Dragonfly (avaruusalus)

Dragonfly (käännetty  englanniksi  -  "sudenkorento") - avaruusaluksen projekti ja samanniminen tehtävä, joka sisältää pyörivän siipisen lentokoneen laskeutumisen Titanille , Saturnuksen suurimmalle satelliitille. Tutkimuksen tavoitteena on etsiä prebioottista kemiaa ja elinkelpoisuutta Titanin eri alueilla, joita varten laskurin on kyettävä pystysuoraan nousuun ja laskuun (VTOL) [1] [2] [3] .

Titaani on ainutlaatuinen siinä mielessä, että sen pinta sisältää hiilivetyjä nestemäisessä muodossa, minkä vuoksi se on kiinnostava astrobiologian ja abiogeneesin tutkimuksessa [1] . Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory ehdotti tehtävää huhtikuussa 2017 osana NASAn New Frontier -ohjelmaa . Joulukuussa 2017 tehtävästä tuli kilpailun finalisti, ja se valittiin (yhdessä CAESAR-tehtävän kanssa) kahdentoista ehdotuksen joukosta New Frontierin neljänteen vaiheeseen [4] [5] [6] . NASA valitsi projektin voittajaksi 27. kesäkuuta 2019 [7] [8] . Avaruusaluksen laukaisu Maasta on suunniteltu kesäkuulle 2027, saapumisen Saturnukseen ja laskeutumisen Titanin pinnalle vuonna 2036, minkä jälkeen avaruusalus pystyy työskentelemään Titanilla yli kaksi ja puoli vuotta [9] [10] [11] .

Yleiskatsaus

Dragonfly-avaruusalus laskeutuu Titanille, jossa se etsii mikrobielämää ja tutkii satelliitin elinkelpoisuutta , prebioottista kemiaa eri paikoissa Titanilla. Laite pystyy suorittamaan ohjattuja lentoja sekä pystysuuntaisia ​​nousuja ja laskuja. Laitteen generaattori toimii radioaktiivisilla isotoopeilla . Tehtävä sisältää laitteen lennät Titanin pinnan eri alueille, minkä jälkeen kerätään ja analysoidaan näytteitä [12] [13] .

Titaanin pinnalla olevien nestemäisten hiilivetyjen ja mahdollisesti maanalaisen veden läsnäolon vuoksi sinne on voinut muodostua ns. alkukeitto , jonka yhteydessä tämä Saturnuksen satelliitti kiinnostaa suuresti astrobiologeja [14] .

Historia

Ensimmäinen ajatus Dragonfly-tehtävästä syntyi vuoden 2015 lopulla Idahon yliopiston tutkijoiden Jason W. Barnesin ja Johns Hopkins Applied Physics Laboratoryn Ralph D. Lorenzin välisessä illalliskeskustelussa [15] . Johns Hopkinsin yliopiston Applied Physics Laboratoryn planeetatieteilijä Elizabeth Turtle 13] nousi projektin tieteelliseksi johtajaksi . Tehtäväkonsepti perustuu aikaisempaan kehitykseen, jossa tarkasteltiin lennonvarmistuksen mahdollisuutta Titanilla, mukaan lukien vuoden 2007 Titan Explorer [16] -tutkimus , jossa ehdotettiin kuumailmapallon ( TSSM ) [ 17] tai lentokoneen ( AVIATR ) laukaisua. 12] Titanissa . Dragonfly-tehtävän konsepti sisältää moniroottorisen ajoneuvon [18] käytön tutkimusinstrumenttien siirtämiseen Titanin eri osiin ja Saturnuksen kuun pinnan, ilmakehän ja geologian yksityiskohtien tutkimiseen.

Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory ehdotti tehtävää huhtikuussa 2017 osana NASAn New Frontier -ohjelmaa . Joulukuussa 2017 tehtävästä tuli kilpailun finalisti, ja se valittiin (yhdessä CAESAR -tehtävän ) joukosta kahdestatoista ehdotuksesta New Frontierin neljänteen vaiheeseen. NASA valitsi 27. kesäkuuta 2019 Dragonfly-operaation, jonka jälkeen ajoneuvon kehitys, yksityiskohtainen suunnittelu ja rakentaminen alkaa odotetulla laukaisulla vuonna 2027 osana New Frontier -ohjelman neljättä tehtävää [19] [20] [ 7] [21] .

