В апреле НАСА окончательно одобрило запуск миссии Dragonfly, в ходе которой винтокрылый аппарат отправится к одному из спутников Сатурна.
ЧТО ЭТО ЗА АППАРАТ?
Главный герой грядущей миссии — винтокрылый коптер Dragonfly («Стрекоза»). Его НАСА запустит к крупнейшему спутнику Сатурна — Титану, представляющему собой массивное небесное тело, чей диаметр в полтора раза превышает размеры земной Луны.
400-килограммовый Dragonfly является октокоптером — то есть полет дрона будет обеспечивать восемь метровых винтов (дрон оснащен четырьмя «лучами», на концах которых крепится по двойному набору лопастей). Подобная конструкция – в теории – позволит ему подниматься на высоту до четырех километров и совершать перелеты на скорости около 10 м/с.
Концепт аппарата Dragonfly
ПОЧЕМУ ТИТАН?
Титан — один из крупнейших планетарных спутников в Солнечной системе и один из наиболее интересующих ученых объектов с точки зрения существования жизни.
Титан представляет собой холодный, покрытый ледяной коркой, дюнами и горами, спутник, сквозь плотную азотистую атмосферу которого едва пробивается солнечный свет. На его поверхности астрономы подтвердили существование многочисленных рек, озер и даже морей из жидкого этана и метана. Высокое содержание метана может приводить к образованию метановых облаков и редких дождей — в местном климате метан выполняет ту же роль, что на Земле — вода.
Под воздействием солнечного света молекулы метана и азота образуют различные органические соединения, которые — по крайней мере, в случае с Землей — являются «строительными блоками» жизни. Интереса добавляет и предположение о существовании целого океана под поверхностью Титана. Все это делает его своего рода «полигоном» для возникновения жизни; и даже если этой жизни на спутнике обнаружить не получится, то понять, как она зарождалась на Земле, — более, чем возможно.
Поверхность Титана в представлении художников
ЧТО ИМЕННО БУДЕТ ДЕЛАТЬ НА ТИТАНЕ DRAGONFLY?
Аппарат будет перелетать с места на место, изучая химический состав различных участков Титана и занимаясь поисками соединений, наиболее важных для возникновения жизни.
В частности, Dragonfly планирует:
- проводить отбор проб материалов и анализировать их химический состав;
- производить атмосферные измерения;
- выявлять резервуары метана и определять динамику его перемещений;
- наблюдать за сейсмической активностью Титана и описывать его геологию;
- наконец, вести поиск биосигнатур (то есть признаков жизни) на основе воды или углеводородов.
Для этих целей коптер будет оснащен внушительным научным арсеналом. Анализ проб с поверхности и из воздуха будут осуществлять три инструмента: масс-спектрометр DraMS, спектрометр DraGNS, измеряющий нейтроны и гамма-излучение, а также устройство DraGMet, которое будет следить за динамикой атмосферы. Вдобавок к ним на «Стрекозе» будет установлен инструмент DrACO — бур, который и будет брать подповерхностные пробы для дальнейшего анализа.
Визуально наблюдать за обстановкой на Титане операторы Dragonfly смогут через систему DragonCam — набор из нескольких камер на борту аппарата.
ПОЧЕМУ БЫЛ ВЫБРАН КОНЦЕПТ ИМЕННО ВИНТОКРЫЛОГО АППАРАТА?
В условиях Титана именно винтокрылые дроны — возможно, наиболее предпочтительный вариант. Титан может похвастаться сравнительно слабой (по сравнению с Землей) гравитацией, а также «густой» атмосферой, чья плотность превышает земную в четыре раза. Оба этих условия позволят винтам устройства без помех «цепляться» за атмосферу и подниматься на значительную высоту.
Таким образом, Dragonfly сможет за час преодолеть десятки километров — расстояние, недоступное любому из существующих роверов и планетоходов. В теории, совершая один перелет за титановые сутки (по земным меркам — 16 дней) за два предполагаемых года работы аппарат покроет территорию, измеряемую сотнями километров.
Винтокрылые аппараты являются новым конструкторским решением для НАСА, но уже доказавшим свою работоспособность. Так, например, дрон Ingenuity провел на Марсе около трех лет, в течение которых он 72 раза поднимался над поверхностью. Свою работу марсианский вертолет завершил совсем недавно: в апреле «Голос Америки» рассказывал о «прощании» НАСА с Ingenuity — читайте на нашем сайте.
СМОТРИТЕ ТАКЖЕ: Прощание с Ingenuity: НАСА объявило о дальнейших планах работы марсианского вертолетаПравда, марсианский предшественник аппарата Dragonfly имел лишь один винт: таким образом, аппарат на Титане станет первым многовинтовым устройством, поднявшимся над поверхностью внеземного объекта.
ЕСЛИ ТИТАН ТАК ИНТЕРЕСУЕТ УЧЕНЫХ, ПОЧЕМУ ЕГО НЕ ИССЛЕДОВАЛИ РАНЬШЕ?
Титан исследовали и раньше, но никогда еще планы по его изучению не были настолько масштабными.
Первыми аппаратами, которые увидели Титан с относительно близкого расстояния, стали американские Pioneer 11 и Voyager 1 — однако спутник Сатурна не числился среди их главных целей. В 1979 году Pioneer отправил несколько размытых снимков спутника; год спустя к Титану куда ближе подобрался Voyager, проведя краткий анализ его атмосферы. Изучал Титан и телескоп «Хаббл», однако все попытки взглянуть на поверхность спутника наталкивались на проблему — смог. Плотный углеводородный слой, вызванный наличием в атмосфере метана, полностью закрывает поверхность от взгляда внешнего наблюдателя и делает Титан единственным спутником в Солнечной системе, поверхность которого нельзя увидеть в оптическом диапазоне.
