Dragonfly (космический аппарат)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Дрэгонфлай
Dragonfly
NASA Dragonfly mission to Titan.jpg
Заказчик Соединённые Штаты Америки НАСА
Производитель Лаборатория прикладной физики
Оператор НАСА и Лаборатория прикладной физики
Задачи исследование Титана
Запуск 2026
Технические характеристики
Масса 450 кг
Мощность 70 Вт
Сайт проекта
Commons-logo.svg Медиафайлы на Викискладе

Dragonfly (в переводе с английского — «стрекоза») — проект космического аппарата и одноименной миссии, предполагающей посадку винтокрылого летательного аппарата на Титан, крупнейший спутник Сатурна. Целью исследований является поиск пребиотической химии и жизнепригодности в различных областях Титана, для чего спускаемый аппарат должен обладать возможностью вертикального взлёта и посадки (VTOL)[1][2][3].

Титан уникален тем, что на его поверхности находятся углеводороды в жидкой форме, из-за чего он представляет интерес для исследований в сфере астробиологии и абиогенеза[1]. Миссия была предложена Лабораторией прикладной физики Университета Джонса Хопкинса в апреле 2017 года в рамках программы НАСА «Новые рубежи». В декабре 2017 года миссия стала финалистом конкурса, будучи выбранной (наряду с миссией CAESAR) из двенадцати предложений четвёртого этапа «Новых рубежей»[4][5][6]. 27 июня 2019 года НАСА выбрало проект в качестве победителя[7][8]. Запуск аппарата с Земли будет осуществлён в 2026 году, спуск на Титан в 2034 году, после чего аппарат сможет работать на поверхности спутника Сатурна более двух с половиной лет[9].

Обзор[править | править код]

Космический аппарат «Дрэгонфлай» совершит посадку на Титан, где будет осуществлять поиск микробной жизни и изучать пребиотическую химию в разных местах спутника Сатурна. Аппарат будет способен осуществлять контролируемые полёты, а также вертикальные взлёты и посадки. Генератор аппарата будет работать на радиоактивных изотопах. Миссия предполагает перелёты аппарата в разные области на поверхности Титана с последующим сбором и анализом образцов[10][11].

Из-за возможного наличия как жидких углеводородов, так и жидкой воды на поверхности Титана, там мог образоваться так называемый первичный бульон, в связи с чем этот спутник Сатурна представляет большой интерес для астробиологов[12].

История[править | править код]

Предыдущий проект миссии на Титан, TSSM, с воздушным шаром и посадочным модулем
Титан, крупнейший спутник Сатурна, обладает плотной атмосферой и низкой силой тяжести по сравнению с Землей, что облегчает полёт в его атмосфере

Изначальная идея миссии «Дрэгонфлай» возникла в конце 2015 года в ходе беседы за ужином между учёными Джейсоном У. Барнсом (Jason W. Barnes) из Университета Айдахо и Ральфом Д. Лоренцом (Ralph D. Lorenz) из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса[13]. Научным руководителем проекта стала Элизабет Тертл, планетолог Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса[11]. Концепция миссии основана на более ранних разработках, рассматривавших возможность воздушной навигации по Титану, включая исследование 2007 года Titan Explorer[14], в котором предлагалось запустить на Титане монгольфьер (TSSM)[15] или аэроплан (AVIATR)[10]. Концепция миссии «Дрэгонфлай» предполагает использование многовинтового аппарата[16] для перемещения научно-исследовательских инструментов в разные участки Титана и изучения деталей поверхности, атмосферы и геологии спутника Сатурна.

Миссия была предложена Лабораторией прикладной физики Университета Джонса Хопкинса в апреле 2017 года в рамках программы НАСА «Новые рубежи». В декабре 2017 года миссия стала финалистом конкурса, будучи выбранной (наряду с миссией CAESAR) из двенадцати предложений четвёртого этапа «Новых рубежей». 27 июня 2019 года НАСА выбрало миссию Dragonfly, после чего начнётся разработка, детальное проектирование и строительство аппарата с ожидаемым запуском в 2026 году в рамках четвёртой миссии программы «Новые рубежи»[17][18][7][19].

Финансирование и разработка[править | править код]

До конца 2018 года проекты миссий CAESAR и Dragonfly получили по 4 млн долларов США на дальнейшую более детальную проработку[18]. После выбора миссии Dragonfly начнётся проектирование, разработка и строительство аппарата, а запуск будет осуществлён в 2026 году[17][18][7]. Данная миссия станет четвёртой в рамках программы «Новые рубежи».

