Dragonfly (kosmická loď)

Dragonfly (v překladu z  angličtiny  -  "vážka") - projekt kosmické lodi a mise stejného jména, zahrnující přistání letadla s rotačním křídlem na Titan , největší satelit Saturnu . Cílem výzkumu je hledání prebiotické chemie a životaschopnosti v různých oblastech Titanu, pro které musí být lander schopen vertikálního vzletu a přistání (VTOL) [1] [2] [3] .

Titan je unikátní tím, že jeho povrch obsahuje uhlovodíky v kapalné formě, a proto je zajímavý pro výzkum v oblasti astrobiologie a abiogeneze [1] . Mise byla navržena laboratoří aplikované fyziky Univerzity Johnse Hopkinse v dubnu 2017 jako součást programu NASA New Frontier Program . V prosinci 2017 se mise stala finalistou soutěže, byla vybrána (spolu s misí CAESAR) z dvanácti návrhů pro čtvrtou etapu Nové hranice [4] [5] [6] . 27. června 2019 NASA vybrala projekt jako vítězný [7] [8] . Start sondy ze Země je naplánován na červen 2027, přílet k Saturnu a sestup na povrch Titanu se očekává v roce 2036, poté bude sonda schopna pracovat na Titanu více než dva a půl roku [9] [10] [11] .

Přehled

Kosmická loď Dragonfly přistane na Titanu, kde bude hledat mikrobiální život a studovat životaschopnost satelitu , prebiotickou chemii na různých místech na Titanu. Zařízení bude schopno provádět řízené lety a také vertikální vzlety a přistání. Generátor přístroje bude pracovat na radioaktivních izotopech . Mise zahrnuje přelety přístroje do různých oblastí na povrchu Titanu s následným odběrem a analýzou vzorků [12] [13] .

Díky přítomnosti povrchových kapalných uhlovodíků a případně i podpovrchové vody na Titanu zde mohla vzniknout tzv. prapolévka , v souvislosti s níž je tento satelit Saturnu velmi zajímavý pro astrobiology [14] .

Historie

Prvotní myšlenka na misi Dragonfly vznikla koncem roku 2015 během společné večeře mezi vědci Jasonem W. Barnesem z University of Idaho a Ralphem D. Lorenzem z Johns Hopkins Applied Physics Laboratory [15] . Vědeckým vedoucím projektu se stala Elizabeth Turtle , planetární vědkyně z Laboratoře aplikované fyziky na Univerzitě Johnse Hopkinse [13] . Koncept mise vychází z dřívějšího vývoje, který zvažoval možnost letecké navigace na Titanu, včetně studie Titan Explorer z roku 2007 [16] , která navrhla start horkovzdušného balónu ( TSSM ) [17] nebo letadla ( AVIATR ) [ 12] na Titanu . Koncept mise Dragonfly zahrnuje použití vícerotorového vozidla [18] k přesunu výzkumných přístrojů do různých částí Titanu a ke studiu detailů povrchu, atmosféry a geologie Saturnova měsíce.

Mise byla navržena laboratoří aplikované fyziky Univerzity Johnse Hopkinse v dubnu 2017 jako součást programu NASA New Frontier Program . V prosinci 2017 se mise stala finalistou soutěže a byla vybrána (spolu s misí CAESAR ) z dvanácti návrhů pro čtvrtou etapu Nové hranice. Dne 27. června 2019 NASA vybrala misi Dragonfly, po které začne vývoj, detailní návrh a konstrukce vozidla s očekávaným startem v roce 2027 v rámci čtvrté mise programu New Frontier [19] [20] [ 7] [21] .

Financování a rozvoj

Do konce roku 2018 dostaly projekty mise CAESAR a Dragonfly každý 4 miliony dolarů na další podrobnější studii [20] . Po výběru mise Dragonfly byl zahájen návrh, vývoj a konstrukce zařízení a start bude proveden v roce 2027 [19] [20] [7] [10] . Tato mise bude čtvrtou v rámci programu New Frontiers .

Vědecké úkoly

V roce 2005 získal přistávací modul Huygens Evropské vesmírné agentury některá data o složení atmosféry a povrchu Titanu. Sonda tak detekovala tholiny [22] , což jsou směsi uhlovodíků ( organických látek ) v atmosféře a na povrchu Titanu [23] [24] . Vzhledem k husté atmosféře Titanu zůstává přesné chemické složení, včetně obsahu určitých uhlovodíků na něm, neznámé, což vyžaduje studium sestupového vozidla v různých zónách na jeho povrchu [25] .

