Dzięki gęstej i bogatej w węglowodory atmosferze Titan jest przedmiotem zainteresowania od wielu dziesięcioleci. I z sukcesem Cassini-Huygens misji, która rozpoczęła eksplorację Saturna i jego systemu księżyców w 2004 roku, jest wiele propozycji dalszych misji, które miałyby na celu zbadanie powierzchni Tytana i jego mórz metanowych na większej głębokości.
Wyzwania, które to przedstawia, doprowadziły do powstania raczej nowatorskich pomysłów, od balonów i lądowników po pływające drony i okręty podwodne. Ale to propozycja drona „Ważki” przez naukowców z JHUAPL NASA wydaje się szczególnie ryzykowna. Ten ośmio-ostrzowy dron będzie zdolny do startu i lądowania w pionie (VTOL), umożliwiając mu badanie zarówno atmosfery, jak i powierzchni Tytana w nadchodzących dziesięcioleciach.
Koncepcję misji zaproponował zespół naukowy kierowany przez Elizabeth Turtle, planetolog z NASA Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHUAPL). W lutym koncepcja została zaprezentowana podczas „Planetary Science Vision 2050 Workshop” - które odbyło się w siedzibie NASA w Waszyngtonie - i ponownie pod koniec marca na 48. konferencji Lunar and Planetary Science w The Woodlands w Teksasie.
Taka misja, jak Turtle wyjaśnił Space Magazine za pośrednictwem poczty elektronicznej, jest zarówno terminowa, jak i konieczna. Opiera się on nie tylko na wielu najnowszych osiągnięciach robotów-odkrywców (takich jak Łazik ciekawości i Cassini orbiter); ale na Titanie po prostu nie brakuje możliwości badań naukowych. Jak to ujęła:
„Tytan to świat oceanów o wyjątkowym wydźwięku, jakim jest bogata i złożona chemia organiczna występująca w jego atmosferze i na powierzchni. Ta kombinacja sprawia, że Tytan jest szczególnie dobrym celem do badania możliwości zamieszkiwania planet. Jednym z głównych pytań dotyczących rozwoju życia jest to, w jaki sposób interakcje chemiczne doprowadziły do procesów biologicznych. Titan od milionów lat eksperymentuje z chemią prebiotyczną - skale czasowe, których nie można odtworzyć w laboratorium - i wyniki tych eksperymentów są do zebrania ”.
Ich propozycja jest częściowo oparta na poprzednich badaniach dekadalnych, takich jak grupa robocza ds. Strategii kampanii (CSWG) ds. Chemii prebiotycznej w zewnętrznym układzie słonecznym. W badaniu podkreślono, że mobilny pojazd powietrzny (np. Sterowiec lub balon) dobrze nadaje się do eksploracji Tytana. Tytan jest nie tylko jedynym znanym ciałem innym niż Ziemia, które ma gęstą, bogatą w azot atmosferę - czterokrotnie gęstszą niż Ziemia - ale także grawitacja jest około 1/7 siły ziemskiej.
Jednak balony i sterowce nie byłyby w stanie badać jezior metanowych Tytana, które są jednym z najbardziej ekscytujących sposobów, jeśli chodzi o badania nad chemią prebiotyków. Co więcej, pojazd powietrzny nie byłby w stanie przeprowadzić chemicznej analizy powierzchni in situ, podobnie jak w przypadku łazików eksploracyjnych Marsa (Duch, okazja i Ciekawość) robili na Marsie.
W związku z tym Turtle i jej koledzy zaczęli szukać propozycji, która reprezentowałaby najlepsze z obu światów - tj. Platformę lotniczą i lądownik. To była geneza koncepcji Dragonfly.
