Szitakötő (űrhajó)

Szitakötő (  angol fordításban  -  "szitakötő") - egy űrhajó projektje és egy azonos nevű küldetés, amely magában foglalja egy forgószárnyú repülőgép leszállását a Titánra , a Szaturnusz legnagyobb műholdjára. A kutatás célja prebiotikus kémia és életképesség felkutatása a Titán különböző területein, amihez a leszállónak képesnek kell lennie függőleges fel- és leszállásra (VTOL) [1] [2] [3] .

A titán egyedülálló abban, hogy felülete folyékony formában tartalmaz szénhidrogéneket, ezért érdekes az asztrobiológia és az abiogenezis területén végzett kutatások számára [1] . A küldetést a Johns Hopkins Egyetem Alkalmazott Fizikai Laboratóriuma javasolta 2017 áprilisában a NASA New Frontier programjának részeként . 2017 decemberében a küldetés bekerült a verseny döntőjébe, és (a CAESAR-küldetéssel együtt) tizenkét javaslat közül választották ki a New Frontier negyedik szakaszára [4] [5] [6] . 2019. június 27-én a NASA a projektet választotta ki nyertesnek [7] [8] . Az űrszonda Földről való kilövését 2027 júniusára tervezik, a Szaturnuszba érkezés és a Titán felszínére való leszállás 2036-ban várható, ezután az űrszonda több mint két és fél évig dolgozhat majd a Titánon [9] [10] [11] .

Áttekintés

A Dragonfly űrszonda a Titánon fog leszállni, ahol mikrobák után kutat, és a műhold életképességét , prebiotikus kémiáját tanulmányozza a Titán különböző pontjain. A készülék képes lesz irányított repülések, valamint függőleges fel- és leszállások végrehajtására is. A készülék generátora radioaktív izotópokon fog működni . A küldetés magában foglalja a készülék repülését a Titán felszínének különböző területeire, majd a minták gyűjtését és elemzését [12] [13] .

A felszíni folyékony szénhidrogének és esetleg a felszín alatti víz jelenléte miatt a Titánon kialakulhatott ott az úgynevezett ősleves , amellyel kapcsolatban ez a Szaturnusz-műhold nagy érdeklődésre tart számot az asztrobiológusok számára [14] .

Történelem

A Dragonfly küldetés kezdeti ötlete 2015 végén merült fel Jason W. Barnes, az Idaho Egyetem tudósai és Ralph D. Lorenz, a Johns Hopkins Applied Physics Laboratory tudósai között [15] . Elizabeth Turtle , a Johns Hopkins Egyetem Alkalmazott Fizikai Laboratóriumának bolygókutatója [13] lett a projekt tudományos igazgatója . A küldetés koncepciója olyan korábbi fejlesztéseken alapul, amelyek figyelembe vették a léginavigáció lehetőségét a Titánon, beleértve a 2007-es Titan Explorer [16] tanulmányt, amely egy hőlégballon ( TSSM ) [17] vagy egy repülőgép ( AVIATR ) indítását javasolta [ 16]. 12] a Titánon . A Dragonfly küldetés koncepciója egy többrotoros jármű [18] felhasználásából áll, hogy a kutatási eszközöket a Titán különböző részeire vigyék, és tanulmányozzák a Szaturnusz holdjának felszínének, légkörének és geológiájának részleteit.

A küldetést a Johns Hopkins Egyetem Alkalmazott Fizikai Laboratóriuma javasolta 2017 áprilisában a NASA New Frontier programjának részeként . 2017 decemberében a misszió döntős lett a versenyen, és (a CAESAR küldetéssel ) tizenkét javaslat közül választották ki az Új Határ negyedik szakaszára. 2019. június 27-én a NASA kiválasztotta a Dragonfly küldetést, amely után a jármű fejlesztése, részletes tervezése és kivitelezése a New Frontier program negyedik küldetésének részeként, 2027-ben várhatóan megkezdődik [19] [20] [ 7] [21] .