Největší zájem pro výzkum jsou místa na Titanu, kde se vlivem tání nebo kryovulkanismu objevuje voda v kapalné formě, která reaguje s organickými sloučeninami. Vážka by byla schopna, pokud by se inkarnovala, prozkoumat různé zóny na povrchu Titanu při hledání prebiotické chemie a biologických signatur založených na vodě nebo uhlovodících [1] .

Robert Zubrin věří, že Titan má nezbytné podmínky pro podporu mikrobiálního života : „Určitě je Titan tím nejpohostinnějším mimozemským světem v celé naší sluneční soustavě pro lidskou kolonizaci“ [26] . Atmosféra Titanu obsahuje dusík a metan a kapalný metan se také nachází na povrchu Saturnova měsíce. Je možné, že se pod povrchem Titanu nachází i kapalná voda a čpavek, které lze vynést na povrch kryovulkanickou činností [27] .

Dne 19. července 2021 byly v The Planetary Science Journal publikovány Science Goals and Objectives for Dragonfly Titan Rotorcraft Relocatable Lander [28] , ve kterém autoři pod vedením zástupce projektového manažera Dragonfly Jasona Barnese z University of Idaho poskytli schválený seznam vědeckých cílů pro ortokoptéru [29] :

• Mapování povrchu Titanu pomocí barevných detailních fotografií, zatímco fotografie míst odběru vzorků půdy by měly ukazovat zrna menší než 120 mikrometrů.
• Studie složení povrchové vrstvy Titanu v nejméně třech různých krajinách: duny, okolí impaktních kráterů a oblasti poblíž koryt řek.
• Hledání organických i anorganických prebioticky relevantních molekul, včetně aminokyselin, dusíkatých bází, lipidů a cukrů, stejně jako stanovení jejich koncentrace v půdě a dalších vlastností, včetně chirality.
• Stanovení obsahu vodního ledu v půdě.
• Stanovení seismické aktivity Titanu.
• Identifikace zdrojů a propadů metanu a určení jejich role v metanovém hydrologickém cyklu Titanu.
• Stanovení chemického složení atmosféry, zejména obsahu neonu a argonu v ní, což umožní zavést omezení na modely vývoje atmosféry Titanu a pomůže pochopit mechanismy depozice různých látek z atmosféry na povrchu satelitu.
• Sledování teploty, tlaku, obsahu vodíku a metanu v atmosféře, rychlosti a směru větru.

Design a konstrukce

Podle projektu je Dragonfly letoun s rotačním křídlem . Po sestupu na povrch by měla fungovat jako velká kvadrokoptéra s dvojicí vrtulí, tedy oktokoptéra [12] . Tato konfigurace vrtule umožní vozidlu pohyb, i když dojde ke ztrátě jedné vrtule nebo motoru [12] . Každý šroub bude mít průměr asi 1 metr [12] . Zařízení se bude schopno pohybovat rychlostí asi 36 km/h a vystoupat do výšky až 4 km [12] .

Energie potřebná k vznášení se ve vzduchu s podobnou hmotností na Titanu je 38krát menší než na Zemi [30] kvůli hustší atmosféře a nízké gravitaci [1] . Atmosféra Titanu je čtyřikrát hustší než zemská a gravitace je asi 15 % zemské, takže Titan létá snadněji. Na druhou stranu je zde řada faktorů komplikujících misi, je třeba počítat s nízkými provozními teplotami, které jsou u povrchu cca -180 °C, a také s malým osvětlením [17] . Dragonfly bude schopen překonat značné vzdálenosti, bude poháněn baterií dobíjenou radioizotopovým termoelektrickým generátorem ( MMRTG ) v noci [31] . Radioizotopový termoelektrický generátor MMRTG přeměňuje tepelnou energii z přirozeného rozpadu radioizotopů na elektrickou energii [12] . Na jedno nabití baterie bude zařízení schopno létat několik hodin, překonat několik desítek kilometrů, poté se znovu nabije [1] . Během letu budou senzory zařízení zaznamenávat nová možná místa pro výzkum.

Podle předběžných odhadů a simulací by hmotnost přístroje Dragonfly mohla být 450 kg (990 liber). Zařízení bude vybaveno tepelným štítem o průměru 3,7 m [12] , dále dvěma vrtáky pro odběr vzorků (jeden pro každou přistávací lyži) a následný rozbor v hmotnostním spektrometru [12] .

V noci, která na Titanu trvá asi 8 pozemských dnů, bude zařízení na povrchu [12] . V této době bude schopen sbírat a analyzovat vzorky půdy, provádět seismologické studie, meteorologický monitoring a mikroskopické fotografování oblasti pomocí LED osvětlení, jako na zařízeních Phoenix a Curiosity [12] .

