Med sin tætte og carbonhydridrige atmosfære har Titan været et emne af interesse i mange årtier. Og med succes af Cassini-Huygens mission, der begyndte at udforske Saturn og dets månesystem tilbage i 2004, er der mange forslag på bordet til opfølgningsmissioner, der ville udforske Titan's overflade og dets metanhav i større dybde.
De udfordringer, dette giver, har ført til nogle ret nye ideer, lige fra balloner og landere til flydende droner og ubåde. Men det er forslaget om en "Dragonfly" -drone af forskere ved NASAs JHUAPL, der synes særdeles eventyrlystne. Denne otte-bladede drone ville være i stand til lodret start og landing (VTOL), hvilket gør det muligt for den at udforske både atmosfæren og overfladen af Titan i de kommende årtier.
Missionskonceptet blev foreslået af et videnskabsteam ledet af Elizabeth Turtle, en planetvidenskabsmand fra NASAs Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHUAPL). Tilbage i februar blev konceptet præsenteret på ”Planetary Science Vision 2050 Workshop” - der fandt sted på NASAs hovedkvarter i Washington, DC - og igen i slutningen af marts på den 48. Lunar and Planetary Science Conference i The Woodlands, Texas.
En sådan mission, som Turtle forklarede til Space Magazine via e-mail, er både rettidig og nødvendig. Ikke kun ville det bygge på mange nylige udviklinger i robotforskere (som f.eks Nysgerrighed rover og Cassini orbiter); men på Titan er der simpelthen ingen mangel på muligheder for videnskabelig forskning. Som hun udtrykte det:
”Titan er en oceanverden med en unik twist, som er den rige og komplekse organiske kemi, der forekommer i dens atmosfære og på dens overflade. Denne kombination gør Titan til et særligt godt mål for at studere planetarisk beboelighed. Et af de store spørgsmål om livets udvikling er, hvordan kemiske interaktioner førte til biologiske processer. Titan har foretaget eksperimenter inden for prebiotisk kemi i millioner af år - tidsskalaer, som det er umuligt at gengive i laboratoriet - og resultaterne af disse eksperimenter er der for at blive samlet. ”
Deres forslag er delvis baseret på tidligere Decadal Surveys, såsom Campaign Strategy Working Group (CSWG) om præbiotisk kemi i det ydre solsystem. Denne undersøgelse understregede, at et mobilt luftkøretøj (dvs. et luftskib eller en ballon) ville være velegnet til at udforske Titan. Ikke kun er Titan det eneste kendte legeme, bortset fra Jorden, der har en tæt, kvælstofrig atmosfære - fire gange så tæt som Jordens - men dets tyngdekraft er også ca. 1/7 af Jordens.
Balloner og luftskibe ville imidlertid ikke være i stand til at studere Titans methansøer, som er et af de mest spændende træk, hvad angår forskning i prebiotisk kemi. Derudover ville et luftkøretøj ikke være i stand til at foretage kemisk analyse af overfladen in situ, ligesom hvad Mars Exploration Rovers (Ånd, mulighed og Nysgerrighed) har gjort på Mars.
Som sådan begyndte Turtle og hendes kolleger at lede efter et forslag, der repræsenterede det bedste fra begge verdener - dvs. en luftplatform og en lander. Dette var oprindelsen af Dragonfly-konceptet.
”Der er blevet overvejet flere forskellige metoder til in-situ-efterforskning af luften af Titan (helikoptere, forskellige typer balloner, fly),” sagde Turtle. ”Dragonfly drager fordel af den nylige udvikling i multi-rotor-fly for at give luftmobilitet for en lander med en sofistikeret nyttelast. Fordi Dragonfly ville være i stand til at rejse lange afstande - et par titusinde kilometer ad gangen og op til et par hundrede kilometer i løbet af missionen - ville det være muligt at foretage målinger på flere steder med meget forskellige geologiske historier. ”
Missionen er også i overensstemmelse med koncepter, som Turtle og hendes kolleger - der inkluderer Ralph Lorenz (også fra JHUAPL), Melissa Trainer fra Goddard Space Flight Center og Jason Barnes fra University of Idaho - har udforsket i årevis. Tidligere foreslog de et missionskoncept, der ville kombinere en Montgolfière-stil ballon med en Pathfinder-lignende lander. Mens ballonen ville udforske Titan fra en lav højde, ville landeren udforske overfladen på tæt hold.
Ved den 48. Lunar and Planetetary Science-konference havde de officielt afsløret deres “Dragonfly” -koncept, der opfordrede til en qaudcopter til at gennemføre både luft- og overfladestudier. Dette fire-rotor køretøj, blev det hævdet, ville være i stand til at drage fordel af Titans tykke atmosfære og lave tyngdekraft for at få prøver og bestemme overfladesammensætninger i flere geologiske omgivelser.
I sin seneste iteration inkorporerer Dragonfly otte rotorer (to placeret i hvert af sine fire hjørner) for at opnå og opretholde flyvning. Meget ligesom Nysgerrighed og kommende Mars 2020 Rovers, Dragonfly ville være drevet af en multimission radioisotop termoelektrisk generator (MMRTG). Dette system bruger den varme, der genereres ved henfald af plutonium-238 til at generere elektricitet, og kan holde en robotmission i gang i årevis.
Dette design, siger Turtle, ville tilbyde forskere den ideelle platform på stedet til at studere Titans miljø:
”Dragonfly ville være i stand til at måle sammensætningsdetaljer for forskellige overfladematerialer, hvilket viser, hvor langt organisk kemi er kommet i forskellige miljøer. Disse målinger kunne også afsløre kemiske underskrifter af vandbaseret liv (som på Jorden) eller endda kulbrinte-baseret liv, hvis begge var til stede på Titan. Dragonfly ville også studere Titans atmosfære, overflade og underflade for at forstå den aktuelle geologiske aktivitet, hvordan materialer transporteres og muligheden for udveksling af organisk materiale mellem overfladen og det indre vandhav. ”
Dette koncept inkorporerer en række nylige fremskridt inden for teknologi, der inkluderer moderne kontrolelektronik og fremskridt inden for kommerciel ubemandet luftfartøjs (UAV) design. Dertil kommer, at Dragonfly fjerner kemisk drevne retrorockets og kunne tænde mellem flyvninger, hvilket giver den en potentielt langt længere levetid.
"Og nu er det perfekte tidspunkt," siger Turtle, "fordi vi kan bygge videre på det, vi har lært af Cassini-Huygens-missionen for at tage de næste skridt i Titan-efterforskning."
I øjeblikket udvikler NASAs Jet Propulsion Laboratory et lignende koncept. Denne antenne-drone, der er kendt som Mars-helikopter “spejder”, til brug på Mars forventes at blive lanceret ombord på Mars 2020 mission. I dette tilfælde kræver designet to koaksiale mod-roterende rotorer, som ville give det bedste tryk-til-vægt-forhold i Mars 'tynde atmosfære.
Denne form for VTOL-platform kan blive bærebjælken i de kommende årtier, uanset hvor der kræves langvarige missioner, der involverer organer, der har atmosfære. Mellem Mars og Titan kunne sådanne luftdroner hoppe fra det ene område til det næste og få prøver til in-situ-analyse og kombinere overfladestudier med atmosfærisk aflæsning i forskellige højder for at få et mere komplet billede af planeten.
