WikiDer > Стрекоза (космический корабль)
Иллюстрация концепции миссии | |
Оператор | НАСА |
---|---|
Интернет сайт | стрекоза |
Продолжительность миссии | 12 лет (планируется) Научная фаза: 2,7 года [1] |
Свойства космического корабля | |
Тип космического корабля | Винтокрыл спускаемый аппарат |
Производитель | Лаборатория прикладной физики Джона Хопкинса |
Посадочная масса | ≈450 кг (990 фунтов) [2] |
Мощность | 70 Вт (желательно) [2] из MMRTG |
Начало миссии | |
Дата запуска | 2027 г. (планируется)[3] |
Ракета | Вулканский кентавр или эквивалент[4] |
Запустить сайт | мыс Канаверал |
Титан самолет | |
Дата посадки | 2036 [1] |
Посадочная площадка | Шангри-Ла дюнные поля[5] |
Пройденное расстояние | 8 км (5,0 миль) за рейс (запланировано) [5] |
Стрекоза это планируемый космический корабль и НАСА миссия, которая отправит робот винтокрылый аппарат на поверхность Титан, самая большая луна Сатурн. Миссия будет изучать химию пребиотиков и внеземная обитаемость. Он будет выполнять вертикальный взлет и посадку (СВВП) для перемещения между исследовательскими участками.[6][7][8]
Титан уникален тем, что имеет обильный, сложный и разнообразный химический состав, богатый углеродом, на поверхности мира с преобладанием водяного льда и внутренним водным океаном, что делает его высокоприоритетной целью для астробиология и происхождение жизни исследования.[6] Миссия была предложена в апреле 2017 года НАСА. Программа New Frontiers посредством Лаборатория прикладной физики Джона Хопкинса, и был выбран в качестве одного из двух финалистов (из двенадцати предложений) в декабре 2017 года для дальнейшего уточнения концепции миссии.[9][10] 27 июня 2019 г. Стрекоза был выбран, чтобы стать четвертой миссией в программе New Frontiers.[11][12]
Обзор
Стрекоза это астробиологическая миссия на Титан, чтобы оценить его микробную обитаемость и изучить его пребиотическую химию в различных местах. Dragonfly будет выполнять контролируемые полеты и вертикальный взлет и посадку между локациями. Миссия будет включать в себя полеты в несколько разных мест на поверхности, что позволит опробовать различные регионы и геологические условия.[2][13]
Титан является неотразимой целью астробиологии, потому что его поверхность содержит множество сложных химических соединений, богатых углеродом, и потому что на его поверхности могут встречаться как жидкая вода, так и жидкие углеводороды, возможно, образуя пребиотик. исконный суп.[14]
Успешный полет Dragonfly сделает его вторым винтокрылым аппаратом, который полетит на небесном теле, отличном от земной шар после запланированной демонстрации марсианской технологии БПЛА вертолет, Изобретательность, который был отправлен Марс 2020 миссия вместе с Упорство марсоход в июле 2020 года.
