Dragonfly – что известно об аппарате для исследования Титана?

Несмотря на двадцать лет исследований системы Сатурна в рамках миссии «Кассини», в наших знаниях о его спутнике Титане все еще имеются пробелы. Что насчет химического состава поверхности спутника? Насколько высокоорганизованы органические вещества в этом мире? В рамках четвертой части программы «New Frontiers» команда, возглавляемая лабораторией прикладной физики (APL) при Университете Джона Хопкинса, предложила NASA проект революционного посадочного аппарата, который сможет многократно перемещаться в условиях густой атмосферы и низкой гравитации Титана с помощью несущих винтов. Как квадрокоптер.

Почему Титан?

Спутник Сатурна Титан во многих отношениях является самым похожим на Землю телом в Солнечной системе. Этот странный мир больше, чем планета Меркурий. Титан имеет наполненную большим количеством органических веществ плотную азотную атмосферу, которая скрывает его поверхность. Самое странное в этом мире это то, что на Титане метан играет ту же роль, что и вода на Земле. Он образует облака, осадки, реки, моря и озера. А все потому, что он находится на очень большом расстоянии от Солнца и там чертовски холодно! В формировании богатой углеродом поверхности Титана участвуют не только ударные кратеры и ветра, но и вышеупомянутые метановые реки, а также возможные извержения жидкой воды на поверхность (см. криовулканизм).

Мы знаем, что живые существа на Земле по большей части состоят из воды. Поэтому и большинство исследований в астробиологии отталкиваются от обнаружения на планетах бесценной H2O. Но химические процессы, ведущие к формированию жизни, зависят не только от наличия воды, но и от функций, выполняемых соединениями углерода, азота, кислорода и водорода, а также серы и фосфора (в меньшей степени). В отличие от спутника Юпитера Европы (богатой водой и, возможно, серой), Титан является миром, богатым как углеродом, так и азотом.

Атмосфера Титана состоит в основном из азота (около 95%) с пятипроцентным содержанием метана и небольшим количеством других веществ. Под воздействием солнечного света молекулы метана и азота расщепляются и рекомбинируют, образуя различные сложные органические соединения. Органические молекулы являются строительными блоками для жизни, и их присутствие на Титане только усиливает интригу — какая органика там находится? И что она может образовывать?

Формирование концепции Dragonfly

В январе 2016 года NASA объявило, что Титан стал кандидатом для четвертой миссии в рамках программы «New Frontiers», что открывало собой новые возможности для его исследования. Миссии по изучению Титана рассматривались и ранее – особенно интересной была концепция Discovery Titan Mare Explorer (TiME) по изучению морей на спутнике. Но временные рамки полета всё подпортили – по плану запуск должен был состояться до конца 2025 года с прибытием в середине 2030-х годов. А это означало, что у миссии не может быть прямой связи с Землей (DTE), т.к. в середине 30-х в северном полушарии Титана будет зима  — моря будут находится в «темной» части планеты.

Даже учитывая тот факт, что на проект New Frontiers 4 выделили почти в два раза больше средств (850 млн долларов), чем на проект Discovery (~ 450 миллионов долларов) — обеспечить качественную ретрансляцию сигнала и взятие проб в одном из морей Титана все равно задача не из легких.

Однако посадка с DTE связью возможна и на более низких широтах. Единственной планируемой миссией такого рода была NASA Titan Explorer 2007, разработанная все той же лабораторией прикладной физики Университета Джона Хопкинса (APL). В рамках этой миссии получение научных данных должно было осуществляться с помощью трех различных платформ: орбитального аппарата, воздушного шара (монгольфьера) и посадочного модуля. Спускаемый аппарат (спроектированный еще до открытия морей Титана) должен был быть доставлен в область Белет, которая, как ожидалось, свободна от большого количества камней и оврагов.

После спуска посадочного аппарата с парашютом и его приземления на подушках безопасности (как в миссии Mars Pathfinder) предполагалось развертывание оборудования — камер, инструментов для химического анализа, сейсмометра и метеорологического пакета. В целом научное обоснование миссии Titan Explorer было очень полезно при создании концепции «Dragonfly».

Однако с точки зрения науки у спускаемого аппарата есть кое-какое существенное ограничение – он исследует только местность вокруг себя. Это ограничение, конечно, можно обойти – например, приземлиться в месте с большим разнообразием образцов. Или дополнить спускаемый аппарат каким-нибудь подвижным элементом (вплоть до небольшого ровера), который будет собирать данные с участков поверхности более интересных для исследователей, чем место посадки (которое выбирается в первую очередь из соображений безопасности для аппарата, чем из научных интересов).