Údajné vědecké vybavení

• Hmotnostní spektrometr DraMS (Dragonfly Mass Spectrometer) je hmotnostní spektrometr pro stanovení chemického složení vzorků z titanu.
• Spektrometr gama záření a neutronů DraGNS (Dragonfly Gamma-Ray and Neutron Spectrometer) pro stanovení chemického složení vzorků z povrchu a ze vzduchu.
• Geofyzikální a meteorologický blok DraGMet (Dragonfly Geophysics and Meteorology Package) - sada meteorologických a geofyzikálních senzorů pro zjišťování atmosférických podmínek, ale i vzorků z povrchu.
• DragonCam Camera (Dragonfly Camera Suite) - několik mikro a panoramatických kamer pro fotografování povrchu Titanu a vyhledávání potenciálně zajímavých míst pro výzkum.
• DrACO (Drill for Acquisition of Complex Organics) není vědecký přístroj, ale bude vrtat do povrchu Titanu a vakuových povrchových vzorků a doručit je do přístroje DraMS při kryogenní teplotě.

Bod přistání

Plánuje se, že místem přistání rotorového letadla Dragonfly bude oblast Shangri-La [32] , která se nachází v blízkosti rovníku a 700 km severně od místa přistání Huygens. Dragonfly bude muset tuto oblast prozkoumat řadou letů (každý až 8 km ) a analýzou povrchových vzorků. Poté je plánován let směrem ke kráteru Selk , kde v minulosti mohla být kapalná voda. Celková délka letů zařízení může přesáhnout 175 km [32] .

Viz také

• Atmosféra Titanu
• CAESAR , poražený finalista čtvrté mise programuNew Frontier
• „ Huygens “, sonda, která přistála na Titanu v roce 2005
• Kolonizace Titanu
• Mise systému Titan Saturn
• Ingenuity  je bezpilotní vzdušný prostředek pro průzkum Marsu.