Finanszírozás és fejlesztés

2018 végéig a CAESAR és a Dragonfly küldetésprojektek egyenként 4 millió dollárt kaptak további részletesebb tanulmányozásra [20] . A Dragonfly küldetés kiválasztása után megkezdődött az eszköz tervezése, fejlesztése és kivitelezése, a startra 2027-ben kerül sor [19] [20] [7] [10] . Ez a küldetés lesz a negyedik a New Frontiers program keretében.

Tudományos feladatok

2005 - ben az Európai Űrügynökség Huygens leszállógépe szerzett néhány adatot a Titán légkörének és felszínének összetételéről. Így a szonda tholinokat [22] mutatott ki , amelyek szénhidrogének ( szerves anyagok ) keverékei a légkörben és a Titán felszínén [23] [24] . A Titán sűrű atmoszférája miatt a pontos kémiai összetétel, beleértve a rajta lévő egyes szénhidrogének tartalmát, továbbra is ismeretlen, amihez a leszálló járműnek a felszínének különböző zónáiban történő tanulmányozása szükséges [25] .

A kutatás szempontjából a legnagyobb érdeklődésre számot tartó helyek azok a Titánon, ahol az olvadás vagy a kriovulkanizmus következtében a víz folyékony formában jelenik meg, szerves vegyületekkel reagálva. Ha megtestesül, a szitakötő képes lenne a Titán felszínének különböző zónáit felfedezni, hogy prebiotikus kémiát és vízen vagy szénhidrogéneken alapuló bioszignációt keressen [1] .

Robert Zubrin úgy véli, hogy a Titánnak megvannak a szükséges feltételei a mikrobiális élet fenntartásához : "Határozottan a Titán a legvendégesebb földönkívüli világ egész naprendszerünkben az emberi kolonizáció szempontjából" [26] . A Titán légköre nitrogént és metánt tartalmaz , és folyékony metán is található a Szaturnusz holdjának felszínén. Elképzelhető, hogy a Titán felszíne alatt folyékony víz és ammónia is található, melyek kriovulkáni tevékenységgel hozhatók a felszínre [27] .

2021. július 19- én jelent meg a The Planetary Science Journal című folyóiratban a Science Goals and Objectives for the Dragonfly Titan Rotorcraft Relocatable Lander [28] , amelyben a szerzők, a Dragonfly helyettes projektmenedzsere, Jason Barnes, az Idaho Egyetemről, jóváhagyott az ortokopterrel kapcsolatos tudományos célok listája [29] :

• A Titán felszínének feltérképezése színes részletes fényképekkel, míg a talajmintavételi helyekről készült fényképeken 120 mikrométernél kisebb szemcséket kell látni.
• A Titán felszíni rétegének összetételének tanulmányozása legalább három különböző tájon: dűnéken, becsapódási kráterek környékén és folyómedrek közelében.
• Szerves és szervetlen prebiotikusan releváns molekulák keresése, beleértve az aminosavakat, nitrogénbázisokat, lipideket és cukrokat, valamint meghatározhatja koncentrációjukat a talajban és egyéb tulajdonságokat, beleértve a kiralitást.
• A talaj vízjég tartalmának meghatározása.
• A Titán szeizmikus aktivitásának meghatározása.
• A metánforrások és nyelők azonosítása és szerepük meghatározása a Titán metánhidrológiai körforgásában.
• A légkör kémiai összetételének, különösen a benne lévő neon- és argontartalom meghatározása, amely lehetővé teszi a Titán légkörének evolúciós modelljeinek korlátozását, és segít megérteni a különböző anyagok lerakódásának mechanizmusait a légkörből a műhold felszínén.
• A légkör hőmérsékletének, nyomásának, hidrogén- és metántartalmának, szélsebességének és irányának monitorozása.