Сама концепция отправки винтокрылого посадочного аппарата на Титан, работающего на аккумуляторе, заряжающегося от радиоизотопного источника питания, была предложена около 17 лет назад. В то время предполагалось, что аппарат будет представлять собой небольшой вертолет — транспортное средство, которое успешно используется на Земле для гарантированного доступа к широкому кругу местностей, доставки персонала, а также для поиска и спасения людей. Но оказалось, что и здесь не без проблем – дело в том, что вертолеты сложны конструкционно.Тем не менее, технологические достижения последних двух десятилетий, в частности, революция в доступности многороторных дронов, которая стала возможна благодаря современным компактным сенсорам и системам пилотирования, а также развитие возможностей оценки мест посадки и ее автономного контроля для космических аппаратов, сделало квадрокоптер гораздо более привлекательным решением.

В отличие от вертолета, аппарат, имеющий несколько роторов с дифференциальным дросселированием и контролем оборотов двигателя при помощи электрического тока, является простым с точки зрения конструкции. И это делает его пригодным для использования на других планетах.

Краткая оценка с использованием параметрической модели мощности аппарата показала, что винтокрылое транспортное средство необходимого размера и мощности фактически сможет достичь беспрецедентной мобильности в плане перемещений на Титане. Так  родилась концепция «Dragonfly».

После космического полета в защитной капсуле и спуска на парашюте, аппарат приземляется с помощью своих винтов и использует направленную антенну для связи с Землей. Приведенный в действие радиоизотопным источником питания, который обеспечивает теплозащиту и подзарядку аккумулятора, аппарат может работать практически неограниченно долго в качестве обычного посадочного модуля. Его особенность — возможность периодически совершать короткие полеты в новые места.

Вначале разработчикам казалось, что у транспортного средства должно быть что-то вроде спасательного круга, который позволит аппарату находиться на поверхности одного из многочисленных озер Титана. Но вскоре появилась идея сделать его по более традиционной схеме с полозьями — ведь исследования аппарата будут проходить на суше. В такой конфигурации у Dragonfly есть ограничение – винтокрылый аппарат будет необходимо упаковать в специальную капсулу, которая защитит его в полете к Титану и при входе в атмосферу спутника.

Несмотря на небольшое аэродинамическое ограничение в схеме с расположением двигателей октокоптера на одной вертикальной оси, в сравнении с «нормальным» квадрокоптером конфигурация такого октокоптера более устойчива и надежна. Вполне сможет выдержать потерю одного из двигателей.

Хотя задачи по доставке транспортного средства в атмосферу Титана не являются предметом данной статьи, проектирование перелетного модуля и защитной капсулы потребовало значительных усилий. Стоит отметить, что октокоптер запускается «вверх ногами» с убранными полозьями.

Архитектура системы сбора образцов — еще один важный аспект миссии: был рассмотрен механизм забора проб, подобный тем, которые использовались в аппаратах «Викинг», «Феникс» или марсоходе «Curiosity», но он был бы дорогим и тяжелым и по сути представлял собой единую точку отказа. Вместо этого были выбраны два бура для забора проб с простыми приводами, по одному на каждом полозе. Они вполне смогут обеспечить взятие образцов. Плотная атмосфера Титана позволяет транспортировать образец пневматически с помощью воздуходувки — материал всасывается через шланг и извлекается в циклонном сепараторе (так же, как в вакуумном пылесосе Dyson) для доставки к  масс-спектрометру.

А вот что касается научных приборов на борту… тут нужно остановиться поподробнее!

Немного об инструментах исследования

Некоторые места, представляющие научный интерес, заслуживают более тщательного изучения с забором проб, включая те места, где жидкая вода из недр спутника взаимодействует с отложениями органического тумана Титана с образованием пиримидинов (оснований, используемых для кодирования информации в ДНК) и аминокислот (строительных кирпичиков для белков). В дополнению к ценности исследований Dragonfly с точки зрения химии стоит отметить, что с точки зрения метеорологических исследований и получения высококачественных изображений у аппарата тоже все в порядке – он заменяет воздушный шар и спускаемый модуль миссии NASA Titan Explorer вместе взятые! А все благодаря крутому набору инструментов:

DraMS – Dragonfly Mass Spectrometer (создан в Центре космических полетов имени Годдарда)

Центральным элементом полезной нагрузки является масс-спектрометр высокого разрешения с внешним интерфейсом обработки образцов, способный обрабатывать материалы с высоким молекулярным весом и образцы, представляющие интерес в качестве исследования возникновения жизни. Система содержит элементы очень успешного инструмента SAM (Sample Analysis at Mars) с марсохода «Curiosity», которая обладает возможностями пиролиза и газохроматографического анализа, а также опирается на разработки ExoMars / MOMA (Mars Organic Material Analyser).