Rahoitus ja kehitys

Vuoden 2018 loppuun asti CAESAR- ja Dragonfly-tehtäväprojektit saivat kumpikin 4 miljoonaa dollaria tarkempaan tutkimukseen [20] . Dragonfly-tehtävän valinnan jälkeen laitteen suunnittelu, kehittäminen ja rakentaminen aloitettiin, ja laukaisu toteutetaan vuonna 2027 [19] [20] [7] [10] . Tämä tehtävä on neljäs New Frontiers -ohjelman puitteissa.

Tieteelliset tehtävät

Vuonna 2005 Euroopan avaruusjärjestön Huygens - laskeutuja sai tietoja Titanin ilmakehän ja pinnan koostumuksesta. Siten koetin havaitsi toliinit [22] , jotka ovat hiilivetyjen ( orgaanisten aineiden ) seos ilmakehässä ja Titaanin pinnalla [23] [24] . Titaanin tiheän ilmakehän vuoksi tarkka kemiallinen koostumus, mukaan lukien tiettyjen hiilivetyjen pitoisuus siinä, on edelleen tuntematon, mikä edellyttää laskeutumisajoneuvon tutkimista sen pinnan eri vyöhykkeillä [25] .

Tutkimuksen kannalta eniten kiinnostavat paikat Titanilla, joissa sulamisen tai kryovulkanismin seurauksena vesi ilmaantuu nestemäisessä muodossa reagoiden orgaanisten yhdisteiden kanssa. Inkarnoituessaan sudenkorento pystyisi tutkimaan erilaisia ​​vyöhykkeitä Titanin pinnalla etsiessään prebioottista kemiaa ja veteen tai hiilivetyihin perustuvia biosignatuureja [1] .

Robert Zubrin uskoo, että Titanilla on tarvittavat olosuhteet mikrobielämän tukemiseksi : "Titan on ehdottomasti vieraanvaraisin maan ulkopuolinen maailma koko aurinkokuntamme ihmisten kolonisaatiolle" [26] . Titanin ilmakehä sisältää typpeä ja metaania , ja nestemäistä metaania löytyy myös Saturnuksen kuun pinnasta. On mahdollista, että Titaanin pinnan alla on myös nestemäistä vettä ja ammoniakkia, jotka voidaan tuoda pinnalle kryovulkaanisen toiminnan avulla [27] .

19. heinäkuuta 2021 Science Goals and Objectives for the Dragonfly Titan Rotorcraft Relocatable Lander [28] julkaistiin The Planetary Science Journalissa , jossa kirjoittajat toimittivat Dragonflyn apulaisprojektipäällikkö Jason Barnesin Idahon yliopistosta johdolla luettelo ortokopterin tieteellisistä tavoitteista [29] :

• Titanin pinnan kartoitus värillisillä yksityiskohtaisilla valokuvilla, kun taas maaperän näytteenottopaikkojen valokuvissa tulisi näkyä alle 120 mikrometrin kokoisia rakeita.
• Tutkimus Titanin pintakerroksen koostumuksesta ainakin kolmessa eri maisemassa: dyynit, törmäyskraatterien läheisyydessä ja alueilla lähellä jokien uomaa.
• Etsi sekä orgaanisia että epäorgaanisia prebioottisesti merkityksellisiä molekyylejä, mukaan lukien aminohapot, typpipitoiset emäkset, lipidit ja sokerit, sekä määritä niiden pitoisuus maaperässä ja muita ominaisuuksia, mukaan lukien kiraalisuus.
• Maaperän vesijääpitoisuuden määritys.
• Titaanin seismisen aktiivisuuden määritys.
• Metaanin lähteiden ja nielujen tunnistaminen ja niiden roolin määrittäminen Titanin metaanin hydrologisessa kierrossa.
• Ilmakehän kemiallisen koostumuksen, erityisesti neonin ja argonin pitoisuuden määrittäminen siinä, mikä mahdollistaa rajoitusten asettamisen Titanin ilmakehän evoluutiomalleille ja auttaa ymmärtämään eri aineiden laskeutumisen mekanismeja satelliitin pinnalla olevasta ilmakehästä.
• Ilmakehän lämpötilan, paineen, vety- ja metaanipitoisuuden, tuulen nopeuden ja suunnan seuranta.

