Prejšnji teden, od ponedeljka, 27. februarja do 1. marca, je NASA na svojem sedežu v Washingtonu, DC, gostila delavnico "Planetarna znanstvena vizija 2050". Med številnimi predstavitvami, govori in naslovi, ki so sestavljali delavnico, je NASA in njene podružnice delila svoje številne predloge za prihodnost raziskovanja osončja.
Zelo priljubljena tema med delavnico je bila raziskovanje Titana. Poleg tega, da je edino drugo telo v Osončju z atmosfero, bogato z dušikom in na svoji površini vidno tekočino, ima tudi okolje, bogato z organsko kemijo. Zaradi tega je ekipa pod vodstvom Michaela Paukena (iz Nasinega laboratorija za reaktivni pogon) pripravila predstavitev, v kateri so podrobno opisali številne načine, kako jo je mogoče raziskati z letalskimi vozili.
Predstavitev, ki so jo poimenovali "Znanost v različnih znanstvenih regijah na Titanu z uporabo letalskih platform", so vodili tudi člani letalske vesoljske industrije - na primer AeroVironment in Global Aerospace iz Monrovije, Kalifornija, in Thin Red Line Aerospace iz Chilliwacka, Pr. Skupaj so pregledali različne koncepte zračne ploščadi, ki so bili za Titan predlagani od leta 2004.
Medtem ko je koncept raziskovanja Titana z letalnimi brezpilotnimi letali in baloni segal v sedemdeseta in 80. leta, je bilo leto 2004 še posebej pomembno, saj je prav v tem času Huygensovo zemljišče opravilo prvo raziskovanje površine Lune. Od takrat je bilo veliko zanimivih in izvedljivih predlogov za dvižne ploščadi. Kot je dr. Pauken povedal za Space Magazine po e-pošti:
“Misija Cassini-Huygens je razkrila veliko o Titanu, ki ga prej nismo poznali, kar je postavilo tudi veliko več vprašanj. Pomagalo nam je ugotoviti, da je slikanje površine možno pod 40 km nadmorske višine, zato je vznemirljivo vedeti, da lahko fotografiramo Titan v zraku in jih pošljemo domov. "
Te koncepte lahko razdelimo v dve kategoriji, in sicer plovila lažji od zraka (LTA) in plovila težji od zraka (HTA). In kot je pojasnil Pauken, sta obe primerni, ko gre za raziskovanje lune kot Titana, ki ima v resnici gostejšo atmosfero od Zemlje - 146,7 kPa na površini v primerjavi s 101 kPa na ravni morja na Zemlji - vendar le 0,14 krat težnosti (podobno kot Luna).
"Gostota atmosfere Titana je večja od Zemljine, zato je odlična za letenje lažjih vozil kot balon," je dejal. "Nizka gravitacija Titana je korist za težja vozila, kot so helikopterji ali letala, saj bodo" tehtala "manj kot na Zemlji."
"Pojmi LTA od zraka so živahni in ne potrebujejo nobene energije, da bi ostali na zraku, zato bi lahko več energije usmerili v znanstvene instrumente in komunikacije. Koncepti težji od zraka porabijo moč, da ostanejo v zraku, ki odvzame znanost in telekomunikacije. Toda HTA je mogoče hitreje in natančneje usmeriti na vozila LTA, ki večinoma plujejo z vetrovi. "
TSSM Montgolfiere Balon:
Načrti za uporabo balona Montgolfiere za raziskovanje Titana segajo v leto 2008, ko sta NASA in ESA skupaj razvili koncept Titan Saturn System Mission (TSSM). Koncept vodilne misije bi TSSM sestavljal tri elemente, vključno z NASA-ino orbito in dvema in-situ zasnovanima elementoma ESA - tovornjak za raziskovanje Titanovih jezer in balon Montgolfiere za raziskovanje njegove atmosfere.
