في الأسبوع الماضي ، من الاثنين 27 فبراير إلى الأربعاء 1 مارس ، استضافت وكالة ناسا "ورشة عمل رؤية علوم الكواكب 2050" في مقرها في واشنطن العاصمة. خلال العديد من العروض والخطب والعناوين التي شكلت ورشة العمل ، شاركت وكالة ناسا والشركات التابعة لها مقترحاتهم العديدة لمستقبل استكشاف النظام الشمسي.
كان استكشاف تيتان موضوعًا شائعًا للغاية خلال ورشة العمل. بالإضافة إلى كونه الجسم الآخر الوحيد في النظام الشمسي مع جو غني بالنيتروجين وسائل مرئي على سطحه ، فإنه يحتوي أيضًا على بيئة غنية بالكيمياء العضوية. لهذا السبب ، أجرى فريق بقيادة مايكل بوكين (من مختبر الدفع النفاث التابع لناسا) عرضًا تفصيليًا يوضح العديد من الطرق التي يمكن استكشافها باستخدام المركبات الجوية.
العرض التقديمي ، الذي يحمل عنوان "العلوم في مجموعة متنوعة من المناطق العلمية في تيتان باستخدام المنصات الجوية" ، ترأسه أيضًا أعضاء في صناعة الطيران - مثل AeroVironment و Global Aerospace من مونروفيا ، كاليفورنيا ، و Red Red Aerospace من Chilliwack ، قبل الميلاد. معًا ، استعرضوا مختلف مفاهيم المنصات الهوائية التي تم اقتراحها لشركة Titan منذ عام 2004.
في حين أن مفهوم استكشاف تيتان باستخدام الطائرات بدون طيار والبالونات يعود إلى السبعينيات والثمانينيات من القرن العشرين ، كان عام 2004 مهمًا بشكل خاص لأنه في هذا الوقت أجرى الهبوط Huygens أول استكشاف لسطح القمر. منذ ذلك الوقت ، تم تقديم العديد من المقترحات المثيرة للاهتمام والمجدية للمنصات الجوية. كما قال دكتور Pauken لمجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:
“كشفت مهمة Cassini-Huygens كثيرًا عن Titan لم نكن نعلمه من قبل وقد أثار ذلك أيضًا الكثير من الأسئلة. لقد ساعدنا في تحديد إمكانية تصوير السطح تحت ارتفاع 40 كم ، لذا من المثير أن نعرف أنه يمكننا التقاط صور جوية لتيتان وإرسالها إلى الوطن ".
يمكن تقسيم هذه المفاهيم إلى فئتين ، وهما الحرف أخف من الهواء (LTA) والحرفة الأثقل من الهواء (HTA). وكما أوضح باوكين ، فإن كلاهما مناسب تمامًا عندما يتعلق الأمر باستكشاف قمر مثل تيتان ، الذي يتمتع بجو أكثر كثافة في الواقع من الأرض - 146.7 كيلو باسكال على السطح مقارنة بـ 101 كيلو باسكال عند مستوى سطح البحر على الأرض - ولكن فقط 0.14 ضرب الجاذبية (على غرار القمر).
وقال "كثافة الغلاف الجوي لتيتان أعلى من الأرض لذا فهي ممتازة للطيران في الطائرات الأخف من الجو مثل البالون". "جاذبية تيتان المنخفضة هي فائدة للمركبات الثقيلة مثل المروحيات أو الطائرات لأنها" ستزن "أقل من وزنها على الأرض."
"إن مفاهيم LTA أخف من الهواء مزدهرة ولا تحتاج إلى أي طاقة للبقاء عالياً ، لذا يمكن توجيه المزيد من الطاقة نحو أدوات العلوم والاتصالات. يجب على مفاهيم أثقل من الهواء أن تستهلك القوة للبقاء في الهواء الذي يبتعد عن العلم والاتصالات. ولكن يمكن توجيه HTA إلى الأهداف بشكل أسرع وأكثر دقة من مركبات LTA التي تنجرف في الغالب مع الرياح ".
بالون TSSM Montgolfiere:
تعود خطط استخدام بالون Montgolfiere لاستكشاف Titan إلى عام 2008 ، عندما طورت وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية مفهوم Titan Saturn System Mission (TSSM). يتكون مفهوم المهمة الرئيسية ، TSSM من ثلاثة عناصر بما في ذلك مركبة ناسا المدارية وعنصرين في الموقع من تصميم وكالة الفضاء الأوروبية - مركبة هبوط لاستكشاف بحيرات تيتان وبالون مونتغولفير لاستكشاف غلافها الجوي.