Suunnittelu ja rakentaminen

Projektin mukaan Dragonfly on pyöriväsiipinen lentokone . Laskeuduttuaan pintaan sen pitäisi toimia kuin iso nelikopteri , jossa on kaksoispotkuri, eli oktokopteri [12] . Tämä potkurikokoonpano mahdollistaa ajoneuvon liikkumisen, vaikka yksi potkuri tai moottori katoaisi [12] . Jokainen ruuvi on halkaisijaltaan noin 1 metri [12] . Laite pystyy liikkumaan noin 36 km/h nopeudella ja nousemaan jopa 4 km:n korkeuteen [12] .

Titaanin ilmassa leijumiseen tarvittava energia, jonka massa on samanlainen, on 38 kertaa pienempi kuin maan päällä [30] tiheämmän ilmakehän ja alhaisen painovoiman vuoksi [1] . Titanin ilmakehä on neljä kertaa tiheämpi kuin Maan, ja painovoima on noin 15 % Maan ilmakehästä, mikä tekee Titanista helpompi lentää. Toisaalta tehtävää vaikeuttavat monet tekijät, on otettava huomioon alhaiset käyttölämpötilat, jotka ovat pinnalla noin -180 °C, sekä heikko valaistus [17] . Dragonfly pystyy kattamaan huomattavia etäisyyksiä radioisotooppitermosähkögeneraattorilla ( MMRTG ) ladatulla akulla yöllä [31] . Radioisotooppitermosähköinen generaattori MMRTG muuntaa radioisotooppien luonnollisesta hajoamisesta peräisin olevan lämpöenergian sähköenergiaksi [12] . Yhdellä akkulatauksella laite voi lentää useita tunteja ylittäen useita kymmeniä kilometrejä, minkä jälkeen se ladataan [1] . Lennon aikana laitteen anturit tallentavat uusia mahdollisia tutkimuspaikkoja.

Alustavien arvioiden ja simulaatioiden mukaan Dragonfly-laitteen massa voisi olla 450 kg (990 puntaa). Laite varustetaan lämpösuojalla, jonka halkaisija on 3,7 m [12] , sekä kahdella poralla näytteiden keräämistä varten (yksi kutakin laskeutumissuksia varten) ja sitä seuraavaa analysointia massaspektrometrillä [12] .

Yöllä, joka kestää noin 8 Maan päivää Titanilla, laite on pinnalla [12] . Tällä hetkellä hän pystyy keräämään ja analysoimaan maanäytteitä, suorittamaan seismologisia tutkimuksia, meteorologista seurantaa ja alueen mikroskooppista valokuvausta LED-valaistuksen avulla, kuten Phoenix- ja Curiosity -laitteissa [12] .

Väitetyt tieteelliset laitteet

• Massaspektrometri DraMS (Dragonfly Mass Spectrometer) on massaspektrometri titaanista otettujen näytteiden kemiallisen koostumuksen määrittämiseen.
• Gammasäteiden ja neutronien spektrometri DraGNS (Dragonfly Gamma-Ray and Neutron Spectrometer) pinnasta ja ilmasta otettujen näytteiden kemiallisen koostumuksen määrittämiseen.
• Geofysiikan ja meteorologinen lohko DraGMet (Dragonfly Geophysics and Meteorology Package) - joukko meteorologisia ja geofysikaalisia antureita ilmakehän olosuhteiden määrittämiseen sekä näytteitä pinnasta.
• DragonCam Camera (Dragonfly Camera Suite) - useita mikro- ja panoraamakameroita Titanin pinnan kuvaamiseen ja mahdollisesti mielenkiintoisten tutkimuskohteiden etsimiseen.
• DrACO (Drill for Acquisition of Complex Organics) ei ole tieteellinen instrumentti, vaan se poraa Titanin pintaan ja imuroi pintanäytteitä ja toimittaa ne DraMS-instrumenttiin kryogeenisessä lämpötilassa.