Научные задачи[править | править код]

Спуск зонда «Гюйгенс» на Титан

В 2005 году спускаемый аппарат «Гюйгенс» Европейского космического агентства получил некоторые данные о составе атмосферы и поверхности Титана. Так, зонд обнаружил толины[20], которые являются смесью углеводородов (органических веществ) в атмосфере и на поверхности Титана[21][22]. Из-за плотной атмосферы Титана точный химический состав, в том числе содержание определённых углеводородов на нём остаётся неизвестным, для чего и требуется изучение спускаемым аппаратом в различных зонах на его поверхности[23].

Наибольший интерес для исследований представляют места на Титане, где вследствие таяния или криовулканизма появляется вода в жидком виде, реагируя с органическими соединениями. «Дрэгонфлай» сможет, в случае своего воплощения, исследовать различные зоны на поверхности Титана в поисках пребиотической химии и биосигнатур, основанных на воде или углеводородах[1].

Роберт Зубрин полагает, что Титан обладает необходимыми условиями для поддержания микробной жизни: «Определённо, Титан является наиболее гостеприимным внеземным миром во всей нашей Солнечной системе для колонизации человечеством»[24]. Атмосфера Титана содержит азот и метан, также метан в жидком виде находится на поверхности спутника Сатурна. Возможно, что под поверхностью Титана также есть жидкая вода и аммиак, которые могут доставляться на поверхность криовулканической активностью[25].

Дизайн и конструкция[править | править код]

Радиоизотопный термоэлектрический генератор Mars Science Laboratory, отправленный на Марс для питания «Кьюриосити»

Согласно проекту, «Дрэгонфлай» — винтокрылый летательный аппарат. После спуска на поверхность он должен работать как большой квадрокоптер с двойными винтами, то есть октокоптер[10]. Подобная конфигурация винтов позволит аппарату перемещаться даже в случае потери одного винта либо мотора[10]. Каждый винт будет диаметром около 1 метра[10]. Аппарат сможет перемещаться со скоростью порядка 36 км/ч и подниматься на высоту до 4 км[10].

Энергия, необходимая для того, чтобы аппарат с подобной массой завис в воздухе, на Титане в 38 раз меньше, чем на Земле[26] из-за более плотной атмосферы и низкой силы тяжести[1]. Атмосфера Титана в четыре раза плотнее, чем на Земле, а сила тяжести составляет порядка 15% от земной, поэтому на Титане проще летать. С другой стороны, нужно учитывать низкие температуры и слабую освещённость[15]. «Дрэгонфлай» сможет преодолевать значительные расстояния, питаясь от батареи, подзаряжаемой от радиоизотопного термоэлектрического генератора (MMRTG) в ночное время[27]. Радиоизотопный термоэлектрический генератор MMRTG преобразует тепловую энергию от естественного распада радиоизотопов в электрическую энергию[10]. На одном заряде батареи аппарат сможет летать несколько часов, преодолевая несколько десятков километров, после чего будет производиться подзарядка[1]. Во время полёта сенсоры аппарата будут фиксировать новые возможные места для исследования.

Согласно предварительным оценкам и моделированию, масса аппарата «Дрэгонфлай» может составить 450 кг (990 фунтов). На аппарате будет размещён тепловой экран диаметром 3,7 м[10], а также два бура для сбора образцов (по одному у каждой посадочной лыжи) и последующего анализа в масс-спектрометре[10].

В ночное время, которое длится на Титане около 8 земных дней, аппарат будет находиться на поверхности[10]. В это время он сможет собирать и анализировать образцы грунта, проводить сейсмологические исследования, метеорологический мониторинг и микроскопическое фотографирование местности с использованием светодиодной подсветки, как на аппаратах «Феникс» и «Кьюриосити»[10].

Предполагаемое научное оборудование[править | править код]

  • Масс-спектрометр DraMS (Dragonfly Mass Spectrometer) — масс-спектрометр для определения химического состава проб с Титана
  • Спектрометр гамма-лучей и нейтронов DraGNS (Dragonfly Gamma-Ray and Neutron Spectrometer) для определения химического состава проб с поверхности и из воздуха
  • Геофизической и метеорологический блок DraGMet (Dragonfly Geophysics and Meteorology Package) — набор метеорологических и геофизических сенсоров для определения атмосферных условий, а также проб с поверхности
  • Фотокамера DragonCam (Dragonfly Camera Suite) — несколько микро- и панорамных камер для фотосъёмки поверхности Титана и поиска потенциально интересных площадок для исследования

Место посадки[править | править код]

Шангри-Ла — обширная тёмная область в центре

Планируется, что местом посадки винтокрылого летательного аппарата Dragonfly станет область Шангри-Ла[28]. Dragonfly должен будет исследовать эту область посредством серии полётов (до 8 км каждый) и анализа образцов с поверхности. Затем планируется полёт в сторону кратера Селк, где в прошлом, возможно, была вода в жидком виде. Общая протяжённость полётов аппарата может превысить 175 км[28].