История
Первоначальное зачатие стрекозы произошло во время беседы за ужином между учёным Джейсоном У. Барнсом с факультета физики Университета Айдахо (который ранее АВИАТР предложение по зонду Титан) и Ральф Лоренц лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса, и потребовалось 15 месяцев, чтобы составить подробное предложение миссии.[15] Главный исследователь Элизабет Черепаха, планетолог из Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса.[13]
Миссия Dragonfly основана на нескольких более ранних исследованиях мобильной воздушной разведки Титана, включая исследование флагманского корабля Titan Explorer 2007 года,[16] который выступал за Воздушный шар Montgolfière для региональных исследований, и АВИАТР, концепция самолета, рассматриваемая для программы Discovery.[2] Концепция посадочного модуля винтокрылого аппарата, который работал от батареи и перезаряжался в течение 8-дневной ночи на Титане от радиоизотопного источника питания, был предложен Лоренцем в 2000 году.[17] Недавнее обсуждение включало исследование винтокрылого аппарата Титан в 2014 году, проведенное Ларри Мэттисом на Лаборатория реактивного движения, который имел бы небольшой винтокрылый аппарат, запускаемый с посадочного модуля или воздушного шара.[18] В концепциях воздушного шара использовалось тепло от радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ).[19]
Используя проверенные системы и технологии винтокрылых машин, Dragonfly будет использовать многороторный аппарат для транспортировки своего набора инструментов в различные места для проведения измерений состава поверхности, атмосферных условий и геологических процессов.[20]
Стрекоза и ЦЕЗАРЬ были двумя финалистами программы New Frontiers Mission 4,[21][22] а 27 июня 2019 года НАСА выбрало Dragonfly для разработки; он будет запущен в 2027 году.[3]
Финансирование
В ЦЕЗАРЬ и Стрекоза Каждая миссия получила финансирование в размере 4 млн долларов США до конца 2018 года для дальнейшего развития и совершенствования своих концепций.[21] 27 июня 2019 года НАСА объявило о выборе Dragonfly, который будет построен и запущен к 2027 году.[3] Dragonfly станет четвертым в портфеле NASA New Frontiers, серии исследований в области планетологии под руководством ведущих исследователей, которые подпадают под ограничение затрат на разработку в размере примерно 850 миллионов долларов, и включая услуги по запуску, общая стоимость составит примерно 1 миллиард долларов.[23]
Научные цели
Титан похож на очень раннюю Землю и может дать ключ к разгадке того, как на Земле могла возникнуть жизнь. В 2005 г. Европейское космическое агентствос Гюйгенс спускаемый аппарат получил некоторые атмосферные и приземные измерения на Титане, обнаружив толины,[24] которые представляют собой смесь различных типов углеводородов (органические соединения) в атмосфере и на поверхности.[25][26] Поскольку атмосфера Титана закрывает поверхность на многих длинах волн, конкретные составы твердых углеводородных материалов на поверхности Титана остаются практически неизвестными.[27] Измерение состава материалов в различных геологических условиях покажет, насколько далеко продвинулась пребиотическая химия в средах, которые обеспечивают известные ключевые ингредиенты для жизни, Такие как пиримидины (базы, используемые для кодирования информации в ДНК) и аминокислоты, строительные блоки белков.
Особый интерес представляют сайты, где внеземная жидкая вода при ударном расплаве или потенциальном криовулканические потоки могли взаимодействовать с многочисленными органическими соединениями. Dragonfly предоставит возможность исследовать различные места, чтобы охарактеризовать обитаемость среды Титана, исследовать, как далеко продвинулась химия пребиотиков, и искать биосигнатуры указывает на жизнь на основе воды в качестве растворителя и даже гипотетические типы биохимии.[6]
Атмосфера богата азот и метан, и убедительные доказательства указывают на то, что жидкий метан существует на поверхности. Доказательства также указывают на присутствие жидкой воды и аммиак под поверхностью, которые могут быть доставлены на поверхность в результате криовулканической активности.[28]
Дизайн и конструкция
Dragonfly будет посадочным модулем винтокрылого корабля, очень похожим на большой квадрокоптер с двойными несущими винтами, октокоптер.[2] Конфигурация с резервированием ротора позволит миссии выдержать потерю как минимум одного ротора или двигателя.[2] Каждый из восьми роторов корабля будет иметь диаметр около 1 м.[2] Самолет будет двигаться со скоростью около 10 м / с или 36 км / ч и подниматься на высоту до 4 км.[2]
Полет на Титане аэродинамически благоприятен, поскольку у Титана низкая гравитация и слабый ветер, а его плотная атмосфера обеспечивает эффективное движение ротора.[29] Источник питания RTG был испытан на нескольких космических кораблях, а широкое использование квадрокоптеров на Земле обеспечивает хорошо понятную систему полета, которая дополняется алгоритмами, позволяющими выполнять независимые действия в режиме реального времени.[29] Корабль будет спроектирован для работы в космической радиационной среде и при средней температуре 94 К (-179,2 ° C).[29]
Плотная атмосфера Титана и низкая гравитация означают, что мощность полета для данной массы примерно в 40 раз ниже, чем на Земле.[2] Атмосфера в 1,45 раза превышает давление и примерно в четыре раза плотнее, чем на Земле, а местная гравитация (13,8% от земной) облегчит полет, хотя низкие температуры, более низкий уровень освещенности и более высокое сопротивление атмосферы на планере будут проблемой.[19]
Стрекоза сможет пролететь несколько километров,[30] питается от литий-ионного аккумулятора, который будет заряжаться от Многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор (MMRTG) ночью.[31] MMRTG преобразовывают тепло от естественного разложения радиоизотоп в электричество.[2] Винтокрылый аппарат сможет проехать десять километров на каждом заряде батареи и каждый раз оставаться в воздухе в течение получаса.[32] Транспортное средство будет использовать датчики для разведки новых научных целей, а затем вернется на исходное место до тех пор, пока диспетчеры миссии не утвердят новые места посадки.