Решить эту проблему была призвана миссия «Кассини — Гюйгенс». Хотя главной целью станции «Кассини» было изучение Сатурна и его колец, аппарату также было поручено детально изучить Титан. Мимо сатурнианского спутника «Кассини» совершил десятки пролетов, сбросив в ходе одного из них зонд «Гюйгенс» – первый аппарат, главной целью которого было изучение именно Титана.
Слева направо: фото аппарата «Кассини» с прикрепленным слева зондом «Гюйгенс»; процесс спуска «Гюйгенса» через атмосферу Титана в представлении художника; фото, сделанное зондом «Гюйгенс» на поверхности Титана.
В январе 2005 года «Гюйгенс», спускаясь сквозь смог на парашютах, успел провести анализ атмосферы спутника, сделать температурные замеры и осмотреть рельеф местности. На поверхности «Гюйгенса» ждал минималистичный пейзаж: покрытая галькой равнина, едва различимая из-за желтой метановой дымки.
«Гюйгенс» остается единственным зондом, совершившим мягкую посадку во Внешней Солнечной системе (то есть ее участка, лежащей за газовыми гигантами). В случае успеха Dragonfly станет вторым подобным аппаратом.
КАК ДОЛГО АППАРАТ СМОЖЕТ РАБОТАТЬ НА ТИТАНЕ?
Весь объем данных «Гюйгенс» собрал за сравнительно короткий срок: активная фаза его работы составила всего несколько часов.
«Стрекозе» же предстоит куда более долгая работа: НАСА ожидает, что Dragonfly проработает не меньше двух с половиной лет. Обычно НАСА использует для подзарядки солнечные панели, но в случае с Титаном это невозможно: мешает все та же метановая дымка. Для решения проблемы коптер будет оснащен радиоизотопным термоэлектрическим генератором (РИТЭГ), который будет генерировать энергию от распада радиоизотопов. Зарядка батареи будет происходить в ночное время (8 суток по земным меркам), а в течение титанического дня аппарат сможет проводить научные измерения и перемещаться с места на место.
Использование РИТЭГ для НАСА не в новинку. Он уже был установлен на марсианских станциях Viking в 1970-х; такого же типа генератор уже больше десятилетия снабжает энергией марсоход Curiosity.
На этих двух снимках (2005 и 2009 годов) хорошо видна плотная дымка, скрывающая поверхность Титана от наблюдателей. На заднем плане левого фото – Тефия, еще один спутник Сатурна.
КТО ОРГАНИЗАТОР МИССИИ?
Главный проектировщик дрона — Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса в штате Мэриленд. Помогать им будут специалисты из других именитых учреждений: Центра космических полетов имени Годдарда, Исследовательского центра Эймса в Кремниевой долине, Лаборатории реактивного движения НАСА, космического подразделения Lockheed Martin и других.
Полет «Стрекозы» будет осуществляться в рамках программы НАСА «Новые рубежи» — серии запусков к дальним областям Солнечной системы. Dragonfly — последний из подтвержденных запусков серии; все предыдущие миссии уже успешно достигли своих целей.
Первой из них была запущена станция «Новые горизонты», отправившаяся в космос в 2006 году. Спустя девять лет после запуска аппарат совершил пролет мимо Плутона (к тому моменту уже исключенному из списка планет) и продолжил свой путь дальше, в сторону Пояса Койпера и границ Солнечной системы. «Голос Америки» подробно рассказывал об этом амбициозном проекте и его дальнейших планах — читайте по этой ссылке.
СМОТРИТЕ ТАКЖЕ: «Новые горизонты»: как проходит миссия НАСА по исследованию дальних рубежей Солнечной системы?Вторым проектом «Рубежей» стал запуск аппарата «Юнона». В 2011 году станция отправилась в полет к Юпитеру, а спустя пять лет достигла газового гиганта.
Третьим аппаратом серии стал OSIRIS-REx. В 2020 году он собрал грунт с астероида Бенну, а уже в сентябре 2023 года отправил его на Землю, выпустив капсулу с образцами с расстояния в 100 тысяч километров. Сейчас аппарат (уже в рамках миссии OSIRIS-APEX) отправляется в сторону астероида Апофис — подробнее об этом мы рассказывали на нашем сайте.
КАКОВ ПЛАН ПОЛЕТА?
Ожидается, что запуск Dragonfly произойдет не раньше июля 2028 года. Сначала будет совершен облет вокруг Земли и Венеры, после чего аппарат выйдет на прямую траекторию к Сатурну. Дорога до самого Титана займет не менее шести лет: ожидается, что в 2034 году Dragonfly войдет в атмосферу спутника, совершая торможение при помощи парашюта.
Октокоптер совершит посадку на дюнах в северо-западной части песчаного моря Шангри-Ла в экваториальной области Титана, откуда он начнет регулярные перелеты в другие локации. Ожидается, что за два земных года он преодолеет примерно 180 км и в конечном итоге окажется в кратере Селк к северу от места первоначальной посадки — ранее, по предположению ученых, в этой области могла в жидком виде находиться вода.
Титан на снимке аппарата «Кассини»