سيعتمد المدار على نظام طاقة النظائر المشعة (RPS) والدفع الكهربائي الشمسي (SEP) للوصول إلى نظام زحل. وفي طريقها إلى تيتان ، ستكون مسؤولة عن فحص الغلاف المغناطيسي لكوكب زحل ، والتحليق عبر أعمدة إنسيلادوس لتحليلها من أجل المؤشرات البيولوجية ، والتقاط صور لـ "خطوط النمر" في إنسيلادوس في المنطقة القطبية الجنوبية.
بمجرد أن يكون المدار قد حقق الإدراج المداري مع زحل ، فإنه سيفرج عن Montgolfiere خلال أول رحلة طيران تيتان. سيتم توفير التحكم في الموقف للبالون عن طريق تسخين الغاز المحيط باستخدام حرارة RPS المهدرة. ستستمر المهمة الرئيسية ما مجموعه حوالي 4 سنوات ، تتألف من جولة زحل لمدة عامين ، ومرحلة أخذ عينات تيتان الهوائية لمدة شهرين ، ومرحلة مدار تيتان لمدة 20 شهرًا.
من بين مزايا هذا المفهوم ، فإن الأمر الأكثر وضوحًا هو حقيقة أن مركبة Montgolfiere التي تعمل بواسطة RPS يمكن أن تعمل في جو تيتان لسنوات عديدة وستكون قادرة على تغيير الارتفاع بأقل استخدام للطاقة فقط. في ذلك الوقت ، كان مفهوم TSSM يتنافس مع مقترحات المهمة لأقمار يوروبا وجانيميد.
في فبراير من عام 2009 ، تم اختيار كل من TSSM ومفهوم نظام المشتري الأوروبي (EJSM) للمضي قدمًا في عملية التطوير ، ولكن تم منح EJSM الأولوية الأولى. تمت إعادة تسمية هذه المهمة ليوروبا كليبر ، ومن المقرر إطلاقها في عام 2020 (والوصول إلى أوروبا بحلول عام 2026).
بالون تيتان هيليوم:
وكشفت الأبحاث اللاحقة على بالونات مونتجوليفير أن سنوات الخدمة والحد الأدنى من إنفاق الطاقة يمكن تحقيقها أيضًا في تصميم بالون أصغر حجمًا. من خلال الجمع بين التصميم المغلف بالهيليوم ، يمكن لهذه المنصة أن تعمل في سماء تيتان لأربع مرات طالما البالونات هنا على الأرض ، وذلك بفضل معدل انتشار أبطأ بكثير.
سيكون التحكم في الارتفاع ممكنًا أيضًا بكميات متواضعة جدًا من الطاقة ، والتي يمكن توفيرها إما من خلال المضخة أو الضغط الميكانيكي. وبالتالي ، مع توفير RPS للطاقة ، من المتوقع أن تستمر المنصة لفترة أطول من تصاميم البالونات المماثلة. يمكن أيضًا إقران بالون المغلف بالهيليوم مع طائرة شراعية لإنشاء مركبة أخف من الهواء قادرة على الحركة الجانبية أيضًا.
تشمل الأمثلة على ذلك Titan Titaned Aerobot (TWA ، الموضح أدناه) ، والذي تم التحقيق فيه كجزء من برنامج NASA Phase One 2016 Research Innovation Research (SBIR). تم تطوير TWA من قِبل شركة Global Aerospace Corporation ، بالتعاون مع Northrop Grumman ، وهي عبارة عن مركبة دخول هجينة ، وبالون ، وطائرة شراعية قابلة للمناورة مع تحكم ثلاثي الأبعاد يمكن أن يلبي العديد من الأهداف العلمية.
مثل مفهوم Mongtolfiere ، سيعتمد على الحد الأدنى من الطاقة التي يوفرها RPS واحد. كما سيسمح نظام الطفو الفريد لها بالنزول والصعود دون الحاجة إلى أنظمة الدفع أو أسطح التحكم. أحد العوائق هو أنه لا يستطيع الهبوط على سطح القمر لإجراء البحوث ثم الإقلاع مرة أخرى. ومع ذلك ، فإن التصميم يسمح بالطيران على ارتفاعات منخفضة ، مما يسمح بتسليم المسابير إلى السطح.
تشمل المفاهيم الأخرى التي تم تطويرها في السنوات الأخيرة الطائرات الأثقل من الهواء ، والتي تتمحور حول تطوير المركبات الثابتة الجناحين والطائرات العمودية.
المركبات ذات الأجنحة الثابتة:
كما تم اقتراح مفاهيم للطائرات ذات الأجنحة الثابتة في الماضي لمهمة إلى تيتان. مثال بارز على ذلك هو المركبة الجوية لاستطلاع تيتان المحمول جواً والموقع الجوي (AVIATR) ، وهي مركبة جوية بدون طيار (UAV) تم اقتراحها من قبل جايسون بارنز ولورنس ليمكي في عام 2011 (من جامعة ايداهو وجامعة ميشيغان المركزية ، على التوالي).
