Se está trabajando en una Libélula espacial para investigar Titán, la luna de Saturno

Se está trabajando en una Libélula espacial para investigar Titán, la luna de Saturno

Idea preliminar artística de la aparición del dron Dragonfly en la luna Titán de Saturno (fuente NASA / JHU-APL).

Recientemente, se han concretado los planes para la preparación y el vuelo real de la nave espacial Dragonfly, que debería estudiar durante mucho tiempo la luna Titán de Saturno. Hasta ahora, este es el único otro proyecto específico para el uso de la fuente de radionúclidos MMRTG aprobado para su implementación. Hasta ahora, solo los vehículos marcianos Curiosity and Perseverance utilizan estos generadores de energía nuclear. Es el generador de radionúclidos que permitirá un estudio a largo plazo de la atmósfera de uno de los objetos más interesantes del sistema solar.

Titán, la luna de Saturno

Titán es la más grande del sistema de lunas de Saturno, con más de ochenta, y la segunda luna más grande del sistema solar. Aún más grande es la luna más grande de Júpiter Ganímedes. Es un poco más grande que el planeta más pequeño del sistema solar, Mercurio. La luna tiene una de las atmósferas más densas. No solo es muy denso sino también opaco. Es por eso que se sabía muy poco sobre la superficie de Titán y la estructura y composición de la atmósfera antes del examen directo. Las primeras imágenes de primer plano de la luna fueron tomadas por la nave espacial Pioneer 11 en 1979, y otras fueron agregadas por las naves espaciales Voyager 1 y 2 durante los vuelos a través del sistema de Saturno en 1980 y 1981. Luego, la nave espacial llevó a cabo un estudio detallado. Nave espacial Cassini-Huygens. La nave espacial Cassini de la NASA orbita Saturno e hizo varios sobrevuelos cercanos a Titán. El tren de aterrizaje de la organización europea ESA Huygens aterrizó en la superficie de este mes el 14 de enero de 2005. Estaba destinado principalmente a explorar la atmósfera de Titán durante el sobrevuelo, pero también adquirió una gran cantidad de datos interesantes, incluidas fotografías, después de aterrizar en su superficie. El caso seguía transmitiéndose una hora después de él. No había líquido en el lugar de aterrizaje, pero se supone que podría inundarse periódicamente.

Imagen de Titán tomada por la nave espacial Cassini (fuente NASA).

La atmósfera de Titán tiene entre 600 y 800 km de espesor. Su componente principal es el nitrógeno molecular, que constituye del 95 al 98%. También contiene metano, que constituye del 1,5 al 5%. La composición cambia con la altura. Debido a la luz solar, se pueden formar sustancias orgánicas como etano, propano, etino, propino, butadina y otras a partir del metano. También se forman hidrocarburos aromáticos policíclicos, que le dan a la luna un característico color naranja. Hay una serie de otras impurezas en la atmósfera, como dióxido de carbono y monóxido de carbono, cianuro de hidrógeno, cianoacetileno, argón y helio. La atmósfera densa y su variada composición lo hacen opaco para la mayoría de las longitudes de onda. Por lo tanto, la superficie de la luna solo podría estudiarse con el módulo de aterrizaje Huygens. La temperatura de la superficie es de aproximadamente -180 ° C (94 adecuado) y la presión es de 147 kPa (1,45 atm). Entonces, aproximadamente un 50% más alta que la presión atmosférica en la Tierra.

La densa atmósfera conduce a desarrollos climáticos variados y complejos. Rotación relativamente lenta, Titán, como nuestra Luna, tiene una rotación asociada con un período orbital de casi 16 días terrestres, lo que hace que la atmósfera gire más rápido que la superficie del planeta. Especialmente en las capas altas de la atmósfera, soplan vientos muy rápidos. En la estratosfera, se detectan velocidades de hasta alrededor de 700 km / h. En las capas superiores de la troposfera, la velocidad es de solo 100 km / h. En la superficie, sin embargo, debido a la densa atmósfera, la velocidad del viento disminuye a unidades de hasta diez kilómetros por hora.

Una serie de imágenes tomadas durante el aterrizaje de Huygens (fuente de la NASA / ESA).

El desarrollo del tiempo en un lugar determinado de Titán también viene dado por el período de “estación” determinado por la órbita de Saturno alrededor del Sol y la zona climática. . Está fuertemente influenciado por la distancia dramáticamente mayor de Saturno al Sol. Titán recibe así solo el 1% de su luz en comparación con la Tierra. Debido a la atmósfera muy densa, el 90% de la luz solar se absorbe y solo el 0,1% de la luz de la superficie de la Tierra llega a la superficie. Saturno influye en el desarrollo del clima en Titán debido a la fuerte gravedad y un intenso campo magnético. Esto también se debe a la distancia relativamente pequeña de Titán de Saturno.

