En Titan-mission kunne tanke brændstof på stedet og returnere en prøve til Jorden

Dette årti lover at blive en spændende tid for rumudforskning. Allerede, Perseverance-roveren er landet på Mars og er begyndt at udføre videnskabelige operationer. Senere på året, næste generation af James Webb-rumteleskopet, Double Asteroid Redirection Test (DART), og Lucy-rumfartøjet (den første mission til Jupiters trojanske asteroider) vil starte. Inden årtiet er ude, missioner vil også blive sendt til Europa og Titan for at udvide søgen efter tegn på liv i vores solsystem.

I øjeblikket, NASAs plan for at udforske Titan (Saturns største måne) er at sende en atomdrevet quadcopter ved navn Dragonfly for at udforske atmosfæren og overfladen. Imidlertid, en anden mulighed, der blev præsenteret i år som en del af NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC)-programmet, er at sende et prøve-retur-køretøj med Dragonfly, der kunne brænde op ved hjælp af flydende metan høstet fra Titans overflade.

Kendt som en Titan Sample Return ved hjælp af in-situ drivmidler, denne mission ville give nogle alvorlige fordele i forhold til konventionelle prøve-retur-missioner. Normalt, missioner til fjerne himmellegemer skal enten medbringe nok drivmiddel til hjemturen (hvilket betyder en masse ekstra masse og højere omkostninger), eller at have et atombatteri, der kan levere strøm i flere år.

Dragonfly missionen, som er planlagt til at lancere i 2027 (og ankomme til Titan i 2036) vil bruge 2,7 år på at udforske Titan som en del af sin primære mission. For at kunne operere så langt hjemmefra, den vil stole på en Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG), hvor varmen forårsaget af det langsomme radioaktive henfald af plutonium genererer elektricitet.

I mellemtiden prøve-retur-konceptet ville give brændstof til sin returflyvning ved hjælp af flygtige elementer høstet fra Titans overflade. Som du kan se på illustrationen øverst, det ville bestå af en lander og et opstigningskøretøj. Når disse først satte sig på Titans overflade, de kunne hjælpe Dragonfly-missionen ved at modtage prøver indsamlet af quadcopteren.

Brug af ressourcer høstet på stedet, landeren kunne levere flydende metan og flydende oxygenbrændstof (skabt fra den lokale is) til opstigningsfartøjet. Dette køretøj ville derefter blive fyldt op med prøver indsamlet af Dragonfly og derefter bære dem tilbage til Jorden. Ved ikke at transportere sit eget drivmiddel, prøve-retur-elementet i missionen ville have en lavere samlet masse og ville derfor koste mindre at lancere.

Oven i købet, prøve-retur-missionen ville eksponentielt øge det videnskabelige udbytte af en Titan-mission. Årevis, videnskabsmænd har håbet på at få et bedre kig på månens overflade for at undersøge dens særlige mysterier. Disse omfatter (men er ikke begrænset til) dens tætte nitrogenrige atmosfære, dets hydrologiske kredsløb (men med metan), og den rige organiske kemi og præbiotiske forhold på overfladen.

Konceptet er udviklet af et team ledet af Steven Oleson, COMPASS Concurrent Spacecraft Design Team leder ved NASAs Glenn Research Center. NASA beskrev dette koncept, som en del af 2021 NIAC Phase I Fellows meddelelsen, som følger:

"En Titan-prøvereturnering ved hjælp af in-situ-drivmidler er en foreslået Titan-prøvereturmission, der bruger in-situ flygtige drivmidler, der er tilgængelige på dens overflade. Denne tilgang for Titan er meget forskellig fra alle konventionelle in-situ-ressourceudnyttelseskoncepter, og vil opnå en tilbagevenden af ​​stor videnskabelig værdi til planetarisk videnskab, astrobiologi, og forstå livets oprindelse, det er en størrelsesorden sværere (i afstand og ?V) end andre prøve-returmissioner."

Konceptet ligner prøve-retur-missionen til Mars, som i øjeblikket udvikles af NASA og European Space Agency (ESA), som ville transportere prøver indsamlet af Perseverance-roveren. Ifølge den nuværende missionsarkitektur, denne prøve-retur vil også bestå af en lander og et to-trins fastbrændstof opstigningskøretøj (udviklet af NASA) og en rover (udviklet af ESA), der ville indsamle prøverne.

Denne prøve-retur-mission er planlagt til at starte i juli 2026 og vil lande nær Perseverance-roveren (i Jezero-krateret) i august 2028. NIAC-programmet, som overvåges af NASAs Space Technology Mission Directorate (STMD), søger at engagere amerikanske innovatører og iværksættere til at fremme innovative koncepter og gennembrud, der vil hjælpe med at transformere rumudforskning.

For 2021, STMD udvalgte 16 NAIC-forslag til at blive Phase I Fellows, som hver vil modtage et tilskud på op til $125, 000 fra NASA. Efter den vellykkede gennemførelse af en indledende ni-måneders feasibility-undersøgelse, NIAC Fellows kan ansøge om Fase II-priser. Som Jenn Gustetic, direktør for tidlige innovationer og partnerskaber inden for NASA STMD, forklaret i en nylig NASA pressemeddelelse:

"NIAC Fellows er kendt for at drømme stort, foreslår teknologier, der kan synes at grænse science fiction og er i modsætning til forskning, der finansieres af andre agenturprogrammer. Vi forventer ikke, at de alle kommer til at lykkes, men erkender, at det kan gavne NASA meget i det lange løb at give en lille mængde startfinansiering til tidlig forskning."

Dette er blot et af flere banebrydende forslag, der er blevet accepteret til fase I-udvikling, som en del af NASAs NAIC-program for 2021. Selvom kun en håndfuld (eller slet ingen) kan blive fuldt ud realiseret og gå til rummet i de kommende år, programmet fører til inspirerede ideer, der illustrerer, hvordan menneskehedens fremtid i rummet vil se ud.