Laskeutumispiste

Dragonfly-roottorialuksen laskeutumispaikaksi on suunniteltu Shangri-La- alue [32] , joka sijaitsee lähellä päiväntasaajaa ja 700 km pohjoiseen Huygensin laskeutumispaikasta. Dragonflyn on tutkittava tätä aluetta useiden lentojen (kukin enintään 8 km ) ja pintanäytteiden analysoinnin avulla. Sitten suunnitellaan lentoa kohti Selkin kraatteria , jossa on aiemmin saattanut olla nestemäistä vettä. Laitteen lentojen kokonaispituus voi olla yli 175 km [32] .

Katso myös

• Titanin tunnelma
• CAESAR , hävisi New Frontier -ohjelmanneljännen tehtävän finalisti
• " Huygens ", luotain, joka laskeutui Titaniin vuonna 2005
• Titanin kolonisaatio
• Titan Saturn System -tehtävä
• Nerokkuus  — беспилотный летательный аппарат для исследования Марса.

Muistiinpanot

1. ↑ 1 2 3 4 5 Dragonfly: Exploring Titan's Prebiotic Organic Chemistry and Habitability  (eng.)  (linkki ei saatavilla) . USRA Houston. Haettu 25. tammikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 5. huhtikuuta 2018.
2. ↑ Dragonfly: Titan Rotorcraft  Lander . Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (2017). Haettu 2. joulukuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 20. syyskuuta 2017.
3. ↑ Redd, Nola Taylor "Dragonfly " -droni voisi tutkia Saturn Moon Titania  . Space.com (25. huhtikuuta 2017). Haettu 25. tammikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 25. huhtikuuta 2017.
4. ↑ NASA investoi konseptien kehittämiseen komeettaan, Saturn Moon Titan -tehtäviin  (englanniksi)  (pääsemätön linkki - historia ) . NASAn aurinkokunnan tutkimus.
5. ↑ Dragonfly and CAESAR: NASA Greenlights Concepts for Missions to Titan and Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko  (englanniksi)  (linkki ei ole käytettävissä) . Science 2.0 (20. joulukuuta 2017). Haettu 25. tammikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 24. tammikuuta 2018.
6. ↑ NASA lähettää "ydinhelikopterin" Titaniin ja palaa "Neuvostoliiton" komeettaan . RIA.ru (20. joulukuuta 2017). Haettu 25. tammikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 1. tammikuuta 2018. (määrätön)
7. ↑ 1 2 3 Edward Helmore ja virastot. Nasa lähettää Dragonfly-droonin tutkimaan Titania, Saturnuksen suurinta  kuuta . The Guardian (27. kesäkuuta 2019). Haettu 28. kesäkuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 28. kesäkuuta 2019.
8. ↑ NASA lähettää Dragonflyn etsimään elämää Saturnuksen kuussa Titanissa . Tass.ru (28. kesäkuuta 2019). Haettu 27. kesäkuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 27. kesäkuuta 2019. (Venäjän kieli)
9. ↑ Ilmailu- ja avaruusinsinöörit kehittävät droneja NASA:n konseptitehtävälle  Titanille . Pennsylvania State University (9. tammikuuta 2018). Haettu 2. joulukuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 7. marraskuuta 2019.
10. ↑ 1 2 Dragonfly Launch Siirretty vuoteen 2027  . NASA (25. syyskuuta 2020). Haettu 29. syyskuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 27. syyskuuta 2020.
11. ↑ NASA New Frontiers 5: Kolmas yhteisön ilmoitus - SpaceRef
12. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Dragonfly: Rotorcraft Lander -konsepti tieteellistä tutkimusta varten Titanissa (PDF)  (  linkki ei saavutettavissa) . Johns Hopkins APL Technical Digest (2017). Haettu 25. tammikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 22. joulukuuta 2017.
13. ↑ 1 2 NASA valitsee Johns Hopkinsin APL: n  johtaman tehtävän Titaniin jatkokehitystä varten . Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (21. joulukuuta 2017). Haettu 2. joulukuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 26. huhtikuuta 2018.
