Dragonfly (космический аппарат)

Dragonfly (в переводе с англ. — «стрекоза») — проект космического аппарата и одноимённой 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].

Дрэгонфлай
Dragonfly
Заказчик НАСА
Производитель Лаборатория прикладной физики
Оператор НАСА и Лаборатория прикладной физики
Задачи исследование Титана
Запуск июнь 2027 (2027-06)
Технические характеристики
Масса 450 кг
Мощность 70 Вт
dragonfly.jhuapl.edu
 Медиафайлы на Викискладе

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»[4][5][6]. 27 июня 2019 года НАСА выбрало проект в качестве победителя[7][8]. Запуск аппарата с Земли запланирован на 2027 год, прибытие к Сатурну и спуск на поверхность Титан ожидается в 2036 году, после чего аппарат сможет работать на Титане более двух с половиной лет[9][10].

Обзор

Космический аппарат «Дрэгонфлай» совершит посадку на Титан, где будет осуществлять поиск микробной жизни и изучать жизнепригодность спутника, пребиотическую химию в разных местах Титана. 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[11][12].

Из-за наличия на Титане поверхностных жидких углеводородов и, возможно, подповерхностной воды, там мог образоваться так называемый первичный бульон, в связи с чем этот спутник Сатурна представляет большой интерес для астробиологов[13].

История
Предыдущий проект миссии на Титан, TSSM, с воздушным шаром и посадочным модулем
Титан, крупнейший спутник Сатурна, обладает плотной атмосферой и низкой силой тяжести по сравнению с Землей, что облегчает полёт в его атмосфере

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 Джонса Хопкинса[14]. Научным руководителем проекта стала Элизабет Тертл, планетолог Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса[12]. Концепция миссии основана на более ранних разработках, рассматривавших возможность воздушной навигации по Титану, включая исследование 2007 года Titan Explorer[15], в котором предлагалось запустить на Титане монгольфьер (TSSM)[16] или аэроплан (AVIATR)[11]. Концепция миссии «Дрэгонфлай» предполагает использование многовинтового аппарата[17] для перемещения научно-исследовательских инструментов в разные участки Титана и изучения деталей поверхности, атмосферы и геологии спутника Сатурна.

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». 27 июня 2019 года НАСА выбрало миссию Dragonfly, после чего начнётся разработка, детальное проектирование и строительство аппарата с ожидаемым запуском в 2027 году в рамках четвёртой миссии программы «Новые рубежи»[18][19][7][20].

Финансирование и разработка

До конца 2018 года проекты миссий CAESAR и Dragonfly получили по 4 млн долларов США на дальнейшую более детальную проработку[19]. После выбора миссии Dragonfly началось проектирование, разработка и строительство аппарата, а запуск будет осуществлён в 2027 году[18][19][7][10]. Данная 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[21], которые являются смесью углеводородов (органических веществ) в атмосфере и на поверхности Титана[22][23]. 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[24].

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»[25]. 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[26].

19 июля 2021 года в журнале The Planetary Science Journal была опубликована статья «Science Goals and Objectives for the Dragonfly Titan Rotorcraft Relocatable Lander»[27], в которой авторы во главе с заместителем руководителя проекта Dragonfly Джейсоном Барнсом из Университета Айдахо привели утвержденный список научных целей для ортокоптера[28]:

  • Картографирование поверхности Титана с помощью цветных детальных снимков, при этом на фотографиях мест отбора проб грунта должны быть различимы зерна размером менее 120 микрометров.
  • Изучение состава поверхностного слоя Титана как минимум в трех разных ландшафтах: дюны, окрестности ударных кратеров и области вблизи русел рек.
  • Поиск как органических, так и неорганических пребиотически релевантных молекул, в том числе, аминокислот, азотистых оснований, липидов и сахаров, а также определение их концентрации в грунте и других свойств, в том числе хиральность.
  • Определение содержания в грунте водяного льда.
  • Определение сейсмчиеской активности Титана.
  • Идентификация источников и поглотителей метана и определение их роли в метановом гидрологическом цикле Титана.
  • Определение химического состава атмосферы, в частности содержание в ней неона и аргона, что позволит наложить ограничения на модели эволюции атмосферы Титана и поможет разобраться в механизмах осаждения различных веществ из атмосферы на поверхности спутника.
  • Мониторинг температуры, давления, содержания водорода и метана в атмосфере, скорости и направления ветра.

