NASA собирается отправить ядерный вертолет на Титан и оседлать «советскую» комету

Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) 20 декабря 2017 года определилось с дальнейшим направлением своей программы под названием New Frontiers. О планах космического агентства в рамках пресс-конференции рассказал Томас Цурбухэн, являющийся руководителем научного директората NASA. По его словам, следующая автоматическая космическая станция в рамках программы New Frontiers отправится либо к Титану (спутник Сатурна), либо к комете Чурюмова — Герасименко. К какому именно из двух этих космических объектов, отправится автоматическая космическая станция, станет известно только в 2019 году.

В том случае, если специалисты NASA остановят свой выбор на комете, агентство отправит к ней космический аппарат, который должен будет взять с ее поверхности пробы, а затем отправить их на Землю. Данный проект-финалист называется CAESAR. Основная цель данной миссии – сбор органических соединений с целью понять, как кометы могли способствовать зарождению жизни нашей планете. Стоит отметить, что ранее на комету Чурюмова — Герасименко уже высаживался зонд Philae, доставленный на ее поверхность европейской станцией Rosetta. Однако зонд успел передать на Землю только телеметрию, после чего связь с аппаратом была потеряна. В конце сентябре 2016 года станцию Rosetta свели с орбиты и направили на столкновение с кометой.

В том случае, если выбор NASA будет сделан в пользу Титана, на его поверхность отправят космический аппарат Dragonfly, который уже назвали ядерным вертолетом, но внешне он больше будет напоминать квадрокоптер. Dragonfly должен будет просканировать поверхность Титана для того, чтобы определить, из чего именно она состоит и каким образом устроена. Также космический вертолет должен будет ответить на вопрос: каковы атмосферные условия на данном спутнике Сатурна. Специалисты американского космического агентства полагают, что на Титане могут существовать внеземные формы жизни.

Титан в натуральных цветах (снимок «Кассини»)

Финалистами конкурса на лучший проект космических миссий в рамках программы исследования Солнечной системы New Frontiers стали две команды разработчиков, в общей сложности в конкурсе принимало участие 12 кандидатов. Оба озвученных выше проекта получат примерно по 4 миллиона долларов на год для проработки деталей и концепции. Доработать свои программы они должны до июля 2019 года, изучив все возможные риски своих миссий, после чего выступить с финальным предложением. Проект победителя будет запущен в конце 2025 года. На разработку каждой из миссий потребуется примерно 850 миллионов долларов, данную сумму проект победителя получит от NASA, также агентство возьмет на себя все расходы по выводу космического аппарата-победителя в космос – еще примерно 150 миллионов долларов.
Как отмечают специалисты озвученный «ценник» приблизительно в два раза больше стоимости «легких» космических миссий в рамках другой программы – Discovery, а также в 2-4 раза меньше бюджета «флагманских» автоматических станций и космических телескопов НАСА. Озвученный бюджет позволяет размещать на зондах довольно большой и обширный набор инструментов, а также долгоживущие радиоизотопные источники питания, но по своим возможностям и сроку жизнедеятельности данные зонды все равно будут уступать таким флагманам, которыми были «Кассини», «Галилео» и «Вояджеры».

Стоит отметить, что в рамках программы New Frontiers, американское космическое агентство уже осуществило три успешных миссии. Так зонд Juno изучает орбиту Юпитера, космический аппарат New Horizons в настоящее время направляется к Плутону, а OSIRIS-REx летит к астероиду, для того чтобы взять пробы с его поверхности. По словам Томаса Цурбухена, агентство пока что не приняло решения о том, какие именно ракеты-носители будут использоваться для запуска той или другой миссии. При этом он выразил уверенность в том, что к тому моменту, как начнутся работы по созданию требуемых станций и зондов, тяжелая ракета SLS, а также частные космические «тяжеловозы» уже будут готовы к пуску нового поколения межпланетных американских зондов.

Ядерный вертолет на Титане – миссия DragonFly

«Титан – это уникальное небесное тело с плотной атмосферой, озерами и настоящими морями из углеводородов, круговоротом веществ и сложным климатом. Мы рассчитываем продолжить дело «Кассини» и «Гюйгенса», чтобы понять, есть ли все «кирпичики жизни» на поверхности Титана и может ли на нем существовать жизнь. В отличие от иных посадочных модулей, наша «стрекоза» сможет перелетать с места на место, перемещаясь на сотни километров», – рассказала журналистам руководитель миссии DragonFly Элизабет Тертл.