Poznámky

1. ↑ 1 2 3 4 5 Dragonfly: Exploring Titan's Prebiotic Organic Chemistry and Habitability  (angl.)  (odkaz není k dispozici) . USRA Houston. Staženo 25. 1. 2018. Archivováno z originálu 5. 4. 2018.
2. ↑ Dragonfly: Titan Rotorcraft  Lander . The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (2017). Staženo 2. prosince 2019. Archivováno z originálu dne 20. září 2017.
3. ↑ Redd, Nola Taylor Drone 'Dragonfly ' by mohl prozkoumat Saturn Moon Titan  . Space.com (25. dubna 2017). Získáno 25. ledna 2018. Archivováno z originálu 25. dubna 2017.
4. ↑ NASA investuje do vývoje koncepce pro mise ke kometě, Saturn Moon Titan  (anglicky)  (nepřístupný odkaz - historie ) . Průzkum sluneční soustavy NASA.
5. ↑ Vážka a CAESAR: Koncepty NASA Greenlights pro mise na Titan a kometu 67P/Churyumov-Gerasimenko  (anglicky)  (odkaz není k dispozici) . Science 2.0 (20. prosince 2017). Staženo 25. 1. 2018. Archivováno z originálu 24. 1. 2018.
6. ↑ NASA pošle „jaderný vrtulník“ na Titan a vrátí se k „sovětské“ kometě . RIA.ru (20. prosince 2017). Staženo 25. 1. 2018. Archivováno z originálu 1. 1. 2018. (neurčitý)
7. ↑ 1 2 3 Edward Helmore a agentury. NASA pošle dron Dragonfly, aby prozkoumal Titan, největší Saturnův  měsíc . The Guardian (27. června 2019). Získáno 28. června 2019. Archivováno z originálu dne 28. června 2019.
8. ↑ NASA pošle Dragonfly hledat život na Saturnově měsíci Titan . Tass.ru (28. června 2019). Staženo 27. června 2019. Archivováno z originálu 27. června 2019. (Ruština)
9. ↑ Letečtí inženýři vyvíjející dron pro koncepční misi NASA na  Titan . Pennsylvania State University (9. ledna 2018). Staženo 2. prosince 2019. Archivováno z originálu dne 7. listopadu 2019.
10. ↑ 1 2 Launch Dragonfly přesunuto na rok 2027  . NASA (25. září 2020). Získáno 29. září 2020. Archivováno z originálu dne 27. září 2020.
11. ↑ NASA New Frontiers 5: Third Community Announcement - SpaceRef
12. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Dragonfly: A Rotorcraft Lander Concept for Scientific Exploration at Titan (PDF)  (  nepřístupný odkaz) . Johns Hopkins APL Technical Digest (2017). Staženo 25. ledna 2018. Archivováno z originálu 22. prosince 2017.
13. ↑ 1 2 NASA vybírá misi Johnse Hopkinse na Titanu vedenou APL pro další rozvoj  . Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (21. prosince 2017). Staženo 2. prosince 2019. Archivováno z originálu dne 26. dubna 2018.
14. ↑ Dragonfly : Průzkum povrchu Titanu s novým přemístitelným landerem  Frontiers American Astronomical Society, zasedání DPS #49, id.219.02. (2017). 
15. ↑ Dragonfly APL TechDigest (PDF)  (anglicky)  (odkaz není k dispozici) . JHUAPL.edu. Staženo 25. ledna 2018. Archivováno z originálu 22. prosince 2017.
16. ↑ Titan Explorer - Studie vlajkové lodi (PDF)  (anglicky)  (odkaz není k dispozici) . NASA a APL (2008). Staženo 25. 1. 2018. Archivováno z originálu 1. 2. 2017.
17. ↑ 1 2 Montgolfiere Aerobots for Titan (PDF)  (anglicky)  (odkaz není k dispozici) . Laboratoř tryskového pohonu NASA. Staženo 25. ledna 2018. Archivováno z originálu 22. prosince 2016.
18. ↑ Langelaan JW a kol. (2017) Proč. Aerospace Conf. IEEE.
19. ↑ 1 2 Spacewatch: dron z jiného světa s úkolem Titanicu  před námi . The Guardian (21. prosince 2017). Staženo 25. ledna 2018. Archivováno z originálu 13. července 2019.
20. ↑ 1 2 3 Chang, Kenneth Finalisté ve hře NASA Spacecraft Sweepstakes: Drone on Titan, and Comet-  Chaser . The New York Times (19. listopadu 2017). Staženo 25. ledna 2018. Archivováno z originálu 13. července 2019.
21. ↑ Vážka NASA proletí kolem Titanu a bude hledat původ, známky života  . NASA.gov (27. června 2019). Získáno 27. června 2019. Archivováno z originálu dne 28. června 2019.
22. ↑ Co jsou ve světě (světech) tholini?  (anglicky) . Planetary.org (23. července 2015). Staženo 2. prosince 2019. Archivováno z originálu 13. ledna 2020.
23. ↑ Giant Tropical Lake nalezeno na Saturn Moon Titan  (anglicky)  (nepřístupný odkaz - historie ) . Space.com (13. června 2012).
24. ↑ Nové snímky ze sondy Huygens: Pobřeží a kanály, ale zdánlivě suchý  povrch . Planetary.org (15. ledna 2005). Staženo 2. prosince 2019. Archivováno z originálu 30. března 2018.
25. ↑ Williams, Matt Dragonfly navržený pro NASA jako Daring New Frontiers Mission to  Titan . Universe Today (25. srpna 2017). Staženo 25. ledna 2018. Archivováno z originálu 13. července 2019.
26. ↑ Robert Zubrin, Vstup do vesmíru: Vytvoření vesmírné civilizace , sekce: Titan, str. 163-166, Tarcher/Putnam, 1999, ISBN 978-1-58542-036-0
27. ↑ Robert Zubrin, Případ pro Mars: Plán na osídlení Rudé planety a proč musíme , str. 146, Simon & Schuster/Touchstone, 1996, ISBN 978-0-684-83550-1
28. ↑ Vědecké cíle a cíle pro přemístitelný přistávací modul Dragonfly Titan Rotorcraft . The Planetary Science Journal (19. 7. 2021). Získáno 29. října 2021. Archivováno z originálu dne 17. srpna 2021. (neurčitý)
29. ↑ Planetární vědci identifikují cíle dronů na Titanu . N+1 (13. 8. 2021). Získáno 29. října 2021. Archivováno z originálu dne 29. října 2021. (neurčitý)
30. ↑ R. Lorenz, „Titan Here We Come!“, New Scientist, 15. července 2000.
31. ↑ Post-Cassini Exploration of Titan: Science Rationale and Mission Concepts (PDF  ) . Journal of the British Interplanetary Society (2000). Získáno 2. prosince 2019. Archivováno z originálu dne 25. ledna 2020.
32. ↑ 1 2 Vážka NASA poletí kolem Titanu a bude hledat původ, známky  života . NASA.gov (27. června 2019). Získáno 27. června 2019. Archivováno z originálu dne 2. května 2021.

Odkazy

• Oficiální stránky projektu  (anglicky)