В апреле НАСА окончательно одобрило запуск миссии Dragonfly, в ходе которой винтокрылый аппарат отправится к одному из спутников Юпитера.
ЧТО ЭТО ЗА АППАРАТ?
Главный герой грядущей миссии — винтокрылый коптер Dragonfly («стрекоза»). Его НАСА запустит к крупнейшему спутнику Сатурна — Титану, представляющем собой массивное небесное тело, чей диаметр в полтора раза превышает размеры земной Луны.
400-килограммовый Dragonfly является октокоптером — то есть полет дрона будет обеспечиваться восемью метровыми винтами (дрон оснащен четырьмя «лучами», на конце которых крепится двойной набор лопастей). Подобная конструкция — в теории — позволит ему подниматься на высоту до четырех километров и совершать перелеты на скорости около 10 м/с.
ПОЧЕМУ ТИТАН?
Титан — один из крупнейших планетарных спутников в Солнечной системе и одно из наиболее интересующих ученых небесных тел с точки зрения существования жизни.
Титан представляет собой холодный, покрытый ледяной коркой, дюнами и горными хребтами, 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 на Титане метана может приводить к образованию метановых облаков и редких дождей — в местных условиях 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 получиться, то понять, как она зарождалась на Земле, — более, чем возможно.
ЧТО ИМЕННО БУДЕТ ДЕЛАТЬ НА ТИТАНЕ DRAGONFLY?
Аппарат будет перелетать с места на место, изучая химический состав различных участков планеты 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 определить 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 Dragonfy 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 в сотнях 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.
Правда, 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 оказались увидели Титана 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 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 именно изучение 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.
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
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.
