stringtranslate.com

Титан Маре Исследователь

Titan Mare Explorer ( TiME ) — это проект посадочного модуля для спутника Сатурна Титана . [3] TiME — это относительно недорогая миссия для внешней планеты, предназначенная для измерения органических компонентов на Титане и должна была выполнить первое морское исследование внеземного моря, проанализировать его природу и, возможно, наблюдать за его береговой линией. Как миссия класса «Дискавери», ее максимальная стоимость должна была составлять 425 миллионов долларов США, не считая финансирования ракеты-носителя. [4] Он был предложен НАСА в 2009 году компанией Proxemy Research как новаторская миссия, похожая на разведку, первоначально как часть программы НАСА Discovery . [6] Проект миссии TiME достиг стадии финалиста во время отбора миссии Discovery, но не был выбран, и, несмотря на попытки Сената США получить целевое финансирование в 2013 году. [7] Также была предложена соответствующая подводная лодка «Титан» . [8] [9]

Финалист класса Discovery

TiME был одним из трех финалистов Discovery Mission, получивших в мае 2011 года 3 миллиона долларов США на разработку подробного концептуального исследования. Двумя другими миссиями были InSight и Comet Hopper . После проверки в середине 2012 года НАСА объявило в августе 2012 года о выборе миссии InSight на Марс. [10]

В частности, если запуск запланирован на конец 2025 года, TiME должен был появиться в середине 2030-х годов, во время северной зимы. Это означает, что моря возле северного полюса Титана находятся во тьме и прямая связь с Землей невозможна. [11]

Миссии по высадке в озерах и морях Титана также рассматривались в рамках Десятилетнего исследования Солнечной системы. Кроме того, флагманская миссия Titan Saturn System Mission , запуск которой был предложен в 2009 году и запланирован на 2020-е годы, включала в себя недолговечный озерный посадочный модуль с батарейным питанием. [6] [12] Возможности для запуска носят временный характер; следующая возможность появится в 2023–2024 годах, это последний шанс в этом поколении. [13]

История

Открытие 22 июля 2006 года озер и морей в северном полушарии Титана подтвердило гипотезу о существовании на нем жидких углеводородов . [14] Кроме того, предыдущие наблюдения южных полярных штормов и новые наблюдения штормов в экваториальной области предоставляют доказательства активных процессов генерации метана , возможно, криовулканических явлений из недр Титана. [12]

На большей части Титана в течение столетий не наблюдалось ни единого дождя, но на полюсах ожидается, что осадки будут гораздо чаще. [1]

Считается, что метановый цикл Титана аналогичен гидрологическому циклу Земли , при этом метеорологическая рабочая жидкость существует в виде дождя, облаков, рек и озер. [14] TiME позволит напрямую распознать метановый цикл Титана и помочь понять его сходства и различия с гидрологическим циклом на Земле. [1] [12] Если бы НАСА выбрало TiME, Эллен Стофан — член радиолокационной группы Кассини и нынешний главный научный сотрудник НАСА — возглавила бы миссию в качестве главного исследователя, тогда как Лаборатория прикладной физики (APL) управляла бы миссией. . [15] Lockheed Martin построит капсулу TiME с научными приборами, предоставленными APL, Центром космических полетов Годдарда и Malin Space Science Systems .

Цель

Сравнение размеров Лигейи (слева) с озером Верхним на Земле (справа)

Запуск TiME должен был осуществляться с помощью ракеты Atlas V 411 в 2016 году и прибыть на Титан в 2023 году. Целевое озеро - Лигейя-Маре (78° с.ш., 250° з.д.). [1] Это одно из крупнейших озер Титана , выявленных на сегодняшний день, с площадью поверхности около 100 000 км 2 . Резервная цель — Kraken Mare . [3] [12]

Научные цели

Titan Mare Explorer должен был совершить 7-летний простой межпланетный круиз без каких-либо научных облетов. Некоторые научные измерения будут проводиться во время входа и спуска, но передача данных начнется только после приводнения . Научными целями миссии являются: [3] [12]

  1. Определите химический состав моря Титана. Приборы : масс-спектрометр (МС), пакет метеорологии и физических свойств (MP3).
  2. Определите глубину моря Титана. Инструмент : Пакет метеорологии и физических свойств (сонар) (MP3).
  3. Ограничьте морские процессы на Титане. Прибор : Пакет метеорологии и физических свойств (MP3), Камеры спуска и поверхности.
  4. Определите, как меняется местная метеорология над морем в суточном масштабе времени. Прибор : Пакет метеорологии и физических свойств (MP3), камеры.
  5. Охарактеризуйте атмосферу над морем. Прибор : Пакет метеорологии и физических свойств (MP3), камеры.

