Dragonfly (космический аппарат)
Дрэгонфлай | |
Dragonfly | |
Заказчик | |
---|---|
Производитель | |
Оператор | |
Задачи |
исследование Титана |
Запуск | |
Технические характеристики | |
Масса |
450 кг |
Мощность |
70 Вт |
Сайт проекта | |
Дрэгонфлай на Викискладе |
Dragonfly (в переводе с английского — «стрекоза») — проект космического аппарата и одноименной миссии, предполагающей посадку винтокрылого летательного аппарата на Титан, крупнейший спутник Сатурна. Целью исследований является поиск пребиотической химии и жизнепригодности в различных областях Титана, для чего спускаемый аппарат должен обладать возможностью вертикального взлёта и посадки (VTOL)[1][2][3].
Титан уникален тем, что на его поверхности находятся углеводороды в жидкой форме, из-за чего он представляет интерес для исследований в сфере астробиологии и абиогенеза[1]. Миссия была предложена Лабораторией прикладной физики Университета Джонса Хопкинса в апреле 2017 года в рамках программы НАСА «Новые рубежи». В декабре 2017 года миссия стала финалистом конкурса, будучи выбранной (наряду с миссией CAESAR) из двенадцати предложений четвёртого этапа «Новых рубежей». Окончательное решение по данной миссии будет принято в 2019 году[4][5][6]. В случае выбора данной миссии запуск аппарата с Земли будет осуществлён в середине 2020-х годов, спуск на Титан в 2034 году, после чего аппарат сможет работать на поверхности спутника Сатурна более двух с половиной лет[7].
Содержание
Обзор
Космический аппарат «Дрэгонфлай» совершит посадку на Титан, где будет осуществлять поиск микробной жизни и изучать пребиотическую химию в разных местах спутника Сатурна. Аппарат будет способен осуществлять контролируемые полёты, а также вертикальные взлёты и посадки. Генератор аппарата будет работать на радиоактивных изотопах. Миссия предполагает перелёты аппарата в разные области на поверхности Титана с последующим сбором и анализом образцов[8][9].
Из-за возможного наличия как жидких углеводородов, так и жидкой воды на поверхности Титана, там мог образоваться так называемый первичный бульон, в связи с чем этот спутник Сатурна представляет большой интерес для астробиологов[10].
История
Изначальная идея миссии «Дрэгонфлай» возникла в конце 2015 года в ходе беседы за ужином между учёными Джейсоном У. Барнсом (Jason W. Barnes) из Университета Айдахо и Ральфом Д. Лоренцом (Ralph D. Lorenz) из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса[11]. Научным руководителем проекта стала Элизабет Тертл, планетолог Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса[9]. Концепция миссии основана на более ранних разработках, рассматривавших возможность воздушной навигации по Титану, включая исследование 2007 года Titan Explorer[12], в котором предлагалось запустить на Титане монгольфьер (TSSM)[13] или аэроплан (AVIATR)[8]. Концепция миссии «Дрэгонфлай» предполагает использование многовинтового аппарата[14] для перемещения научно-исследовательских инструментов в разные участки Титана и изучения деталей поверхности, атмосферы и геологии спутника Сатурна.
НАСА выберет одну из двух миссий-финалистов (Dragonfly или CAESAR) в июле 2019 года, после чего начнётся строительство аппарата с ожидаемым запуском в 2024 или 2025 году в рамках четвёртой миссии программы «Новые рубежи»[15][16].
Финансирование и разработка
До конца 2018 года проекты миссий CAESAR и Dragonfly получат по 4 млн долларов США на дальнейшую более детальную проработку[16]. НАСА выберет одну из этих миссий в июле 2019 года, после чего начнётся строительство аппаратов, а запуск будет осуществлён в 2024 или 2025 году[15][16]. Выбранная миссия станет четвёртой в рамках программы «Новые рубежи».
Научные задачи
В 2005 году спускаемый аппарат «Гюйгенс» Европейского космического агентства получил некоторые данные о составе атмосферы и поверхности Титана. Так, зонд обнаружил толины[17], которые являются смесью углеводородов (органических веществ) в атмосфере и на поверхности Титана[18][19]. Из-за плотной атмосферы Титана точный химический состав, в том числе содержание определённых углеводородов на нём остаётся неизвестным, для чего и требуется изучение спускаемым аппаратом в различных зонах на его поверхности[20].
Наибольший интерес для исследований представляют места на Титане, где вследствие таяния или криовулканизма появляется вода в жидком виде, реагируя с органическими соединениями. «Дрэгонфлай» сможет, в случае своего воплощения, исследовать различные зоны на поверхности Титана в поисках пребиотической химии и биосигнатур, основанных на воде или углеводородах[1].
Роберт Зубрин полагает, что Титан обладает необходимыми условиями для поддержания микробной жизни: «Определённо, Титан является наиболее гостеприимным внеземным миром во всей нашей Солнечной системе для колонизации человечеством»[21]. Атмосфера Титана содержит азот и метан, также метан в жидком виде находится на поверхности спутника Сатурна. Возможно, что под поверхностью Титана также есть жидкая вода и аммиак, которые могут доставляться на поверхность криовулканической активностью[22].
Дизайн и конструкция
Согласно проекту, «Дрэгонфлай» — винтокрылый летательный аппарат. После спуска на поверхность он должен работать как большой квадрокоптер с двойными винтами, то есть октокоптер[8]. Подобная конфигурация винтов позволит аппарату перемещаться даже в случае потери одного винта либо мотора[8]. Каждый винт будет диаметром около 1 метра[8]. Аппарат сможет перемещаться со скоростью порядка 36 км/ч и подниматься на высоту до 4 км[8].
