Dragonfly (космический аппарат)

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
У этого термина существуют и другие значения, см. Dragonfly.
Дрэгонфлай
Dragonfly
Заказчик Соединённые Штаты Америки НАСА
Производитель Лаборатория прикладной физики
Задачи исследование Титана
Запуск июнь 2027; через 2 года (2027-06)
Технические характеристики
Масса 450 кг
Мощность 70 Вт
dragonfly.jhuapl.edu

Dragonfly (в переводе с англ. — «стрекоза») — проект космического аппарата и одноимённой 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 запланирован на июнь 2027 года, прибытие к Сатурну и спуск на поверхность Титан ожидается в 2036 году, после чего аппарат сможет работать на Титане более двух с половиной лет[9][10][11].

Обзор

Космический аппарат «Дрэгонфлай» совершит посадку на Титан, где будет осуществлять поиск микробной жизни и изучать жизнепригодность спутника, пребиотическую химию в разных местах Титана. 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[12][13].

Из-за наличия на Титане поверхностных жидких углеводородов и, возможно, подповерхностной воды, там мог образоваться так называемый первичный бульон, в связи с чем этот спутник Сатурна представляет большой интерес для астробиологов[14].

История

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[15]. Научным руководителем проекта стала Элизабет Тертл[англ.], планетолог Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса[13]. Концепция миссии основана на более ранних разработках, рассматривавших возможность воздушной навигации по Титану, включая исследование 2007 года Titan Explorer[16], в котором предлагалось запустить на Титане монгольфьер (TSSM)[17] или аэроплан (AVIATR)[12]. Концепция миссии «Дрэгонфлай» предполагает использование многовинтового аппарата[18] 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[англ.]) 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 2027 году в рамках четвёртой миссии программы «Новые рубежи»[19][20][7][21].

Финансирование и разработка

До конца 2018 года проекты миссий CAESAR и Dragonfly получили по 4 млн долларов США на дальнейшую более детальную проработку[20]. После выбора миссии Dragonfly началось проектирование, разработка и строительство аппарата, а запуск будет осуществлён в 2027 году[19][20][7][10]. Данная миссия станет четвёртой в рамках программы «Новые рубежи».

Научные задачи

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[22], которые являются смесью углеводородов (органических веществ) в атмосфере и на поверхности Титана[23][24]. 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[25].

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»[26]. 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[27].

19 июля 2021 года в журнале The Planetary Science Journal была опубликована статья «Science Goals and Objectives for the Dragonfly Titan Rotorcraft Relocatable Lander»[28], в которой авторы во главе с заместителем руководителя проекта Dragonfly Джейсоном Барнсом из Университета Айдахо привели утвержденный список научных целей для ортокоптера[29]:

  • Картографирование поверхности Титана с помощью цветных детальных снимков, при этом на фотографиях мест отбора проб грунта должны быть различимы зерна размером менее 120 микрометров.
  • Изучение состава поверхностного слоя Титана как минимум в трех разных ландшафтах: дюны, окрестности ударных кратеров и области вблизи русел рек.
  • Поиск как органических, так и неорганических пребиотически релевантных молекул, в том числе, аминокислот, азотистых оснований, липидов и сахаров, а также определение их концентрации в грунте и других свойств, в том числе хиральность.
  • Определение содержания в грунте водяного льда.
  • Определение сейсмчиеской активности Титана.
  • Идентификация источников и поглотителей метана и определение их роли в метановом гидрологическом цикле Титана.
  • Определение химического состава атмосферы, в частности содержание в ней неона и аргона, что позволит наложить ограничения на модели эволюции атмосферы Титана и поможет разобраться в механизмах осаждения различных веществ из атмосферы на поверхности спутника.
  • Мониторинг температуры, давления, содержания водорода и метана в атмосфере, скорости и направления ветра.

Дизайн и конструкция

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[12]. Подобная конфигурация винтов позволит аппарату перемещаться даже в случае потери одного винта либо мотора[12]. Каждый винт будет диаметром около 1 метра[12]. Аппарат сможет перемещаться со скоростью около 36 км/ч и подниматься на высоту до 4 км[12].