Компания Malin Space Science Systems , которая производит и эксплуатирует системы камер для космических кораблей, подписала с НАСА контракт на раннюю разработку для проведения предварительных проектных исследований. [16] Там будет две камеры. Один будет фотографировать во время спуска на поверхность Лигейи-Маре, а другой — после приземления. [16]

Пакет метеорологии и физических свойств (MP3) [17] будет создан Лабораторией прикладной физики. Этот пакет инструментов будет измерять скорость и направление ветра, влажность метана, давление и температуру над «ватерлинией», а также мутность, температуру моря, скорость звука и диэлектрические свойства под поверхностью. Сонар будет измерять глубину моря. Было проведено моделирование акустического распространения, а преобразователи гидролокатора протестированы при температурах жидкого азота, чтобы охарактеризовать их работу в условиях Титана. [18]

Источник питания

Титан перед Дионой и Сатурном

Плотная атмосфера Титана и слабый солнечный свет на расстоянии Титана от Солнца исключают использование солнечных батарей . [19] [20] Если бы НАСА выбрало его, посадочный модуль TiME стал бы испытательным полетом усовершенствованного радиоизотопного генератора Стирлинга (ASRG), [6] который представляет собой прототип, предназначенный для обеспечения доступности долгосрочных источников питания для высадочные сети и другие планетарные миссии. Для этой миссии он будет использоваться в двух средах: глубоком космосе и внеземной атмосфере. ASRG представляет собой радиоизотопную энергетическую систему, использующую технологию преобразования энергии Стирлинга и, как ожидается, будет генерировать 140–160 Вт электроэнергии; это в четыре раза эффективнее, чем используемые сейчас РИТЭГи . Его масса составляет 28 кг, а номинальный срок службы — 14 лет. [3] Хотя НАСА продолжает исследования ASRG, [21] с тех пор НАСА расторгло контракт с Lockheed, который должен был подготовить ASRG к запуску в 2016 году, и решило полагаться на существующие радиоизотопные энергетические системы MMRTG для зондов дальнего действия. [22] [23]

Технические характеристики

Капсуле не понадобится двигатель: ожидается, что ветер и возможные приливные течения будут толкать этот плавучий корабль по морю в течение нескольких месяцев. [5]

Коммуникации

Транспортное средство могло бы напрямую связываться с Землей, и, в принципе, можно было бы поддерживать периодический контакт в течение нескольких лет после прибытия: Земля наконец уходит за горизонт, как видно из Лигейи в 2026 году. [24] У него не будет линии связи. взгляд на Землю, чтобы передать больше данных до 2035 года. [25]

Условия поверхности

Модели предположили, что волны на Лигейя-Маре обычно не превышают 0,2 метра (0,66 фута) в течение предполагаемого сезона миссии TiME, а иногда могут достигать чуть более 0,5 метра (1,6 фута) в течение нескольких месяцев. [26] Моделирование было проведено для оценки реакции капсулы на волны и возможное выбрасывание на берег. [27] Ожидается, что капсула будет дрейфовать по поверхности моря со скоростью 0,1 м/с, подгоняемая течениями и ветром с типичной скоростью 0,5 м/с, но не превышающей 1,3 м/с (4,2 фута/секунду). [24] Зонд не будет оснащен двигательной установкой, и, хотя его движение невозможно контролировать, знание его последовательных местоположений может быть использовано для оптимизации научных результатов, таких как глубина озера, колебания температуры и изображения берега. Некоторые предлагаемые методы определения местоположения — это измерение доплеровского сдвига , измерение высоты Солнца и интерферометрия со сверхдлинной базой . [24]

Потенциальная обитаемость

Шанс обнаружить форму жизни с биохимией, отличной от земной, побудил некоторых исследователей считать Титан самым важным миром для поиска внеземной жизни . [28] Некоторые учёные предполагают, что если бы химия углеводородов на Титане пересекла порог от неживой материи к какой-либо форме жизни, её было бы трудно обнаружить. [28] Более того, поскольку Титан очень холодный, количество энергии, доступной для построения сложных биохимических структур, ограничено, и любая водная жизнь замерзла бы без источника тепла. [28] Однако некоторые ученые предположили, что гипотетические формы жизни могут существовать в растворителе на основе метана . [29] [30] Эллен Стофан, главный исследователь TiME, считает, что жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, нежизнеспособна в морях Титана, но заявила, что «в морях будет химия, которая может дать нам представление о том, как органические системы развиваются в направлении жизни». ." [31]

