Med sin tette og hydrokarbonrike atmosfære har Titan vært et tema av interesse i mange tiår. Og med suksessen til Cassini-Huygens oppdraget, som begynte å utforske Saturn og dets system med måner tilbake i 2004, er det mange forslag på bordet for oppfølgingsoppdrag som vil utforske overflaten til Titan og metansjøene i større dybde.
Utfordringene dette gir har ført til noen ganske nye ideer, alt fra ballonger og landere til flytende droner og ubåter. Men det er forslaget om en "Dragonfly" -drone av forskere ved NASAs JHUAPL som virker spesielt eventyrlystne. Denne åttebladede dronen ville være i stand til vertikal start og landing (VTOL), slik at den kan utforske både atmosfæren og overflaten til Titan de kommende tiårene.
Oppdragskonseptet ble foreslått av et vitenskapsteam ledet av Elizabeth Turtle, en planetforsker fra NASAs Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHUAPL). Tilbake i februar ble konseptet presentert på “Planetary Science Vision 2050 Workshop” - som fant sted ved NASAs hovedkvarter i Washington, DC - og igjen i slutten av mars på den 48. Lunar and Planetary Science Conference i The Woodlands, Texas.
Et slikt oppdrag, som Turtle forklarte til Space Magazine via e-post, er både betimelig og nødvendig. Ikke bare ville det bygge på mange nyere utviklinger innen robotutforskere (som f.eks Nysgjerrighet og Cassini orbiter); men på Titan er det rett og slett ikke mangel på muligheter for vitenskapelig forskning. Som hun sa det:
"Titan er en havverden med en unik vri, som er den rike og komplekse organiske kjemien som oppstår i atmosfæren og på overflaten. Denne kombinasjonen gjør Titan til et spesielt godt mål for å studere planetarisk brukbarhet. Et av de store spørsmålene om livets utvikling er hvordan kjemiske interaksjoner førte til biologiske prosesser. Titan har holdt på med eksperimenter i prebiotisk kjemi i millioner av år - tidsskalaer det er umulig å reprodusere i laboratoriet - og resultatene fra disse eksperimentene er der for å bli samlet. "
Forslaget deres er delvis basert på tidligere Decadal Surveys, for eksempel Campaign Strategy Working Group (CSWG) om prebiotisk kjemi i det ytre solsystemet. Denne undersøkelsen la vekt på at et mobilt luftfartøy (dvs. et luftskip eller en ballong) ville være godt egnet til å utforske Titan. Ikke bare er Titan det eneste kjente andre organet enn Jorden som har en tett, nitrogenrik atmosfære - fire ganger så tett som Jordens - men dens tyngdekraft er også omtrent 1/7 av Jordens.
Ballonger og luftskip ville imidlertid ikke kunne studere Titans metansjøer, som er en av de mest spennende trekningene så langt som forskning på prebiotisk kjemi går. Dessuten vil en luftkjøretøy ikke kunne foreta kjemisk in-situ analyse av overflaten, omtrent som Mars Exploration Rovers (Ånd, mulighet og Nysgjerrighet) har holdt på med Mars.
Som sådan begynte Turtle og hennes kolleger å lete etter et forslag som representerte det beste fra begge verdener - dvs. en flyplattform og en lander. Dette var begynnelsen av Dragonfly-konseptet.
"Flere forskjellige metoder har blitt vurdert for in-situ luftutforskning av Titan (helikoptre, forskjellige typer ballonger, fly)," sa Turtle. Dragonfly drar fordel av den nylige utviklingen innen multirotorfly for å gi luftmobilitet for en lander med en sofistikert nyttelast. Fordi Dragonfly ville være i stand til å reise lange avstander - noen titalls kilometer om gangen og opptil noen hundre kilometer i løpet av oppdraget - ville det være mulig å foreta målinger på flere steder med svært forskjellige geologiske historier. ”
Oppdraget er også i tråd med konsepter som Turtle og hennes kolleger - som inkluderer Ralph Lorenz (også fra JHUAPL), Melissa Trainer for Goddard Space Flight Center og Jason Barnes fra University of Idaho - har utforsket i mange år. Tidligere foreslo de et misjonskonsept som ville kombinere en ballong i Montgolfière-stil og en Pathfinder-lignende lander. Mens ballongen ville utforske Titan fra lav høyde, vil lander utforske overflaten på nært hold.
Ved den 48. Lunar and Planetary Science Conference hadde de offisielt avduket "Dragonfly" -konseptet, som ba om et qaudcopter for å gjennomføre både luft- og overflatestudier. Dette kjøretøyet med fire rotorer, ble det hevdet, ville kunne dra nytte av Titans tykke atmosfære og lave tyngdekraft for å få prøver og bestemme overflatesammensetninger i flere geologiske omgivelser.
I sin siste iterasjon inkluderer Dragonfly åtte rotorer (to plassert i hvert av de fire hjørnene) for å oppnå og opprettholde flyging. Mye som Nysgjerrighet og kommende Mars 2020 Rovers, Dragonfly ville være drevet av en multimisjonsradioisotop termoelektrisk generator (MMRTG). Dette systemet bruker varmen som genereres av forråtnende plutonium-238 for å generere strøm, og kan holde et robotoppdrag i gang i årevis.
Dette designet, sier Turtle, ville tilby forskere den ideelle plattformen for situasjon for å studere Titans miljø:
"Dragonfly ville være i stand til å måle komposisjonsdetaljer for forskjellige overflatematerialer, som ville vise hvor langt organisk kjemi har kommet i forskjellige miljøer. Disse målingene kan også avdekke kjemiske signaturer om vannbasert liv (som på jorden) eller til og med hydrokarbonbasert levetid, hvis en av disse var til stede på Titan. Dragonfly ville også studere Titans atmosfære, overflate og underflate for å forstå dagens geologiske aktivitet, hvordan materialer transporteres og muligheten for utveksling av organisk materiale mellom overflaten og det indre vannhavet. "
Dette konseptet inneholder mange nyere fremskritt innen teknologi, som inkluderer moderne kontrollelektronikk og fremskritt i kommersiell ubemannet luftfartøydesign (UAV). På toppen av det ville Dragonfly unnlate seg kjemisk drevne retrorockets og kunne slå seg opp mellom flyreiser, og gi den en potensielt mye lengre levetid.
"Og nå er det perfekte tidspunktet," sier Turtle, "fordi vi kan bygge videre på det vi har lært av Cassini-Huygens-oppdraget for å ta de neste trinnene i Titan-utforskningen."
For øyeblikket utvikler NASAs Jet Propulsion Laboratory et lignende konsept. Denne antenne-dronen er kjent som Mars-helikopteret "speider", og brukes til å bli lansert ombord Mars 2020 oppdrag. I dette tilfellet krever designen to koaksiale motroterende rotorer, som vil gi det beste trykk-til-vekt-forholdet i Mars 'tynne atmosfære.
Denne typen VTOL-plattformer kan bli bærebjelken i de kommende tiårene, uansett hvor det krever langvarige oppdrag som involverer organer som har atmosfære. Mellom Mars og Titan kunne slike luftdroner hoppe fra det ene området til det neste, skaffe prøver for in-situ analyse og kombinere overflatestudier med atmosfæriske avlesninger i forskjellige høyder for å få et mer fullstendig bilde av planeten.
