Tiheällä ja hiilivetyrikkaalla ilmakehällään Titan on kiinnostunut useita vuosikymmeniä. Ja menestys Cassini-Huygens Operaation, joka alkoi tutkia Saturnia ja sen kuujärjestelmää jo vuonna 2004, käsiteltävänä on monia ehdotuksia seurantatehtävistä, jotka tutkisivat Titanin pintaa ja sen metaanimertä syvemmälle.
Tämän esittämät haasteet ovat johtaneet joihinkin uusiin ideoihin, kuten ilmapalloista ja laskuista kelluviin drooneihin ja sukellusveneisiin. Mutta NASA: n JHUAPL: n tutkijoiden ehdotus Dragonfly-drooniksi näyttää erityisen seikkailulta. Tämä kahdeksan terän drooni pystyisi lentoonlähtöön ja laskeutumiseen (VTOL) mahdollistaen sen tutkimaan sekä Titanin ilmakehää että pintaa tulevina vuosikymmeninä.
Missiokonseptin ehdotti tiederyhmä, jota johtaa NASA: n Johns Hopkinsin yliopiston soveltavan fysiikan laboratorion (JHUAPL) planeettatutkija Elizabeth Turtle. Konsepti esiteltiin helmikuussa ”Planetary Science Vision 2050 Workshop” -tapahtumassa - joka pidettiin NASA: n pääkonttorissa Washington DC: ssä - ja jälleen maaliskuun lopulla 48. kuukausi- ja planeettatieteellisessä konferenssissa Woodlands, Texas.
Sellainen tehtävä, kuten Turtle selitti Space Magazinelle sähköpostitse, on sekä oikea-aikainen että välttämätön. Sen lisäksi, että se rakentaisi monia viimeaikaisia kehityksiä robottimatkailijoiden (kuten Uteliaisuus rover ja Cassini-kiertäjä); mutta Titanilla tieteelliselle tutkimukselle ei yksinkertaisesti ole mahdollisuuksia. Kuten hän sanoi:
”Titanin valtameri-maailma, jolla on ainutlaatuinen kierre, joka on rikas ja monimutkainen orgaaninen kemia, jota esiintyy ilmakehässä ja sen pinnalla. Tämä yhdistelmä tekee Titanista erityisen hyvän kohteen planeettojen asettavuuden tutkimiseen. Yksi elämän kehityksen suurista kysymyksistä on, kuinka kemialliset vuorovaikutukset johtivat biologisiin prosesseihin. Titan on tehnyt prebioottisen kemian kokeita miljoonia vuosia - aikatauluja, joita on mahdotonta toistaa laboratoriossa - ja näiden kokeiden tulokset on tarkoitus kerätä. "
Heidän ehdotuksensa perustuu osittain aiempiin vuosikymmenten tutkimuksiin, kuten kampanjan strategiatyöryhmään (CSWG), joka käsittelee ulkoisen aurinkokunnan prebioottista kemiaa. Tutkimuksessa korostettiin, että liikkuva ilma-alus (ts. Ilmalaiva tai ilmapallo) sopisi hyvin Titanin tutkimiseen. Titan ei ole vain ainoa tiedossa oleva ruumis kuin maa, jolla on tiheä, typpirikas ilmapiiri - neljä kertaa niin tiheä kuin Maan -, mutta sen painovoima on myös noin seitsemäsosa maan maasta.
Ilmapallot ja ilmalaivat eivät kuitenkaan pystyisi tutkimaan Titanin metaanijärviä, jotka ovat yksi mielenkiintoisimmista piirteistä prebioottisen kemian tutkimuksen puitteissa. Lisäksi ilma-alus ei pystyisi suorittamaan pinnan kemiallista analyysiä in situ, aivan kuten Mars Exploration Rovers (Henki, mahdollisuus ja Uteliaisuus) ovat tehneet Marsilla.
Sinänsä Kilpikonna ja hänen kollegansa alkoivat etsiä ehdotusta, joka edusti molempien maailmojen parasta - ts. Ilmalava ja lasku. Tämä oli Dragonfly-konseptin synty.