Энергия, необходимая для того, чтобы аппарат с подобной массой завис в воздухе, на Титане в 38 раз меньше, чем на Земле[23] из-за более плотной атмосферы и низкой силы тяжести[1]. Атмосфера Титана в четыре раза плотнее, чем на Земле, а сила тяжести составляет порядка 15% от земной, поэтому на Титане проще летать. С другой стороны, нужно учитывать низкие температуры и слабую освещённость[13]. «Дрэгонфлай» сможет преодолевать значительные расстояния, питаясь от батареи, подзаряжаемой от радиоизотопного термоэлектрического генератора (MMRTG) в ночное время[24]. Радиоизотопный термоэлектрический генератор MMRTG преобразует тепловую энергию от естественного распада радиоизотопов в электрическую энергию[8]. На одном заряде батареи аппарат сможет летать несколько часов, преодолевая несколько десятков километров, после чего будет производиться подзарядка[1]. Во время полёта сенсоры аппарата будут фиксировать новые возможные локации для исследования.
Согласно предварительным оценкам и моделированию, масса аппарата «Дрэгонфлай» может составить 450 кг (990 фунтов). На аппарате будет размещён тепловой экран диаметром 3,7 м[8], а также два бура для сбора образцов (по одному у каждой посадочной лыжи) и последующего анализа в масс-спектрометре[8].
В ночное время, которое длится на Титане около 8 земных дней, аппарат будет находиться на поверхности[8]. В это время он сможет собирать и анализировать образцы грунта, проводить сейсмологические исследования, метеорологический мониторинг и микроскопическое фотографирование местности с использованием светодиодной подсветки, как на аппаратах «Феникс» и «Кьюриосити»[8].
Предполагаемое научное оборудование
- Масс-спектрометр DraMS (Dragonfly Mass Spectrometer) — масс-спекторметр для определения химического состава проб с Титана
- Спектрометр гамма-лучей и нейтронов DraGNS (Dragonfly Gamma-Ray and Neutron Spectrometer) для определения химического состава проб с поверхности и из воздуха
- Геофизической и метеорологический блок DraGMet (Dragonfly Geophysics and Meteorology Package) — набор метеорологических и геофизических сенсоров для определения атмосферных условий, а также проб с поверхности
- Фотокамера DragonCam (Dragonfly Camera Suite) — несколько микро- и панорамных камер для фотосъёмки поверхности Титана и поиска потенциально интересных площадок для исследования
См. также
- Атмосфера Титана
- CAESAR, второй финалист
- «Гюйгенс», зонд, совершивший посадку на Титан в 2005 году
- Колонизация Титана
- Titan Saturn System Mission
Примечания
- ↑ Dragonfly: Exploring Titan's Prebiotic Organic Chemistry and Habitability (англ.). USRA Houston.
- Dragonfly: Titan Rotorcraft Lander (англ.). The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (2017).
- 'Dragonfly' Drone Could Explore Saturn Moon Titan (англ.). Space.com (25 April 2017).
- NASA Invests in Concept Development for Missions to Comet, Saturn Moon Titan (англ.). NASA Solar System Exploration.
- Dragonfly And CAESAR: NASA Greenlights Concepts For Missions To Titan And Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko (англ.). Science 2.0 (20 December 2017).
- НАСА отправит "ядерный вертолет" на Титан и вернется на "советскую" комету. RIA.ru (20 декабря 2017).
- Aerospace engineers developing drone for NASA concept mission to Titan (англ.). Pennsylvania State University (9 January 2018).
- ↑ Dragonfly: A Rotorcraft Lander Concept for Scientific Exploration at Titan (PDF) (англ.). Johns Hopkins APL Technical Digest (2017).
- ↑ NASA Selects Johns Hopkins APL-Led Mission to Titan for Further Development (англ.). Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (21 December 2017).
- Dragonfly: Exploring Titan's Surface with a New Frontiers Relocatable Lander (англ.). American Astronomical Society, DPS meeting #49, id.219.02. (2017).
- Dragonfly APL TechDigest (PDF) (англ.). JHUAPL.edu.
- Titan Explorer - Flagship Study (PDF) (англ.). NASA and APL (2008).
- ↑ Montgolfiere Aerobots for Titan (PDF) (англ.). NASA's Jet Propulsion Laboratory.
- ↑ Langelaan J. W. et al. (2017) Proc. Aerospace Conf. IEEE.
- ↑ The Guardian (21 December 2017).
- ↑ The New York Times (19 November 2017).
- What in the world(s) are tholins? (англ.). Planetary.org (23 July 2015).
- Giant Tropical Lake Found on Saturn Moon Titan (англ.). Space.com (13 June 2012).
- New Images from the Huygens Probe: Shorelines and Channels, But an Apparently Dry Surface (англ.). Planetary.org (15 January 2005).
- Dragonfly Proposed to NASA as Daring New Frontiers Mission to Titan (англ.). Universe Today (25 August 2017).
- ↑ Robert Zubrin, Entering Space: Creating a Spacefaring Civilization, section: Titan, pp. 163-166, Tarcher/Putnam, 1999, (ISBN 978-1-58542-036-0).
- ↑ Robert Zubrin, The Case for Mars: The Plan to Settle the Red Planet and Why We Must, p. 146, Simon & Schuster/Touchstone, 1996, (ISBN 978-0-684-83550-1).
- ↑ R. Lorenz, "Titan Here We Come!", New Scientist, July 15, 2000.
- Post-Cassini Exploration of Titan: Science Rationale and Mission Concepts (PDF) (англ.). Journal of the British Interplanetary Society (2000).
Ссылки
- Официальный сайт проекта (англ.)
Dragonfly (космический аппарат).