Tervezés és kivitelezés

A projekt szerint a Dragonfly egy forgószárnyú repülőgép . A felszínre ereszkedés után úgy kell működnie, mint egy nagy quadcopter ikercsavarokkal, azaz egy oktokopter [12] . Ez a propeller-konfiguráció lehetővé teszi a jármű mozgását akkor is, ha az egyik légcsavar vagy motor elveszik [12] . Mindegyik csavar körülbelül 1 méter átmérőjű lesz [12] . Az eszköz körülbelül 36 km/h sebességgel tud majd haladni, és akár 4 km magasságig is felemelkedhet [12] .

A hasonló tömegű levegőben való lebegéshez szükséges energia a Titánon 38-szor kevesebb, mint a Földön [30] a sűrűbb légkör és az alacsony gravitáció miatt [1] . A Titán légköre négyszer sűrűbb, mint a Földé, és a gravitáció a Földének körülbelül 15%-a, ami megkönnyíti a Titán repülését. Másrészt számos tényező nehezíti a küldetést, figyelembe kell venni az alacsony üzemi hőmérsékletet, amely a felszínen körülbelül -180 ° C, valamint a gyenge fényviszonyokat [17] . A Dragonfly jelentős távolságokat tud majd megtenni, egy radioizotópos termoelektromos generátorral ( MMRTG ) feltöltött akkumulátorral működtetve éjszaka [31] . Az MMRTG radioizotópos termoelektromos generátor a radioizotópok természetes bomlásából származó hőenergiát elektromos energiává alakítja [12] . Egyetlen akkumulátortöltéssel a készülék több órán át képes lesz repülni, több tíz kilométer leküzdésével, majd újratölteni [1] . A repülés során a készülék érzékelői újabb lehetséges helyeket rögzítenek a kutatáshoz.

Az előzetes becslések és szimulációk szerint a Dragonfly készülék tömege 450 kg (990 font) lehet. A készüléket 3,7 m átmérőjű hőpajzsgal [12] , valamint két fúróval szerelik fel a minták gyűjtésére (minden leszálló síléchez egy) és az azt követő tömegspektrométerben történő elemzéshez [12] .

Éjszaka, ami körülbelül 8 földi napig tart a Titánon, az eszköz a felszínen lesz [12] . Ebben az időben képes lesz talajmintákat gyűjteni és elemezni, szeizmológiai vizsgálatokat végezni, meteorológiai megfigyelést és mikroszkópos fényképezést végezni a területről LED-es megvilágítással, akárcsak a Phoenix és Curiosity készülékeken [12] .

Állítólagos tudományos felszerelés

• Tömegspektrométer A DraMS (Dragonfly Mass Spectrometer) egy tömegspektrométer a titánból származó minták kémiai összetételének meghatározására.
• Gamma- és neutronspektrométer DraGNS (Dragonfly Gamma-Ray and Neutron Spectrometer) a felszínről és a levegőből származó minták kémiai összetételének meghatározására.
• Geofizikai és meteorológiai blokk DraGMet (Dragonfly Geophysics and Meteorology Package) - meteorológiai és geofizikai érzékelők készlete a légköri viszonyok, valamint a felszínről vett minták meghatározására.
• DragonCam Camera (Dragonfly Camera Suite) - több mikro- és panorámakamera a Titán felszínének fényképezéséhez és potenciálisan érdekes kutatási helyszínek kereséséhez.
• A DrACO (Drill for Acquisition of Complex Organics) nem tudományos műszer, hanem a Titán felületébe fúr és vákuum felületi mintákat készít, és kriogén hőmérsékleten juttatja el a DraMS műszerhez.

Leszállási pont

A tervek szerint a Dragonfly forgószárnyas repülőgép leszállóhelye a Shangri-La régió [32] lesz , amely az Egyenlítő közelében, a Huygens leszállóhelytől 700 km-re északra található. A Dragonfly-nak egy sor (egyenként legfeljebb 8 km -es ) repüléssel és felszíni minták elemzésével kell felderítenie ezt a területet. Ezután repülést terveznek a Selk kráter felé , ahol korábban folyékony víz lehetett. Az eszköz repüléseinek teljes hossza meghaladhatja a 175 km -t [32] .