В Стрекоза Винтокрылый аппарат будет весить около 450 кг (990 фунтов) и будет упакован внутри теплозащитного экрана диаметром 3,7 м.[2] Образцы реголита будут получены с помощью двух пробоотборных боров и шлангов, по одному на каждой посадочной платформе, для доставки в масс-спектрометр.[2]
Корабль будет оставаться на земле в течение ночей Титана, которые длятся около 8 земных дней или 192 часа.[2] Ночные мероприятия могут включать сбор и анализ проб, сейсмологические исследования, такие как диагностика волновой активности в северных углеводородных морях,[33] метеорологический мониторинг и локальная микроскопическая съемка с использованием светодиодных осветителей во время полета Феникс спускаемый аппарат и Любопытство вездеход.[2][34] Корабль будет напрямую связываться с Землей с помощью антенна с высоким коэффициентом усиления.[2]
В Государственный исследовательский центр вертикальных подъемников Пенсильвании отвечает за проектирование и анализ несущего винта, разработку системы управления полетом винтокрылого аппарата, разработку масштабного испытательного стенда винтокрылого аппарата, поддержку наземных испытаний и оценку летных характеристик.[35]
Научная полезная нагрузка
- DraMS (масс-спектрометр Dragonfly) - это масс-спектрометр для идентификации химических компонентов, особенно тех, которые имеют отношение к биологическим процессам, в пробах поверхности и атмосферы.
- DraGNS (гамма- и нейтронный спектрометр Dragonfly) состоит из дейтерия-трития. Генератор импульсных нейтронов и набор Гамма-спектрометр и нейтронный спектрометр для определения состава поверхности под посадочным модулем.
- DraGMet (Dragonfly Geophysics and Meteorology Package) - это набор метеорологических датчиков, включая сейсмометр.
- DragonCam (Dragonfly Camera Suite) - это набор микроскопический и панорамные камеры для съемки местности Титана и поиска интересных с научной точки зрения мест посадки.
Траектория
Стрекоза ожидается, что запуск состоится в 2027 году, и потребуется девять лет, чтобы достичь Титана, который прибудет в 2036 году. Космический корабль выполнит гравитационная помощь облет Венеры и три пролета над Землей для получения дополнительной скорости.[36] У космического корабля не будет возможности выполнить гравитационную помощь с помощью Юпитера, потому что Юпитер не будет в это время на траектории полета.
Въезд и спуск
Космический корабль выйдет на орбиту вокруг Сатурна, а затем этап полета отделится от входной капсулы за десять минут до встречи с атмосферой Титана.[32] Посадочный модуль спустится на поверхность Титана с помощью ракушка и серию из двух парашютов, при этом отработанный крейсерский этап сгорит в неконтролируемом вход в атмосферу. Ожидаемая продолжительность фазы спуска - 105 минут.[37] Аэрооболочка происходит от Бытие капсула возврата образца, а тепловой экран PICA аналогичен MSL и Марс 2020 конструкции и защитит космический корабль в течение первых 6 минут спуска.[37]
На скорости 1,5 Маха тормозной парашют развернется, чтобы замедлить капсулу до дозвуковых скоростей. Из-за сравнительно плотной атмосферы Титана и низкой гравитации фаза тормозного парашюта продлится 80 минут.[37] Основной парашют большего размера заменит тормозной парашют, когда скорость спуска достаточно низкая. В течение 20 минут на основном желобе спускаемый аппарат будет подготовлен к отделению. Тепловой экран будет сброшен, посадочные полозья будут выдвинуты, а такие датчики, как радар и лидар, будут активированы.[37] На высоте 1,2 км (0,75 мили) посадочный модуль будет освобожден от парашюта для полета на поверхность с двигателем. Конкретное место посадки и полет будет выполняться автономно. Это необходимо, поскольку антенна с высоким коэффициентом усиления не будет развернута во время спуска, а связь между Землей и Титаном требует 70–90 минут в каждую сторону.[32]