Imagen de la superficie de Titán tomada por el módulo de aterrizaje Huygens (fuente de la ESA).

También hay un ciclo de fluidos en la atmósfera y en la superficie este mes. Hay nubes, lluvia, ríos, lagos y mar. Sin embargo, debido a las muy bajas temperaturas, no es agua, sino metano, etano y otros hidrocarburos. Durante sus vuelos alrededor de Titán, y especialmente en el caso de Huygens, la nave espacial Cassini pudo obtener mucha información sobre su atmósfera, superficie y desarrollos climáticos en ella, pero nuestro conocimiento del cuerpo extremadamente interesante aún es muy limitado. También es atractiva la posibilidad de la aparición de moléculas orgánicas muy complejas, e incluso la posibilidad de la aparición de una determinada forma de vida orgánica. La pausa recuerda algo a la atmósfera de Titán en las primeras etapas de la evolución de la Tierra.

Libélula – misión para establecer la atmósfera de Titán

Esta es precisamente la razón por la que se ha considerado durante mucho tiempo sobre sondas que se utilizarían para estudiar la atmósfera y se centró en la superficie de Titán. Sin embargo, hay una serie de problemas que se encuentran en su preparación. Debido a la gran distancia del Sol y la alta capacidad de absorción de la atmósfera, las sondas no pueden utilizar paneles solares. Por tanto, es necesario utilizar fuentes de radionúclidos. El aparato debe poder operar en la atmósfera de Titán y también hacer frente a la aparición de lagos de hidrocarburos.

Así surgieron los proyectos de globos que flotarían en la atmósfera de Titán, módulos que trabajarían en el cuerpos de agua superficiales o incluso debajo de ellos. Se suponía que algunos eran autopropulsados, o podían flotar puramente en la atmósfera o navegar en la superficie de un lago. Sin embargo, ninguno de los proyectos recibió aprobación para su implementación.

Comienzo de la misión del dron Dragonfly en Titán (fuente NASA)

La situación cambió el 27 de junio de 2019, cuando se convirtió en el ganador de la selección de proyectos del programa Original Fronteras se convirtió en el diseño de una sonda voladora robótica para explorar la luna Titán de Saturno llamada Libélula. Se ganó así el proyecto de la nave espacial CAESAR, que estudiaría el cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko. Esta será la cuarta misión de este programa. Ya se han realizado tres misiones. La nave espacial Original Horizons exploró Plutón y su luna Caronte, así como los cuerpos detrás de Plutón. La nave espacial Juno está examinando intensamente el sistema del planeta Júpiter. La nave espacial OSIRIS-REx ha examinado el asteroide Benno y ahora está volando muestras de sus rocas a la Tierra.

La cuarta misión debería ser Dragonfly. Esta máquina se moverá por hélice entre los lugares individuales a examinar. A diferencia del ingenio del helicóptero marciano, que tiene solo dos hélices opuestas, el Dragonfly tendrá ocho hélices, su diámetro será de aproximadamente un metro. Se agruparán cuatro pares de hélices contrarrotantes. El dispositivo volador se parecerá así a drones más terrestres. Será el primer instrumento científico de múltiples hélices en otro cuerpo espacial. La velocidad de vuelo será de unos 36 km / hy la altitud de hasta 4 km.

El dron aprovechará el hecho de que la densidad de la atmósfera en Titán es cuatro veces mayor que en la tierra. Por el contrario, la atracción es menor que en la superficie terrestre. En cuanto a volar, es un entorno excelente. Por tanto, el dispositivo se puede mover con relativa facilidad de un lugar a otro. Su vida útil y misión básica deberían durar al menos unos tres años. Esto permitirá explorar la vasta área y las estructuras geológicas muy diversas en Titán. Los instrumentos científicos se centrarán en el estudio de la superficie y la atmósfera, el foco estará en el análisis de los procesos químicos que tienen lugar aquí. Principalmente sobre la formación de sustancias orgánicas y posibles procesos prebióticos.

