Săptămâna trecută, de luni, 27 februarie până miercuri, 1 martie, NASA a găzduit „Atelierul Planetary Science Vision 2050” la sediul central din Washington, DC. Pe parcursul numeroaselor prezentări, discursuri și adrese care au alcătuit atelierul, NASA și filialele sale au împărtășit numeroasele lor propuneri pentru viitorul explorării sistemului solar.
O temă foarte populară în timpul atelierului a fost explorarea lui Titan. Pe lângă faptul că este singurul alt corp din Sistemul Solar cu atmosferă bogată în azot și lichid vizibil pe suprafața sa, are și un mediu bogat în chimie organică. Din acest motiv, o echipă condusă de Michael Pauken (de la Laboratorul de Propulsie Jet de la NASA) a susținut o prezentare în care sunt prezentate numeroasele moduri în care poate fi explorat folosind vehicule aeriene.
Prezentarea, intitulată „Știința într-o varietate de regiuni științifice de la Titan folosind platforme aeriene”, a fost prezidată și de membrii industriei aerospatiale - cum ar fi AeroVironment și Global Aerospace din Monrovia, California și Thin Red Line Aerospace de la Chilliwack, BC. Împreună, au examinat diferitele concepte ale platformelor aeriene propuse pentru Titan încă din 2004.
În timp ce conceptul de explorare a Titanului cu drone aeriene și baloane datează din anii ’70 -’80, 2004 a fost deosebit de important, deoarece în acest moment debarcatorul Huygens a efectuat prima explorare a suprafeței lunii. Din acel moment, au fost făcute multe propuneri interesante și fezabile pentru platforme aeriene. După cum a spus dr. Pauken pe Space Magazine prin e-mail:
“Misiunea Cassini-Huygens a dezvăluit multe despre Titan despre care nu știam înainte și asta a ridicat și multe alte întrebări. Ne-a ajutat să stabilim că imaginea suprafeței este posibilă sub 40 de km altitudine, așa că este interesant să știm că putem face fotografii aeriene cu Titan și să le trimitem înapoi acasă. "
Aceste concepte pot fi împărțite în două categorii, care sunt ambarcațiunile Lighter-Than-Air (LTA) și ambarcațiunile Heavier-Than-Air (HTA). Și după cum a explicat Pauken, acestea sunt ambele potrivite când vine vorba de explorarea unei luni ca Titan, care are o atmosferă de fapt mai densă decât Pământul - 146,7 kPa la suprafață, comparativ cu 101 kPa la nivelul mării de pe Pământ - dar doar 0,14 de ori gravitația (similară cu Luna).
"Densitatea atmosferei Titan este mai mare decât Pământul, deci este excelent pentru zborul vehiculelor mai ușoare decât aerul, precum un balon", a spus el. „Greutatea scăzută a Titanului este un beneficiu pentru vehiculele mai grele decât aerul, cum ar fi elicoptere sau avioane, deoarece acestea vor„ cântări ”mai puțin decât ar face pe Pământ.”
„Conceptele LTA mai ușoare decât aerul sunt pline de viață și nu au nevoie de energie pentru a rămâne la distanță, astfel încât mai multă energie să poată fi direcționată către instrumente și comunicații științifice. Conceptele mai grele decât aerul trebuie să consume energie pentru a rămâne în aer, care se îndepărtează de știință și telecomunicații. Dar HTA poate fi direcționat către ținte mai repede și mai precis cu privire la vehiculele LTA care se deplasează în mare parte cu vântul. "
Balon TSSM Montgolfiere:
Planurile de utilizare a unui balon Montgolfiere pentru a explora Titanul sunt din 2008, când NASA și ESA au dezvoltat în comun conceptul Titan Saturn System Mission (TSSM). Un concept al misiunii flagship, TSSM ar fi format din trei elemente, inclusiv un orbitor NASA și două elemente in-situ concepute ESA - un lander pentru a explora lacurile Titanului și un balon Montgolfiere pentru a-i explora atmosfera.