بالاعتماد على RPS التي ستستخدم حرارة النفايات المتحللة من البلوتونيوم 238 لتشغيل توربين صغير مثبت في الخلف ، ستستفيد هذه المركبة منخفضة الطاقة من الغلاف الجوي الكثيف لتيتان والجاذبية المنخفضة لإجراء رحلة مستمرة. ستسمح إستراتيجية "التسلق ثم الانزلاق" الجديدة ، حيث سيتم إغلاق المحرك أثناء فترات الانزلاق ، أيضًا بتخزين الطاقة للاستخدام الأمثل خلال جلسات الاتصالات.
يعالج هذا عيبًا كبيرًا للمركبات ذات الأجنحة الثابتة ، وهو الحاجة إلى تقسيم القوة بين احتياجات الحفاظ على الطيران وإجراء البحث العلمي. ومع ذلك ، فإن AVIATR محدود من ناحية واحدة ، لأنه لا يمكن أن ينزل إلى السطح لإجراء تجارب علمية أو جمع عينات.
الطائرات العمودية:
أخيرًا وليس آخرًا ، هو مفهوم الطائرات العمودية. في هذه الحالة ، ستكون المنصة الهوائية كوادكوبتر ، والتي ستكون مناسبة تمامًا لجو تيتان ، ستسمح بالصعود والهبوط بسهولة ، وإجراء الدراسات على السطح. كما ستستفيد من التطورات التي حدثت في الطائرات التجارية والطائرات بدون طيار التجارية في السنوات الأخيرة.
سيتكون مفهوم المهمة هذا من مكونين. من ناحية ، هناك الطائرات العمودية - المعروفة باسم Titan Dialcraft (TAD) - التي ستعتمد على نظام بطارية قابلة لإعادة الشحن لتشغيل نفسها أثناء إجراء رحلات قصيرة المدة (حوالي ساعة في المرة الواحدة). المكون الثاني هو "Mothercraft" ، والذي سيأخذ شكل الهبوط أو البالون ، والذي سيعود TAD إليه بين الرحلات لإعادة الشحن من RPS على متن الطائرة.
يعمل مختبر الدفع النفاث التابع لناسا حاليًا على تطوير مفهوم مماثل ، يُعرف باسم "مروحية المريخ" "Scout" ، لاستخدامها على سطح المريخ - ومن المتوقع إطلاقه على متن رحلة مارس 2020. في هذه الحالة ، يستدعي التصميم دائرتين محوريتين للدوران المعاكسين ، مما يوفر أفضل نسبة دفع إلى الوزن في الغلاف الجوي الرقيق للمريخ.
تسعى إليزابيث تيرتل وزملاؤها من جون هوبكنز إيه بي إل وجامعة أيداهو (بما في ذلك جيمس بارنز) إلى اتباع مفهوم آخر للطائرات العمودية. وبدعم من وكالة ناسا وأعضاء مركز جودارد لرحلات الفضاء ، وجامعة ولاية بنسلفانيا ، وشركة هوني بي روبوتيكس ، اقترحوا مفهومًا يعرف باسم "Dragonfly".
ستعتمد مركبتهم الجوية على أربع دوارات للاستفادة من الغلاف الجوي السميك لتيتان والجاذبية المنخفضة. سيسمح تصميمها أيضًا بالحصول على عينات بسهولة وتحديد تكوين السطح في إعدادات جيولوجية متعددة. سيتم تقديم هذه النتائج في مؤتمر علوم القمر والكواكب الثامن والأربعين القادم - والذي سيعقد من 20 إلى 24 مارس في وودلاندز ، تكساس.
في حين من المرجح أن يأخذ استكشاف تيتان مقعدًا خلفيًا لاستكشاف أوروبا في العقود القادمة ، فمن المتوقع أن يتم إرسال مهمة قبل منتصف هذا القرن. لا يقتصر الأمر على أن الأهداف العلمية متشابهة إلى حد كبير في كلتا الحالتين - فرصة لاستكشاف بيئة فريدة والبحث عن حياة خارج الأرض - ولكن الفوائد ستكون قابلة للمقارنة أيضًا.
مع كل هيئة محتملة للحياة تستكشفها ، نقف لمعرفة المزيد عن كيفية بدء الحياة في نظامنا الشمسي. وحتى إذا لم نجد أي حياة في هذه العملية ، فإننا نتعلم الكثير عن تاريخ وتكوين النظام الشمسي. علاوة على ذلك ، سنقترب خطوة واحدة من فهم مكانة البشرية في الكون.
