Op 20 december 2017 besloot de Amerikaanse National Aeronautics and Space Administration (NASA) over de verdere richting van haar programma genaamd New Frontiers. Thomas Tsurbuchen, hoofd van NASA's Science Directorate, sprak op een persconferentie over de plannen van het ruimteagentschap. Volgens hem zal het volgende automatische ruimtestation in het kader van het New Frontiers-programma ofwel naar Titan (een satelliet van Saturnus) of naar de komeet Churyumov-Gerasimenko gaan. Naar welk van deze twee ruimteobjecten het automatische ruimtestation zal gaan, wordt pas in 2019 bekend.
In het geval dat NASA-specialisten voor een komeet kiezen, zal het bureau er een ruimtevaartuig naartoe sturen, dat monsters van het oppervlak moet nemen en deze vervolgens naar de aarde zal sturen. Dit finalistenproject heet CAESAR. Het belangrijkste doel van deze missie is om organische verbindingen te verzamelen om te begrijpen hoe kometen kunnen bijdragen aan het ontstaan van leven op onze planeet. Het is vermeldenswaard dat de Philae-sonde, aan de oppervlakte gebracht door het Europese station Rosetta, al op de komeet Churyumov-Gerasimenko is geland. De sonde slaagde er echter in om alleen telemetrie naar de aarde te verzenden, waarna de verbinding met het apparaat werd verbroken. Eind september 2016 werd het Rosetta-station uit zijn baan gehaald en gestuurd om in botsing te komen met een komeet.
In het geval dat de keuze van NASA in het voordeel van Titan wordt gemaakt, zal het Dragonfly-ruimtevaartuig naar het oppervlak worden gestuurd, dat al een nucleaire helikopter is genoemd, maar uiterlijk zal het meer op een quadrocopter lijken. Dragonfly zal het oppervlak van Titan moeten scannen om te bepalen waar het precies van is gemaakt en hoe het is gerangschikt. Ook zal de ruimtehelikopter de vraag moeten beantwoorden: wat zijn de atmosferische omstandigheden op deze satelliet van Saturnus. Specialisten van de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie geloven dat er mogelijk buitenaardse levensvormen op Titan bestaan.
Titanium in natuurlijke kleuren (afbeelding "Cassini")
De finalisten van de competitie voor het beste ruimtemissieproject in het kader van het New Frontiers zonnestelselverkenningsprogramma waren twee ontwikkelingsteams, in totaal namen 12 kandidaten deel aan de competitie. Beide hierboven geklonken projecten krijgen ongeveer $ 4 miljoen per jaar om de details en het concept uit te werken. Ze moeten hun programma's tegen juli 2019 afronden, nadat ze alle mogelijke risico's van hun missies hebben bestudeerd, en dan met een definitief voorstel komen. Het project van de winnaar wordt eind 2025 gelanceerd. De ontwikkeling van elk van de missies vereist ongeveer $ 850 miljoen, het project van de winnaar zal dit bedrag van NASA ontvangen en het bureau zal ook alle kosten dekken om het winnende ruimtevaartuig de ruimte in te lanceren - ongeveer nog eens $ 150 miljoen.
Zoals experts opmerken, is het aangekondigde "prijskaartje" ongeveer tweemaal de kosten van "lichte" ruimtemissies in het kader van een ander programma - Discovery, evenals 2-4 keer minder dan het budget van "vlaggenschip"-robotstations en NASA-ruimte telescopen. Het aangekondigde budget maakt het mogelijk om op de sondes een vrij grote en uitgebreide set instrumenten te plaatsen, evenals langlevende stroombronnen voor radio-isotopen, maar in termen van hun mogelijkheden en levensduur zullen deze sondes nog steeds inferieur zijn aan vlaggenschepen als Cassini, Galileo en reizigers.
