствовать исследованию поверхности суши Титана.
Они предлагают некоторые из наиболее вероятных перспектив изучения передовой химической эволюции Титана, в том числе песчаных дюн Титана. Как область, защищенная от ветра, эта область, вероятно, содержит материалы, осажденные со всего Титана, и может также содержать водно-измененные материалы. Как и Марс Pathfinder Место посадки было выбрано таким образом, чтобы можно было собирать образцы с большой площади, например, место было бы идеальным местом для посадочного аппарата.
Таким образом, Лоренц и его коллеги отстаивали тот тип миссии, который был сформулирован в Флагманском исследовании 2007 года, в котором требовался воздушный шар Montgolfière для региональных исследований и следопыты, похожие на Pathfinder. Это дало бы возможность проводить съемку поверхности с разрешением, которое невозможно с орбиты (из-за плотной атмосферы), а также исследовать химию поверхности и внутреннюю структуру Луны.
Таким образом, в то время как воздушный шар собирал географические данные Луны с высоким разрешением, посадочный аппарат мог проводить сейсмологические исследования, которые характеризовали бы толщину льда над внутренним водным океаном Титана. Тем не менее, миссия приземлителя будет ограничена с точки зрения дальности, и поверхность Титана представляет проблемы для мобильности. Это сделало бы несколько посадочных аппаратов или перемещаемую посадочную площадку наиболее желательным вариантом.
«Потенциальные цели включают области, где мы можем измерить твердые поверхностные материалы, состав которых до сих пор не известен, например, пески дюн Титана», - сказала Черепаха. «Для определения их состава требуется подробный анализ на месте. Озера и моря также интригуют; однако в ближайшем будущем (миссии, прибывающие в 2030-е годы) большинство из них будут находиться в зимней темноте. Так что для их изучения, скорее всего, придется подождать до 2040-х годов ».
Эта концепция миссии будет также использовать несколько технологических достижений, которые были сделаны в последние годы. Как объяснил Лоренц в ходе презентации:
«Мобильность в воздухе выше, чем на Титане, на самом деле очень эффективна, более того, усовершенствования автономных самолетов за два десятилетия, так как CSWG делают такие исследования реалистичной перспективой. Несколько наземных посадочных аппаратов, доставляемых воздушным транспортным средством, таким как самолет или посадочный аппарат с воздушной подвижностью для доступа к нескольким объектам, обеспечат наиболее желательные научные возможности, которые будут иметь непосредственное отношение к темам происхождения, работы и жизни ».
Лоренц, Черепаха и Барнс также представят эти результаты на предстоящей 48-й Лунной и Планетарной научной конференции, которая состоится с 20 по 24 марта в Вудлендсе, штат Техас. Там к ним присоединятся дополнительные члены APL Джонса Хопкинса и Университета Айдахо, а также участники из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, Университета штата Пенсильвания и Honeybee Robotics.
Однако, решая некоторые дополнительные проблемы, не затронутые на семинаре по видению 2050 года, они представят небольшой поворот своей идеи. Вместо воздушного шара и нескольких приземлителей они представят концепцию миссии, включающую в себя qaudcopter «Стрекоза». Это четырехроторное транспортное средство могло бы использовать преимущества густой атмосферы Титана и низкой гравитации для получения образцов и определения состава поверхности в различных геологических условиях.
Эта концепция также включает в себя множество последних достижений в области технологий, которые включают в себя современную управляющую электронику и достижения в разработке коммерческих беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Вдобавок ко всему, квадрокоптер покончит с реактивными ракетами с химическим приводом и может включаться между полетами, что потенциально продлевает срок его службы.
Эти и другие концепции изучения спутника Сатурна на Титане, несомненно, получат поддержку в ближайшие годы. Учитывая множество загадок, запертых в этом мире, включая обильный ледяной покров, химию пребиотиков, цикл метана и подземный океан, который, вероятно, будет пребиотической средой, - это, безусловно, популярная цель для научных исследований.
