Mit seiner dichten und kohlenwasserstoffreichen Atmosphäre ist Titan seit vielen Jahrzehnten ein Thema von Interesse. Und mit dem Erfolg der Cassini-Huygens Bei der Mission, die bereits 2004 mit der Erforschung des Saturn und seines Mondsystems begann, liegen viele Vorschläge für Folgemissionen auf dem Tisch, mit denen die Oberfläche von Titan und seine Methanmeere eingehender untersucht werden sollen.
Die damit verbundenen Herausforderungen haben zu einigen ziemlich neuen Ideen geführt, die von Luftballons und Landern bis zu schwimmenden Drohnen und U-Booten reichen. Besonders abenteuerlich erscheint jedoch der Vorschlag einer "Libellen" -Drohne von Forschern der NASA JHUAPL. Diese Drohne mit acht Flügeln könnte vertikal starten und landen (VTOL) und in den kommenden Jahrzehnten sowohl die Atmosphäre als auch die Oberfläche von Titan erkunden.
Das Missionskonzept wurde von einem Wissenschaftsteam unter der Leitung von Elizabeth Turtle vorgeschlagen, einer Planetenwissenschaftlerin des Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHUAPL) der NASA. Bereits im Februar wurde das Konzept auf dem „Planetary Science Vision 2050 Workshop“ vorgestellt, der am NASA-Hauptsitz in Washington, DC, stattfand, und Ende März erneut auf der 48. Lunar and Planetary Science-Konferenz in The Woodlands, Texas.
Eine solche Mission ist, wie Turtle dem Space Magazine per E-Mail erklärte, sowohl zeitgemäß als auch notwendig. Es würde nicht nur auf vielen jüngsten Entwicklungen bei Roboterforschern (wie dem Neugierde Rover und der Cassini Orbiter); Aber auf Titan mangelt es einfach nicht an Möglichkeiten für wissenschaftliche Forschung. Wie sie es ausdrückte:
"Titan ist eine Ozeanwelt mit einer einzigartigen Wendung, nämlich der reichen und komplexen organischen Chemie, die in seiner Atmosphäre und auf seiner Oberfläche vorkommt. Diese Kombination macht Titan zu einem besonders guten Ziel für die Untersuchung der Bewohnbarkeit von Planeten. Eine der großen Fragen zur Entwicklung des Lebens ist, wie chemische Wechselwirkungen zu biologischen Prozessen führten. Titan führt seit Millionen von Jahren Experimente in der präbiotischen Chemie durch - Zeitskalen, die im Labor nicht reproduzierbar sind - und die Ergebnisse dieser Experimente sollen gesammelt werden. “
Ihr Vorschlag basiert teilweise auf früheren dekadischen Erhebungen wie der Campaign Strategy Working Group (CSWG) zur präbiotischen Chemie im äußeren Sonnensystem. Diese Umfrage betonte, dass ein mobiles Luftfahrzeug (d. H. Ein Luftschiff oder ein Ballon) für die Erkundung von Titan gut geeignet wäre. Titan ist nicht nur der einzige bekannte Körper außer der Erde, der eine dichte, stickstoffreiche Atmosphäre hat - viermal so dicht wie die der Erde -, sondern seine Schwerkraft beträgt auch etwa 1/7 der der Erde.
Ballons und Luftschiffe könnten jedoch die Methanseen von Titan nicht untersuchen, was eine der aufregendsten Attraktionen für die Erforschung der präbiotischen Chemie darstellt. Darüber hinaus wäre ein Luftfahrzeug nicht in der Lage, eine chemische In-situ-Analyse der Oberfläche durchzuführen, ähnlich wie bei den Mars Exploration Rovers (Geist, Gelegenheit und Neugierde) habe auf dem Mars getan.
Aus diesem Grund suchten Turtle und ihre Kollegen nach einem Vorschlag, der das Beste aus beiden Welten darstellt - d. H. Eine Luftplattform und einen Lander. Dies war die Genese des Dragonfly-Konzepts.