Imágenes compuestas de Titán adquiridas durante la misión Cassini de trece años en la región infrarroja, que permitieron la penetración del interior de la atmósfera lunar (fuente de la NASA)

La nave espacial Cassini pudo examinar la superficie de Titán y los cambios en sus nubes en la región infrarroja y con la ayuda de un radar. Nuestro conocimiento es suficiente para seleccionar un momento y lugar adecuados para aterrizar. Se supone que el primer sitio es Shangri-La, que está cubierto de dunas. Hay varios terrenos diferentes en sus alrededores que se pueden estudiar. Se supone que Dragonfly podría realizar vuelos de hasta ocho kilómetros. El objetivo final de la fase básica de la operación de los drones debe ser el cráter de impacto Selk, en el que deben estar presentes los hidrocarburos en estado líquido. En esta misión básica, Dragonfly debería cubrir unos 175 km. Esta es una distancia que excede significativamente la distancia total recorrida por todos los vehículos marcianos combinados hasta ahora. Esto se debe al hecho de que el vuelo es una forma de transferencia más rápida.

El peso del dron debe rondar los 450 kg y antes de aterrizar se colocará dentro de un escudo térmico con un diámetro de menos de cuatro metros. El conjunto de baterías de litio y la fuente de radionúclidos MMRTG proporcionarán electricidad y el calor necesario en un ambiente extremadamente frío. Durante la noche en Titán, las baterías se recargarán a partir de una fuente de radionúclidos y durante el día la energía acumulada se utilizará para el vuelo. El generador de radionúclidos también proporciona energía para alimentar instrumentos científicos. Durante el descanso nocturno, Dragonfly realizará muestreos y análisis, mediciones sísmicas y meteorológicas. El dispositivo se comunicará directamente con la Tierra mediante una antena dirigida estrechamente.

Debido a la larga distancia y las condiciones generales, Dragonfly tendrá que trabajar de forma muy autónoma y por lo tanto deberá realizar uso extensivo de inteligencia artificial. El uso de los procedimientos necesarios ahora se está probando en la práctica en un vehículo Perseverance en Marte. Garantizar suficiente electricidad e instalaciones informáticas eficientes también es fundamental por este motivo.

Una idea más detallada de la aparición de Dragonfly en una representación artística (NASA).

Sus instrumentos básicos son un espectrómetro de masas para la identificación de moléculas químicas. Se centrará principalmente en los orgánicos que son relevantes para los procesos biológicos. Espectrómetros de gamma y neutrones que funcionarán con un generador de neutrones pulsados ​​basado en la fusión de deuterio y tritio. Este conjunto se centrará en estudiar la composición de la superficie debajo y alrededor del dron. Otro costo científico será la selección de instrumentos meteorológicos y un sismómetro. También será muy importante un conjunto de cámaras microscópicas y panorámicas para obtener imágenes del entorno e identificar objetivos científicos interesantes. Se complementarán con otros dispositivos que permitirán caracterizar la atmósfera y la superficie de Titán.

La fecha de inicio original de la misión se fijó para 2026 con una hora de llegada en 2034. En el otoño de 2020, la puesta en marcha se pospuso hasta 2027 debido a la epidemia de COVID-19. Se supone el uso de una honda gravitacional en la órbita alrededor de Venus y tres órbitas alrededor del Tierra. Será la primera nave espacial en volar las regiones exteriores del sistema solar que no utilizarán el sobrevuelo de Júpiter. El horario de vuelo exacto y, por lo tanto, la hora de llegada a Saturno todavía está bastante abierto y puede cambiar. Esto también se evidencia por el hecho de que existe información de que incluso en caso de retraso Al comienzo del lanzamiento, la sonda podría llegar a Saturno a finales de 2033 y 2034. Aún no se ha determinado exactamente qué cohete llevará la sonda a su órbita. La misión básica de la sonda está prevista para tres años, pero la vida útil de la fuente de radionúclidos es muchas veces más larga. Existe una gran posibilidad de que Dragonfly, como vemos con Curiosity, supere significativamente el tiempo de trabajo básico esperado en su cuerpo objetivo. Esta también es una gran ventaja de usar una fuente de radionúclidos.

Los científicos y técnicos de la NASA ahora tienen una gran cantidad de trabajo por hacer. Debe preparar y probar partes individuales del dron y su equipo científico. Utilizando las reservas de plutonio 238 existentes, también debe preparar otra fuente de radionúclidos, MMRTG. Para uno de esos generadores, el suministro actual de plutonio es suficiente. La situación con las reservas de plutonio 238 y la construcción y operación de fuentes de radionucleidos se describe con más detalle en artículos anteriores aquí , aquí ). Si logran preparar Dragonfly y transportarlo con éxito a Titán, será un punto de inflexión cualitativo en la investigación de cuerpos tan distantes utilizando dispositivos voladores robóticos. Podemos esperar información muy interesante que puede ser clave para comprender los orígenes de la vida en el espacio.

Fuente: Osel.cz

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