Минулого тижня, з понеділка 27 лютого по середу, 1 березня, NASA влаштувала «Семінар з питань планетарного наукового бачення 2050 року» у своєму штабі у Вашингтоні, округ Колумбія. Під час багатьох презентацій, виступів та звернень, що складали семінар, НАСА та її філії поділилися багатьма пропозиціями щодо майбутнього дослідження Сонячної системи.
Дуже популярною темою під час семінару була розвідка «Титан». Окрім того, що є єдиним іншим тілом у Сонячній системі з атмосферою, багатою азотом та видимою рідиною на його поверхні, він також має середовище, багате органічною хімією. З цієї причини команда під керівництвом Майкла Паукена (з лабораторії реактивного руху НАСА) провела презентацію, в якій детально описувала багато способів її дослідження за допомогою літальних апаратів.
Презентацію під назвою "Наука в різних наукових регіонах на" Титані за допомогою повітряних платформ "також проводили члени аерокосмічної галузі - такі як AeroVironment та Global Aerospace з Монровії, Каліфорнія, і Thin Red Line Aerospace з Chilliwack, До н. Разом вони переглянули різні концепції літальних платформ, які пропонували для Titan з 2004 року.
Хоча концепція дослідження Титану повітряними дронами та повітряними кулями сягає 1970-х і 80-х років, 2004 рік був особливо важливим, оскільки саме в цей час земля Гюйгенса провела перше дослідження поверхні Місяця. З цього часу було зроблено багато цікавих та здійсненних пропозицій щодо літальних платформ. Як доктор Паукен розповів Space Magazine електронною поштою:
“Місія Кассіні-Гюйгенс виявила багато про Титан, якого ми раніше не знали, і це також викликало набагато більше питань. Це допомогло нам визначити, що зображувати поверхню можливо нижче 40 км висоти, тому цікаво знати, що ми можемо зробити аерофотознімки Титана та відправити їх додому ».
Ці поняття можна розділити на дві категорії: це легше, ніж повітряне (LTA) судно та важче, ніж повітряне (HTA). І як пояснив Паукен, вони обидва добре підходять, коли йдеться про дослідження такого місяця, як Титан, у якого атмосфера насправді щільніша за Землю - 146,7 кПа на поверхні порівняно з 101 кПа на рівні моря на Землі - але лише 0,14 разів гравітації (подібно до Місяця).
"Щільність атмосфери" Титану "вище, ніж у Землі, тому вона прекрасна для літаючих легших транспортних засобів, як повітряна куля", - сказав він. "Низька гравітація" Титану "- це користь для важчих транспортних засобів, таких як вертольоти чи літаки, оскільки вони будуть" важити "менше, ніж на Землі".
«Концепції LTA легше, ніж повітря, є життєздатними і не потребують енергії, щоб залишатися на відстані, тому більше енергії можна спрямувати на наукові прилади та комунікації. Концепції важчі за ефір повинні спожити енергію, щоб залишатися в повітрі, що забирає науку та телекомунікації. Але HTA можна швидше та точніше направити на цілі. Транспортні засоби LTA, які в основному пливуть з вітрами ».
Повітряна куля TSSM Montgolfiere:
Плани використання повітряної кулі Монгольф'єра для дослідження Титану відносяться до 2008 року, коли НАСА та ЄКА спільно розробили концепцію Титан Сатурн Системної місії (TSSM). Концепція «Флагманської місії», ТССМ буде складатися з трьох елементів, включаючи орбіту NASA та два елементи, створені ESA на місці, - землю для дослідження озер Титану та повітряну кулю Монгольф'єра для вивчення його атмосфери.
Орбітер покладається на радіоізотопну енергосистему (RPS) та сонячну електричну установку (SEP) для досягнення системи Сатурна. А на шляху до Титану, він би відповідав за вивчення магнітосфери Сатурна, пролітаючи через шум Енцелада, щоб проаналізувати його на біологічні маркери та зробити знімки Енцелада «Тигрові смуги» у південному полярному регіоні.
Як тільки орбіта досягла орбітальної вставки з Сатурном, вона випустить Монгольф’єр під час свого першого прольоту Титана. Контроль по відношенню до повітряної кулі забезпечуватиметься нагріванням газу навколишнього середовища з відпрацьованим теплом RPS. Основна місія триватиме загалом близько 4 років, включаючи дворічну екскурсію по Сатурну, двомісячну фазу аеробного відбору проб Титану та 20-місячну фазу орбіти Титану.
З переваг цієї концепції найбільш очевидним є той факт, що транспортний засіб Montgolfiere, що працює на базі RPS, міг працювати в атмосфері Титану протягом багатьох років і міг би змінити висоту лише за мінімального енерговитрат. У той час концепція TSSM конкурувала з пропозиціями місії для лун Європи та Ганімеда.
У лютому 2009 року і ТССМ, і концепція системи місії Європи Юпітера (ЕЮСМ) були обрані для просування вперед з розвитком, але СЕМС було надано першочергове значення. Ця місія була перейменована на "Europa Clipper" і планується до запуску в 2020 році (і прибуття до Європи до 2026 року).
Повітряна куля титану:
Подальші дослідження балонів Montgolfiere показали, що багаторічний термін служби та мінімальні витрати енергії також можуть бути досягнуті в набагато більш компактній конструкції повітряної кулі. Поєднуючи конструкцію з обверткою з гелієм, така платформа могла працювати в небі Титану в чотири рази довше, ніж повітряні кулі тут, на Землі, завдяки набагато повільнішій швидкості дифузії.