DraGNS – Dragonfly Gamma-Ray and Neutron Spectrometer (создан в APL в сотрудничестве с Центром космических полетов имени Годдарда)

Этот инструмент позволяет определять элементный состав грунта непосредственно под посадочной платформой, не требуя каких-либо операций по забору проб. По содержанию углерода, азота, водорода и кислорода аппарат сможет быстро классифицировать поверхностный материал (например, богатый аммиаком водяной лед, чистый лед или карбонатные дюнные пески). Этот прибор также позволяет обнаруживать незначительные количества неорганических элементов, таких как натрий или сера. Такая быстрая «химическая разведка» на каждом новом месте посадки сможет информировать научную группу о том, какие виды забора проб должны быть выполнены и  какого рода подробный химический анализ необходимо провести. Невероятно полезная штука для перемещаемого аппарата!

DraGMet — Dragonfly Geophysics and Meteorology Package (создан в APL)

Этот прибор представляет собой набор простых датчиков с маломощной электроникой для обработки данных. Атмосферное давление и температура измеряются с помощью датчиков COTS. Скорость и направление ветра определяются с помощью тепловых анемометров, которые сведут к минимуму возмущения потока из-за препятствий и теплового шлейфа от радиоизотопного генератора. Содержание метана (и влажность) определяется по дифференциальному поглощению в ближней ИК-области. Электроды на посадочных полозьях используются для определения величины электрических полей, а также для измерения диэлектрической проницаемости грунта. Тепловые свойства грунта измеряются датчиком температуры с подогревом —  с его же помощью производится оценка пористости и влажности. Наконец, сейсмическая аппаратура оценивает свойства реголита, ищет тектоническую активность и, возможно, поможет определить внутреннюю структуру Титана.

DragonCam — Dragonfly Camera Suite (создан в Malin Space Science Systems)

Набор камер, управляемый общим электронным блоком. Обеспечивает получение изображений при посадке и в полете, а микроскопический сканер сможет исследовать поверхностный материал вплоть до мельчайших крупиц песка. Панорамные камеры смогут детально обследовать участки после приземления: во многих отношениях система формирования изображения аналогична системе на марсианских кораблях, хотя в данном случае камеры учитывают более слабое освещение на Титане (известное из данных аппарата «Гюйгенс»).

Инженерные системы

Данные из инерциального измерительного блока (IMU) могут использоваться для восстановления информации о плотности атмосферы, которая была получена во время входа аппарата в ее плотные слои. IMU и другие навигационные системы смогут контролировать полет аппарата на Титане. Кроме того, радиосвязь через допплеровские и/или дальномерные измерения сможет пролить свет на состояние вращения спутника, которое, в свою очередь, зависит от его внутренней структуры.

Энергия — наше всё

Энергия является фундаментальным ограничением в исследовании поверхности Титана. В его среде извлечение солнечной энергии на данном этапе развития технологий — задача практически неосуществимая (солнечный свет на поверхности Титана примерно в 100 раз слабее, чем на Земле, а его туманная атмосфера уменьшает и без того слабый свет еще в 10 раз). А еще аппарату требуется серьезный подогрев и управление теплом – на спутнике Сатурна температура составляет порядка 94 К (минус 180 по Цельсию).

Корпус «Dragonfly» имеет толстую теплоизоляцию вокруг основного блока электроники, а «отработанное» тепло от многоцелевого радиоизотопного термоэлектрического генератора (MMRTG) отводится для поддержания внутренностей (и, в частности, аккумулятора) в комфортной температуре. С другой стороны, чувствительный детектор гамма-излучения прибора DraGNS установлен снаружи этого теплого бокса, чтобы эксплуатировать плотную холодную атмосферу Титана для достижения низких рабочих температур без необходимости использования криокамеры.

