Стрекоза (космический корабль) - Dragonfly (spacecraft)
Тип миссии | Винтокрылая машина на Титане |
---|---|
Оператор | НАСА |
Веб-сайт | https://dragonfly.jhuapl.edu/ |
Продолжительность миссии | 10 лет (запланировано) Научная фаза: 2,7 года |
Свойства космического корабля | |
Тип космического корабля | Посадочный вертолет |
Производитель | Лаборатория прикладной физики |
Посадочная масса | ≈450 кг (990 фунтов) |
Власть | 70 Вт (желаемое) от MMRTG |
Начало миссии | |
Дата запуска | Июнь 2027 г. (планируется) |
Ракета | Atlas V 411 или аналогичные характеристики (фактическая ракета-носитель будет выбрана позже) |
Запустить сайт | TBA |
Подрядчик | TBA |
Самолет Титан | |
Дата посадки | 2036 г. |
Посадочная площадка | Поля дюн Шангри-Ла |
Пройденное расстояние | 8 км (5,0 миль) за рейс (запланировано) |
Инструменты | |
Масс-спектрометр Dragonfly (DraMS) Dragonfly Гамма-спектрометр и нейтронный спектрометр (DraGNS) Пакет Dragonfly Geophysics and Meteorology (DraGMet) | |
Знак отличия Стрекозы |
Dragonfly спланированный космический корабль и НАСА миссия, которая будет посылать роботизированные вертолёты на поверхность Титана , крупнейшую Луна из Сатурна . Это будет первый самолет на Титане, который должен совершить первый полностью управляемый полет в атмосфере на любой Луне с целью изучения химии пребиотиков и обитаемости внеземных цивилизаций . Затем он будет использовать эту возможность вертикального взлета и посадки ( VTOL ) для перемещения между разведочными площадками.
Титан уникален тем, что обладает обильным, сложным и разнообразным химическим составом, богатым углеродом, на поверхности мира с преобладанием водяного льда и внутренним водным океаном, что делает его высокоприоритетной целью для исследований астробиологии и происхождения жизни . Миссия была предложена в апреле 2017 года в НАСА программы New Frontiers в Hopkins Лаборатории прикладной физики Джонса (APL), и была выбрана в качестве одного из двух финалистов (из двенадцати предложений) в декабре 2017 года для дальнейшего совершенствования концепции миссии. 27 июня 2019 года Dragonfly была выбрана четвертой миссией в программе New Frontiers.
Обзор
Dragonfly - это астробиологическая миссия на Титан, цель которой - оценить его микробную обитаемость и изучить химию пребиотиков в различных местах. Dragonfly будет выполнять контролируемые полеты и вертикальные взлеты и посадки между локациями. Миссия будет включать в себя полеты в несколько разных мест на поверхности, что позволит опробовать различные регионы и геологические условия.
Титан - неотразимая цель астробиологии, потому что его поверхность содержит множество сложных химических соединений, богатых углеродом, и потому, что на его поверхности могут встречаться как жидкая вода, так и жидкие углеводороды, возможно, образуя первичный пребиотический суп .
Успешный полет Dragonfly сделает его вторым винтокрылым аппаратом, который будет летать на небесном теле, отличном от Земли , после успеха демонстрационного вертолета БПЛА на марсианской технологии , Ingenuity , который приземлился на Марсе с марсоходом Perseverance 18 февраля 2021 года в рамках проекта. Миссия на Марс 2020 и успешный полет с двигателем 19 апреля 2021 года.
История
Первоначальное зачатие Dragonfly произошло во время обеденной беседы между учеными Джейсоном У. Барнсом из факультета физики Университета Айдахо (который ранее внес предложение AVIATR по самолету Титан) и Ральфом Лоренцем из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса и На составление подробного предложения по миссии ушло 15 месяцев. Главный исследователь - Элизабет Тертл , планетолог из Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса.
Миссия Dragonfly основана на нескольких более ранних исследованиях мобильной воздушной разведки Титана, в том числе исследовании флагманского корабля Titan Explorer 2007 года, в котором предлагалось использовать воздушный шар Монгольфье для региональных исследований, и AVIATR, концепции самолета, рассматриваемой для программы Discovery. Концепция посадочного модуля винтокрылого аппарата, который летал от батареи и заряжалась в течение 8-дневной ночи на Титане от радиоизотопного источника питания, была предложена Лоренцем в 2000 году. Более недавнее обсуждение включало исследование винтокрылого аппарата Титан, проведенное Ларри Мэттисом в 2014 году. Лаборатория реактивного движения , которая будет иметь небольшой винтокрылой развернутый из спускаемого аппарата или на воздушном шаре. В концепциях воздушного шара использовалось тепло от радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ).
Используя проверенные винтокрылые системы и технологии, Dragonfly будет использовать многороторный аппарат для транспортировки своего набора инструментов в различные места для проведения измерений состава поверхности, атмосферных условий и геологических процессов.
Dragonfly и CAESAR , миссия по возврату образцов кометы к 67P / Чурюмов-Герасименко , стали двумя финалистами программы New Frontiers Mission 4, и 27 июня 2019 года НАСА выбрало Dragonfly для разработки; он будет запущен в июне 2027 года.
