Titan ar savu blīvo un ogļūdeņražiem bagāto atmosfēru daudzus gadu desmitus ir bijis interešu objekts. Un ar panākumiem Cassini-Huygens Misijas laikā, kas sāka pētīt Saturnu un tā pavadoņu sistēmu jau 2004. gadā, ir daudz priekšlikumu papildu misijām, kas dziļāk izpētītu Titāna un tā metāna jūru virsmu.
Izaicinājumi, ko tas piedāvā, ir izvirzījuši diezgan jaunas idejas, sākot no gaisa baloniem un zemēm līdz peldošiem droniem un zemūdenēm. Bet tieši NASA JHUAPL pētnieku priekšlikums par “Dragonfly” dronu šķiet īpaši piedzīvojumiem bagāts. Šis astoņu lāpstiņu drons spēs vertikāli pacelties un nolaisties (VTOL), dodot iespēju nākamajās desmitgadēs izpētīt gan Titāna atmosfēru, gan virsmu.
Misijas koncepciju ierosināja zinātnes grupa, kuru vadīja NASA Džona Hopkinsa Universitātes Lietišķās fizikas laboratorijas (JHUAPL) planētu zinātniece Elizabete Bruņurupucis. Februārī šī koncepcija tika prezentēta “Planetary Science Vision 2050 Workshop” - kas notika NASA galvenajā mītnē Vašingtonā, DC - un marta beigās atkal 48. Mēness un planētu zinātnes konferencē Woodlands, Teksasā.
Kā bruņurupucis kosmosa žurnālam paskaidroja pa e-pastu, šāda misija ir gan savlaicīga, gan nepieciešama. Tas ne tikai balstītos uz daudziem jaunākajiem sasniegumiem robotu pētnieku jomā (piemēram, Ziņkārības braucējs un Cassini orbiter); bet uz Titāna zinātnisko pētījumu iespēju vienkārši netrūkst. Kā viņa teica:
“Titāns ir okeāna pasaule ar unikālu vērpjot, kas ir bagātīgā un sarežģītā organiskā ķīmija, kas notiek atmosfērā un uz tās virsmas. Šī kombinācija padara Titānu par īpaši labu mērķi, lai izpētītu planētu apdzīvojamību. Viens no lielajiem dzīves attīstības jautājumiem ir tas, kā ķīmiskā mijiedarbība izraisīja bioloģiskos procesus. Titāns miljoniem gadu veica eksperimentus prebiotiskās ķīmijas jomā - laika periodus, kurus nav iespējams reproducēt laboratorijā, un šo eksperimentu rezultāti ir jāsavāc. ”
Viņu priekšlikums daļēji balstās uz iepriekšējiem desmitgades apsekojumiem, piemēram, Kampaņas stratēģijas darba grupu (CSWG) par prebiotisko ķīmiju ārējā saules sistēmā. Šajā aptaujā tika uzsvērts, ka mobilais gaisa transportlīdzeklis (tas ir, dirižablis vai gaisa balons) būtu labi piemērots Titāna izpētei. Titāns ir ne tikai vienīgais zināmais ķermenis, kas nav Zeme, un kurā ir blīva, ar slāpekli bagāta atmosfēra - četras reizes blīvāka nekā Zemei -, bet arī gravitācijas gravitācija ir apmēram 1/7 no Zemes.
Tomēr gaisa baloni un dirižabļi nespētu izpētīt Titāna metāna ezerus, kas ir viens no aizraujošākajiem zīmējumiem, ciktāl tas attiecas uz pētījumiem par prebiotisko ķīmiju. Turklāt gaisa kuģis nespētu veikt virsmas ķīmisku analīzi in situ, līdzīgi kā tas ir Mars Exploration Rovers (Gars, Iespēja un Zinātkāre) ir darījuši uz Marsa.
Kā tāds bruņurupucis un viņas kolēģi sāka meklēt priekšlikumu, kas pārstāvēja labāko no abām pasaulēm - t.i., gaisa platformu un zemi. Tā radās Dragonfly koncepcija.
