Minulý týždeň, od pondelka 27. februára do stredy 1. marca, NASA usporiadala vo svojom sídle vo Washingtone, DC, „seminár o planetárnom videní 2050“. V priebehu mnohých prezentácií, prejavov a prejavov, ktoré tvorili dielňu, sa NASA a jej pridružené spoločnosti podelili o svoje mnohé návrhy týkajúce sa budúcnosti prieskumu slnečnej sústavy.
Veľmi populárnou témou počas seminára bolo skúmanie Titanu. Okrem toho, že je jediným ďalším orgánom v slnečnej sústave s atmosférou bohatou na dusík a viditeľnou tekutinou na svojom povrchu, má tiež prostredie bohaté na organickú chémiu. Z tohto dôvodu usporiadal tím vedený Michaelom Paukenom (z laboratória Jet Propulsion Laboratory) spoločnosti NASA prezentáciu podrobne popisujúcu rôzne spôsoby, ako ju možno preskúmať pomocou leteckých vozidiel.
Prezentácii s názvom „Veda v rozmanitých vedeckých regiónoch v Titane s využitím leteckých platforiem“ predsedali tiež členovia leteckého priemyslu - napríklad AeroVironment a Global Aerospace z Monrovia v Kalifornii a Thin Red Line Aerospace z Chilliwack, BC. Spoločne preskúmali rôzne koncepcie leteckých platforiem, ktoré sa pre Titan navrhujú od roku 2004.
Zatiaľ čo koncepcia prieskumu Titanu vzdušnými robotmi a balónikmi siaha až do 70. a 80. rokov, rok 2004 bol obzvlášť dôležitý, pretože práve v tom čase vykonával pristátie Huygens prvý prieskum povrchu Mesiaca. Odvtedy bolo predložených mnoho zaujímavých a uskutočniteľných návrhov pre zdvíhacie plošiny. Ako povedal Dr. Pauken časopisu Space Magazine e-mailom:
“Misia Cassini-Huygens odhalila veľa informácií o Titanovi, o ktorom sme predtým nevedeli, a to tiež vyvolalo oveľa viac otázok. Pomohlo nám to určiť, že zobrazovanie povrchu je možné pod 40 km, takže je zaujímavé vedieť, že by sme mohli nasnímať letecké snímky Titanu a poslať ich späť domov. ““
Tieto koncepcie možno rozdeliť do dvoch kategórií, ktorými sú plavidlo ľahšie ako vzduch (LTA) a plavidlo ťažšie ako vzduch (HTA). A ako vysvetlil Pauken, obidve sú veľmi vhodné, pokiaľ ide o objavovanie Mesiaca, akým je Titan, ktorý má v skutočnosti hustejšiu atmosféru ako Zem - 146,7 kPa na povrchu v porovnaní so 101 kPa na hladine mora na Zemi - ale iba 0,14 krát gravitácia (podobne ako Mesiac).
"Hustota atmosféry Titanu je vyššia ako hustota Zeme, takže je vynikajúca pre lietanie ľahších ako vzduchových vozidiel, ako je balón," uviedol. „Nízka gravitácia Titanu je výhodou pre vozidlá ťažšie ako vzduch, ako sú vrtuľníky alebo lietadlá, pretože„ váži “menej, ako by na Zemi pôsobili.“
„Koncepty LTA ľahšie ako vzduch sú vznášajúce sa a nepotrebujú žiadnu energiu, aby zostali vo vzduchu, takže viac energie sa môže nasmerovať na vedecké nástroje a komunikáciu. Koncepty Ťažšie ako vzduch musia spotrebovávať energiu, aby zostali vo vzduchu, ktorý odvádza vedu a telekomunikácie. HTA však možno nasmerovať na ciele rýchlejšie a presnejšie na vozidlá LTA, ktoré sa väčšinou unášajú vetrom. “
Balón TSSM Montgolfiere:
Plány na použitie balóna Montgolfiere na skúmanie Titanu siahajú do roku 2008, keď NASA a ESA spoločne vyvinuli koncepciu misie Titan Saturn System Mission (TSSM). Koncept hlavnej lode, TSSM by sa skladal z troch prvkov vrátane orbity NASA a dvoch prvkov in-situ navrhnutých ESA - pristávača na prieskum Titanských jazier a balón Montgolfiere na preskúmanie jeho atmosféry.