Дизайн и конструкция
Радиоизотопный термоэлектрический генератор Mars Science Laboratory, отправленный на Марс для питания «Кьюриосити»

Согласно проекту, «Дрэгонфлай» — винтокрылый летательный аппарат. После спуска на поверхность он должен работать как большой квадрокоптер с двойными винтами, то есть октокоптер[11]. Подобная конфигурация винтов позволит аппарату перемещаться даже в случае потери одного винта либо мотора[11]. Каждый винт будет диаметром около 1 метра[11]. Аппарат сможет перемещаться со скоростью около 36 км/ч и подниматься на высоту до 4 км[11].

Энергия, необходимая для того, чтобы аппарат с подобной массой завис в воздухе, на Титане в 38 раз меньше, чем на Земле[29] из-за более плотной атмосферы и низкой силы тяжести[1]. Атмосфера Титана в четыре раза плотнее, чем на Земле, а сила тяжести составляет около 15 % от земной, поэтому на Титане проще летать. С другой стороны, есть ряд факторов осложняющих миссию, нужно учитывать низкие рабочие температуры, которые составляют около −180 °C у поверхности, а также слабую освещённость[16]. «Дрэгонфлай» сможет преодолевать значительные расстояния, питаясь от батареи, подзаряжаемой от радиоизотопного термоэлектрического генератора (MMRTG) в ночное время[30]. Радиоизотопный термоэлектрический генератор MMRTG преобразует тепловую энергию от естественного распада радиоизотопов в электрическую энергию[11]. 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 места 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[11], а также два бура для сбора образцов (по одному у каждой посадочной лыжи) и последующего анализа в масс-спектрометре[11].

В ночное время, которое длится на Титане около 8 земных дней, аппарат будет находиться на поверхности[11]. 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»[11].

Предполагаемое научное оборудование
  • Масс-спектрометр DraMS (Dragonfly Mass Spectrometer) — масс-спектрометр 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.
  • Бур-манипулятор DrACO (Drill for Acquisition of Complex Organics) — не является научным оборудованием, но просверлит поверхность Титана и вакуумирует образцы поверхности и доставит их в прибор DraMS при криогенной температуре.

Место посадки
Шангри-Ла — обширная тёмная область в центре

Планируется, что местом посадки винтокрылого летательного аппарата Dragonfly станет область Шангри-Ла[31], расположенная около экватора и на 700 км севернее места посадки «Гюйгенса». Dragonfly должен будет исследовать эту область посредством серии полётов (до 8 км каждый) и анализа образцов с поверхности. Затем планируется полёт в сторону кратера Селк, где в прошлом, возможно, была вода в жидком виде. Общая протяжённость полётов аппарата может превысить 175 км[31].