Orbiterul s-ar baza pe un sistem de alimentare radioizotopică (RPS) și pe o energie electrică solară (SEP) pentru a ajunge la sistemul Saturn. Și în drum spre Titan, ar fi responsabilă examinarea magnetosferei lui Saturn, zburând prin penele Enceladus, pentru a o analiza pentru markeri biologici și a face imagini cu „Tigri Stripes” ale Enceladus în regiunea polară sudică.
Odată ce orbitorul ar fi obținut inserția orbitală cu Saturn, acesta va elibera Montgolfiere în timpul primului său flyb Titan. Controlul atitudinii pentru balon ar fi asigurat prin încălzirea gazului ambiental cu căldură reziduală RPS. Misiunea principală va dura un total de aproximativ 4 ani, cuprinzând un turneu Saturn de doi ani, o fază de aero-prelevare Titan de 2 luni și o fază de orbitare Titan de 20 de luni.
Dintre avantajele acestui concept, cel mai evident este faptul că un vehicul Montgolfiere alimentat de RPS ar putea funcționa în atmosfera lui Titan timp de mai mulți ani și ar putea schimba altitudinea doar cu consum energetic minim. La acea vreme, conceptul TSSM era în concurență cu propuneri de misiune pentru lunile Europei și Ganymede.
În februarie 2009, atât TSSM, cât și conceptul Europa Jupiter System Mission (EJSM) au fost alese pentru a merge mai departe în dezvoltare, dar EJSM a primit prima prioritate. Această misiune a fost redenumită Europa Clipper și este programată pentru lansare în 2020 (și a sosit la Europa până în 2026).
Balon Titan Helium:
Cercetările ulterioare asupra baloanelor Montgolfiere au relevat faptul că ani de serviciu și cheltuieli minime de energie ar putea fi realizate și într-un design de balon mult mai compact. Combinând un design învelit cu heliu, o astfel de platformă ar putea funcționa în cerul Titanului de patru ori mai mult decât baloanele de pe Pământ, datorită unei rate de difuzie mult mai lente.
Controlul altitudinii ar fi posibil și cu cantități foarte modeste de energie, care ar putea fi furnizate fie prin pompă sau prin compresie mecanică. Astfel, cu un RPS care furnizează putere, platforma ar putea fi de așteptat să dureze mai mult decât modelele de baloane comparabile. Acest balon cu înveliș de heliu ar putea fi, de asemenea, asociat cu un planor pentru a crea un vehicul mai ușor decât aer, capabil și de mișcare laterală.
Exemple în acest sens includ Aerobot Titan Winged Aerobot (TWA, prezentat mai jos), care a fost investigat ca parte a programului de cercetare inovare (Small Business pentru Fază 2016) de la NASA. Dezvoltat de Global Aerospace Corporation, în colaborare cu Northrop Grumman, TWA este un vehicul hibrid de intrare, balon și planor manevrabil cu control direcțional 3-D care ar putea satisface multe obiective științifice.
Ca și conceptul Mongtolfiere, s-ar baza pe puterea minimă furnizată de un singur RPS. Sistemul său unic de flotabilitate i-ar permite, de asemenea, să coboare și să urce fără a fi nevoie de sisteme de propulsie sau suprafețe de control. Un dezavantaj este faptul că nu poate ateriza pe suprafața lunii pentru a efectua cercetări și apoi a decola. Cu toate acestea, proiectarea permite zboruri la altitudine mică, ceea ce ar permite livrarea de sonde la suprafață.
Alte concepte care au fost dezvoltate în ultimii ani includ aeronavele mai grele decât cele aeriene, care se concentrează în jurul dezvoltării de vehicule cu aripi fixe și rotorcraft.
Vehicule cu aripi fixe:
Conceptele pentru aeronave cu aripi fixe au fost, de asemenea, propuse în trecut pentru o misiune în Titan. Un exemplu notabil în acest sens este vehiculul aerian pentru recunoștința in situ și aeriană (AVIATR), un vehicul aerian fără pilot (UAV), propus de Jason Barnes și Lawrence Lemke în 2011 (al Universității din Idaho și al Universității Central Michigan, respectiv).