Сравнение размеров Земли, Титана (слева внизу) и Луны

Титан является крупнейшим спутником Сатурна и вторым по величине спутником во всей Солнечной системе (уступая лишь спутнику Юпитера Ганимеду). Также Титан является единственным, за исключением Земли, телом в Солнечной системе, для которого доказано стабильное существование жидкости на его поверхности, а также единственным спутником планеты, который обладает плотной атмосферой. Все это делает Титан очень привлекательным объектом для проведения различных научных исследований и изучения.
Диаметр этого спутника Сатурна составляет 5152 километра, что на 50% больше, чем у Луны, при этом Титан на 80% превосходит спутник нашей планеты по массе. Также своими размерами Титан превосходит и планету Меркурий. Сила тяжести на Титане составляет примерно одну седьмую от земной силы тяжести. Поверхность спутника состоит главным образом из водяного льда и осадочных органических веществ. Давление у поверхности Титана приблизительно в 1,5 раза выше давления у земной поверхности, температура воздуха у поверхности составляет -170.. -180 градусов Цельсия. Несмотря на достаточно низкую температуру, данный спутник сопоставляется с Землей на ранних стадиях ее развития. Поэтому ученые не исключают того, что на Титане возможно существование простейших форм жизни, в частности, в имеющихся подземных водоемах, условия в которых могут быть существенно комфортнее, чем на его поверхности.

Dragonfly – детище ученых из университета Джонса Хопкинса, оно будет представлять собой универсальный посадочный аппарат, оборудованный несколькими пропеллерами, которые обеспечат ему возможность вертикального взлета и посадки. В будущем это позволит необычному вертолету исследовать поверхность и атмосферу Титана. «Одна из основных наших целей – это проведение исследований метановых рек и озер. Мы хотим понять, что творится в их глубинах», – отмечает главный руководитель миссии «Dragonfly» Элизабет Тертл. «А вообще, наша основная задача – пролить свет на таинственную среду спутника Сатурна, богатую органической и пребиотической химией. Ведь Титан сегодня своего рода планетарная лаборатория, на которой можно было бы изучить химические реакции, аналогичные тем, которые могли стать причиной возникновения жизни на Земле».

Подобный проект, если именно он победит в конкурсе в 2019 году, станет очень необычным и новым даже для НАСА. Благодаря двум своим особенностям аппарат Dragonfly сможет перемещаться с места на место. Первая – это наличие ядерной энергетической установки, которая обеспечит его энергией на очень длительное время. Вторая – набор из нескольких мощных двигателей с пропеллерами, которые смогут поднимать тяжелый исследовательский аппарат в плотный воздух Титана. Все это делает Dragonfly чем-то похожим на вертолеты или квадрокоптеры, за тем лишь исключением, что космический ядерный вертолет будет предназначен для работы в гораздо более суровых условиях, чем земные.

Ядерный вертолет Dragonfly на поверхности Титана, иллюстрация NASA

Специалисты отмечают, что данный беспилотник будет полностью обеспечен энергией, производимой радиоизотопным термоэлектрическим генератором (РИТЭГ). Достаточно плотная и толстая атмосфера Титана делает неэффективным любые технологии по превращению солнечной энергии в электрическую, именно поэтому базовым источником энергии для миссии станет ядерная энергия. Похожий генератор установлен и на марсоходе Curiosity. На протяжении ночи такой генератор сможет полностью зарядить аккумуляторы беспилотника, что поможет летательному аппарату в течение дня выполнить один или сразу несколько перелетов, суммарной продолжительностью до одного часа.
Известно, что в набор инструментов Dragonfly планируется включить: гамма-спектрометры, которые смогут изучать состав подповерхностного слоя Титана (данный прибор поможет ученым найти доказательства наличия жидкого океана под поверхностью спутника); масс-спектрометры для анализа изотопного состава легких элементов (таких как азот, углерод, сера и других); геофизические и метеорологические датчики, которые будут измерять атмосферное давление, температуру, скорость ветра, сейсмическую активность; также он будет иметь и камеры для выполнения снимков. Мобильность «ядерного вертолета» позволит ему достаточно быстро собрать различные образцы и выполнить необходимые замеры.

За время всего одного часового полета данный аппарат сможет преодолеть расстояние от 10 до 20 километров. То есть всего за один свой полет беспилотник DragonFly сможет преодолеть большую дистанцию, чем удалось американскому марсоходу Curiosity за 4 года его пребывания на красной планете. А за всю свою двухлетнюю миссию «ядерный вертолет» сможет исследовать довольно внушительный участок поверхности спутника Сатурна. Благодаря наличию на борту мощной энергетической установки, данные с аппарата, по словам Тертл, будут передаваться на Землю напрямую.