Orbiter bi se zanašal na radioizotopni elektroenergetski sistem (RPS) in sončni električni pogon (SEP), da bi dosegel sistem Saturn. Na poti do Titana bi bil odgovoren za preučevanje Saturnove magnetosfere, letenje skozi struge Enceladusa za analizo bioloških markerjev in slikanje Enceladusovih "Tiger Stripes" v južnem polarnem območju.
Ko je orbiter dosegel orbitalno vstavitev s Saturnom, bo sprožil Montgolfiere med prvo letenjem Titana. Nadzor nad balonom bi bil zagotovljen s segrevanjem plina iz okolice z odpadno toploto RPS. Glavna misija bi trajala približno 4 leta, ki bi jo sestavljali dvoletna turneja po Saturnu, dvomesečna faza zračnega vzorčenja Titana in 20-mesečna faza orbita Titana.
Od prednosti tega koncepta je najbolj očitno dejstvo, da bi lahko vozilo Montgolfiere, ki ga poganja RPS, delovalo v ozračju Titana več let in bi lahko spreminjalo višino le z minimalno porabo energije. Takrat je koncept TSSM konkuriral predlogom misij za lune Europa in Ganymede.
Februarja 2009 sta bila koncept TSSM in misija Europa Jupiter System Mission (EJSM) izbrana za napredovanje z razvojem, vendar je bila prva prednostna naloga EJSM. Ta misija se je preimenovala v Europa Clipper in bo predvidoma začela leta 2020 (v Evropo pa bo prispela do leta 2026).
Titan Helium Balloon:
Naknadne raziskave balonov Montgolfiere so pokazale, da je mogoče leta in minimalne porabe energije doseči tudi pri veliko bolj kompaktni balonski zasnovi. Z združitvijo zasnove s helijem bi lahko taka platforma v nebu Titana delovala štirikrat dlje kot baloni tukaj na Zemlji, zahvaljujoč veliko počasnejši stopnji širjenja.
Nadzor nadmorske višine bi bil mogoč tudi z zelo skromnimi količinami energije, ki bi jih bilo mogoče zagotoviti s pomočjo črpalke ali mehanskega stiskanja. Tako bi lahko s platformo, ki zagotavlja RPS moč, pričakovali, da bo platforma zdržala dlje od primerljivih balonskih modelov. Ta balon s helijevimi ovojnicami bi lahko združil tudi z jadralnim padalom, da bi ustvaril tudi vozilo, lažje od zraka, sposobno tudi za bočno gibanje.
Primeri tega vključujejo krilatico Aerobot Titan (TWA, prikazano spodaj), ki je bila raziskana v okviru Nasinega programa prve faze 2016 za raziskave inovacij malih podjetij (SBIR). TWA je razvil v sodelovanju z Northropom Grummanom hibridno vstopno vozilo, balon in manevrirno jadralno letalo s 3-D usmerjenim krmiljenjem, ki bi lahko zadovoljilo številne znanstvene cilje.
Tako kot koncept Mongtolfiere bi se tudi on zanašal na minimalno moč, ki jo zagotavlja en sam RPS. Njegov edinstven plovni sistem bi mu prav tako omogočil spuščanje in vzpon brez potrebe po pogonskih sistemih ali nadzornih površinah. Ena od pomanjkljivosti je dejstvo, da ne more pristati na mesečevem površju za izvajanje raziskav in nato spet vzleteti. Vendar pa zasnova omogoča letenje na majhni višini, kar bi omogočilo dostavo sond na površino.
Drugi koncepti, ki so bili razviti v zadnjih letih, vključujejo težja letala, kot so zrakoplov, ki se osredotočajo na razvoj vozil z nepremičnimi krili in rotorcraft.
Vozila s fiksnim krilom:
V preteklosti so bili za misijo na Titanu predlagani tudi pojmi za letala s krilnimi krili. Odmeven primer tega je letalsko vozilo za izvid v zraku in zrakoplov Titan (AVIATR), brezpilotno letalo (UAV), ki sta ga leta 2011 predlagala Jason Barnes in Lawrence Lemke (z univerze v Idahu in univerze Central Michigan, oz.).
