С его плотной и богатой углеводородами атмосферой Титан был предметом интереса в течение многих десятилетий. И с успехом Кассини-Гюйгенс Миссия, которая начала исследовать Сатурн и его систему лун еще в 2004 году, на столе много предложений для последующих миссий, которые позволили бы исследовать поверхность Титана и его метановых морей с большей глубиной.
Проблемы, которые это представляет, привели к некоторым довольно новым идеям, начиная от воздушных шаров и кораблей до плавающих дронов и подводных лодок. Но это предложение о беспилотнике «Стрекоза» исследователей из JHUAPL НАСА, которое кажется особенно авантюрным. Этот восьмилопастный дрон будет способен к вертикальному взлету и посадке (VTOL), что позволит ему исследовать как атмосферу, так и поверхность Титана в ближайшие десятилетия.
Концепция миссии была предложена научной группой во главе с Элизабет Тертл, ученым-планетологом из Лаборатории прикладной физики Университета имени Джона Хопкинса (JHUAPL). Еще в феврале эта концепция была представлена на «Семинаре по планетарному научному видению 2050», который проходил в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия, и снова в конце марта на 48-й конференции по лунной и планетарной науке в Вудлендсе, штат Техас.
Такая миссия, как Черепаха объяснила Space Magazine по электронной почте, является своевременной и необходимой. Мало того, что это будет основываться на многих недавних разработках в области робототехники (таких как Любопытный ровер и Кассини орбитальный); но на Титане просто нет недостатка в возможностях для научных исследований. Как она выразилась:
«Титан - это мир океана с уникальным поворотом, который представляет собой богатую и сложную органическую химию, возникающую в его атмосфере и на ее поверхности. Эта комбинация делает Титан особенно хорошей целью для изучения обитаемости планеты. Один из больших вопросов о развитии жизни - как химические взаимодействия привели к биологическим процессам. Титан проводил эксперименты в области пребиотической химии в течение миллионов лет - сроки, которые невозможно воспроизвести в лаборатории, - и результаты этих экспериментов должны быть собраны ».
Их предложение частично основано на предыдущих десятилетних исследованиях, таких как Рабочая группа по стратегии кампании (CSWG) по химии пребиотиков во внешней солнечной системе. В этом обзоре подчеркивалось, что мобильный летательный аппарат (то есть воздушный корабль или воздушный шар) будет хорошо подходить для исследования Титана. Титан является не только единственным известным телом, кроме Земли, который обладает плотной, богатой азотом атмосферой - в четыре раза плотнее, чем у Земли, - но его гравитация также примерно в 1/7 массы Земли.
Тем не менее, воздушные шары и дирижабли не смогут изучать метановые озера Титана, которые являются одной из самых захватывающих задач в исследованиях 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.
Таким образом, Черепаха и ее коллеги начали искать предложение, которое представляло бы лучшее из обоих миров - то есть воздушную платформу и посадочный аппарат. Это было происхождение концепции стрекозы.
«Было рассмотрено несколько различных методов воздушной разведки Титана на месте (вертолеты, воздушные шары разных типов, самолеты)», - сказала Черепаха. «Dragonfly использует преимущества последних разработок многокорпусных самолетов для обеспечения воздушной мобильности посадочного аппарата со сложной полезной нагрузкой. Поскольку Стрекоза сможет путешествовать на большие расстояния - несколько десятков километров за раз и до нескольких сотен километров в течение миссии - можно будет проводить измерения на нескольких участках с очень разными геологическими историями ».
Миссия также соответствует концепциям, которые Тертл и ее коллеги - включая Ральфа Лоренца (также из JHUAPL), Мелиссу Тренер из Центра космических полетов Годдарда и Джейсона Барнса из Университета Айдахо - исследуют годами. В прошлом они предлагали концепцию миссии, которая сочетала бы воздушный шар в стиле Монгольфьера с посадочным устройством, подобным Pathfinder. В то время как воздушный шар будет исследовать Титан с небольшой высоты, спускаемый аппарат будет исследовать поверхность вблизи.
На 48-ой Лунной и Планетарной научной конференции они официально представили свою концепцию «Стрекоза», которая требовала, чтобы qaudcopter проводил как воздушные, так и наземные исследования. Утверждалось, что это четырехроторное транспортное средство сможет использовать густую атмосферу Титана и низкую гравитацию для получения образцов и определения состава поверхности в различных геологических условиях.
В своей последней итерации Dragonfly включает в себя восемь роторов (по два на каждом из четырех углов) для достижения и поддержания полета. Очень похоже на Любопытство и предстоящий Марс 2020 Как и везде, Стрекоза будет работать на многоэлектронном радиоизотопном термоэлектрическом генераторе (MMRTG). Эта система использует тепло, вырабатываемое при распаде плутония-238, для выработки электроэнергии и может поддерживать роботизированную миссию в течение многих лет.
По словам Черепахи, эта конструкция предложит ученым идеальную платформу для изучения окружающей среды Титана:
«Стрекоза сможет измерить составные детали различных поверхностных материалов, которые покажут, как далеко продвинулась органическая химия в различных средах. Эти измерения могут также выявить химические признаки жизни на водной основе (например, на Земле) или даже жизни на основе углеводородов, если они присутствуют на Титане. Стрекоза также изучит атмосферу, поверхность и подповерхность Титана, чтобы понять текущую геологическую деятельность, способы транспортировки материалов и возможность обмена органическим материалом между поверхностью и внутренним водным океаном ».
Эта концепция 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, «Стрекоза» покончит с химическими реактивными ракетами и может включаться между полетами, что потенциально продлевает срок его службы.
«И сейчас самое подходящее время, - говорит Черепаха, - потому что мы можем опираться на то, что мы узнали из миссии Кассини-Гюйгенса, чтобы сделать следующие шаги в исследовании Титана».
В настоящее время Лаборатория реактивного движения НАСА разрабатывает аналогичную концепцию. Этот воздушный беспилотник, известный как вертолет Марс «Разведчик» для использования на Марсе, как ожидается, будет запущен на борту Марс 2020 миссия. В этом случае конструкция предусматривает использование двух коаксиальных роторов, вращающихся в противоположных направлениях, что обеспечит наилучшее соотношение тяги к весу в разреженной атмосфере Марса.
Платформа VTOL такого типа может стать опорой в ближайшие десятилетия, где бы ни требовались долгосрочные миссии с участием тел, имеющих атмосферу. Между Марсом и Титаном такие воздушные дроны могли прыгать из одной области в другую, получая образцы для анализа на месте и комбинируя исследования поверхности с атмосферными показаниями на различных высотах, чтобы получить более полную картину планеты.