Похожие концепции миссий

дальнейшее чтение

Смотрите также

Рекомендации

  1. ↑ abcd Йирка, Боб (23 марта 2012 г.). «Предлагается зондовая миссия по исследованию мизерных осадков на Титане» . Физорг . Проверено 23 марта 2012 г.
  2. ^ Мореходство на Лигейе-Маре: динамическая реакция плавучей капсулы на волны в углеводородных морях лунного Титана Сатурна Ральф Д. Лоренц и Дженнифер Л. Манн, Технический дайджест Johns Hopkins APL, том 33, номер 2 (2015)
  3. ^ abcde Стофан, Эллен (2010). «TiME: Titan Mare Explorer» (PDF) . Калтех. Архивировано из оригинала (PDF) 30 марта 2012 года . Проверено 17 августа 2011 г.
  4. ↑ Аб Тейлор, Кейт (9 мая 2011 г.). «НАСА выбирает шорт-лист проектов для следующей миссии Discovery» . ТГ Дейли . Архивировано из оригинала 6 октября 2018 года . Проверено 20 мая 2011 г.
  5. ^ аб Гринфилдбойс, Нелл (16 сентября 2009 г.). «Исследование Луны на лодке». Национальное общественное радио (NPR) . Проверено 8 ноября 2009 г.
  6. ^ abc Сюй, Джереми (14 октября 2009 г.). «Корабль-робот с ядерной установкой может плавать по морям Титана». Space.com . Компания Имагинова . Проверено 10 ноября 2009 г.
  7. ^ «Финалистам миссии Discovery может быть предоставлен второй шанс» . Космические новости . 26 июля 2013. Архивировано из оригинала 15 февраля 2014 года . Проверено 15 февраля 2014 г.
  8. ↑ ab Овербай, Деннис (21 февраля 2021 г.). «Семьсот лье под метановыми морями Титана — Марс, Шмарс; этот путешественник с нетерпением ждет поездки на подводной лодке под айсбергами на странной луне Сатурна». Нью-Йорк Таймс . Проверено 21 февраля 2021 г.
  9. ^ аб Олесон, Стивен Р.; Лоренц, Ральф Д.; Пол, Майкл В. (1 июля 2015 г.). «Заключительный отчет этапа I: подводная лодка Титан». НАСА . Проверено 21 февраля 2021 г.
  10. ↑ Вастаг, Брайан (20 августа 2012 г.). «НАСА отправит робота-бурильщика на Марс в 2016 году». Вашингтон Пост .
  11. ^ 1 Dragonfly: Концепция спускаемого аппарата с винтокрылым аппаратом для научных исследований Титана. Архивировано 22 декабря 2017 г. в Wayback Machine (PDF) . Ральф Д. Лоренц, Элизабет П. Тёртл, 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. 2017.
  12. ^ abcde Stofan, Эллен (25 августа 2009 г.). «Исследователь Титан-Маре (TiME): первое исследование внеземного моря» (PDF) . Презентация для Десятилетнего обзора НАСА . Космическая политика онлайн. Архивировано из оригинала (PDF) 24 октября 2009 г. Проверено 4 ноября 2009 г.
  13. ^ Titan Mare Explorer: TiME для Титана. (PDF) Институт Луны и планет (2012).
  14. ^ Аб Стофан, Эллен; Элачи, К.; Лунин, Джонатан И.; Лоренц, РД; Стайлз, Б.; Митчелл, КЛ; Остро, С.; Содерблом, Л.; и другие. (4 января 2007 г.). «Озера Титана» (PDF) . Природа . 445 (7123): 61–64. Бибкод : 2007Natur.445...61S. дои : 10.1038/nature05438. PMID  17203056. S2CID  4370622. Архивировано из оригинала (PDF) 6 октября 2018 года . Проверено 10 ноября 2009 г.
  15. ↑ Сазерленд, Пол (1 ноября 2009 г.). «Отправимся в плавание по озерам Титана!». Научный американец . Архивировано из оригинала 10 октября 2012 года . Проверено 4 ноября 2009 г.
  16. ↑ аб Кенни, Мэри (19 мая 2011 г.). «Компания из Сан-Диего может получить работу в дальнем космосе». Войдите в Сан-Диего . Проверено 20 мая 2011 г.
  17. ^ Лоренц, Ральф; и другие. (март 2012 г.). «MP3 - Пакет метеорологии и физических свойств для изучения взаимодействия воздуха и моря на Титане» (PDF) . 43-я конференция по науке о Луне и планетах . Лунно-планетарный институт . Проверено 20 июля 2012 г.