"Titāna in situ izpētei (helikopteri, dažāda veida baloni, lidmašīnas) ir apsvērtas vairākas dažādas metodes," sacīja Bruņurupucis. “Dragonfly izmanto nesenos sasniegumus vairāku rotoru lidmašīnās, lai nodrošinātu mobilitāti no gaisa zemē ar izsmalcinātu kravnesību. Tā kā Spāre spēs nobraukt lielus attālumus - dažus desmitus kilometru vienlaicīgi un līdz dažiem simtiem kilometru misijas laikā -, būtu iespējams veikt mērījumus vairākās vietās ar ļoti atšķirīgu ģeoloģisko vēsturi. ”
Misija ir arī saskaņā ar koncepcijām, kuras Bruņurupucis un viņas kolēģi - kuru skaitā ir Ralfs Lorenss (arī no JHUAPL), Goddard Kosmosa lidojumu centra treneris Melissa un Jason Barnes no Aidaho universitātes - gadiem ilgi pēta. Agrāk viņi ierosināja misijas koncepciju, kas apvienotu Montgolfière stila balonu ar Pathfinder līdzīgu zemi. Kamēr gaisa balons izpētīs Titānu no neliela augstuma, krastā zemnieks izpētīs virsmu tuvu.
Līdz 48. Mēness un planētu zinātnes konferencei viņi bija oficiāli atklājuši savu “Dragonfly” koncepciju, kas aicināja qaudcopter veikt gan gaisa, gan virsmas pētījumus. Tika apgalvots, ka šis četru rotoru transportlīdzeklis varētu izmantot Titāna biezās atmosfēras un zemā smaguma priekšrocības, lai iegūtu paraugus un noteiktu virsmas sastāvu vairākos ģeoloģiskos apstākļos.
Lai sasniegtu un uzturētu lidojumu, Dragonfly savā pēdējā atkārtojumā iekļauj astoņus rotorus (divus izvietojot katrā no četriem stūriem). Līdzīgi kā Ziņkārība un gaidāmo Marss 2020 Rovers, Dragonfly darbina Multimission radioizotopu termoelektriskais ģenerators (MMRTG). Šī sistēma elektroenerģijas ražošanai izmanto siltumu, ko rada pūšanas plutonijs-238, un tā var gadiem ilgi turpināt robotizētu misiju.
Šis dizains, pēc Bruņurupuča teiktā, piedāvātu zinātniekiem ideālu in-situ platformu Titāna vides izpētei:
“Dragonfly spētu izmērīt dažādu virsmas materiālu kompozīcijas detaļas, kas parādītu, cik tālu organiskā ķīmija ir progresējusi dažādās vidēs. Šie mērījumi varētu atklāt arī uz ūdens bāzes (piemēram, uz Zemes) vai pat uz ogļūdeņražiem balstītas dzīves ķīmiskās pazīmes, ja tāda būtu Titānā. Dragonfly izpētīs arī Titāna atmosfēru, virsmu un pamatni, lai izprastu pašreizējo ģeoloģisko aktivitāti, materiālu pārvadāšanu un organisko materiālu apmaiņas iespēju starp virsmu un iekšējo ūdens okeānu. ”
Šī koncepcija ietver daudzus jaunākos sasniegumus tehnoloģijā, kas ietver modernu vadības elektroniku un komerciālu bezpilota lidaparātu (UAV) dizainu. Bez tam, Spāre varētu atbrīvoties no ķīmiski darbināmiem retrokortiem un varētu darboties starp lidojumiem, piešķirot tam potenciāli daudz ilgāku kalpošanas laiku.
"Un tagad ir ideāls laiks," saka Bruņurupucis, "jo mēs varam balstīties uz to, ko esam iemācījušies no Cassini-Huygens misijas, lai spertu nākamos pasākumus Titāna izpētē."
Pašlaik NASA reaktīvo dzinēju laboratorija izstrādā līdzīgu koncepciju. Paredzēts, ka šo gaisa dronu, kas pazīstams kā Marsa helikopters “Scout” izmantošanai uz Marsa, varēs palaist uz klāja. Marss 2020 misija. Šajā gadījumā dizains prasa divus koaksiālos pretēji rotējošos rotorus, kas nodrošinātu vislabāko vilces un svara attiecību Marsa atmosfērā.
Šāda VTOL platforma varētu kļūt par galveno atbalstu nākamajās desmitgadēs, kur vien ir vajadzīgas ilgtermiņa misijas, kurās iesaistītas struktūras, kurās ir atmosfēra. Starp Marsu un Titānu šādi gaisa droni varēja lēkt no viena apgabala uz otru, iegūstot paraugus in-situ analīzei un apvienojot virsmas pētījumus ar atmosfēras rādījumiem dažādos augstumos, lai iegūtu pilnīgāku priekšstatu par planētu.