Финансирование
В ЦЕЗАРЬ и Dragonfly миссия получила US $ 4 млн финансирования каждого до конца 2018 года для дальнейшего развития и созревает их концепцию. НАСА объявило о выборе Dragonfly 27 июня 2019 года, который будет построен и запущен к июню 2027 года. Dragonfly станет четвертым в портфеле NASA New Frontiers, серии исследований в области планетологии под руководством ведущих исследователей, которые подпадают под ограничение затрат на разработку в размере примерно 850 миллионов долларов США, включая услуги по запуску, общая стоимость составит примерно 1 миллиард долларов США.
Научные цели
Титан похож на очень раннюю Землю и может дать ключ к разгадке того, как на Земле могла возникнуть жизнь . В 2005 году спускаемый аппарат " Гюйгенс " Европейского космического агентства провел на Титане некоторые атмосферные и поверхностные измерения, обнаружив толины , которые представляют собой смесь различных типов углеводородов ( органических соединений ) в атмосфере и на поверхности. Поскольку атмосфера Титана закрывает поверхность на многих длинах волн, конкретные составы твердых углеводородных материалов на поверхности Титана остаются практически неизвестными. Измерение состава материалов в различных геологических условиях покажет, насколько далеко продвинулась пребиотическая химия в средах, которые предоставляют известные ключевые ингредиенты для жизни , такие как пиримидины (основания, используемые для кодирования информации в ДНК ) и аминокислоты , строительные блоки белков .
Особый интерес представляют участки, где внеземная жидкая вода в ударном расплаве или потенциальные криовулканические потоки могли взаимодействовать с многочисленными органическими соединениями. Dragonfly предоставит возможность исследовать различные места, чтобы охарактеризовать обитаемость окружающей среды Титана, исследовать, насколько далеко продвинулась пребиотическая химия , и искать биосигнатуры, указывающие на жизнь на основе воды как растворителя и даже гипотетические типы биохимии .
Атмосфера богата азотом и метаном , и убедительные доказательства указывают на то, что жидкий метан существует на поверхности . Имеющиеся данные также указывают на присутствие жидкой воды и аммиака под поверхностью, которые могут быть доставлены на поверхность в результате криовулканической активности.
Дизайн и конструкция
Dragonfly будет посадочным модулем винтокрылого аппарата, очень похожим на большой квадрокоптер с двойными роторами, октокоптер. Конфигурация с резервированием ротора позволит миссии выдержать потерю по крайней мере одного ротора или двигателя. Каждый из восьми роторов корабля будет иметь диаметр около 1 м (3,3 фута). Самолет будет двигаться со скоростью около 10 м / с (36 км / ч; 22 мили в час) и набирать высоту до 4 км (13 000 футов).
Полет на Титане аэродинамически благоприятен, поскольку у Титана низкая гравитация и слабый ветер, а его плотная атмосфера обеспечивает эффективное движение ротора. Источник питания радиоизотопного термоэлектрического генератора (RTG) был испытан на множестве космических аппаратов, а широкое использование квадрокоптеров на Земле обеспечивает хорошо понятную систему полета, которая дополняется алгоритмами, позволяющими выполнять независимые действия в реальном времени. Корабль будет спроектирован для работы в космической радиационной среде и при средней температуре 94 К (-179,2 ° C).
Плотная атмосфера Титана и низкая гравитация означают, что мощность полета для данной массы примерно в 40 раз ниже, чем на Земле. Атмосфера в 1,45 раза превышает давление и примерно в четыре раза плотнее, чем на Земле, а местная гравитация (13,8% от земной) облегчит полет, хотя низкие температуры, более низкий уровень освещенности и более высокое сопротивление атмосферы на планере будут проблемой.
Dragonfly сможет пролететь несколько километров, используя литий-ионный аккумулятор , который ночью будет заряжаться от многоцелевого радиоизотопного термоэлектрического генератора (MMRTG). MMRTGs преобразуют тепло из естественного распада в виде радиоактивного изотопа в электричество. Винтокрылый аппарат сможет проехать десять километров на каждом заряде аккумулятора и каждый раз оставаться в воздухе по полчаса. Транспортное средство будет использовать датчики для разведки новых научных целей, а затем вернется на исходное место до тех пор, пока новые места посадки не будут одобрены диспетчерами миссии.
Стрекоза винтокрылый будет составлять приблизительно 450 кг (990 фунтов), и упакованы внутри тепловой защиты диаметра 3,7 м (12 футов). Образцы реголита будут получены с помощью двух пробоотборников и шлангов, по одному на каждой посадочной платформе, для доставки в масс-спектрометр .
Корабль будет оставаться на земле в течение ночей Титана, которые длятся около 8 земных дней или 192 часа. Ночные мероприятия могут включать сбор и анализ проб, сейсмологические исследования, такие как диагностика волновой активности в северных углеводородных морях, метеорологический мониторинг и получение локальных микроскопических изображений с использованием светодиодных осветительных приборов, установленных на посадочном модуле Phoenix и марсоходе Curiosity. Корабль будет напрямую связываться с Землей с помощью антенны с большим усилением .