Если проект победит в конкурсе и получит окончательное одобрение в рамках программы исследования Солнечной системы New Frontiers, запуск миссии состоится в середине 2025 года. При этом к Титану DragonFly прибудет только в 2034 году, где при благоприятном развитии событий он проработает на его поверхности несколько лет.

На пути к «советской» комете – миссия CAESAR

Второй миссией, которая в настоящее время претендует на победу в конкурсе New Frontiers, может стать зонд CAESAR – первый космический аппарат NASA, который заберет пробы летучих веществ и органики с поверхности кометы и вернется затем назад на Землю. «Кометы можно назвать самыми важными, однако при этом наименее всего изученными объектами Солнечной системы. Кометы содержат в себе те вещества, из которых и была «слеплена» Земля, также именно они являлись главными поставщиками органики для нашей планеты. Что отличает кометы от других известных тел Солнечной системы? В недрах комет до сих пор содержатся летучие вещества, которые имелись в Солнечной системе в момент ее рождения», – отметил руководитель миссии CAESAR Стив Сквайрс.

Снимок кометы Чурюмова-Герасименко, сделанный 19 сентября 2014 года камерой «Розетты»

По словам руководителя планетологического отделения NASA Джима Грина, данная миссия будет отправлена к очень хорошо изученной комете, в окрестностях которой уже успел побывать другой зонд, речь идет о европейской миссии под названием «Розетта». Комету с индексом 67Р называют «советской», так как она была открыта советскими астрономами. Это короткопериодическая комета с периодом обращения приблизительно 6 лет и 7 месяцев. Комета Чурюмова-Герасименко была открыта в СССР 23 октября 1969 года. Ее открыл советский астроном Клим Чурюмов в Киеве на фотопластинках другой кометы – 32P/Комас Сола, которые были сняты Светланой Герасименко в сентябре того же года в Алма-Атинской обсерватории (первый снимок, на котором была видна новая комета, был сделан 11 сентября 1969 года). Индекс 67P означает, что перед нами 67-я открытая короткопериодическая комета.
Установлено, что комета Чурюмова-Герасименко обладает пористой структурой, 75-78% от ее объема составляет пустота. На освещенной стороне кометы температура колеблется от -183 до -143 градусов Цельсия. Постоянного магнитного поля на комете нет. Согласно последним оценкам, ее масса равняется 10 миллиардам тонн (погрешность измерения оценивается в 10%), период вращения – 12 часов 24 минуты. В 2014 году при помощи аппарата «Розетта» ученые смогли найти на комете молекулы 16 органических соединений, четыре из которых – ацетон, пропаналь, метилизоцианат и ацетамид – ранее на кометах не встречались.

Как отмечают представители американского космического агентства, выбор миссии CAESAR, которая отправляется к хорошо изученной комете, позволит убить сразу трех зайцев – это делает миссию более безопасной, удешевляет ее, а также ускоряет ее запуск. По словам Сквайрса, сыграет свою роль и установка капсулы для забора и возврата на Землю грунта с кометы. Данная капсула была ранее создана японским космическим агентством для зонда «Хаябуса». «Выбор данной капсулы объясняется тем, что для миссии CAESAR нужная была капсула, которая продолжала бы удерживать летучие вещества с кометы в замороженном виде на протяжении всего полета, вплоть до касания с земной поверхностью. Капсула для зонда «Хаябуса» обладает тепловым щитом, который препятствует ее прогреву до нескольких сотен градусов Цельсия, что могло произойти при использовании наших технологий», – отметил американский ученый.

Возможный вид зонда CAESAR, иллюстрация NASA

Согласно планам NASA, зонд CAESAR планируется оснастить ионным двигателем. Он достигнет поверхности кометы Чурюмова — Герасименко сравнительно быстро. Образцы ее материи, как надеется Стив Сквайрс, могли бы оказаться на Земле в 2038 году.
Источники информации:
https://ria.ru/science/20171220/1511381012.html
http://tass.ru/kosmos/4830253
https://republic.ru/posts/88570
http://severnymayak.ru/2017/08/28/dragonfly-bespilotnik-prednaznachennyj-dlya-poiska-priznakov-zhizni-na-titane
Материалы из открытых источников

Источник: topwar.ru