  18. ^ Арвело, Хуан; Лоренц, Ральф Д. (2013). «Проведение водопровода в глубинах Лигейи: соображения по зондированию глубины углеводородных морей Титана». Журнал Акустического общества Америки . 134 (6): 4335–4342. Бибкод : 2013ASAJ..134.4335A. дои : 10.1121/1.4824908. ПМИД  25669245.
  19. ^ «Почему миссия Кассини не может использовать солнечные батареи» (PDF) . НАСА/Лаборатория реактивного движения. 6 декабря 1996 г. Архивировано из оригинала (PDF) 26 февраля 2015 г. . Проверено 21 марта 2014 г.
  20. ^ Зонд «Гюйгенс» пролил новый свет на Титан. Чарльз Чой, Space.com . 21 января 2005 г. Цитата: «Малое количество солнечного света проникает в плотную углеводородную атмосферу».
  21. ^ Исследовательская лаборатория Стерлинга / Преобразование тепловой энергии
  22. ^ «Отмена ASRG в контексте» . Planetary.com . Планетарное общество. 9 декабря 2013 года . Проверено 15 февраля 2014 г.
  23. ↑ Леоне, Дэн (16 января 2014 г.). «Lockheed сокращает команду ASRG по мере начала работ по закрытию». Космические новости .
  24. ^ abc Лоренц, Ральф Д.; Токано, Тецуя; Ньюман, Клэр Э. (2012). «Ветры и приливы Лигейи-Маре с применением к дрейфу предлагаемой капсулы Time (Titan Mare Explorer)». Планетарная и космическая наука . 60 (1): 72–85. Бибкод : 2012P&SS...60...72L. дои :10.1016/j.pss.2010.12.009.
  25. ↑ Хадхази, Адам (17 августа 2011 г.). «Космический корабль: Морская миссия в чужое море». Популярная наука . Проверено 17 августа 2011 г.
  26. ↑ Карлайл, Камилла (14 марта 2012 г.). «Плавное плавание на Титане». Небо и телескоп . Проверено 15 марта 2012 г.
  27. ^ Лоренц, Ральф Д.; Манн, Дженнифер (2015). «Мореходство на Лигейе-Маре: динамическая реакция плавучей капсулы на волны в углеводородных морях лунного Титана Сатурна» (PDF) . Технический дайджест APL . 33 : 82–93. Архивировано из оригинала (PDF) 7 августа 2016 года . Проверено 8 ноября 2015 г.
  28. ↑ abc Бортман, Генри (19 марта 2010 г.). «Жизнь без воды и обитаемая зона». Журнал «Астробиология» .
  29. ^ Стробель, Даррелл Ф. (2010). «Молекулярный водород в атмосфере Титана: значение измеренных мольных долей тропосферы и термосферы». Икар . 208 (2): 878–886. Бибкод : 2010Icar..208..878S. doi :10.1016/j.icarus.2010.03.003.
  30. ^ Маккей, CP; Смит, HD (2005). «Возможности существования метаногенной жизни в жидком метане на поверхности Титана». Икар . 178 (1): 274–276. Бибкод : 2005Icar..178..274M. дои : 10.1016/j.icarus.2005.05.018.
  31. ^ «С Днем Рождения, Титан!». Space.com . 28 марта 2012 г.
  32. ^ Аб Олесон, Стивен (4 июня 2014 г.). «Подводная лодка Титан: исследование глубин Кракена». НАСА – Исследовательский центр Гленна . НАСА . Проверено 19 сентября 2014 г.
  33. ↑ Дэвид, Леонард (18 февраля 2015 г.). «Космическая подводная лодка НАСА может исследовать метановые моря Титана». Space.com . Проверено 25 марта 2015 г.
  34. ^ Заключительный отчет исследования планетарной науки, проведенного командой JPL X по исследованию зонда озера Титан . Лаборатория реактивного движения. Апрель 2010.
  35. ^ Урдампиллета, И.; Прието-Баллестерос, О.; Реболо, Р.; Санчо, Дж. (2012). ТАЛИС: Самоходный исследователь для отбора проб на озере Титан (PDF) . Европейский планетарный научный конгресс 2012. Vol. 7 EPSC2012–64 2012. Европа: EPSC Abstracts.
  36. ↑ Ландау, Элизабет (9 октября 2012 г.). «Зонд отправится к спутнику Сатурна». CNN – Световые годы . Архивировано из оригинала 19 июня 2013 года . Проверено 10 октября 2012 г.