Lásd még

• A Titán atmoszférája
• CAESAR , a New Frontier programnegyedik küldetésének vesztes döntőse
• " Huygens ", a szonda, amely 2005-ben landolt a Titánon
• A Titán gyarmatosítása
• A Titan Saturn rendszer küldetése
• Az Ingenuity  egy pilóta nélküli légi jármű a Mars-kutatáshoz.

Jegyzetek

1. ↑ 1 2 3 4 5 Szitakötő: A titán prebiotikus szerves kémiájának és lakhatóságának felfedezése  (eng.)  (a link nem érhető el) . USRA Houston. Letöltve: 2018. január 25. Az eredetiből archiválva : 2018. április 5..
2. ↑ Dragonfly: Titan Rotorcraft  Lander . A Johns Hopkins Egyetem Alkalmazott Fizikai Laboratóriuma (2017). Letöltve: 2019. december 2. Az eredetiből archiválva : 2017. szeptember 20.
3. ↑ Redd, Nola Taylor „Dragonfly ” drónja felfedezheti a Saturn Moon Titánt  . Space.com (2017. április 25.). Letöltve: 2018. január 25. Az eredetiből archiválva : 2017. április 25.
4. ↑ A NASA a Saturn Moon Titan üstökösi küldetés koncepciójának fejlesztésébe fektet be  (angolul)  (elérhetetlen link – történelem ) . NASA Naprendszer-kutatás.
5. ↑ Dragonfly and CAESAR: NASA Greenlights Concepts for Missions to Titan and Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko  (angol)  (a hivatkozás nem elérhető) . Science 2.0 (2017. december 20.). Letöltve: 2018. január 25. Az eredetiből archiválva : 2018. január 24..
6. ↑ A NASA egy "nukleáris helikoptert" küld a Titánhoz, és visszatér a "szovjet" üstököshöz . RIA.ru (2017. december 20.). Letöltve: 2018. január 25. Az eredetiből archiválva : 2018. január 1.. (határozatlan)
7. ↑ 1 2 3 Edward Helmore és az ügynökségek. A NASA Dragonfly drónt küld, hogy fedezze fel a Titánt, a Szaturnusz legnagyobb  holdját . The Guardian (2019. június 27.). Letöltve: 2019. június 28. Az eredetiből archiválva : 2019. június 28.
8. ↑ A NASA elküldi a Dragonfly-t, hogy keressen életet a Szaturnusz Titán holdján . Tass.ru (2019. június 28.). Letöltve: 2019. június 27. Az eredetiből archiválva : 2019. június 27. (Orosz)
9. ↑ Repülőgép-mérnökök drónokat fejlesztenek a NASA koncepciós küldetéséhez  Titánba . Pennsylvania Állami Egyetem (2018. január 9.). Letöltve: 2019. december 2. Az eredetiből archiválva : 2019. november 7..
10. ↑ 1 2 Dragonfly Launch áthelyezve 2027-re  . NASA (2020. szeptember 25.). Letöltve: 2020. szeptember 29. Az eredetiből archiválva : 2020. szeptember 27.
11. ↑ NASA New Frontiers 5: Harmadik közösségi közlemény – SpaceRef
12. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Dragonfly: Rotorcraft Lander koncepció tudományos kutatáshoz a Titánnál (PDF)  (  elérhetetlen link) . Johns Hopkins APL Technical Digest (2017). Letöltve: 2018. január 25. Az eredetiből archiválva : 2017. december 22.
13. ↑ 1 2 A NASA a Johns Hopkins APL által vezetett küldetést választja a Titánhoz további fejlesztés  céljából . Johns Hopkins Alkalmazott Fizikai Laboratórium (2017. december 21.). Letöltve: 2019. december 2. Az eredetiből archiválva : 2018. április 26..
14. ↑ Dragonfly : A Titán felszínének felfedezése egy új határokon áthelyezhető leszállóval  American Astronomical Society, DPS meeting #49, id.219.02. (2017). 