Het is vermeldenswaard dat de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie als onderdeel van het New Frontiers-programma al drie succesvolle missies heeft voltooid. Dus de Juno-sonde bestudeert de baan van Jupiter, het New Horizons-ruimtevaartuig is momenteel op weg naar Pluto en OSIRIS-REx vliegt naar de asteroïde om monsters van het oppervlak te nemen. Volgens Thomas Zurbuchen heeft het bureau nog geen beslissing genomen over welke draagraketten zullen worden gebruikt om een bepaalde missie te lanceren. Tegelijkertijd sprak hij zijn vertrouwen uit dat tegen de tijd dat het werk aan de oprichting van de vereiste stations en sondes begint, de zware SLS-raket, evenals de "zware vrachtwagens" in de privéruimte klaar zullen zijn om een nieuwe generatie interplanetaire Amerikaanse sondes te lanceren.
Kernhelikopter op Titan - DragonFly Mission
“Titan is een uniek hemellichaam met een dichte atmosfeer, meren en echte zeeën van koolwaterstoffen, een cyclus van stoffen en een moeilijk klimaat. We verwachten de zaak Cassini en Huygens voort te zetten om te begrijpen of er alle 'stenen van het leven' op het oppervlak van Titan zijn en of er leven op kan bestaan. In tegenstelling tot andere landingsmodules, kan onze "libel" van plaats naar plaats vliegen en honderden kilometers verplaatsen, "- vertelde het hoofd van de DragonFly-missie Elizabeth Turtle.
Vergelijking van de afmetingen van de aarde, Titan (linksonder) en de maan
Titan is de grootste maan van Saturnus en de op een na grootste maan in het hele zonnestelsel (de tweede alleen voor de maan Ganymedes van Jupiter). Titan is ook het enige lichaam in het zonnestelsel, met uitzondering van de aarde, waarvoor het stabiele bestaan van vloeistof op het oppervlak is bewezen, en ook de enige satelliet van de planeet met een dichte atmosfeer. Dit alles maakt Titan een zeer aantrekkelijk object voor divers wetenschappelijk onderzoek en studie.
De diameter van deze satelliet van Saturnus is 5152 kilometer, wat 50% groter is dan die van de maan, terwijl Titan in massa 80% groter is dan de satelliet van onze planeet. Ook is Titan groter dan de planeet Mercurius. De zwaartekracht op Titan is ongeveer een zevende van die van de aarde. Het oppervlak van de satelliet bestaat voornamelijk uit waterijs en sedimentair organisch materiaal. De druk aan het oppervlak van Titan is ongeveer 1,5 keer hoger dan de druk aan het aardoppervlak, de luchttemperatuur aan het oppervlak is -170.. -180 graden Celsius. Ondanks de vrij lage temperatuur wordt deze satelliet in de vroege stadia van haar ontwikkeling vergeleken met de aarde. Daarom sluiten wetenschappers de mogelijkheid van het bestaan van de eenvoudigste vormen van leven op Titan niet uit, met name in de bestaande ondergrondse reservoirs, waarvan de omstandigheden veel comfortabeler kunnen zijn dan op het oppervlak.
De Dragonfly, het geesteskind van wetenschappers van de Johns Hopkins University, wordt een veelzijdige lander die is uitgerust met meerdere propellers waarmee hij verticaal kan opstijgen en landen. In de toekomst zal dit een ongewone helikopter in staat stellen om het oppervlak en de atmosfeer van Titan te verkennen. “Een van onze hoofddoelen is om onderzoek te doen naar methaanrivieren en -meren. We willen begrijpen wat er in hun diepten aan de hand is', zei de hoofdleider van de Dragonfly-missie, Elizabeth Turtle. “Over het algemeen is onze belangrijkste taak om licht te werpen op de mysterieuze omgeving van de satelliet van Saturnus, rijk aan organische en prebiotische chemie. Titan is tegenwoordig tenslotte een soort planetair laboratorium, waar het mogelijk zou zijn om chemische reacties te bestuderen die vergelijkbaar zijn met die welke de oorsprong van het leven op aarde hadden kunnen veroorzaken.