„Rozważono kilka różnych metod eksploracji lotniczej Tytana in situ (śmigłowce, różne typy balonów, samoloty)”, powiedział Turtle. „Dragonfly korzysta z najnowszych osiągnięć samolotów wielowirnikowych, aby zapewnić mobilność powietrzną lądownika o wyrafinowanej ładowności. Ponieważ Dragonfly byłby w stanie pokonywać duże odległości - kilkadziesiąt na raz, a nawet kilkaset kilometrów w trakcie misji - możliwe byłoby wykonywanie pomiarów w wielu miejscach o bardzo różnych historiach geologicznych. ”
Misja jest również zgodna z koncepcjami, które Turtle i jej koledzy - w tym Ralph Lorenz (także z JHUAPL), trener Melissy z Goddard Space Flight Center i Jason Barnes z University of Idaho - badali od lat. W przeszłości zaproponowali koncepcję misji, która łączyłaby balon w stylu Montgolfière z lądownikiem podobnym do Pathfindera. Podczas gdy balon eksplorował Tytana z małej wysokości, lądownik badał powierzchnię z bliska.
Podczas 48. Konferencji Nauk Księżycowych i Planetarnych oficjalnie zaprezentowali swoją koncepcję „Dragonfly”, w której wezwano qaudcopter do przeprowadzenia badań lotniczych i powierzchniowych. Argumentowano, że ten czterotorowy pojazd byłby w stanie wykorzystać gęstą atmosferę Tytana i niską grawitację w celu uzyskania próbek i określenia składu powierzchni w różnych ustawieniach geologicznych.
W najnowszej wersji Dragonfly zawiera osiem wirników (dwa umieszczone w każdym z czterech rogów), aby osiągnąć i utrzymać lot. Podobnie jak Ciekawość i nadchodzące Mars 2020 łaziki, Dragonfly będzie zasilany przez Multimission Radioizotope Thermoelectric Generator (MMRTG). System ten wykorzystuje ciepło wytwarzane przez rozkład plutonu-238 do wytwarzania elektryczności i może utrzymywać robotyczną misję przez lata.
Ten projekt, mówi Turtle, oferowałby naukowcom idealną platformę do badania środowiska Titan na miejscu:
„Ważka byłaby w stanie zmierzyć szczegóły składu różnych materiałów powierzchniowych, co pokazałoby, jak daleko posunęła się chemia organiczna w różnych środowiskach. Pomiary te mogą również ujawnić chemiczne ślady życia na bazie wody (takiego jak na Ziemi), a nawet życia na bazie węglowodorów, jeśli którekolwiek byłyby obecne na Tytanie. Dragonfly zbadałby również atmosferę, powierzchnię i podpowierzchnię Tytana, aby zrozumieć bieżącą aktywność geologiczną, sposób transportu materiałów oraz możliwość wymiany materiału organicznego między powierzchnią a wewnętrznym oceanem wodnym. ”
Koncepcja ta obejmuje wiele najnowszych osiągnięć technologicznych, w tym nowoczesną elektronikę sterującą i postępy w projektach komercyjnych bezzałogowych statków powietrznych (UAV). Co więcej, Dragonfly wyeliminowałby chemicznie zasilane retrorockets i mógłby zasilać między lotami, zapewniając potencjalnie znacznie dłuższą żywotność.
„A teraz jest idealny czas”, mówi Turtle, „ponieważ możemy opierać się na tym, czego nauczyliśmy się z misji Cassini-Huygens, aby robić kolejne kroki w eksploracji Tytana”.
Obecnie NASA Jet Propulsion Laboratory opracowuje podobną koncepcję. Dron powietrzny, znany jako „Scout” śmigłowca marsjańskiego, ma zostać wystrzelony na pokład Mars 2020 misja. W tym przypadku projekt wymaga dwóch współosiowych przeciwbieżnych wirników, które zapewniłyby najlepszy stosunek ciągu do ciężaru w cienkiej atmosferze Marsa.
Tego rodzaju platforma VTOL może stać się podstawą w nadchodzących dziesięcioleciach, wszędzie tam, gdzie potrzebne są długoterminowe misje z udziałem ciał atmosferycznych. Między Marsem a Tytanem takie powietrzne drony mogłyby przeskakiwać z jednego obszaru do drugiego, uzyskując próbki do analizy in situ i łącząc badania powierzchni z odczytami atmosferycznymi na różnych wysokościach, aby uzyskać pełniejszy obraz planety.