Посадочная площадка
Винтокрылый аппарат Dragonfly приземлится в районе темного поля дюн, называемого Шангри-Ла.[5] Он будет исследовать этот регион в серии полетов на расстояние до 8 км (5,0 миль) каждый и собирать образцы из интересных районов с разнообразной географией. После приземления он отправится в ударный кратер Селк, где, помимо органических соединений толина, есть свидетельства наличия в прошлом жидкой воды.[5]
В Кратер селк это геологически молодой ударный кратер диаметром 90 км (56 миль), расположенный примерно в 800 км (500 миль) к северо-северо-западу от Гюйгенс спускаемый аппарат [39] (7 ° 00′N 199 ° 00'з.д. / 7,0 ° с.ш.199,0 ° з.).[40][38] Инфракрасные измерения и другие спектры Кассини орбитальные аппараты показывают, что прилегающая местность демонстрирует яркость, наводящую на мысль о различиях в термической структуре или составе, возможно, вызванных криовулканизмом, вызванным ударом - псевдоожиженным слоем выброса и потоками жидкости, теперь водяным льдом.[39][41] Такая область, представляющая собой смесь органических соединений и водяного льда, является важной целью для оценки того, насколько далеко зашла химия пребиотиков на поверхности.[5]
Смотрите также
- Атмосфера Титана
- АВИАТР
- Вертолет Марса Изобретательность - винтокрылый аппарат, который планируется совершить на Марс в 2021 году.
- ЦЕЗАРЬ (космический корабль) - Предлагаемая миссия по возвращению образцов к комете
- Гюйгенс (космический корабль) - европейский разведывательный посадочный модуль отправлен на спутник Сатурна Титан; миссия среднего класса в научной программе ЕКА
- Миссия системы Титан Сатурн
- Океан (орбитальный аппарат Титана)
Рекомендации
- ^ а б «GAO-20-405, НАСА: оценка крупных проектов» (PDF). Счетная палата правительства. 29 апреля 2020. с. 37. Получено 30 апреля 2020. Эта статья включает текст из этого источника, который находится в всеобщее достояние.
- ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о Dragonfly: концепция посадки винтокрылого аппарата для научных исследований на Титане (PDF). Ральф Д. Лоренц, Элизабет П. Тертл, Джейсон В. Барнс, Мелисса Г. Трейнер, Дуглас С. Адамс, Кеннет Э. Хиббард, Колин З. Шелдон, Крис Закни, Патрик Н. Пепловски, Дэвид Дж. Лоуренс, Майкл А. Рэвин, Тимоти Г. МакГи, Кристин С. Сотцен, Шеннон М. Маккензи, Джек В. Лангелаан, Свен Шмитц, Ларри С. Вулфарт и Питер Д. Бедини. Технический дайджест АПЛ Джонса Хопкинса, 34 (3), 374-387.
- ^ а б c Фуст, Джефф (25 сентября 2020 г.). «НАСА задерживает запуск Dragonfly на год». SpaceNews. Получено 25 сентября 2020.
- ^ Кристофер Дж. Скотт; Мартин Т. Озимек; Дуглас С. Адамс; Ральф Д. Лоренц; Шьям Бхаскаран; Родика Ионасеску; Марк Джесик; Франк Э. Лайпер. «Предварительный дизайн межпланетной миссии и навигация для концепции миссии Dragonfly New Frontiers» (pdf). researchgate.net. AAS-18-416 (препринт)
- ^ а б c d е Стрекоза НАСА будет летать вокруг Титана в поисках истоков и признаков жизни. Грей Хауталуома и Алана Джонсон, НАСА. Пресс-релиз 27 июня 2019.
- ^ а б c Стрекоза: изучение пребиотической органической химии и жизнеспособности Титана, E. P. Turtle, J. W. Barnes, M. G. Trainer, R. D. Lorenz, S. M. MacKenzie, K. E. Hibbard, D. Adams, P. Bedini, J. W. Langelaan, K. Zacny, and the Dragonfly Team. Конференция по лунной и планетарной науке 2017
- ^ "Стрекоза: спускаемый аппарат вертолетного корабля" Титан ". Лаборатория прикладной физики Университета Джона Хопкинса. 2017 г.. Получено 20 сентября 2017.
