|
Вертолет летит на Титан
|
|
|
|
На что на самом деле похожи углеводородные моря на Титане? В то время как предстоящая вертолетная миссия Dragonfly к туманной и холодной луне Сатурна должна прибыть к 2034 году для изучения атмосферы Титана, остается потребность в миссии, которая могла бы изучить таинственные моря и озера луны, наполненные жидкими углеводородами. А как насчет самолета, который мог бы изучать и моря, и небо Титана? Новая концепция миссии, получившая финансирование от программы NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC), называется «TitanAir» и включает летающую лодку, известную как «лейкер». Лейкер будет оснащен многочисленными инструментами, чтобы потягивать и пробовать как воздух, так и жидкость, во время парения и плавания, плавно переходя от навигации в атмосфере Титана к скольжению по его озерам, как гидросамолет на Земле.
|
|
|
|
TitanAir — одна из 14 различных дальновидных идей, получивших финансирование первого этапа NIAC в размере 175 000 долларов США, что обеспечивает поддержку для конкретизации потенциально прорывных концепций, которые могут изменить будущие миссии. TitanAir — детище Куинна Морли и его компании Planet Enterprises. Морли имеет 15-летний опыт работы в компании Boeing и в настоящее время получает степень бакалавра в области машиностроения. Это вторая награда NIAC для Морли, так как в 2021 году он выиграл еще один грант Фазы 1 для исследования разработки недорогих роботизированных самоходных «буроботов», способных выполнять глубокое бурение на Марсе. Эта концепция в настоящее время находится на рассмотрении для получения гранта Фазы II NIAC. «Я смешиваю довольно нелепое чувство творчества с умением писать технические документы и сильным опытом в аэрокосмическом производстве», — написал Морли на своем веб-сайте, добавив, что он первый студент, получивший звание главного исследователя NIAC.
|
|
|
Идея TitanAir заключается в том, что лейкер сможет «пить» конденсацию метана и органический материал через проницаемую секцию на передней кромке крыльев. Пассивные капиллярные элементы на внутренней стороне крыла будут доставлять жидкости к научным приборам, подобно тому, как растения вытягивают воду от корней к листьям, или как работают бумажные полотенца «более быстрый сборщик сверху». Точно так же спроектированы топливные баки для ракет, чтобы они могли воспламеняться в невесомости, поскольку вены в баке будут втягивать жидкости во всасывающее отверстие.
|
|
|
|
«Я с детства увлекался капиллярными эффектами в повседневной жизни, — написал Морли в своем аккаунте на LinkedIn, — но больше всего меня поразила кофейная чашка Дона Петтита на Международной космической станции». Еще в 2008 году астронавт Дон Петтит хотел насладиться своим утренним напитком на МКС в кофейной чашке, а не в пакете, поэтому он изобрел чашку, которая работает в условиях микрогравитации, используя капиллярное действие для управления потоком жидкости. Поперечное сечение чаши похоже на крыло самолета, а узкий угол отводит жидкость вверх.
|
|
|
|
«Каким-то образом я взял идею, вдохновленную космической кофейной чашкой и грязным разливом в холодильнике, убедил команду замечательных людей работать со мной и смешал все это в выигрышную концепцию NIAC во время летних каникул», — сказал Морли. «Я не уверен, как меня вдохновило ввести жидкость через проницаемую обшивку крыла. Я помню, как какое-то время размышлял над этой идеей, не зная, что делать с носом крыла, полным жидкости». В впечатляющую команду, которую собрал Морли, входят доктор Нарасимха Боддети, доктор Стивен Колликотт, Лаура Форчик и доктор Питер Булер.