Een project als dit zal, als het de wedstrijd in 2019 wint, zeer ongebruikelijk en nieuw zijn, zelfs voor NASA. Dankzij de twee functies kan het Dragonfly-apparaat van plaats naar plaats gaan. De eerste is de aanwezigheid van een kerncentrale, die deze heel lang van energie zal voorzien. De tweede is een set van verschillende krachtige propellermotoren die een zwaar verkenningsvoertuig in de dichte lucht van Titan kunnen tillen. Dit alles maakt de Dragonfly enigszins vergelijkbaar met helikopters of quadcopters, met als enige uitzondering dat de nucleaire helikopter in de ruimte zal worden ontworpen om in veel zwaardere omstandigheden te werken dan op aarde.
Nucleaire helikopter Dragonfly op het oppervlak van Titan, NASA-illustratie
Experts merken op dat deze drone volledig zal worden gevoed met energie die wordt geproduceerd door een radio-isotoop thermo-elektrische generator (RTG). De nogal dichte en dikke atmosfeer van Titan maakt alle technologieën voor het omzetten van zonne-energie in elektrische energie ondoeltreffend, en daarom zal kernenergie de basisenergiebron voor de missie worden. Een soortgelijke generator is geïnstalleerd op de Curiosity rover. 's Nachts kan zo'n generator de batterijen van de drone volledig opladen, waardoor het vliegtuig overdag één of meerdere vluchten kan uitvoeren, met een totale duur van maximaal een uur.
Het is bekend dat de Dragonfly-toolkit het volgende omvat: gammaspectrometers die de samenstelling van de ondergrondse laag van Titan kunnen bestuderen (dit apparaat zal wetenschappers helpen bewijs te vinden voor de aanwezigheid van een vloeibare oceaan onder het oppervlak van de satelliet); massaspectrometers voor het analyseren van de isotopensamenstelling van lichte elementen (zoals stikstof, koolstof, zwavel en andere); geofysische en meteorologische sensoren die atmosferische druk, temperatuur, windsnelheid en seismische activiteit meten; hij zal ook camera's hebben om foto's te maken. De mobiliteit van de "nucleaire helikopter" zal het mogelijk maken om snel verschillende monsters te verzamelen en de nodige metingen uit te voeren.
In slechts een uur vliegen kan dit apparaat een afstand van 10 tot 20 kilometer overbruggen. Dat wil zeggen, in slechts één vlucht zal de DragonFly-drone een grotere afstand kunnen afleggen dan de American Curiosity-rover kon doen tijdens zijn 4 jaar verblijf op de rode planeet. En tijdens zijn hele tweejarige missie zal de "nucleaire helikopter" een nogal indrukwekkend gebied van het oppervlak van de maan van Saturnus kunnen verkennen. Dankzij de aanwezigheid van een krachtige energiecentrale aan boord zullen de gegevens van het apparaat volgens Turtle direct naar de aarde worden verzonden.
Als het project de wedstrijd wint en de definitieve goedkeuring krijgt als onderdeel van het New Frontiers Solar System Exploration Program, zal de missie medio 2025 van start gaan. Tegelijkertijd zal DragonFly pas in 2034 bij Titan aankomen, waar het, met een gunstige ontwikkeling van de gebeurtenissen, meerdere jaren aan de oppervlakte zal werken.