Конфигурация «Dragonfly» для полета в атмосфере. Серый круг — это направленная антенна, сложенная в горизонтальном положении. Обратите внимание на аэродинамический обтекатель перед антенной. Цилиндр сзади — многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор (MMRTG). Механизм бура для взятия проб виден с левой стороны на полозе, и передние камеры утопленный в желто-коричневую изоляционную пену в закругленном носу аппарата. Небольшие крылья и винты разработаны с учетом условий атмосферы Титана.

Миссии с направленными антеннами (HGA)  требуют соотношения около 5 мДж/бит на астрономическую единицу для сбора и отправки научных данных на Землю.

Зонд «Гюйгенс» возвратил около 100 Мб данных (примерно за 3,5 часа по каналу S-диапазона со скоростью 8 кбит/с), передавая их на Землю через орбитальный аппарат «Кассини». Для того, чтобы превзойти этот показатель, скажем, в 100 раз, (т.е. отправить 10 Гб данных на расстояние в 10 а.е.) нам потребуется примерно 0,5 ГДж энергии (примерно 140 000 Вт·ч), что намного превышает возможности существующих систем хранения.

Свободным параметром во всей этой системе является продолжительность миссии. И это позволяет нам использовать радиоизотопный источник энергии небольшой мощности. Если такой источник проработает на уровне выделяемой энергии в 100 Вт, то за один год он выдаст 3 ГДж энергии (что очень здорово).

Возможности New Frontiers 4 позволяют использовать до трех таких источников. Но поскольку они относительно тяжелые, а отработанное тепло (около 2 кВт) требуется не просто рассеять в атмосфере, а направить в нужное русло, то стало очевидно, что следует использовать только один MMRTG.

В ходе полета к Титану будет происходить медленная деградация термоэлектрического преобразователя, а в дополнение к этому еще и распад плутония — это означает, что выработка электроэнергии в пункте назначения будет значительно ниже, чем во время запуска на Земле. А лететь аппарат будет долгих 8 лет. Кроме того, опыт использования  MMRTG недостаточно высок (наземные испытания + эксплуатация на «Curiosity»), что означает необходимость использовать большой запас по мощности. Ожидается, что на Титане выходная мощность одного MMRTG составит около 70 Вт. Можете сказать, мол это очень низкое значение – но оба аппарата «Викинг» годами работали с этим уровнем мощности. Ключевым моментом является то, что наземные операции на Титане являются нетребовательными в плане энергии (нет движения или контроля ориентации).

И хотя сбор образцов и химический анализ являются энергоемкими процессами, они требуют лишь нескольких часов активности. Научная деятельность, которая требует постоянного мониторинга, а именно метеорологические и сейсмологические измерения, хотя и имеет низкое энергопотребление, но фактически доминирует в энергетическом бюджете. В течение этих длительных периодов бортовое радиоэлектронное оборудование будет выключаться, и сбор данных будет выполняется только прибором, чтобы максимизировать скорость перезарядки батареи.

MMRTG непрерывно перезаряжает батарею, но научные исследования и полет требуют значительного количества энергии.

За исключением полярного лета или зимы, операции спускаемого аппарата на Титане с DTE-связью осуществляются по суточному циклу Титана. Солнечный день Титана (Tsol) составляет 384 часа (16 земных дней). При взгляде с Титана Земля в небе всегда находится в пределах 6 ° от Солнца. Взаимодействие с Землей и, по логике, любые операции, требующие наблюдения в реальном времени (например, полет в атмосфере), происходят в течение дня, а деятельность в ночное время, как правило, минимальна, и мощность может быть направлена ​​на перезарядку батареи. Таким образом, логическим максимальным размером батареи является тот, который полностью использует мощность MMRTG во время ночи на Титане – примерный расчет покажет вам цифру в 14 кВт·ч. Такая батарея — примерно в четверть размера от той, что установлена в электромобилях Tesla. А если учесть, что типичный показатель удельной емкости для космических батарей составляет примерно 100 Вт·ч/кг, то она была бы довольно массивной (140 кг). На практике можно выбрать батарею меньшего размера, пожертвовав эффективностью ради снижения массы и стоимости.

Следует подчеркнуть, что, хотя миссия и была разработана для работы с MMRTG, другие сопоставимые радиоизотопные энергосистемы, такие как усовершенствованный радиоизотопный генератор Стирлинга (ASRG) или улучшенный MMRTG с более высокой эффективностью преобразования энергии, могли бы обеспечить еще более высокую скорость возврата данных и работы аппарата.