Penn State Vertical Lift Исследовательский центр передового опыта отвечает за конструкции ротора и анализа, разработки управления полетом винтокрылой, масштабируемого развития вертолетная Подопытный, цокольный тестирования поддержки, а также оценки эффективности полетов.
Научная полезная нагрузка
- DraMS (масс-спектрометр Dragonfly) - это масс-спектрометр для идентификации химических компонентов, особенно тех, которые имеют отношение к биологическим процессам, в образцах поверхности и атмосферы.
- DraGNS (Dragonfly Gamma-Ray and Neutron Spectrometer) состоит из дейтериево-тритиевого импульсного нейтронного генератора и комплекта гамма-спектрометра и нейтронного спектрометра для определения состава поверхности под посадочным модулем.
- DraGMet (Dragonfly Geophysics and Meteorology Package) - это набор метеорологических датчиков, включая сейсмометр .
- DragonCam (Dragonfly Camera Suite) - это набор микроскопических и панорамных камер для съемки местности Титана и поиска интересных с научной точки зрения мест посадки.
- Кроме того, Dragonfly будет использовать несколько инженерных и контрольных инструментов для определения характеристик интерьера и атмосферы Титана.
Траектория
Ожидается, что Dragonfly будет запущен в июне 2027 года, и ему потребуется девять лет, чтобы достичь Титана, который прибудет к 2036 году. Космический корабль совершит гравитационный облет Венеры и три пролета над Землей, чтобы получить дополнительную скорость. Космический корабль станет первой специальной миссией за пределами Солнечной системы, которая не посетит Юпитер, поскольку во время запуска он не будет находиться в пределах траектории полета.
Въезд и спуск
Этап круиза отделится от входной капсулы за десять минут до встречи с атмосферой Титана. Посадочный модуль спустится на поверхность Титана с помощью аэрозольной оболочки и серии из двух парашютов , а отработанная крейсерская ступень сгорит при неконтролируемом входе в атмосферу . Ожидаемая продолжительность этапа спуска составит 105 минут. Аэрооболочка является производной капсулы для возврата образца Genesis , а тепловой экран PICA аналогичен конструкции MSL и Mars 2020 и будет защищать космический корабль в течение первых 6 минут его спуска.
На скорости 1,5 Маха развернется тормозной парашют , чтобы замедлить капсулу до дозвуковых скоростей. Из-за сравнительно плотной атмосферы Титана и низкой гравитации фаза тормозного парашюта продлится 80 минут. Основной парашют большего размера заменит тормозной парашют, когда скорость спуска достаточно низкая. В течение 20 минут на основном желобе спускаемый аппарат будет подготовлен к отделению. Тепловой экран будет сброшен, посадочные полозья будут выдвинуты, а такие датчики, как радар и лидар, будут активированы. На высоте 1,2 км (0,75 мили) посадочный модуль будет освобожден от парашюта для полета на поверхность с двигателем. Конкретное место посадки и полет будет выполняться автономно. Это необходимо, поскольку антенна с высоким коэффициентом усиления не будет развернута во время спуска, а связь между Землей и Титаном требует70–90 минут в каждую сторону.
Посадочная площадка
Стрекоза винтокрылого первоначально земли в дюны на юго - востоке структуры ударной SELK на краю области темного называется Shangri-La . Он будет исследовать этот регион в серии полетов длиной до 8 км (5,0 миль) каждый и собирать образцы из интересных районов с разнообразной географией. После приземления он отправится в ударный кратер Селк, где, помимо органических соединений толина , есть свидетельства наличия в прошлом жидкой воды.
Кратер Селк представляет собой геологически молодой ударный кратер диаметром 90 км (56 миль), расположенный примерно в 800 км (500 миль) к северо-северо-западу от посадочного модуля Гюйгенса . ( 7,0 ° N 199,0 ° W ) Инфракрасные измерения и другие спектры орбитального аппарата Кассини показывают, что прилегающая местность демонстрирует яркость, указывающую на различия в термической структуре или составе, возможно, вызванные криовулканизмом, вызванным ударом - псевдоожиженным слоем выброса и потоками жидкости. -А теперь водяной лед. Такая область, представляющая собой смесь органических соединений и водяного льда, является важной целью для оценки того, насколько далеко зашла химия пребиотиков на поверхности. 7 ° 00'N 199 ° 00'W /
Смотрите также
- Атмосфера Титана - в основном азотная атмосфера Титана - единственная плотная атмосфера из всех лун в Солнечной системе.
- АВИАТР - Миссия самолета Титан.
- Изобретательность - винтокрылый аппарат, который летал в рамках Марса 2020 в апреле 2021 года.
- CAESAR (космический корабль) - Предлагаемая миссия по возвращению образцов к комете, другие финалисты New Frontiers 4.
- Гюйгенс (космический корабль) - европейский разведывательный посадочный модуль, отправленный на спутник Сатурна Титан.
- Миссия системы Титан Сатурн - Совместное предложение НАСА и ЕКА
- Oceanus (орбитальный аппарат Титана) - Орбитальный аппарат Титана, также предложенный для New Frontiers 4.