Bazându-se pe un RPS care ar folosi căldura uzată a Plutoniului 238 în descompunere pentru a alimenta o turbină mică montată pe spate, această navă cu putere redusă ar profita de atmosfera densă și de gravitație scăzută a Titanului pentru a conduce zborul susținut. O nouă strategie de „urcare-apoi-alunecare”, în care motorul s-ar opri în timpul perioadelor de alunecare, ar permite, de asemenea, stocarea puterii pentru utilizare optimă în timpul sesiunilor de telecomunicații.
Aceasta abordează un dezavantaj major al vehiculelor cu aripi fixe, care este nevoia de a subdiviza puterea între nevoile menținerii zborului și efectuarea cercetărilor științifice. Cu toate acestea, AVIATR este limitat într-un aspect, prin faptul că nu poate coborî la suprafață pentru a efectua experimente științifice sau pentru a colecta probe.
Giravioane:
Ultimul, dar nu în ultimul rând, este conceptul pentru un rotorcraft. În acest caz, platforma aeriană ar fi un quadcopter, care ar fi bine adaptat atmosferei Titan, ar permite o ascensiune și coborâre ușoară, precum și pentru efectuarea de studii la suprafață. De asemenea, ar profita de evoluțiile făcute în UAV-uri comerciale și drone în ultimii ani.
Acest concept al misiunii ar fi format din două componente. Pe de o parte, există motorul - cunoscut sub numele de Titan Aerial Daughtercraft (TAD) - care s-ar baza pe un sistem de baterii reîncărcabile pentru a se alimenta în timp ce efectua zboruri de scurtă durată (aproximativ o oră la un moment dat). A doua componentă este „Mothercraft”, care ar avea forma unui lander sau balon, pe care TAD ar reveni între zboruri pentru a se reîncărca dintr-un RPS de la bord.
În prezent, Jet Propulsion Laboratorul NASA dezvoltă un concept similar, cunoscut sub numele de Mars Helicopter „Scout”, pentru utilizare pe Marte - care este de așteptat să fie lansat la bordul misiunii Mars 2020. În acest caz, proiectarea necesită două rotoare coaxiale contra-rotative, care ar oferi cel mai bun raport tracțiune-greutate în atmosfera subțire a lui Marte.
Un alt concept de rotorcraft este urmărit de Elizabeth Turtle și colegii de la John Hopkins APL și de la Universitatea din Idaho (inclusiv James Barnes). Cu sprijinul NASA și membrii Centrului de zbor spațial Goddard, Universitatea de stat din Pennsylvania și Robotica Honeybee, au propus un concept cunoscut sub numele de „Dragonfly”.
Vehiculul lor aerian s-ar baza pe patru rotoare pentru a profita de atmosfera groasă și de gravitația scăzută a Titanului. Proiectarea sa i-ar permite de asemenea să obțină probe cu ușurință și să determine compoziția suprafeței în mai multe regiuni geologice. Aceste descoperiri vor fi prezentate în cadrul celei de-a 48-a Conferințe de știință lunară și planetară - care va avea loc între 20 și 24 martie în The Woodlands, Texas.
În timp ce explorarea Titanului este probabil să se așeze înapoi în explorarea Europei în următoarele decenii, se anticipează că o misiune va fi montată înainte de mijlocul acestui secol. Nu numai că obiectivele științifice sunt la fel aceleași în ambele cazuri - o șansă de a explora un mediu unic și de a căuta viața dincolo de Pământ - dar și beneficiile vor fi comparabile.
Cu fiecare corp potențial purtător de viață pe care îl explorăm, stăm să aflăm mai multe despre cum a început viața în Sistemul nostru solar. Și chiar dacă nu găsim viață în acest proces, stăm să învățăm foarte multe despre istoria și formarea Sistemului Solar. În plus, vom fi cu un pas mai aproape de a înțelege locul umanității în Univers.