Энергия, необходимая для того, чтобы аппарат с подобной массой завис в воздухе, на Титане в 38 раз меньше, чем на Земле[30] из-за более плотной атмосферы и низкой силы тяжести[1]. Атмосфера Титана в четыре раза плотнее, чем на Земле, а сила тяжести составляет около 15 % от земной, поэтому на Титане проще летать. С другой стороны, есть ряд факторов осложняющих миссию, нужно учитывать низкие рабочие температуры, которые составляют около −180 °C у поверхности, а также слабую освещённость[17]. «Дрэгонфлай» сможет преодолевать значительные расстояния, питаясь от батареи, подзаряжаемой от радиоизотопного термоэлектрического генератора (MMRTG[англ.]) в ночное время[31]. Радиоизотопный термоэлектрический генератор MMRTG преобразует тепловую энергию от естественного распада радиоизотопов в электрическую энергию[12]. 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[12], а также два бура для сбора образцов (по одному у каждой посадочной лыжи) и последующего анализа в масс-спектрометре[12].

В ночное время, которое длится на Титане около 8 земных дней, аппарат будет находиться на поверхности[12]. 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»[12].

Предполагаемое научное оборудование

  • 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.
  • Бур-манипулятор DrACO (Drill for Acquisition of Complex Organics) — не является научным оборудованием, но просверлит поверхность Титана и вакуумирует образцы поверхности и доставит их в прибор DraMS при криогенной температуре.

Место посадки

Шангри-Ла — обширная тёмная область в центре

Планируется, что местом посадки винтокрылого летательного аппарата Dragonfly станет область Шангри-Ла[32], расположенная около экватора и на 700 км севернее места посадки «Гюйгенса». 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[32].

