S hustou atmosférou bohatou na uhlovodíky je Titan předmětem zájmu po mnoho desetiletí. A s úspěchem Cassini-Huygens mise, která začala zkoumat Saturn a jeho systém měsíců již v roce 2004, je na stole mnoho návrhů na následné mise, které by hlouběji prozkoumaly povrch Titanu a jeho metanových moří.
Výzvy, které to přináší, vedly k několika poněkud novým nápadům, od balónků a přistávacích ploch po plovoucí drony a ponorky. Je to však obzvláště dobrodružný návrh na drone „Dragonfly“ vědců z JHUAPL NASA. Tento osmičkový dron by byl schopen vertikálního vzletu a přistání (VTOL), což mu v nadcházejících desetiletích umožnilo prozkoumat jak atmosféru, tak povrch Titanu.
Koncept mise byl navržen vědeckým týmem vedeným Elizabeth Turtle, planetární vědec z NASA Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHUAPL). V únoru byl tento koncept představen na „semináři Planetary Science Vision 2050“, který se konal v sídle NASA ve Washingtonu, DC, a opět koncem března na 48. lunární a planetární vědecké konferenci v Woodlands v Texasu.
Taková mise, jak Turtle vysvětlila časopisu Space Magazine e-mailem, je aktuální a nezbytná. Nejenže by to stavělo na mnoha nedávných vývojech robotických průzkumníků (jako je Zvědavost rover a Cassini orbiter); ale na Titanu prostě není dostatek příležitostí pro vědecký výzkum. Jak to řekla:
„Titan je oceánský svět s jedinečným zvratem, což je bohatá a komplexní organická chemie vyskytující se v atmosféře a na jejím povrchu. Díky této kombinaci je Titan obzvláště dobrým cílem pro studium planetární návykovosti. Jednou z velkých otázek o vývoji života je to, jak chemické interakce vedly k biologickým procesům. Titan provádí experimenty v prebiotické chemii miliony let - časové limity, které nelze v laboratoři reprodukovat - a výsledky těchto experimentů jsou k dispozici. “
Jejich návrh je částečně založen na předchozích dekadálních průzkumech, jako je Pracovní skupina pro strategii kampaní (CSWG) pro prebiotickou chemii ve vnější sluneční soustavě. Tento průzkum zdůraznil, že mobilní letecké vozidlo (tj. Vzducholoď nebo balón) by bylo vhodné pro objevování Titanu. Titan je nejen jediné známé tělo jiné než Země, které má hustou atmosféru bohatou na dusík - čtyřikrát hustší než Země - ale gravitace je také asi 1/7 gravitace Země.
Balóny a vzducholodě by však nemohly studovat titanská metanová jezera, která jsou jedním z nejzajímavějších tahů, pokud jde o výzkum prebiotické chemie. Navíc by letecké vozidlo nebylo schopno provádět chemickou analýzu povrchu na místě, podobně jako to, co Mars Exploration Rovers (Duch, příležitost a Zvědavost) dělali na Marsu.
Turtle a její kolegové proto začali hledat návrh, který by představoval to nejlepší z obou světů - tj. Leteckou platformu a přistávací plochu. To byla geneze koncepce Dragonfly.
"Bylo zváženo několik různých metod pro in-situ letecký průzkum Titanu (vrtulníky, různé typy balónků, letadla)," řekla Turtle. "Dragonfly využívá nedávný vývoj v multirotorových letadlech, aby poskytl pozemní mobilitě sofistikované užitečné zatížení. Protože vážka bude schopna cestovat na velké vzdálenosti - několik desítek kilometrů najednou a až několik set kilometrů v průběhu mise - bylo by možné provádět měření na více místech s velmi odlišnou geologickou historií. ““
Mise je také v souladu s koncepty, které Turtle a její kolegové - mezi které patří Ralph Lorenz (také z JHUAPL), Melissa Trainer z Goddard Space Flight Center a Jason Barnes z University of Idaho - zkoumají roky. V minulosti navrhovali koncept mise, který by kombinoval balónek ve stylu Montgolfière s přistávací plošinou podobnou modelu Pathfinder. Zatímco balón by prozkoumal Titana z nízké výšky, přistávající by prozkoumal povrch zblízka.
Na 48. Lunární a planetární vědecké konferenci oficiálně představili svůj koncept „Vážka“, který požadoval, aby qaudcopter prováděl letecké i povrchové studie. Toto čtyř-rotorové vozidlo bylo argumentováno, že bude moci využít Titanovy husté atmosféry a nízké gravitace k získání vzorků a stanovení složení povrchu v různých geologických podmínkách.
Ve své poslední iteraci Dragonfly zahrnuje osm rotorů (dva umístěné v každém ze svých čtyř rohů) pro dosažení a udržení letu. Stejně jako Zvědavost a nadcházející Mars 2020 rovery, Dragonfly by byl poháněn Multimission Radioisotope termoelektrický generátor (MMRTG). Tento systém využívá teplo generované rozpadem plutonia 238 k výrobě elektřiny a může udržovat robotickou misi v provozu po celá léta.
Tato konstrukce, říká Turtle, by vědcům nabídla ideální platformu in-situ pro studium prostředí Titanu:
„Vážka by byla schopna měřit podrobnosti o složení různých povrchových materiálů, což by ukazovalo, jak daleko organická chemie pokročila v různých prostředích. Tato měření by také mohla odhalit chemické podpisy života založeného na vodě (jako na Zemi) nebo dokonce života na bázi uhlovodíků, pokud by byly na Titanu přítomny. Vážka by také studovala atmosféru, povrch a podpovrch Titanu, aby pochopila současnou geologickou aktivitu, způsob dopravy materiálů a možnost výměny organického materiálu mezi povrchem a vnitřním vodním oceánem. “
Tento koncept zahrnuje mnoho posledních pokroků v technologii, které zahrnují moderní řídicí elektroniku a pokroky v konstrukcích komerčních bezpilotních vzdušných vozidel (UAV). Kromě toho by vážka odstranila chemicky poháněné retrorockety a mohla by se zapínat mezi lety, což by mu poskytlo potenciálně mnohem delší životnost.
"A teď je ten pravý čas," říká Turtle, "protože můžeme stavět na tom, co jsme se naučili z mise Cassini-Huygens, abychom podnikli další kroky v průzkumu Titanu."
V současné době vyvíjí NASA Jet Propulsion Laboratory podobnou koncepci. Očekává se, že vrtulník Mars „Scout“ bude pro použití na Marsu spuštěn na palubě Mars 2020 mise. V tomto případě konstrukce vyžaduje dva koaxiální protiběžné rotory, které by poskytovaly nejlepší poměr tahu k hmotnosti v tenké atmosféře Marsu.
Tento druh platformy VTOL by se mohl stát v příštích desetiletích základem všude tam, kde jsou vyžadovány dlouhodobé mise zahrnující těla, která mají atmosféru. Mezi Marsem a Titanem mohli takové letecké drony přecházet z jedné oblasti do druhé, získávat vzorky pro analýzu in situ a kombinovat povrchové studie s atmosférickými odečty v různých výškách, aby získaly úplnější obraz planety.