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 3 4 5 Dragonfly: Exploring Titan's Prebiotic Organic Chemistry and Habitability (англ.). USRA Houston.
  2. Dragonfly: Titan Rotorcraft Lander (англ.). The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (2017).
  3. Redd, Nola Taylor 'Dragonfly' Drone Could Explore Saturn Moon Titan (англ.). Space.com (25 April 2017).
  4. NASA Invests in Concept Development for Missions to Comet, Saturn Moon Titan (англ.) (недоступная ссылка — история ). NASA Solar System Exploration.
  5. Dragonfly And CAESAR: NASA Greenlights Concepts For Missions To Titan And Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko (англ.) (недоступная ссылка). Science 2.0 (20 December 2017). Дата обращения 25 января 2018. Архивировано 24 января 2018 года.
  6. НАСА отправит "ядерный вертолет" на Титан и вернется на "советскую" комету. RIA.ru (20 декабря 2017).
  7. 1 2 3 Edward Helmore and agencies. Nasa to send Dragonfly drone to explore Titan, Saturn's largest moon (англ.). The Guardian (27 June 2019).
  8. NASA отправит аппарат Dragonfly для поиска жизни на спутнике Сатурна Титане. Tass.ru (28 июня 2019).
  9. Aerospace engineers developing drone for NASA concept mission to Titan (англ.). Pennsylvania State University (9 January 2018).
  10. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Dragonfly: A Rotorcraft Lander Concept for Scientific Exploration at Titan (PDF) (англ.) (недоступная ссылка). Johns Hopkins APL Technical Digest (2017). Дата обращения 25 января 2018. Архивировано 22 декабря 2017 года.
  11. 1 2 NASA Selects Johns Hopkins APL-Led Mission to Titan for Further Development (англ.). Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (21 December 2017).
  12. Dragonfly: Exploring Titan's Surface with a New Frontiers Relocatable Lander (англ.). American Astronomical Society, DPS meeting #49, id.219.02. (2017).
  13. Dragonfly APL TechDigest (PDF) (англ.) (недоступная ссылка). JHUAPL.edu. Дата обращения 25 января 2018. Архивировано 22 декабря 2017 года.
  14. Titan Explorer - Flagship Study (PDF) (англ.) (недоступная ссылка). NASA and APL (2008). Дата обращения 25 января 2018. Архивировано 1 февраля 2017 года.
  15. 1 2 Montgolfiere Aerobots for Titan (PDF) (англ.) (недоступная ссылка). NASA's Jet Propulsion Laboratory. Дата обращения 25 января 2018. Архивировано 22 декабря 2016 года.
  16. Langelaan J. W. et al. (2017) Proc. Aerospace Conf. IEEE.
  17. 1 2 Spacewatch: out-of-this-world drone with a Titanic task ahead (англ.). The Guardian (21 December 2017).
  18. 1 2 3 Chang, Kenneth Finalists in NASA's Spacecraft Sweepstakes: A Drone on Titan, and a Comet-Chaser (англ.). The New York Times (19 November 2017).
  19. NASA's Dragonfly Will Fly Around Titan Looking for Origins, Signs of Life (англ.). NASA.gov (27 June 2019).
  20. What in the world(s) are tholins? (англ.). Planetary.org (23 July 2015).
  21. Giant Tropical Lake Found on Saturn Moon Titan (англ.) (недоступная ссылка — история ). Space.com (13 June 2012).
  22. New Images from the Huygens Probe: Shorelines and Channels, But an Apparently Dry Surface (англ.). Planetary.org (15 January 2005).
  23. Williams, Matt Dragonfly Proposed to NASA as Daring New Frontiers Mission to Titan (англ.). Universe Today (25 August 2017).
  24. Robert Zubrin, Entering Space: Creating a Spacefaring Civilization, section: Titan, pp. 163-166, Tarcher/Putnam, 1999, ISBN 978-1-58542-036-0
  25. Robert Zubrin, The Case for Mars: The Plan to Settle the Red Planet and Why We Must, p. 146, Simon & Schuster/Touchstone, 1996, ISBN 978-0-684-83550-1
  26. R. Lorenz, "Titan Here We Come!", New Scientist, July 15, 2000.
  27. Post-Cassini Exploration of Titan: Science Rationale and Mission Concepts (PDF) (англ.). Journal of the British Interplanetary Society (2000).
  28. 1 2 NASA's Dragonfly Will Fly Around Titan Looking for Origins, Signs of Life (англ.). NASA.gov (27 June 2019).

Ссылки[править | править код]