См. также

Примечания
  1. Dragonfly: Exploring Titan's Prebiotic Organic Chemistry and Habitability (англ.) (недоступная ссылка). USRA Houston. Дата обращения: 25 января 2018. Архивировано 5 апреля 2018 года.
  2. Dragonfly: Titan Rotorcraft Lander (англ.). The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (2017).
  3. Redd, Nola Taylor 'Dragonfly' Drone Could Explore Saturn Moon Titan (англ.). Space.com (25 апреля 2017).
  4. NASA Invests in Concept Development for Missions to Comet, Saturn Moon Titan (англ.) (недоступная ссылка — история ). NASA Solar System Exploration.
  5. Dragonfly And CAESAR: NASA Greenlights Concepts For Missions To Titan And Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko (англ.) (недоступная ссылка). Science 2.0 (20 декабря 2017). Дата обращения: 25 января 2018. Архивировано 24 января 2018 года.
  6. НАСА отправит "ядерный вертолет" на Титан и вернется на "советскую" комету. RIA.ru (20 декабря 2017).
  7. Edward Helmore and agencies. Nasa to send Dragonfly drone to explore Titan, Saturn's largest moon (англ.). The Guardian (27 июня 2019).
  8. NASA отправит аппарат Dragonfly для поиска жизни на спутнике Сатурна Титане. Tass.ru (28 июня 2019).
  9. Aerospace engineers developing drone for NASA concept mission to Titan (англ.). Pennsylvania State University (9 января 2018).
  10. Dragonfly Launch Moved to 2027 (англ.). NASA (25 сентября 2020).
  11. Dragonfly: A Rotorcraft Lander Concept for Scientific Exploration at Titan (PDF) (англ.) (недоступная ссылка). Johns Hopkins APL Technical Digest (2017). Дата обращения: 25 января 2018. Архивировано 22 декабря 2017 года.
  12. NASA Selects Johns Hopkins APL-Led Mission to Titan for Further Development (англ.). Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (21 декабря 2017).
  13. Dragonfly: Exploring Titan's Surface with a New Frontiers Relocatable Lander (англ.) (недоступная ссылка — история ). American Astronomical Society, DPS meeting #49, id.219.02. (2017).
  14. Dragonfly APL TechDigest (PDF) (англ.) (недоступная ссылка). JHUAPL.edu. Дата обращения: 25 января 2018. Архивировано 22 декабря 2017 года.
  15. Titan Explorer - Flagship Study (PDF) (англ.) (недоступная ссылка). NASA and APL (2008). Дата обращения: 25 января 2018. Архивировано 1 февраля 2017 года.
  16. Montgolfiere Aerobots for Titan (PDF) (англ.) (недоступная ссылка). NASA's Jet Propulsion Laboratory. Дата обращения: 25 января 2018. Архивировано 22 декабря 2016 года.
  17. Langelaan J. W. et al. (2017) Proc. Aerospace Conf. IEEE.
  18. Spacewatch: out-of-this-world drone with a Titanic task ahead (англ.). The Guardian (21 декабря 2017).
  19. Chang, Kenneth Finalists in NASA's Spacecraft Sweepstakes: A Drone on Titan, and a Comet-Chaser (англ.). The New York Times (19 ноября 2017).
  20. NASA's Dragonfly Will Fly Around Titan Looking for Origins, Signs of Life (англ.). NASA.gov (27 июня 2019).
  21. What in the world(s) are tholins? (англ.). Planetary.org (23 июля 2015).
  22. Giant Tropical Lake Found on Saturn Moon Titan (англ.) (недоступная ссылка — история ). Space.com (13 июня 2012).
  23. New Images from the Huygens Probe: Shorelines and Channels, But an Apparently Dry Surface (англ.). Planetary.org (15 января 2005).
  24. Williams, Matt Dragonfly Proposed to NASA as Daring New Frontiers Mission to Titan (англ.). Universe Today (25 августа 2017).
  25. Robert Zubrin, Entering Space: Creating a Spacefaring Civilization, section: Titan, pp. 163—166, Tarcher/Putnam, 1999, ISBN 978-1-58542-036-0
  26. 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
  27. Science Goals and Objectives for the Dragonfly Titan Rotorcraft Relocatable Lander. The Planetary Science Journal (19.07.2021).
  28. Планетологи определили цели для дрона на Титане. N+1 (13.08.2021).
  29. R. Lorenz, «Titan Here We Come!», New Scientist, July 15, 2000.
  30. Post-Cassini Exploration of Titan: Science Rationale and Mission Concepts (PDF) (англ.). Journal of the British Interplanetary Society (2000).
  31. NASA's Dragonfly Will Fly Around Titan Looking for Origins, Signs of Life (англ.). NASA.gov (27 июня 2019).

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.