14. ↑ Dragonfly : Tutki Titanin pintaa uuden rajojen siirrettävällä laskeutujalla  American Astronomical Society, DPS:n kokous #49, id.219.02. (2017). 
15. ↑ Dragonfly APL TechDigest (PDF)  (eng.)  (linkki ei saatavilla) . JHUAPL.edu. Haettu 25. tammikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 22. joulukuuta 2017.
16. ↑ Titan Explorer - Flagship Study (PDF)  (eng.)  (linkki ei saatavilla) . NASA ja APL (2008). Haettu 25. tammikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 1. helmikuuta 2017.
17. ↑ 1 2 Montgolfiere Aerobots for Titan (PDF)  (eng.)  (linkki ei ole käytettävissä) . NASAn Jet Propulsion Laboratory. Haettu 25. tammikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 22. joulukuuta 2016.
18. ↑ Langelaan JW et ai. (2017) Proc. Aerospace Conf. IEEE.
19. ↑ 1 2 Spacewatch: tämän maailman ulkopuolinen drone, jolla on Titanic-tehtävä  edessä . The Guardian (21. joulukuuta 2017). Haettu 25. tammikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 13. heinäkuuta 2019.
20. ↑ 1 2 3 Chang, Kenneth Finalistit NASAn avaruusalusarvonnassa: Drone Titanilla ja komeetta-  chaser . The New York Times (19. marraskuuta 2017). Haettu 25. tammikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 13. heinäkuuta 2019.
21. ↑ NASAn sudenkorento lentää Titanin ympärillä etsimässä alkuperää , elämän  merkkejä . NASA.gov (27. kesäkuuta 2019). Haettu 27. kesäkuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 28. kesäkuuta 2019.
22. ↑ Mitä ihmettä toliinit ovat?  (englanniksi) . Planetary.org (23. heinäkuuta 2015). Haettu 2. joulukuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 13. tammikuuta 2020.
23. ↑ Jättiläinen trooppinen järvi löydetty Saturn Moon Titanista  (englanniksi)  (pääsemätön linkki - historia ) . Space.com (13. kesäkuuta 2012).
24. ↑ Uusia kuvia Huygens-luotaimesta: Rantaviivat ja kanavat, mutta ilmeisen kuiva  pinta . Planetary.org (15. tammikuuta 2005). Haettu 2. joulukuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 30. maaliskuuta 2018.
25. ↑ Williams, Matt Dragonfly ehdotetaan NASA:lle Daring New Frontiers -tehtäväksi  Titaniin . Universe Today (25. elokuuta 2017). Haettu 25. tammikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 13. heinäkuuta 2019.
26. ↑ Robert Zubrin, Entering Space: Creating a Spacefaring Civilization , osa: Titan, s. 163-166, Tarcher/Putnam, 1999, ISBN 978-1-58542-036-0
27. ↑ Robert Zubrin, The Case for Mars: The Settle for the Red Planet and Why We Must , s. 146, Simon & Schuster/Touchstone, 1996, ISBN 978-0-684-83550-1
28. ↑ Tieteelliset tavoitteet ja tavoitteet Dragonfly Titan Rotorcraft Relocatable Landerille . The Planetary Science Journal (19.7.2021). Haettu 29. lokakuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 17. elokuuta 2021. (määrätön)
29. ↑ Planeettatutkijat tunnistavat droonikohteita Titanilla . N+1 (13.8.2021). Haettu 29. lokakuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 29. lokakuuta 2021. (määrätön)
30. ↑ R. Lorenz, "Titan Here We Come!", New Scientist, 15. heinäkuuta 2000.
31. ↑ Post-Cassini Exploration of Titan: Science Rationale and Mission Concepts (PDF  ) . British Interplanetary Societyn lehti (2000). Haettu 2. joulukuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 25. tammikuuta 2020.
32. ↑ 1 2 NASAn sudenkorento lentää Titanin ympärillä etsimässä alkuperää,  elämän merkkejä . NASA.gov (27. kesäkuuta 2019). Haettu 27. kesäkuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 2. toukokuuta 2021.

Linkit

• Projektin virallinen verkkosivusto  (englanniksi)