To plovilo z majhno močjo bi se zanašalo na RPS, ki bi porabljal toploto razpadajočega Plutonanija 238 za pogon majhne turbine, nameščene na zadnjem delu, izkoristil Titanovo gosto atmosfero in nizko težo za izvajanje trajnih let. Nova strategija "vzpenjaj-nato-drsej", pri kateri bi se motor v drsnih obdobjih ugasnil, bi prav tako omogočila shranjevanje energije za optimalno uporabo med telekomunikacijskimi sejami.
To obravnava veliko pomanjkljivost vozil s fiksnim krilcem, to je potrebo po porazdelitvi moči med potrebami vzdrževanja letov in izvajanja znanstvenih raziskav. Vendar je AVIATR v enem pogledu omejen, saj se ne more spustiti na površje, da bi izvedel znanstvene poskuse ali zbiral vzorce.
Rotorcraft:
Nenazadnje je koncept za rotorcraft. V tem primeru bi bila zračna ploščad štirikolesnik, ki bi bil zelo primeren za ozračje Titana, omogočal bi lahek vzpon in spust ter študije, ki bi se izvajale na površini. Izkoristili bi tudi razvoj dogodkov v komercialnih brezpilotnih vozilih in brezpilotnih vozilih v zadnjih letih.
Ta misija bi bila sestavljena iz dveh komponent. Na eni strani je rotorcraft - znan kot TAD-jeva letalska hčerinska ladja (TAD) - ki bi se zanašal na polnilni baterijski sistem, ki bi se napajal med izvajanjem kratkotrajnih letov (približno eno uro naenkrat). Druga komponenta je "Mothercraft", ki bi bil v obliki tovornjaka ali balona, kamor bi se TAD vrnil med lete, da bi se napolnil z vgrajenega RPS-a.
Trenutno NASA-in laboratorij za reaktivni pogon razvija podoben koncept, znan kot Mars helikopter "skavt", za uporabo na Marsu - ki naj bi bil sprožen na krovu misije Mars 2020. V tem primeru zasnovo zahtevata dva koaksialna protit vrteča se rotorja, ki bi zagotovila najboljše razmerje med potiskom in maso v Marsovi tanki atmosferi.
Drug koncept rotorcraft zasledujejo Elizabeth Turtle in sodelavci John Hopkins APL in univerze v Idahu (vključno z Jamesom Barnesom). Ob podpori NASE in članov Goddard centra za vesoljske polete, Pennsylvania State University in Honeybee Robotics so predlagali koncept, znan kot "kačji pastir".
Njihovo letalstvo se bo zanašalo na Titanovo debelo atmosfero in nizko težo. Njegova zasnova bi mu omogočala tudi enostavno pridobivanje vzorcev in določanje sestave površine v več geoloških okoljih. Te ugotovitve bodo predstavljene na prihajajoči 48. konferenci o lunarni in planetarni znanosti - ki bo potekala od 20. do 24. marca v Woodlandsu v Teksasu.
Medtem ko bo raziskovanje Titana v prihodnjih desetletjih verjetno postalo zadnji del raziskovanja Evrope, se pričakuje, da bo misija postavljena pred sredino tega stoletja. Ne le, da so znanstveni cilji v obeh primerih zelo enaki - priložnost za raziskovanje edinstvenega okolja in iskanje življenja zunaj Zemlje -, pa tudi koristi bodo primerljive.
Z vsakim potencialno življenjskim telesom, ki ga raziskujemo, se lahko naučimo več o tem, kako se je začelo življenje v našem Osončju. In četudi v tem procesu ne najdemo nobenega življenja, se bomo veliko naučili o zgodovini in nastanku Osončja. Poleg tega bomo korak bližje razumevanju kraja človeštva v Vesolju.