См. также

Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 Dragonfly: Exploring Titan's Prebiotic Organic Chemistry and Habitability (англ.) (недоступная ссылка). USRA Houston. Дата обращения: 25 января 2018. Архивировано 5 апреля 2018 года.
  2. ↑ Dragonfly: Titan Rotorcraft Lander (англ.). The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (2017). Дата обращения: 2 декабря 2019. Архивировано 20 сентября 2017 года.
  3. ↑ Redd, Nola Taylor 'Dragonfly' Drone Could Explore Saturn Moon Titan (англ.). Space.com (25 апреля 2017). Дата обращения: 25 января 2018. Архивировано 25 апреля 2017 года.
  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 декабря 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). Дата обращения: 25 января 2018. Архивировано 1 января 2018 года.
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 Edward Helmore and agencies. Nasa to send Dragonfly drone to explore Titan, Saturn's largest moon (англ.). The Guardian (27 июня 2019). Дата обращения: 28 июня 2019. Архивировано 28 июня 2019 года.
  8. ↑ NASA отправит аппарат Dragonfly для поиска жизни на спутнике Сатурна Титане. Tass.ru (28 июня 2019). Дата обращения: 27 июня 2019. Архивировано 27 июня 2019 года.
  9. ↑ Aerospace engineers developing drone for NASA concept mission to Titan (англ.). Pennsylvania State University (9 января 2018). Дата обращения: 2 декабря 2019. Архивировано 7 ноября 2019 года.
  10. ↑ 10,0 10,1 Dragonfly Launch Moved to 2027 (англ.). NASA (25 сентября 2020). Дата обращения: 29 сентября 2020. Архивировано 27 сентября 2020 года.
  11. ↑ NASA New Frontiers 5: Third Community Announcement - SpaceRef
  12. ↑ 12,00 12,01 12,02 12,03 12,04 12,05 12,06 12,07 12,08 12,09 12,10 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.
  13. ↑ 13,0 13,1 NASA Selects Johns Hopkins APL-Led Mission to Titan for Further Development (англ.). Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (21 декабря 2017). Дата обращения: 2 декабря 2019. Архивировано 26 апреля 2018 года.
  14. ↑ Dragonfly: Exploring Titan's Surface with a New Frontiers Relocatable Lander (англ.) (недоступная ссылка — история ). American Astronomical Society, DPS meeting #49, id.219.02. (2017).
  15. ↑ Dragonfly APL TechDigest (PDF) (англ.) (недоступная ссылка). JHUAPL.edu. Дата обращения: 25 января 2018. Архивировано 22 декабря 2017 года.
  16. ↑ Titan Explorer - Flagship Study (PDF) (англ.) (недоступная ссылка). NASA and APL (2008). Дата обращения: 25 января 2018. Архивировано 1 февраля 2017 года.
  17. ↑ 17,0 17,1 Montgolfiere Aerobots for Titan (PDF) (англ.) (недоступная ссылка). NASA's Jet Propulsion Laboratory. Дата обращения: 25 января 2018. Архивировано 22 декабря 2016 года.
  18. ↑ Langelaan J. W. et al. (2017) Proc. Aerospace Conf. IEEE.
  19. ↑ 19,0 19,1 Spacewatch: out-of-this-world drone with a Titanic task ahead (англ.). The Guardian (21 декабря 2017). Дата обращения: 25 января 2018. Архивировано 13 июля 2019 года.
  20. ↑ 20,0 20,1 20,2 Chang, Kenneth Finalists in NASA's Spacecraft Sweepstakes: A Drone on Titan, and a Comet-Chaser (англ.). The New York Times (19 ноября 2017). Дата обращения: 25 января 2018. Архивировано 13 июля 2019 года.
  21. ↑ NASA's Dragonfly Will Fly Around Titan Looking for Origins, Signs of Life (англ.). NASA.gov (27 июня 2019). Дата обращения: 27 июня 2019. Архивировано 28 июня 2019 года.
  22. ↑ What in the world(s) are tholins? (англ.). Planetary.org (23 июля 2015). Дата обращения: 2 декабря 2019. Архивировано 13 января 2020 года.
  23. ↑ Giant Tropical Lake Found on Saturn Moon Titan (англ.) (недоступная ссылка — история ). Space.com (13 июня 2012).
  24. ↑ New Images from the Huygens Probe: Shorelines and Channels, But an Apparently Dry Surface (англ.). Planetary.org (15 января 2005). Дата обращения: 2 декабря 2019. Архивировано 30 марта 2018 года.
  25. ↑ Williams, Matt Dragonfly Proposed to NASA as Daring New Frontiers Mission to Titan (англ.). Universe Today (25 августа 2017). Дата обращения: 25 января 2018. Архивировано 13 июля 2019 года.
  26. ↑ Robert Zubrin, Entering Space: Creating a Spacefaring Civilization, section: Titan, pp. 163—166, Tarcher/Putnam, 1999, ISBN 978-1-58542-036-0
  27. ↑ 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
  28. ↑ Science Goals and Objectives for the Dragonfly Titan Rotorcraft Relocatable Lander. The Planetary Science Journal (19.07.2021). Дата обращения: 29 октября 2021. Архивировано 17 августа 2021 года.
  29. ↑ Планетологи определили цели для дрона на Титане. N+1 (13.08.2021). Дата обращения: 29 октября 2021. Архивировано 29 октября 2021 года.
  30. ↑ R. Lorenz, «Titan Here We Come!», New Scientist, July 15, 2000.
  31. ↑ Post-Cassini Exploration of Titan: Science Rationale and Mission Concepts (PDF) (англ.). Journal of the British Interplanetary Society (2000). Дата обращения: 2 декабря 2019. Архивировано 25 января 2020 года.
  32. ↑ 32,0 32,1 NASA's Dragonfly Will Fly Around Titan Looking for Origins, Signs of Life (англ.). NASA.gov (27 июня 2019). Дата обращения: 27 июня 2019. Архивировано 2 мая 2021 года.

Ссылки

Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Dragonfly_(космический_аппарат)&oldid=19732540