15. ↑ Dragonfly APL TechDigest (PDF)  (eng.)  (hivatkozás nem érhető el) . JHUAPL.edu. Letöltve: 2018. január 25. Az eredetiből archiválva : 2017. december 22.
16. ↑ Titan Explorer - Flagship Study (PDF)  (eng.)  (hivatkozás nem érhető el) . NASA és APL (2008). Letöltve: 2018. január 25. Az eredetiből archiválva : 2017. február 1..
17. ↑ 1 2 Montgolfiere Aerobots for Titan (PDF)  (eng.)  (hivatkozás nem érhető el) . A NASA Jet Propulsion Laboratory. Letöltve: 2018. január 25. Az eredetiből archiválva : 2016. december 22.
18. ↑ Langelaan JW et al. (2017) Proc. Aerospace Conf. IEEE.
19. ↑ 1 2 Spacewatch: evilágon kívüli drón Titanic-  feladattal . The Guardian (2017. december 21.). Letöltve: 2018. január 25. Az eredetiből archiválva : 2019. július 13.
20. ↑ 1 2 3 Chang, Kenneth A NASA Űrhajós nyereményjátékának döntősei: Drone a Titanon és egy üstökös-  üldöző . The New York Times (2017. november 19.). Letöltve: 2018. január 25. Az eredetiből archiválva : 2019. július 13.
21. ↑ A NASA szitakötője a Titán körül fog repülni, eredetet , életjeleket keresve  . NASA.gov (2019. június 27.). Letöltve: 2019. június 27. Az eredetiből archiválva : 2019. június 28.
22. ↑ Mik a világ(ok)ban a tholinok?  (angol) . Planetary.org (2015. július 23.). Letöltve: 2019. december 2. Az eredetiből archiválva : 2020. január 13.
23. ↑ Óriási trópusi tavat találtak a Szaturnusz Holdon, a Titánon  (angolul)  (elérhetetlen link - történelem ) . Space.com (2012. június 13.).
24. ↑ Új képek a Huygens-szondáról: Partvonalak és csatornák, de látszólag száraz  felület . Planetary.org (2005. január 15.). Letöltve: 2019. december 2. Az eredetiből archiválva : 2018. március 30.
25. ↑ Williams, Matt Dragonfly a NASA-nak javasolt Daring New Frontiers misszió a  Titan felé . Universe Today (2017. augusztus 25.). Letöltve: 2018. január 25. Az eredetiből archiválva : 2019. július 13.
26. ↑ Robert Zubrin, Entering Space: Creating a Spacefaring Civilization , szakasz: Titan, pp. 163-166, Tarcher/Putnam, 1999, ISBN 978-1-58542-036-0
27. ↑ Robert Zubrin, The Case for Mars: The Settle to Settle the Red Planet and Why We Must , p. 146, Simon & Schuster/Touchstone, 1996, ISBN 978-0-684-83550-1
28. ↑ Tudományos célok és célkitűzések a Dragonfly Titan forgószárnyas áthelyezhető leszállóegységhez . The Planetary Science Journal (2021.07.19.). Letöltve: 2021. október 29. Az eredetiből archiválva : 2021. augusztus 17. (határozatlan)
29. ↑ Bolygótudósok dróncélpontokat azonosítanak a Titánon . N+1 (2021.08.13.). Letöltve: 2021. október 29. Az eredetiből archiválva : 2021. október 29. (határozatlan)
30. ↑ R. Lorenz, "Titan Here We Come!", New Scientist, 2000. július 15.
31. ↑ A Titán Cassini utáni felfedezése: Tudományos indoklás és küldetésfogalmak (PDF  ) . A British Interplanetary Society folyóirata (2000). Letöltve: 2019. december 2. Az eredetiből archiválva : 2020. január 25.
32. ↑ 1 2 A NASA szitakötője a Titán körül fog repülni Eredetet, életjeleket  keresve . NASA.gov (2019. június 27.). Letöltve: 2019. június 27. Az eredetiből archiválva : 2021. május 2.

Linkek

• A projekt hivatalos honlapja  (angol)