Titan moden til invasion af droner

Med sin tætte og kulbrinterige atmosfære, Titan har været genstand for interesse i mange årtier. Og med succesen med Cassini-Huygens-missionen, som begyndte at udforske Saturn og dets månesystem tilbage i 2004, der er mange forslag på bordet til opfølgende missioner, der ville udforske overfladen af ​​Titan og dets metanhav i større dybde.

De udfordringer, dette giver, har ført til nogle temmelig nye ideer, lige fra balloner og landere til flydende droner og ubåde. Men det er forslaget om en "Dragonfly" -drone af forskere ved NASAs JHUAPL, der virker særligt eventyrlystne. Denne ottebladede drone ville være i stand til lodret start og landing (VTOL), gør det muligt at udforske både atmosfæren og overfladen af ​​Titan i de kommende årtier.

Missionskonceptet blev foreslået af et videnskabsteam ledet af Elizabeth Turtle, en planetforsker fra NASAs Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHUAPL). Tilbage i februar, konceptet blev præsenteret på "Planetary Science Vision 2050 Workshop" - som fandt sted på NASAs hovedkvarter i Washington, DC - og igen i slutningen af ​​marts på den 48. Lunar and Planetary Science Conference i The Woodlands, Texas.

Sådan en mission, som Turtle forklarede Universe Today via e -mail, er både rettidig og nødvendig. Det ville ikke kun bygge på mange nylige udviklinger inden for robotopdagelsesrejsende (f.eks. Curiosity -roveren og Cassini -orbiteren); men på Titan, der mangler simpelthen ikke muligheder for videnskabelig forskning. Som hun udtrykte det:

"Titan er en havverden med et unikt twist, som er den rige og komplekse organiske kemi, der forekommer i dens atmosfære og på dens overflade. Denne kombination gør Titan til et særligt godt mål for at studere planetarisk beboelighed. Et af de store spørgsmål om livets udvikling er, hvordan kemiske interaktioner førte til biologiske processer. Titan har udført eksperimenter inden for præbiotisk kemi i millioner af år - tidsplaner, der er umulige at reproducere i laboratoriet - og resultaterne af disse forsøg er der for at blive indsamlet. "

Deres forslag er delvist baseret på tidligere Decadal -undersøgelser, såsom Campaign Strategy Working Group (CSWG) om præbiotisk kemi i det ydre solsystem. Denne undersøgelse understregede, at et mobilt luftfartøj (dvs. et luftskib eller en ballon) ville være velegnet til at udforske Titan. Ikke alene er Titan den eneste kendte krop bortset fra Jorden, der har en tæt, kvælstofrig atmosfære-fire gange så tæt som Jordens-men dens tyngdekraft er også omkring 1/7 af Jordens.

Imidlertid, balloner og luftskibe ville ikke være i stand til at studere Titans metansøer, som er en af ​​de mest spændende trækninger inden for forskning i præbiotisk kemi. Hvad mere er, et luftfartøj ikke ville være i stand til at foretage in-situ kemisk analyse af overfladen, meget som Mars Exploration Rovers (Spirit, Mulighed og nysgerrighed) har gjort på Mars.

Som sådan, Turtle og hendes kolleger begyndte at lede efter et forslag, der repræsenterede det bedste fra begge verdener - det vil sige en luftplatform og en lander. Dette var starten på Dragonfly -konceptet.

"Flere forskellige metoder er blevet overvejet til in-situ luftundersøgelse af Titan (helikoptere, forskellige typer balloner, fly), "sagde skildpadde." Dragonfly drager fordel af den seneste udvikling inden for multi-rotor fly til at give luftmobilitet til en lander med en sofistikeret nyttelast. Fordi Dragonfly ville kunne rejse lange afstande - et par snesevis af kilometer ad gangen, og op til et par hundrede kilometer i løbet af missionen - ville det være muligt at foretage målinger på flere steder med meget forskellige geologiske historier. "

I første omgang, Turtle og hendes kolleger - som inkluderer Ralph Lorenz (også fra JHUAPL), Melissa træner fra Goddard Space Flight Center, og Jason Barnes fra University of Idaho-havde foreslået en mission, der ville kombinere en ballon i Montgolfière-stil med en Pathfinder-lignende lander. Mens ballonen ville udforske Titan fra lav højde, landeren ville udforske overfladen på nært hold.

Imidlertid, ved den 48. Lunar and Planetary Science Conference, de havde foretaget nogle justeringer af deres idé. I stedet for en ballon og flere landinger, de præsenterede et koncept for en "Dragonfly" qaudcopter til at udføre både luft- og overfladestudier. Dette fire-rotor køretøj, det blev argumenteret, ville være i stand til at drage fordel af Titans tykke atmosfære og lave tyngdekraft for at opnå prøver og bestemme overfladesammensætninger i flere geologiske indstillinger.

I sin seneste iteration, Dragonfly indeholder otte rotorer (to placeret i hvert af sine fire hjørner) for at opnå og vedligeholde flyvning. Ligesom Curiosity og kommende Mars 2020 -rovere, Dragonfly ville blive drevet af en multimission radioisotop termoelektrisk generator (MMRTG). Dette system bruger den varme, der genereres ved at henfalde plutonium-238 til at generere elektricitet, og kan holde en robotmission i gang i årevis.

Dette design, siger Turtle, ville tilbyde forskere den ideelle in-situ platform til at studere Titans miljø:

"Dragonfly ville være i stand til at måle kompositionsdetaljer af forskellige overfladematerialer, hvilket ville vise, hvor langt organisk kemi er gået i forskellige miljøer. Disse målinger kan også afsløre kemiske signaturer af vandbaseret liv (som det på Jorden) eller endda kulbrintebaseret liv, hvis begge var til stede på Titan. Dragonfly ville også studere Titans atmosfære, overflade, og underoverflade for at forstå den aktuelle geologiske aktivitet, hvordan materialer transporteres, og muligheden for udveksling af organisk materiale mellem overfladen og det indre vandhav. "

Dette koncept indeholder mange nyere teknologiske fremskridt, som omfatter moderne kontrolelektronik og fremskridt inden for kommercielle ubemandede luftfartøjer (UAV) designs. Oven i købet, Dragonfly ville gøre op med kemisk drevne retrorockets og kunne starte mellem flyvninger, giver den en potentielt meget længere levetid.

"Og nu er det perfekte tidspunkt, "siger skildpadde, "fordi vi kan bygge videre på det, vi har lært af Cassini-Huygens-missionen, for at tage de næste skridt i Titan-udforskning."

I øjeblikket, NASAs Jet Propulsion Laboratory udvikler et lignende koncept. Kendt som Mars -helikopteren "Spejder", til brug på Mars, denne luftdron forventes at blive lanceret ombord på Mars 2020 -missionen. I dette tilfælde, designet kræver to koaksiale mod roterende rotorer, hvilket ville give det bedste tryk-til-vægt-forhold i Mars tynde atmosfære.

Denne form for VTOL -platform kan blive grundpillen i de kommende årtier, overalt, hvor der kræves langsigtede missioner, der involverer kroppe, der har atmosfærer. Mellem Mars og Titan, sådanne luftdroner kunne hoppe fra det ene område til det andet, at indhente prøver til in situ analyse og kombinere overfladestudier med atmosfæriske aflæsninger i forskellige højder for at få et mere komplet billede af planeten.