Контроль висоти також був би можливим при дуже скромній кількості енергії, яку можна було б забезпечити за допомогою насоса або механічного стиснення. Таким чином, із забезпеченням RPS, що забезпечує потужність, можна було б очікувати, що платформа прослужить довше порівнянних конструкцій з повітряними кулями. Цей повітряно-гелієвий куля-конверт також може бути поєднаний з планером для створення легшого транспортного засобу, здатного до бокового руху.
Серед прикладів цього можна назвати крилатий аеробот "Титан" (TWA, показаний нижче), який досліджувався в рамках програми першої фази НАСА Інноваційні дослідження інновацій (SBIR) першого етапу НАСА. Розроблений Глобальною аерокосмічною корпорацією у співпраці з Northrop Grumman, TWA - це гібридний в'їзний автомобіль, повітряна куля та маневрений планер з тривимірним керуванням, який може задовольнити багато цілей науки.
Як і концепція Mongtolfiere, вона покладається на мінімальну потужність, яку забезпечує одна РПС. Його унікальна система плавучості також дозволила б їй спускатися і підніматися без необхідності в рушійних системах або керуючих поверхнях. Одним недоліком є той факт, що він не може приземлитися на поверхню Місяця, щоб провести дослідження, а потім знову злетіти. Однак конструкція дійсно дозволяє здійснювати польоту на висоті, що дозволило б доставити зонди на поверхню.
Інші концепції, розроблені в останні роки, включають більш важкі, ніж повітряні літаки, які зосереджуються на розробці транспортних засобів з неподвижними крилами та роторних суден.
Транспортні засоби з фіксованим крилом:
Концепції літаків із зафіксованими крилами також були запропоновані в минулому для місії на "Титан". Помітний приклад цього - Авіація для розвідки на місцях та в повітряній формі Титан (AVIATR), безпілотний літальний апарат (БПЛА), який був запропонований Джейсоном Барнсом та Лоуренсом Лемке в 2011 році (з Університету штату Айдахо та Університету Центрального Мічигану, відповідно).
Спираючись на RPS, який би використовував відпрацьоване тепло розпадаючого Плутонію 238 для живлення невеликої турбіни, встановленої ззаду, це судно малої потужності скористається щільною атмосферою Титану та низькою силою тяжіння для проведення стійкого польоту. Нова стратегія "сходження-потім-сліз", де двигун вимикається під час періоду ковзання, також дозволить зберігати енергію для оптимального використання під час сеансів зв'язку.
Це стосується головного недоліку транспортних засобів з неподвижними крилами, що полягає в необхідності розподілити владу між потребами у підтримці польоту та проведення наукових досліджень. Однак AVIATR обмежений в одному відношенні, оскільки він не може спуститися на поверхню для проведення наукових експериментів або збору зразків.
Rotorcraft:
Останнє, але не менш важливе, - це концепція для роторного корабля. У цьому випадку повітряна платформа була б квадрокоптером, який би добре підходив до атмосфери Титану, дозволяв би легко підніматися і спускатися, а також проводити дослідження на поверхні. Він також би скористався розробками, виробленими в комерційних БПЛА та безпілотники за останні роки.
Ця концепція місії складається з двох компонентів. З одного боку, є роторний корабель - відомий як повітряна дочірня машина «Титан» (TAD), який покладається на акумуляторну систему акумулятора, щоб живити себе під час виконання короткочасних польотів (приблизно годину за один раз). Другий компонент - це "Mothercraft", який матиме форму приземлення або повітряної кулі, до якого TAD повернеться між рейсами для поповнення з бортової RPS.
В даний час Лабораторія реактивного руху НАСА розробляє аналогічну концепцію, відому як Марсовий вертоліт "Розвідник", для використання на Марсі - яка, як очікується, буде запущена на борту місії "Марс 2020". У цьому випадку конструкція вимагає двох коаксіальних протиповоротних роторів, які забезпечили б найкраще співвідношення тяги до ваги в тонкій атмосфері Марса.
Ще одну концепцію роторних кораблів проводять Елізабет Тертл та його колеги з Джона Хопкінса APL та Університету Айдахо (включаючи Джеймса Барнса). За підтримки NASA та членів Центру космічних польотів Годдарда, Державного університету Пенсильванії та робототехніки Honeybee, вони запропонували концепцію, відому як «Стрекоза».
Їх повітряний апарат покладався на чотири ротори, щоб скористатися густою атмосферою Титану та низькою вагою. Його конструкція також дозволила б легко отримувати зразки та визначати склад поверхні в декількох геологічних умовах. Ці результати будуть представлені на майбутній 48-й місячній конференції з питань місячних і планетарних наук, яка проходитиме з 20 по 24 березня в Вудлендс, штат Техас.
Хоча дослідження Титану, ймовірно, займуть місце в дослідженні Європи в найближчі десятиліття, передбачається, що місія буде встановлена до середини цього століття. Не тільки наукові цілі в обох випадках однакові - шанс досліджувати унікальне середовище та шукати життя поза Землею, - але й користь буде порівнянною.
З кожним потенційно життєздатним тілом, яке ми досліджуємо, ми готові дізнатися більше про те, як почалося життя в нашій Сонячній системі. І навіть якщо ми не знаходимо життя в цьому процесі, ми готові багато дізнатися про історію та становлення Сонячної системи. На додаток до цього ми будемо на крок ближче до розуміння місця людства у Всесвіті.