Na dosiahnutie systému Saturn by sa obežná dráha spoliehala na rádioizotopový energetický systém (RPS) a solárny elektrický pohon (SEP). A na svojej ceste k Titanu by bolo zodpovedné za preskúmanie Saturnovej magnetosféry, preletenie oblakov Enceladusu s cieľom analyzovať ich na biologické markery a za zachytenie fotografií „Tiger Stripes“ v južnej polárnej oblasti.
Len čo orbiter dosiahne orbitálne vloženie so Saturnom, uvoľní Montgolfiere počas svojho prvého preletu s Titanom. Regulácia polohy balónu by sa zabezpečovala zahrievaním okolitého plynu odpadovým teplom RPS. Hlavná misia bude trvať celkom asi 4 roky, pozostávajúca z dvojročného turné so Saturnom, dvojmesačnej fázy odberu vzoriek Titanu a 20 mesačnej fázy obiehania Titanu.
Z výhod tohto konceptu je najzreteľnejšia skutočnosť, že vozidlo Montgolfiere poháňané RPS by mohlo fungovať v atmosfére Titanu po mnoho rokov a bolo by možné zmeniť výšku iba s minimálnym využitím energie. V tom čase súťažila koncepcia TSSM s návrhmi misií na mesiace Európy a Ganymede.
Vo februári 2009 sa na pokrok v rozvoji vybrali koncepcia TSSM a koncepcia misie Europa Jupiter (EJSM), ale EJSM dostala prvoradú prioritu. Táto misia bola premenovaná na Europa Clipper a je naplánovaná na spustenie v roku 2020 (a do Európy príde do roku 2026).
Balón Titan Helium:
Následný výskum balónov z Montgolfiere odhalil, že roky služby a minimálne energetické náklady by sa mohli dosiahnuť aj v oveľa kompaktnejšej konštrukcii balónov. Kombináciou obaleného dizajnu s héliom mohla takáto platforma pôsobiť v nebi Titanu štyrikrát tak dlho ako balóny tu na Zemi, vďaka oveľa pomalšej miere šírenia.
Regulácia nadmorskej výšky by bola možná aj s veľmi malými množstvami energie, ktorá by sa mohla poskytovať buď pomocou čerpadla alebo mechanického stlačenia. Pri výkone RPS by sa teda dalo očakávať, že platforma vydrží dlhšie ako porovnateľné návrhy balónov. Tento balónik s héliom s obálkou by mohol byť tiež spárovaný s klzákom, aby sa vytvorilo ľahšie ako vzduchové vozidlo schopné bočného pohybu.
Medzi príklady patrí Titan Winged Aerobot (TWA, uvedené nižšie), ktorý bol skúmaný ako súčasť programu NASA Phase One 2016 Small-Business Innovation Research (SBIR). TWA, vyvinutý spoločnosťou Global Aerospace Corporation, v spolupráci so spoločnosťou Northrop Grumman, je hybridným vstupným vozidlom, balónom a ovládateľným klzákom s 3-smerovým riadením, ktoré by mohlo uspokojiť mnohé vedecké ciele.
Rovnako ako koncepcia Mongtolfiere by sa spoliehala na minimálnu silu poskytovanú jedným RPS. Jeho jedinečný vztlakový systém by mu tiež umožnil zostúpiť a vystúpiť bez potreby pohonných systémov alebo ovládacích plôch. Nevýhodou je skutočnosť, že nemôže pristáť na povrchu mesiaca, aby uskutočnila výskum a potom vzlietla znova. Konštrukcia však umožňuje let v nízkej nadmorskej výške, ktorý by umožnil dodávku sond na povrch.
Medzi ďalšie koncepcie, ktoré sa vyvinuli v posledných rokoch, patria lietadlá ťažšie ako vzduch, ktoré sa sústreďujú na vývoj vozidiel s pevnými krídlami a rotorových lietadiel.