- ^ Редд, Нола Тейлор (25 апреля 2017 г.). "'Дрон Стрекозы может исследовать Титан Луны Сатурна ». Space.com. Получено 20 сентября 2017.
- ^ «НАСА инвестирует в разработку концепции миссий к комете, Сатурну, Луне и Титану | Новости - НАСА: исследование солнечной системы». НАСА Исследование Солнечной системы. НАСА. Получено 20 декабря 2017. Эта статья включает текст из этого источника, который находится в всеобщее достояние.
- ^ "Стрекоза и ЦЕЗАРЬ: НАСА одобряет концепции миссий к Титану и комете 67P / Чурюмов-Герасименко". Наука 2.0. 20 декабря 2017 г.. Получено 22 декабря 2017.
- ^ Бриденстайн, Джим (27 июня 2019 г.). «Новая научная миссия по исследованию нашей Солнечной системы». twitter.com. Получено 27 июн 2019. Эта статья включает текст из этого источника, который находится в всеобщее достояние.
- ^ Браун, Дэвид В. (27 июня 2019 г.). «НАСА объявляет о новой миссии беспилотника Dragonfly для исследования Титана - квадрокоптер был выбран для изучения луны Сатурна после соревнований, подобных« Акулий танку », которые длились два с половиной года». Нью-Йорк Таймс. Получено 27 июн 2019.
- ^ а б НАСА выбрало миссию Джона Хопкинса на Титан под руководством APL для дальнейшего развития Лаборатория прикладной физики Джона Хопкинса - пресс-релиз 21 декабря 2017 г.
- ^ Dragonfly: исследование поверхности Титана с помощью перемещаемого посадочного модуля New Frontiers Американское астрономическое общество, заседание DPS # 49, id 219.02, октябрь 2017 г.
- ^ Стрекоза APL TechDigest
- ^ Исследователь Титанов - Флагманское исследование В архиве 1 февраля 2017 г. Wayback Machine НАСА и APL, январь 2008 г. Эта статья включает текст из этого источника, который находится в всеобщее достояние.
- ^ Исследование Титана после Кассини: научное обоснование и концепции миссии PDF). Р. Лоренц, Журнал Британского межпланетного общества, 2000, т. 53, страницы 218-234.
- ^ Заключительный отчет NIAC по фазе 1 исследования «Дочернее судно Титана». (PDF) Ларри Мэттис. НАСА / Лаборатория реактивного движения. 2014 г.
- ^ а б Аэроботы Montgolfiere для Titan В архиве 22 декабря 2016 г. Wayback Machine (PDF). Джек А. Джонс и Джиунн Дженк Ву. Лаборатория реактивного движения НАСА.
- ^ Langelaan J. W. et al. (2017) Proc. Aerospace Conf. IEEE
- ^ а б Финалисты розыгрыша космических кораблей НАСА: дрон на Титане и охотник за кометами. Кеннет Чанг, Нью-Йорк Таймс. 20 ноября 2017.
- ^ Spacewatch: инопланетный дрон, перед которым стоит задача Титаника The Guardian, 21 декабря 2017 г.
- ^ Китер, Билл (5 мая 2017 г.). «НАСА получило предложения по будущей миссии по Солнечной системе». НАСА Новости. Получено 20 сентября 2017.[мертвая ссылка]
- ^ Сара Хёрст «Что такое толины?», Planetary Society, 23 июля 2015 г. Дата обращения 30 ноября 2016 г.
- ^ "Тропические метановые озера на Титане Луны Сатурна". saturntoday.com. 2012. Архивировано с оригинал 10 октября 2012 г.. Получено 16 июн 2012.
- ^ Новые изображения с зонда Гюйгенса: береговые линии и каналы, но явно сухая поверхность В архиве 29 августа 2007 г. Wayback Machine, Эмили Лакдавалла, 15 января 2005 г., проверено 28 марта 2005 г.