Аэродинамика

Атмосфера Титана плотнее и холоднее, чем атмосфера Земли. В ее составе преобладает азот, а низкая температура означает значительно меньшую молекулярная вязкость, чем у  нашего воздуха. А сочетание более высокой плотности и более низкой вязкости означает, что аппарат данного размера и скорости будет работать на Титане при числе Рейнольдса в несколько раз большем, чем на Земле. Таким образом, лопасти «Dragonfly» длиной в 1 метр на Титане – все равно, что лопасти в наземных ветряных турбинах. Секция лопасти ветряной турбины не только аэродинамически эффективна, но также очень устойчива к неровностям на поверхности, что делает ее надежным выбором для Титана. Низкая температура также означает, что скорость звука в атмосфере Титана ниже, чем на Земле (194 м/с против 340 м/с ). Это важно при проектировании лопастей – ведь при приближении к скорости звука происходят серьезные аэродинамические потери.

Неофициальным ориентиром по определению возможностей аппарата на ранних этапах разработки было то, что он должен предлагать революционную мобильность для доступа к различным геологическим территориям, позволяя пролететь за один прыжок больше, чем любой марсоход пройдет за 10 лет.

Кривая мощности октокоптера массой 420 кг на Титане. Индуцированная мощность, необходимая для тяги ротора, падает в сторону увеличения скорости, тогда как сопротивление тела увеличивается в квадрате и, в конечном счете, преобладает. Эти конкурирующие факторы определяют максимальную скорость величиной в 10 м/с. Плотная атмосфера Титана и низкая гравитация позволяют использовать в 40 раз меньше энергии для данной массы, чем на Земле.

Анализ летных характеристик показал, что максимальная скорость полета будет составлять около 10 м/с, а потребляемая мощность на данной скорости для 420-килограммового транспортного средства будет чуть более 2 кВт. 30-килограммовая батарея с удельной емкостью в 100 Вт·ч/кг теоретически может позволить полет в течение двух часов дальностью около 60 км. На практике эксплуатационные характеристики батареи будут сильно ограничены в целях безопасности, и производительность будет ниже. Мощность полета пропорциональна  массе аппарата в степени 1,5 — поэтому более массивное транспортное средство будет покрывать меньшие расстояния, либо потребует большей батареи. Хотя конфигурация «Dragonfly» в целом выполнена в виде планетарного спускаемого аппарата с несколько угловатым внешним видом, в нем соблюдена некоторая обтекаемость (например, закругленный нос и обтекатели вокруг сверлильных механизмов), дабы минимизировать аэродинамическое сопротивление в полете. Ну и, по понятным причинам, антенна во время полета уложена.

В дополнение к горизонтальной мобильности, вертикальная мобильность также сможет помочь в исследовательских целях. Особый интерес представляет возможность профилирования планетарного пограничного слоя (PBL) путем подъема на высоту от 500 м до 4 км. Суточная толщина PBL была измерена во время спуска зонда «Гюйгенс» до высоты примерно 300 м. И вот еще какая штука: если вертикальный подъем аппарата возможен, то вертикальное снижение – нет! (но в случае очень низких скоростей, например, при приземлении – его можно осуществить). Снижение в атмосфере Титана может создать нестабильность в полете аппарата из-за возникающего состояния вихревого кольца, при котором ослабевает скос потока создаваемый несущим винтом. Да и спуск по вертикали на очень низких скоростях также будет очень неэффективным. Таким образом, номинально полеты профилирования будут осуществляться с нормальным движением вперед, восходящим или опускающимся под углом около 20° к горизонту.

Приповерхностные ветры Титана, согласно прогнозам моделей общей циркуляции (GCM), будут иметь максимум скорости всего в 1-2 м/с (примерно те же данные отправил нам «Гюйгенс»). Это значит, что влияние ветра на дальность полета со скоростью 10 м/с будет  незначительным.

Профиль исследовательского полета

Атмосфера Титана фактически обеспечивает довольно широкий коридор по углу входа, что увеличивает выбор мест для посадки. Аэротермодинамические соображения слабо благоприятствуют прибытию на обратную сторону Титана.