Op weg naar de "Sovjet" komeet - de CAESAR-missie
De tweede missie, die momenteel de overwinning claimt in de New Frontiers-competitie, kan de CAESAR-sonde zijn - het eerste NASA-ruimtevaartuig dat monsters neemt van vluchtige en organische stoffen van het oppervlak van een komeet en vervolgens terugkeert naar de aarde. “Kometen kunnen de belangrijkste, maar tegelijkertijd de minst bestudeerde objecten van het zonnestelsel worden genoemd. Kometen bevatten die stoffen waaruit de aarde is "gevormd", en ze waren ook de belangrijkste leveranciers van organisch materiaal voor onze planeet. Wat maakt kometen anders dan andere bekende lichamen in het zonnestelsel? Het binnenste van kometen bevat nog steeds vluchtige stoffen die aanwezig waren in het zonnestelsel op het moment van zijn geboorte, "zei Steve Squires, hoofd van de CAESAR-missie.
Een momentopname van de komeet Churyumov-Gerasimenko, genomen op 19 september 2014 met de Rosetta-camera
Volgens het hoofd van de planetaire afdeling van NASA, Jim Green, zal deze missie naar een zeer goed bestudeerde komeet worden gestuurd, in de buurt waarvan al een andere sonde is bezocht, we hebben het over een Europese missie genaamd Rosetta. De komeet met index 67P wordt "Sovjet" genoemd, omdat hij werd ontdekt door Sovjet-astronomen. Het is een kortperiodieke komeet met een omlooptijd van ongeveer 6 jaar en 7 maanden. Komeet Churyumov-Gerasimenko werd op 23 oktober 1969 in de USSR ontdekt. Het werd ontdekt door de Sovjet-astronoom Klim Churyumov in Kiev op fotografische platen van een andere komeet - 32P / Komas Sola, die in september van hetzelfde jaar door Svetlana Gerasimenko werden genomen op het Alma-Ata Observatorium (de eerste foto waarop de nieuwe komeet zichtbaar was, werd genomen op 11 september 1969)). Index 67P betekent dat dit de 67e korte-periode open komeet is.
Het bleek dat de komeet Churyumov-Gerasimenko een poreuze structuur heeft, 75-78% van zijn volume is leeg. Aan de verlichte kant van de komeet variëren de temperaturen van -183 tot -143 graden Celsius. Er is geen constant magnetisch veld op de komeet. Volgens de laatste schattingen is de massa 10 miljard ton (de meetfout wordt geschat op 10%), de rotatieperiode is 12 uur 24 minuten. In 2014 konden wetenschappers met behulp van het Rosetta-apparaat moleculen van 16 organische verbindingen op de komeet vinden, waarvan er vier - aceton, propanal, methylisocyanaat en acetamide - niet eerder op kometen waren gevonden.
Volgens vertegenwoordigers van het Amerikaanse ruimteagentschap zal de keuze voor de CAESAR-missie, die naar een goed bestudeerde komeet wordt gestuurd, het mogelijk maken om drie vliegen in één klap te doden - dit maakt de missie veiliger, goedkoper en versnelt ook de lancering. Volgens Squires zal ook de installatie van een capsule voor het verzamelen en terugbrengen van grond van een komeet naar de aarde een rol spelen. Deze capsule is eerder gemaakt door de Japanse ruimtevaartorganisatie voor de Hayabusa-sonde. “De keuze voor deze capsule wordt verklaard door het feit dat de CAESAR-missie een capsule nodig had die de vluchtige stoffen van de komeet in bevroren vorm gedurende de hele vlucht zou vasthouden, tot aan het aardoppervlak. De capsule voor de Hayabusa-sonde heeft een hitteschild dat voorkomt dat deze tot enkele honderden graden Celsius wordt opgewarmd, wat zou kunnen gebeuren met het gebruik van onze technologieën, 'merkte de Amerikaanse wetenschapper op.
Mogelijk zicht op de CAESAR-sonde, illustratie door NASA
Volgens de plannen van NASA zal de CAESAR-sonde worden uitgerust met een ionenmotor. Het zal relatief snel het oppervlak van de komeet Churyumov-Gerasimenko bereiken. Monsters van de materie, zoals Steve Squires hoopt, zouden in 2038 op aarde kunnen zijn.
