На Земле дронами уже никого не удивишь: теперь их можно купить в каждом магазине техники. Крупные компании уже используют коптеры для доставки «последней мили», а широкое внедрение eVTOL-аппаратов для перевозки пассажиров — вопрос ближайших лет. Но что насчет того, чтобы послать дрон на другое небесное тело? И не куда-нибудь поблизости, а сразу на Титан, крупнейший спутник Сатурна и второй по величине спутник планеты Солнечной системы. Такую миссию уже тестирует NASA — старт Dragonfly (в переводе — «Стрекоза») назначен на 2027 год. Если все пройдет удачно, то уже через 11 лет атмосферу далекого небесного тела будет бороздить творение человеческих рук.
Космическая «Стрекоза»
Давление атмосферы Титана в 1,45 раза выше земного, ее плотность примерно в четыре раза выше, а гравитация составляет лишь 13,8 % от земной. Плотная атмосфера Титана и низкая гравитация означают, что при одинаковой массе аппарату на спутнике Сатурна требуется примерно в 40 раз меньшая мощность, чем на Земле, чтобы подняться в воздух. С другой стороны, низкие температуры, плохая освещенность и сильное сопротивление воздуха делают разработку летательного аппарата для Титана сложной задачей.
Космические инженеры из Лаборатории реактивного движения NASA с начала XXI века предлагали разные типы летательных аппаратов для исследования Титана. Так, один из авторов концепции Dragonfly (pdf) Ральф Лоренц еще в 2000 году предложил (pdf) использовать для исследования Титана роторный летательный аппарат с радиоизотопным источником питания. Другой вариант, Titan Explorer, предложенный в 2007 году (pdf), предполагал использование монгольфьера — воздушного шара, наполняемого теплым воздухом, который нагревался бы радиоизотопным термоэлектрическим генератором. В 2014 году Ларри Мэттис описал концепцию (pdf) посадочного аппарата или воздушного шара, с которого запускается небольшой коптер.
В 2019 году NASA объявило, что Dragonfly станет следующей миссией программы «Новые рубежи», в рамках которой были запущены зонды New Horizons к Плутону и поясу Койпера, Juno — к Юпитеру, OSIRIS-REx — для доставки на Землю образцов астероида Бенну.
Благодаря миссии Dragonfly NASA снова сделает то, что никто другой не сможет сделать. Посещение этого загадочного океанского мира может произвести революцию в наших знаниях о жизни во Вселенной. Эта передовая миссия была бы немыслима всего несколько лет назад, но теперь мы готовы к удивительному полету Dragonfly.
директор NASA Джим Брайденстайн
Почему именно Титан?
Уникальное сочетание сложного и богатого соединениями углерода химического состава атмосферы Титана и его поверхности, состоящей преимущественно из водяного льда, делает спутник Сатурна идеальным местом для исследования органических молекул, из которых состоит все живое на нашей планете.
Титан — это покрытый океаном мир и единственная луна в Солнечной системе с плотной атмосферой, которая поддерживает похожий на земной гидрологический цикл: метановые облака проливаются дождем на поверхность, и жидкость заполняет озера и моря. Сложные органические соединения, встречающиеся на Титане, позволят изучить химические реакции, которые происходили перед тем, как на Земле возникла жизнь. Кроме того, возможно, они заставят нас пересмотреть подходы относительно того, какие миры можно называть потенциально обитаемыми.
Атмосфера Титана состоит, как и земная, в основном из азота (около 95 %), метана (около 5 %) и небольшого количества других соединений. Под воздействием солнечного света молекулы метана и азота, облученные ультрафиолетом, распадаются и соединяются, образуя различные сложные органические вещества. Органические молекулы являются строительными блоками жизни, и их присутствие на Титане давно интригует ученых. Например, в 2020 году в атмосфере спутника обнаружили циклопропенилиден, или C3H2. Эта простая молекула может быть предшественником более сложных соединений, которые могли бы формировать или питать возможную жизнь на Титане.
В ходе базовой миссии, которая продлится около 2,5 года, Dragonfly исследует разнообразные области спутника: от дюн до дна ударного кратера, где жидкая вода и сложные органические молекулы, ключевые элементы для жизни, находились вместе, возможно, десятки тысяч лет. Зонд также исследует атмосферу и поверхность спутника, его подземный океан и подповерхностные воды. Кроме того, инструменты Dragonfly настроены на поиск химических доказательств существовавшей или существующей жизни на Титане.
Некоторые ученые считают, что человечеству стоит стремиться не на Луну и Марс — а сразу на Титан, называя его наиболее перспективным местом для колонизации. Так что данные Dragonfly окажутся как нельзя кстати.
Чехарда на Титане
Dragonfly спроектирован как винтокрылый аппарат, очень похожий на большой квадрокоптер с двойными винтами — то есть, по сути, это октокоптер. Каждый из восьми роторов будет иметь диаметр около 1 метра. Dragonfly сможет развивать скорость около 10 метров в секунду (36 километров в час) и подниматься на высоту до 4 километров. При этом зонд останется работоспособен даже при отказе одного из роторов и сможет функционировать при средней температуре –179 градусов.
Dragonfly совершит посадку в дюнах к юго-востоку от ударного кратера Селк на краю темной области Шангри-Ла. Астрономы планируют исследовать этот регион серией полетов длиной до 8 километров каждый (получится своеобразная игра в чехарду на поверхности Титана) и собрать образцы из районов с разнообразной географией.
После этого аппарат отправится к кратеру Селк, где, возможно, в прошлом существовала жидкая вода. По крайней мере, на это указывают данные зонда «Кассини». Именно этот регион, содержащий смесь органических соединений и водяного льда, позволит понять, как из воды и органических молекул могла зародиться жизнь.