"Useita erilaisia menetelmiä on harkittu Titanin in situ-tutkimiseen (helikopterit, erityyppiset ilmapallot, lentokoneet)", sanoi Kilpikonna. ”Dragonfly hyödyntää viimeaikaista kehitystä monirotorisissa ilma-aluksissa tarjotakseen ilma-aluksen liikkuvuuden laskeutumiselle, jolla on hienostunut hyötykuorma. Koska Dragonfly pystyisi kulkemaan pitkiä matkoja - muutama kymmenen kilometriä kerrallaan ja jopa muutama sata kilometriä operaation aikana -, olisi mahdollista tehdä mittauksia useissa paikoissa, joissa on hyvin erilainen geologinen historia. "
Tehtävä on myös ajatusten mukainen, joita Turtle ja hänen kollegansa - mukaan lukien Ralph Lorenz (myös JHUAPL: stä), Goddardin avaruuslentokeskuksen Melissa-kouluttaja ja Jason Barnes Idaho-yliopistosta - ovat tutkineet vuosien ajan. Aikaisemmin he ehdottivat toimintakonseptia, joka yhdistäisi Montgolfière-tyylisen ilmapallo Pathfinder-kaltaisen laskimen. Kun ilmapallo tutkisi Titania matalalta korkeudelta, maa-alue tutkii pintaa läheltä.
48. Lunar- ja Planetary Science -konferenssissa he olivat virallisesti julkistaneet Dragonfly-konseptinsa, jossa kehotettiin qaudcopteria suorittamaan sekä lento- että pintatutkimukset. Tämän neljän roottorin ajoneuvon väitettiin pystyvän hyödyntämään Titanin paksua ilmakehää ja matalaa painovoimaa näytteiden saamiseksi ja pintakoostumuksen määrittämiseksi useissa geologisissa olosuhteissa.
Viimeisimmässä iteraatiossa Dragonfly sisältää kahdeksan roottoria (kaksi on sijoitettu jokaisessa sen neljästä kulmasta) lennon saavuttamiseksi ja ylläpitämiseksi. Paljon kuin Uteliaisuus ja tulevat Mars 2020 Rovers, Dragonfly saa voiman Multission Radioisotooppisella termoelektrisellä generaattorilla (MMRTG). Tämä järjestelmä käyttää hajoavan plutonium-238: n tuottamaa lämpöä sähkön tuottamiseen ja voi pitää robottioperaation käynnissä vuosia.
Turtle sanoo, että tämä malli tarjoaisi tutkijoille ihanteellisen in situ-alustan Titanin ympäristön tutkimiseen:
”Dragonfly pystyisi mittaamaan eri pintamateriaalien koostumustiedot, mikä osoittaisi, kuinka pitkälle orgaaninen kemia on edennyt erilaisissa ympäristöissä. Nämä mittaukset voisivat myös paljastaa kemialliset allekirjoitukset vesipohjaisesta elämästä (kuten maan päällä) tai jopa hiilivetypohjaisesta elämästä, jos jompikumpi olisi läsnä Titanilla. Dragonfly tutkii myös Titanin ilmakehää, pintaa ja pinta-alaa ymmärtääksesi nykyisen geologisen toiminnan, miten materiaalit kuljetetaan ja orgaanisten materiaalien vaihto mahdollisuuden pinnan ja sisävesien välillä. "
Tämä konsepti sisältää paljon viimeaikaisia edistysaskeleita tekniikassa, mukaan lukien moderni ohjauselektroniikka ja edistyminen kaupallisissa miehittämättömissä ilma-alusten (UAV) malleissa. Tämän lisäksi Dragonfly poistaisi kemiallisesti toimivat jälkityöt ja voisi käynnistyä lentojen välillä antaen sille mahdollisesti paljon pidemmän käyttöiän.
"Ja nyt on täydellinen aika", sanoo Turtle, "koska voimme rakentaa Cassini-Huygens-operaatiosta oppimamme jatkaaksemme Titanin etsinnässä."
Tällä hetkellä NASA: n suihkukonelaboratorio kehittää samanlaista konseptia. Marsilla käytettäväksi Marsin helikopteriksi “Scout” kutsuttu tämä ilma-drooni odotetaan käynnistettävän Mars 2020 tehtävä. Tässä tapauksessa rakenne vaatii kahta koaksiaalista vastakääntyvää roottoria, jotka tarjoavat parhaan työntövoiman ja painosuhteen Marsin ohuessa ilmakehässä.
Tällaisesta VTOL-alustasta voi tulla tulevien vuosikymmenien tukipiste, missä tarvitaan pitkäaikaisia operaatioita, joihin osallistuvat ilmakehän elimet. Marsin ja Titanin välillä tällaiset ilma-droonit voisivat hypätä alueelta toiselle hankkimalla näytteitä in situ -analyysiä varten ja yhdistämällä pintatutkimukset ilmakehän lukemiin eri korkeuksilla saadaksesi täydellisemmän kuvan planeetasta.