- ^ Стрекоза предложена НАСА в качестве миссии Daring New Frontiers на Титан. Мэтт Уильямс, Вселенная сегодня. 25 августа 2017.
- ^ Роберт Зубрин, Аргументы в пользу Марса: план заселения Красной планеты и почему мы должны, п. 146, Simon & Schuster / Touchstone, 1996 г., ISBN 978-0-684-83550-1
- ^ а б c Черепаха, Элизабет П. (2019). «Миссия Стрекозы на Титане: Исследование Мирового океана». Лаборатория прикладной физики JHU. Получено 9 марта 2019.
- ^ Нортон, Карен (27 июня 2019 г.). «Миссия НАСА« Стрекоза »на Титан будет искать истоки, признаки жизни». НАСА. Получено 31 августа 2020.
- ^ Исследование Титана после Кассини: научное обоснование и концепции миссии (PDF). Р. Лоренц, Журнал Британского межпланетного общества, 2000, т. 53, страницы 218-234.
- ^ а б c Тальберт, Триша (26 декабря 2019 г.). "Часто задаваемые вопросы о стрекозах". НАСА. Получено 31 августа 2020. Эта статья включает текст из этого источника, который находится в всеобщее достояние.
- ^ Stähler, Simon C .; Панорамирование, Марк П .; Хадзиоанну, Селин; Lorenz, Ralph D .; Вэнс, Стив; Клингбейл, Кнут; Кедар, Шарон (15 августа 2019 г.). «Сейсмический сигнал от волн в морях Титана». Письма по науке о Земле и планетах. 520: 250–259. arXiv:1905.11251. Дои:10.1016 / j.epsl.2019.05.043. ISSN 0012-821X. S2CID 166227976.
- ^ "Глаза на Титане: команда Dragonfly формирует полезную нагрузку научного инструмента". Лаборатория прикладной физики Университета Джона Хопкинса. 9 января 2019 г.. Получено 15 марта 2019.
- ^ Аэрокосмические инженеры разрабатывают дрон для концептуальной миссии НАСА на Титан. Крис Спаллино, PhysOrg. 10 января 2018.
- ^ Скотт, Кристофер Дж .; Ozimek, Martin T .; Adams, Douglas S .; Lorenz, Ralph D .; Бхаскаран, Шьям; Ионасеску, Родика; Джезик, Марк; Лайпер, Франк Э. (19 августа 2018 г.). «Предварительный дизайн межпланетной миссии и навигация для концепции миссии Dragonfly New Frontiers». НАСА / Лаборатория реактивного движения. Цитировать журнал требует
| журнал =
(помощь) Эта статья включает текст из этого источника, который находится в всеобщее достояние. - ^ а б c d Райт, Майкл (8 июля 2019 г.). «Система входа и спуска стрекозы». ntrs.nasa.gov. Получено 29 августа 2020. Эта статья включает текст из этого источника, который находится в всеобщее достояние.
- ^ а б Воронки от удара на Титане. Чарльз А. Вуд, Ральф Лоренц, Рэнди Кирк, Розали Лопес, Карл Митчелл, Эллен Стофан, Икар, 206 (2010), 334–344 Дои:10.1016 / j.icarus.2009.08.021
- ^ а б "Геология области кратера Селк на Титане по наблюдениям Cassini VIMS". Дж. М. Содерблом, Р. Х. Браун, Л. А. Содерблом, Дж. У. Barnes, R. Jaumann, Stéphane Le Mouélic, Christophe Sotin, K. Stephan, K.H. Бейнс, Б.Дж.Буратти, Р. Кларк, П.Д. Николсон; Икар, Том 208, выпуск 2, август 2010 г., страницы 905-912 Дои:10.1016 / j.icarus.2010.03.001
- ^ Селк Газетир планетарной номенклатуры Доступ 29 июня 2019 г.
- ^ «Топография кратера на Титане: последствия для эволюции ландшафта», К. Д. Нейш, Р. Л. Кирк, Р. Д. Лоренц, В. Дж. Брей, П. Шенк, Б. В. Стайлз, Э. Тертл, К. Митчелл, А. Хейс, Икар, 223 (2013) Дои:10.1016 / j.icarus.2012.11.030
внешняя ссылка
Викискладе есть медиафайлы по теме Стрекоза (космический корабль). |