Прибытие на спутник Сатурна в середине 2030-х годов с помощью связи DTE предполагает посадку на низких широтах. Это требование означает, что место и сезон будут примерно аналогичны тем, куда спускался «Гюйгенс» в 2005 году. Таким образом, данные полученные аппаратом «Гюйгенс» будут иметь большое значение в этой миссии. Кроме того, песчаные моря, которые опоясывают экватор Титана, являются привлекательным местом как с научной точки зрения, так и благоприятными с точки зрения характеристик местности для обеспечения безопасности посадки.

После отделения от защитной капсулы и сброса парашюта транспортное средство сможет преодолеть много километров на небольшой высоте, используя датчики для определения наиболее безопасного места посадки.

Исследования пустынь Титана с помощью радаров показали сравнительно небольшое наличие неровностей. Различные методы воссоздания топографии (альтиметрия, стереоизображения) предполагают, что дюны Титана могут достигать высоты в 150 м с усредненными по площади уклонами около 5°. Наземные аналоги, например, пустыня Намиб на юге Африки, имеют дюны с одинаковой морфологией, высотой и плоскими участками в 3-4 км между дюн: анализ цифровых моделей рельефа показывает, что  около 50% области имеет уклон 1° или менее, а 95% имеет уклон менее 6°. Для аппарата, способного выдерживать небольшие уклоны (например, в 10°), наверняка найдется достаточно места для безопасной посадки.

Когда аппарат будет безопасно посажен на поверхность спутника и местность будет обследована с помощью камер, можно будет попробовать сделать короткий прыжок в несколько секунд, дабы проверить его возможности. На самом деле, в зависимости от того, насколько неоднородна поверхность, небольшое смещение в несколько метров (или десятков метров) может привести к забору самых разных проб.

Затем можно проводить полеты с возрастающей продолжительностью, дальностью и/или высотой, с возвращением к первоначальному месту посадки. В ходе этих полетов можно оценить работу различных датчиков. Например, в ходе первого перелета можно использовать только инерциальную систему навигации, тогда как на более поздних рейсах пользоваться оптической навигацией, правда только после того, как будут определены основные ориентиры на местности и проверено качество входящих изображений в полете.  Если рельеф Титана столь же благоприятен, как и в пустыне Намиб, то можно с большой вероятностью сказать, что промежутки между дюнами будут безопасными местами для посадки – таким образом можно будет использовать запас дальности полета аппарата на максимум. Тем не менее, более консервативное предложение основывается на дальности полета в одном направлении R (которая будет ниже фактических возможностей аппарата) и выглядит следующим образом:

  1. Вторая зона посадки (B) определяется наземным анализом разведывательных изображений с расстояния R/3 или менее от начальной точки посадки A.
  2. Транспортное средство совершает полет над этой зоной, используя свои датчики (лидар для определения неровностей местности, формирования изображений и т.д.) и возвращается на исходную посадочную площадку (A).
  3. Анализ на основании данных датчика подтверждает одно или несколько безопасных мест в зоне B. Если подходящее место не найдено, придется вернуться к шагу 1).
  4. Возможная третья посадочная зона (C) идентифицируется при разведывательной съемке на расстоянии 2R/3 от A.
  5. Транспортное средство совершает исследовательский полет над зоной (C), но приземляется в (B).

 

Стратегия разведки и обследования «Leapfrog» позволяет полностью подтвердить потенциальные места для посадки с помощью наземного анализа и данными с датчиков. Показанное расстояние приведено только в качестве примера – реальная дальность полетов может быть намного больше.

Таким образом, аппарат не будет совершать посадку в местах, которые сначала не были оценены как безопасные. Этот консервативный подход требует больше времени для определения мест посадки, но позволяет рассмотреть ландшафты, которые могут быть связаны с более привлекательными научными целями (к слову о криовулканизме и взаимодействии жидкой воды с органикой Титана).

При каждой новой посадке антенна будет отключаться, и передача информации будет вестись по нисходящей линии связи. Приоритетные данные могут включать информацию о летных характеристиках, а также аэрофотоснимки места посадки для подтверждения его точного местоположения на картах, сделанных в рамка предыдущих разведок. Для быстрой оценки места с точки зрения текстуры поверхности (например, сплошная по сравнению с зернистой, влажная по сравнению с сухой) будут использоваться тепловые измерения на посадочных полозьях; диэлектрическая проницаемость, полученная путем измерения взаимного импеданса между электродами на полозьях, аналогичным образом давала бы сведения о физическом характере материала поверхности. Эти измерения занимают от нескольких секунд до нескольких минут. В течение нескольких часов нейтрон-активационный гамма-спектрометр будет определять объемный элементный состав места посадки, позволяя идентифицировать ряд основных ожидаемых типов поверхности (например, органический дюнный песок, твердый водяной лед и замороженный гидрат аммония).

