Huygens landingsspin mysterium løst

I dag for femten år siden, ESA's Huygens-sonde skrev historie, da den steg ned til overfladen af ​​Saturns måne Titan og blev den første sonde, der med succes landede på en anden verden i det ydre solsystem. Imidlertid, under sin nedstigning, sonden begyndte at dreje den forkerte vej - og nyere test afslører nu hvorfor.

Lanceret i 1997, NASA/ESA/ASI Cassini-Huygens-missionen forbliver ikonisk og har bidraget enormt meget til vores forståelse af Saturn og dens måne Titan siden dens ankomst til den ringmærkede planet i slutningen af ​​2004.

Missionen omfattede en orbiter, Cassini, som fortsatte med at kredse om Saturn i over 13 år efter at være blevet det første rumfartøj til at gøre det, og en lille atmosfærisk sonde, ESA's Huygens lander, som tog ned for at udforske Titans fysiske egenskaber og atmosfære den 14. januar 2005.

Huygens' risikable nedstigning varede i to timer og 27 minutter, og de data, den lille sonde indsamlede, fortsatte med at lette et væld af opdagelser om denne fascinerende måne.

Landeren returnerede de første in situ målinger af Titans atmosfære, bestemme dets tryk, tæthed og temperatur fra en højde på 1400 km ned til overfladen. Sondens Doppler Wind Experiment (DWE) opdagede stærke øst-vestlige vinde i månens atmosfære, hvoraf nogle roterede hurtigere end månen selv. Det kastede lys over, hvorfor Titans atmosfære indeholder metan, nitrogen, og små aerosoler, og i hvilke mængder, og detekterede tegn på geologiske processer og funktioner i månens indre, såsom kryovulkanisme og, potentielt, et stort underjordisk hav.

Ved at skære igennem og udforske den tykke dis, der omslutter månen, sonden hjalp også videnskabsmænd med at visualisere Titans overflade, returnerer beviser for tidligere vandig aktivitet, såsom udtørrede flodsenge og drænnet og længe tomme søbassiner, og observationer af de store klitter af sand og is.

Imidlertid, én ting forblev et mysterium:hvorfor Huygens snurrede i den "forkerte" retning under sin nedstigning. Sonden blev frigivet fra Cassini, der drejede mod uret med en hastighed på 7,5 omdrejninger i minuttet. På grund af sondens design, dens spinhastighed hjalp med at holde Huygens stabil først, da den brugte tre uger på at køre ned til Titan, og så da den til sidst kom ind i månens atmosfære.

Selvom Huygens oprindeligt opførte sig som forventet, under nedstigning faldt sondens spinhastighed langt hurtigere end forventet, før du bakker efter ca. 10 minutter for at antage en retning med uret. Den blev ved med at snurre på denne måde i de resterende to timer og 15 minutters nedstigning; heldigvis, størrelsen af ​​dette omvendte spin svarede til det, som forskerne havde forventet, hvilket betyder, at det uventede flip påvirkede timingen af ​​de planlagte observationer, men påvirkede ikke deres kvalitet dramatisk.

Tidligere undersøgelser har undersøgt denne adfærd (for eksempel en undersøgelse udført af Vorticity i 2014-2015) og nylige subsoniske vindtunneltest ved PRISME Laboratory ved University of Orléans, Frankrig, bekræfter nu hovedårsagen. Undersøgelsen blev udført fra 2017 til 2019 under en ESA-kontrakt med LPC2E/CNRS-University of Orléans.

Huygens var udstyret med 36 vinklede skovle, der blev brugt til at styre nedstigningsmodulets spin. Imidlertid, to af sondens hovedvedhæng, Separation Subsystem (SEPS) og Radar Altimeter (RA) antenner, faktisk produceret et uventet drejningsmoment modsat det, der blev produceret af vingene. Denne effekt blev forstærket, da skovlene ændrede gasstrømmen omkring nedstigningsmodulet på en måde, der forstærkede amplituden af ​​det "negative drejningsmoment" - den effekt, der fik Huygens til at vende sin rotationsretning - indtil den overskred vingernes indflydelse.

Løsningen af ​​dette tekniske mysterium vil hjælpe med at informere designet af indgangssonder i fremtiden, fremme vores udforskning af solsystemet.

Der var også indikationer på, at Huygens Atmospheric Structure Instrument (HASI) bommene muligvis ikke var blevet fuldt ud indsat under nedstigningen, så specifikke test blev udført i tre forskellige konfigurationer - stuvet, indsat, og halvt udløst – og bekræftet, at et negativt drejningsmoment kan opstå under en ikke-symmetrisk udlægning. Denne effekt er under yderligere undersøgelse.