|
|
|
|
Титан — единственное тело в Солнечной системе, помимо Земли, о котором известно, что на его поверхности есть озера и моря. Но при низких температурах поверхности Титана — примерно -180 градусов по Цельсию (-292 градуса по Фаренгейту) — жидкий метан и этан доминируют над углеводородным эквивалентом земной воды на Титане. TitanAir будет приземляться и взлетать с озер, а также может летать и парить на малых высотах около часа каждый день. Как и будущая Dragonfly НАСА, любая воздушная миссия на Титан будет получать импульс от атмосферы Луны, которая примерно в четыре раза плотнее земной атмосферы. В сочетании с низкой гравитацией Титана (13,8% от земной), Морли сказал Universe Today, что это примерно в 27 раз легче для любого полета на Титане, но только если крылья самолета очень длинные и тонкие.
|
|
|
|
«Преимущество самолетов заключается в «парящем полете», поэтому вы можете летать в горизонтальном полете с гораздо меньшей мощностью, чем на Земле», — сказал Морли по электронной почте. «Итак, если вы хотите медленно набирать высоту, вы потенциально можете сделать это с мощностью в 20 раз меньше, чем при стабильном полете на Земле». Что касается конструкции корабля TitanAir, Морли предупредил, что его нынешнее исследование сосредоточено на определении возможности использования технологий приема жидкости для самолета на Титане. «Итак, самолет — это своего рода дублер или соломенный человек», — объяснил Морли. «NIAC называет это контекстом миссии».
|
|
|
|
Но в настоящее время Морли и его команда основывают размер корабля на типичных самолетах авиации общего назначения на Земле, таких как небольшой самолет Cessna. В своем официальном документе команда указывает, что их контекстный вес составляет около тонны при размахе крыльев 10 метров (30 футов). Крылья должны быть надувными, чтобы поместиться внутри космического корабля, который доставит TitanAir в систему Сатурна.
|
|
|
|
«Честно говоря, размер лейкера сейчас не ограничен, потому что требования плавать по озеру и летать в воздухе немного расходятся», — сказал Морли Universe Today. «Если мы подберем размер всего корабля для случая «Лейкера», крылья могут быть непомерно длинными. Надувные крылья действительно должны дать нам более длинные крылья, которые нам нужны, чтобы поддерживать большой фюзеляж, и обеспечить нам разумную эффективность при длительном полете. полеты, при этом все еще в состоянии поместиться в обтекателе второй ступени». Что касается инструментов, то рассматриваются инструменты типа Юри следующего поколения, которые будут включать интегрированный набор, предназначенный для поиска биомаркеров, которые «хорошо подходят для анализа сложных органических веществ». В целом приборы будут иметь массу менее 20 кг, но их можно будет адаптировать к широкому диапазону размеров самолетов.
|
|
|
|
Еще один инструмент, который рассматривают Морли и его команда, основан на системе отбора проб Dragonfly под названием DrACO (Drill for Acquisition of Complex Organics), которая будет извлекать материал с поверхности Титана и доставлять его в масс-спектрометр. Если бы бур был установлен на законцовках крыла лейкера, он мог бы брать образцы береговой линии. «Лейкер может взмахнуть крылом над береговой линией и взять пробы из безопасного озера», — написал Морли, добавив, что это может быть опасной задачей для такого корабля, как Dragonfly, учитывая вероятность застревания. «Это может усилить возвращение науки и открыть доступ к труднодоступным свидетельствам гидрологического цикла».
|
|
|
|
В то время как команда перечисляет несколько проблем, которые необходимо решить, таких как наличие материалов для крыльев и фюзеляжа, которые могли бы выдерживать экстремальный холод Титана и выдерживать воздействие токсичных углеводородов, преимущество концепции TitanAir заключается в том, что она может поддерживать многие рекомендации в Decadal Survey, чтобы изучить Титан и понять его таинственный цикл метана. Это также способствовало бы пониманию планетарных атмосфер, для чего в противном случае потребовалось бы несколько миссий и космических кораблей, что привело бы к снижению затрат. «Существует несколько вариантов, которые могут дать значимый ответ на все эти вопросы, но мы считаем, что эта концепция может изменить разговор о науке о климате, пребиотической химии атмосферы, составе озер и обитаемости планеты Титан», — Морли. и команда заключила в своей статье.
|
|
|
|
Источник
|