Вооруженная этой информацией и имеющимися изображениями, научная группа сможет принять решение о взятии образца поверхности с помощью одного из буров, а затем проанализировать его с помощью масс-спектрометра. Бурение и анализ проб являются относительно энергоемкими задачами, которые могут быть перенесены на ночь Титана, когда будет доступна избыточная энергия аккумулятора. Другие ночные научные мероприятия включают в себя сейсмологический и метеорологический мониторинг и локальную (например, микроскопическую) съемку с использованием светодиодных осветителей. Эти осветители позволили бы помочь лучше различать цвета материалов поверхности Титана (поскольку дневное освещение, благодаря атмосферной дымке, преимущественно состоит из красного света), а также могли бы использовать ультрафиолетовое освещение, чтобы помочь идентифицировать поверхностный органический материал с помощью флуоресценции, которая является обычной для полициклических ароматических углеводородов, которые ученые ожидают найти в песках дюн.

Если объект окажется интересным, Dragonfly может оставаться в заданном месте столько времени, сколько необходимо, проводя более обширные исследования окрестностей, делая  изображения с помощью своих панорамных камер, или забирая образцы на разных глубинах.

Обратите внимание, что, хотя у «Dragonfly» отсутствует роботизированная рука, он, тем не менее, может манипулировать материалами поверхности, чтобы понять их физический характер. Как пример  — вращение с постепенно увеличивающейся скоростью одного или нескольких роторов, которое может поспособствовать передвижению частиц песка. Есть некоторые соображения насчет того, что форма дюн несет в себе память о климате прошлого, так как для ее переориентации требуются десятки тысяч лет. Некоторые модели предполагают, что астрономические изменения (вроде циклов Миланковича) могут влиять на характер ветров на Титане, а также географическое распределение жидкости на его поверхности.

Таким образом, любое место посадки предоставляет широкие возможности для научных исследований. Этот научный потенциал умножается на десятки возможных посадочных мест, которые можно будет посетить в ходе миссии «Dragonfly», продолжительность которой составит более двух лет.

Заключение

NASA выбрало миссию «Dragonfly» в рамках программы «New Frontiers» как свою следующую большую цель – старт аппарата запланирован на 2026 год, а прибытие к спутнику Сатурна – на 2034. Октокоптер высадится в пустыне Шангри-Ла, откуда будет большими скачками добираться к ударному кратеру Селк, попутно совершая интересные открытия. В общей сложности аппарат должен пройти 175 километров.
И даже в том случае, если миссия не станет успешной, «Dragonfly» оставит за собой след в истории – ведь имея такую беспрецедентную мобильность в перемещении, он представляет собой новую парадигму в исследовании планет.

По материалам официального сайта DragonFly

 

32
Войдите, чтобы читать и оставлять комментарии.
Volodymyr Riaboshapka
Участник
Volodymyr Riaboshapka

«Этот инструмент позволяет определять элементный состав земли непосредственно под посадочной платформой» — может лучше грунта, а не земли?

Andrii Buryi
Участник
Andrii Buryi

http://prntscr.com/oanouk

млн. км? Може млрд. км? )) (1 а.о. ≈149,6 млн. км)

Andriy Zolin
Участник
Andriy Zolin

Огромное спасибо за статью! Сроки, конечно, огорчают: жизнь коротка 🙂 Одна надежда на революцию в исследованиях.

Zander driver
Участник
Zander driver

«Взаимодействие с Землей и, по логике, любые операции, требующие наблюдения в реальном времени (например, полет в атмосфере)» — секундочку. От Земли до Сатурна с Титаном, как минимум 8 а.е. Это больше 1 светового часа. О каком «наблюдении в реальном времени» идет речь? Если лаг «туда и обратно» 2 часа как минимум?

Uihat Rabinovich-Oglu
Участник
Uihat Rabinovich-Oglu

wow! VRIL DOX сделал деанонимизацю в МАРК РОМАНОВ. мои поздравления вам так звучит лучше и благороднее. царская фамилия. :))

Показать скрытые комментарии

[скрыть] Последние комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

[X]
Если не получается зайти отсюда, попробуйте по ссылке.