Vozidlá s pevným krídlom:
V minulosti boli tiež navrhnuté koncepcie lietadiel s pevnými krídlami pre misiu v Titane. Pozoruhodným príkladom toho je Letecký dopravný prostriedok pre prieskum na mieste a vzdušný titánový prieskum (AVIATR), bezpilotné vzdušné vozidlo (UAV), ktoré navrhli Jason Barnes a Lawrence Lemke v roku 2011 (z University of Idaho a University of Michigan, v tomto poradí).
Spoliehajúc sa na RPS, ktorý by využíval odpadové teplo rozpadajúceho sa Plutónia 238 na pohon malej turbíny namontovanej vzadu, využilo by toto nízkoenergetické plavidlo výhodu hustej atmosféry Titanu a nízkej gravitácie na uskutočnenie trvalého letu. Nová stratégia „stúpania a potom kĺzania“, pri ktorej by sa motor vypol počas období kĺzania, by tiež umožnila ukladanie energie na optimálne použitie počas telekomunikačných relácií.
To rieši hlavnú nevýhodu vozidiel s pevnými krídlami, čo je potreba rozdeliť silu medzi potreby udržiavania letu a vykonávania vedeckého výskumu. AVIATR je však v jednom ohľade obmedzený v tom, že nemôže zostúpiť na povrch, aby vedecké experimenty alebo zbieral vzorky.
Rotorcraft:
V neposlednom rade je to koncept rotorového lietadla. V tomto prípade by letecká platforma bola kvadrokoptéra, ktorá by sa dobre hodila pre Titanovu atmosféru, umožnila by ľahké stúpanie a klesanie a štúdie na povrchu. Využil by sa tiež vývoj v oblasti komerčných UAV a bezpilotných lietadiel v posledných rokoch.
Tento koncept misie by pozostával z dvoch zložiek. Na jednej strane je to rotorové lietadlo - známe ako Titan Aerial Daughtercraft (TAD) - ktoré by sa spoliehalo na dobíjateľný batériový systém, ktorý by sa sám napájal pri vykonávaní letov s krátkym trvaním (približne hodinu po sebe). Druhou zložkou je „základná loď“, ktorá by mala formu pristávača alebo balónika, na ktorý by sa TAD vrátil medzi letmi, aby sa dobil z palubnej RPS.
Momentálne laboratórium Jet Propulsion Laboratory od NASA vyvíja podobný koncept, známy ako „skaut Mars“, určený na použitie na Marse - ktorý sa má spustiť na palube misie Mars 2020. V tomto prípade si konštrukcia vyžaduje dva koaxiálne protibežné rotory, ktoré by poskytovali najlepší pomer tlaku a hmotnosti v tenkej atmosfére Marsu.
Ďalšiu koncepciu rotorového lietadla sleduje Elizabeth Turtle a kolegovia z John Hopkins APL a University of Idaho (vrátane Jamesa Barnesa). S podporou NASA a členov Goddard Space Flight Center, Pennsylvania State University a Honeybee Robotics navrhli koncept známy ako „vážka“.
Ich vzdušné vozidlo by sa spoliehalo na štyri rotory, aby využili hustú atmosféru Titanu a nízku hmotnosť. Jeho konštrukcia by mu tiež umožnila ľahko získať vzorky a určiť zloženie povrchu vo viacerých geologických prostrediach. Tieto zistenia budú predstavené na nadchádzajúcej 48. lunárnej a planetárnej vedeckej konferencii, ktorá sa uskutoční od 20. do 24. marca v Woodlands v Texase.
Zatiaľ čo prieskum Titanu pravdepodobne v nadchádzajúcich desaťročiach zaujme zadné miesto pri prieskume Európy, predpokladá sa, že misia sa uskutoční pred polovicou tohto storočia. Vedecké ciele nie sú v oboch prípadoch veľmi rovnaké - možnosť preskúmať jedinečné prostredie a hľadať život mimo Zeme -, ale výhody budú tiež porovnateľné.
S každým potenciálnym život nesiacim telom, ktoré skúmame, sme pripravení dozvedieť sa viac o tom, ako začal život v našej slnečnej sústave. Aj keď v tomto procese nenájdeme život, sme schopní sa dozvedieť veľa o histórii a vzniku slnečnej sústavy. Navyše budeme o krok bližšie k pochopeniu miesta ľudstva vo vesmíre.