"Für die In-situ-Erkundung von Titan aus der Luft wurden verschiedene Methoden in Betracht gezogen (Hubschrauber, verschiedene Arten von Ballons, Flugzeuge)", sagte Turtle. „Dragonfly nutzt die jüngsten Entwicklungen bei Mehrrotorflugzeugen, um einem Lander mit einer ausgeklügelten Nutzlast Luftmobilität zu bieten. Da Dragonfly in der Lage wäre, lange Strecken zurückzulegen - jeweils einige zehn Kilometer und im Verlauf der Mission bis zu einigen hundert Kilometern -, wäre es möglich, Messungen an mehreren Standorten mit sehr unterschiedlichen geologischen Vorgeschichten durchzuführen. “
Die Mission entspricht auch den Konzepten, die Turtle und ihre Kollegen - darunter Ralph Lorenz (ebenfalls von JHUAPL), Melissa Trainer vom Goddard Space Flight Center und Jason Barnes von der University of Idaho - seit Jahren erforschen. In der Vergangenheit schlugen sie ein Missionskonzept vor, das einen Ballon im Montgolfière-Stil mit einem Pathfinder-ähnlichen Lander kombiniert. Während der Ballon Titan aus geringer Höhe erkunden würde, würde der Lander die Oberfläche aus nächster Nähe erkunden.
Auf der 48. Mond- und Planetenforschungskonferenz hatten sie offiziell ihr „Libellen“ -Konzept vorgestellt, das einen Qaudcopter zur Durchführung von Luft- und Oberflächenstudien forderte. Es wurde argumentiert, dass dieses Vierrotorfahrzeug die dicke Atmosphäre und die geringe Schwerkraft des Titanen nutzen könnte, um Proben zu erhalten und Oberflächenzusammensetzungen in mehreren geologischen Umgebungen zu bestimmen.
In seiner neuesten Version enthält die Libelle acht Rotoren (zwei an jeder ihrer vier Ecken), um den Flug zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Ähnlich wie die Neugierde und bevorstehend Mars 2020 Bei Rovers würde die Libelle von einem thermoelektrischen Multimissions-Radioisotop-Generator (MMRTG) angetrieben. Dieses System nutzt die durch den Zerfall von Plutonium-238 erzeugte Wärme zur Stromerzeugung und kann eine Robotermission jahrelang am Laufen halten.
Dieses Design, so Turtle, würde Wissenschaftlern die ideale In-situ-Plattform für die Untersuchung der Titan-Umgebung bieten:
„Dragonfly wäre in der Lage, Zusammensetzungsdetails verschiedener Oberflächenmaterialien zu messen, was zeigen würde, wie weit die organische Chemie in verschiedenen Umgebungen fortgeschritten ist. Diese Messungen könnten auch chemische Signaturen von Leben auf Wasserbasis (wie das auf der Erde) oder sogar Leben auf Kohlenwasserstoffbasis aufdecken, wenn beide auf Titan vorhanden wären. Dragonfly würde auch die Atmosphäre, die Oberfläche und den Untergrund von Titan untersuchen, um die aktuelle geologische Aktivität, den Materialtransport und die Möglichkeit des Austauschs von organischem Material zwischen der Oberfläche und dem inneren Wasserozean zu verstehen. “
Dieses Konzept beinhaltet viele technologische Fortschritte der letzten Zeit, darunter moderne Steuerelektronik und Fortschritte bei der Entwicklung von kommerziellen unbemannten Luftfahrzeugen (UAV). Darüber hinaus würde die Libelle auf chemisch betriebene Retrorockets verzichten und könnte zwischen den Flügen hochfahren, was ihr eine möglicherweise viel längere Lebensdauer verleiht.
"Und jetzt ist der perfekte Zeitpunkt", sagt Turtle, "weil wir auf dem aufbauen können, was wir aus der Cassini-Huygens-Mission gelernt haben, um die nächsten Schritte in der Titan-Erkundung zu unternehmen."
Derzeit entwickelt das Jet Propulsion Laboratory der NASA ein ähnliches Konzept. Diese als Mars-Hubschrauber „Scout“ bekannte Drohne für den Einsatz auf dem Mars wird voraussichtlich an Bord der Mars 2020 Mission. In diesem Fall sieht das Design zwei koaxiale gegenläufige Rotoren vor, die das beste Schub-Gewichts-Verhältnis in der dünnen Marsatmosphäre bieten.
Diese Art von VTOL-Plattform könnte in den kommenden Jahrzehnten zur Hauptstütze werden, wo immer langfristige Missionen erforderlich sind, an denen Körper mit Atmosphären beteiligt sind. Zwischen Mars und Titan könnten solche Luftdrohnen von einem Gebiet zum nächsten springen, Proben für die In-situ-Analyse erhalten und Oberflächenstudien mit atmosphärischen Messwerten in verschiedenen Höhen kombinieren, um ein vollständigeres Bild des Planeten zu erhalten.
