Dragonfly (вертолет на Титан)

[KBOB]

А на озеро не сядет?

вроде по-горам будет летать, атмосфера плотная, сила тяжести маленькая, вертолетный способ перемещения очень выгоден. Сказали, что он для будущих миссий будет разведывать посадочные места, может криовулкан какой найдет. Еще сказали что он будет подниматься на высоту и смотреть как изменяется состав атмосферы.

[pkl]

И ради всего этого городить вертолёт? Небольшой орбитальный аппарат отснял бы всю поверхность Титана с разрешением порядка метра. А аэростатный зонд с гондолой на длинном тросе мог бы погружать её в океаны и класть на сушу. И пролетел бы раз в 10 больше.

[KBOB]

И ради всего этого городить вертолёт? Небольшой орбитальный аппарат отснял бы всю поверхность Титана с разрешением порядка метра. А аэростатный зонд с гондолой на длинном тросе мог бы погружать её в океаны и класть на сушу. И пролетел бы раз в 10 больше.

Science Goals and Objectives for the Dragonfly Titan Rotorcraft Relocatable Lander

Основные цели миссии:

• Картографирование поверхности Титана с помощью цветных детальных снимков, при этом на фотографиях мест отбора проб грунта должны быть различимы зерна размером менее 120 микрометров.
• Изучение состава поверхностного слоя Титана как минимум в трех разных ландшафтах: дюны, окрестности ударных кратеров и области вблизи русел рек.
• Поиск как органических, так и неорганических пребиотически релевантных молекул, в том числе, аминокислот, азотистых оснований, липидов и сахаров, а также определение их концентрации в грунте и других свойств, в том числе хиральность.
• Определение содержания в грунте водяного льда.
• Определение сейсмчиеской активности Титана.
• Идентификация источников и поглотителей метана и определение их роли в метановом гидрологическом цикле Титана.
• Определение химического состава атмосферы, в частности содержание в ней неона и аргона, что позволит наложить ограничения на модели эволюции атмосферы Титана и поможет разобраться в механизмах осаждения различных веществ из атмосферы на поверхности спутника.
• Мониторинг температуры, давления, содержания водорода и метана в атмосфере, скорости и направления ветра.

Шар это другой проект - Titan Saturn System Mission только он не аэростат, а монгольфьер, тепла от РИТЕГ-ов достаточно, чтобы греть метан. Была еще самолетная миссия - AVIATR, но в ходе научных дискуссий видимо оказалось, что микробную жизнь лучше всего изучать с вертолета.

[andr59]

Инженеры НАСА в проекте Dragonfly начали испытывать роторы . Пишут:

Dec 20, 2022
Rotors for Mission to Titan Tested at Langley's Transonic Dynamics Tunnel

Роторы для полета к Титану испытаны в туннеле трансзвуковой динамики в Лэнгли

https://www.nasa.gov/feature/langley/rotors-for-mission-to-titan-tested-at-langley-s-transonic-dynamics-tunnel


Исследователи недавно испытали роторы для космического аппарата Dragonfly, который будет исследовать спутник Сатурна Титан, в туннеле трансзвуковой динамики НАСА Лэнгли.
Credits: NASA/Harlen Capen

НАСА исследует неизвестное в космосе, принося секреты нашей Солнечной системы домой, чтобы мы могли применить эту информацию на благо человечества. В этом духе НАСА будет исследовать Титан, крупнейшую луну Сатурна, чтобы помочь человечеству в поисках компонентов жизни во Вселенной.

Ключевой компонент 8-роторного аппарата Dragonfly, который отправится на Титан, недавно прошел испытания в туннеле трансзвуковой динамики - Transonic Dynamics Tunnel (TDT) в Исследовательском центре Лэнгли НАСА в Хэмптоне, штат Вирджиния.

Подобно дрону, Dragonfly будет перемещаться по плотной, богатой азотом атмосфере Титана, затем приземляться, брать пробы и исследовать различные объекты. Dragonfly будет иметь четыре пары роторов, в каждой из которых по два ротора в коаксиальной конфигурации, то есть один ротор находится над другим. Он похож на типичный наземный беспилотник, но значительно больше его, так как длина аппарата составляет более 12 футов (3,65 метра) от носа до хвоста и в самых широких местах, от кончика до кончика ротора.

Исследователи из Лэнгли и Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса (APL) провели ряд испытаний коаксиальной пары роторов в TDT для проверки компьютерных моделей. Большая испытательная секция позволила использовать полномасштабное оборудование, представляющее полет, а возможность заполнить туннель тяжелым газом позволила испытать оборудование при аэродинамических нагрузках, представляющих Титан.

Исследователи смоделировали ожидаемые условия для зависания, снижения и подъема и оценили аэродинамические нагрузки для каждого ротора при различных скоростях ветра, углах наклона вала ротора и настройках дросселя ротора. Исследователи также провели испытания с одним работающим ротором и другим неподвижным для оценки режимов отказа. Датчики и акселерометры на испытуемом изделии измеряли нагрузки и ускорения, создаваемые каждым ротором при различных скоростях ветра, ориентации и оборотах ротора. Предварительный анализ данных показывает, что прогнозы CFD относительно производительности ротора и требуемой мощности являются достоверными, а аналогичные прогнозы для работы на Титане находятся в пределах ожидаемых допусков миссии.

"Испытания на этом единственном в своем роде объекте стали важнейшим первым шагом на пути к осуществлению этой захватывающей миссии", - сказал Ричард Хейслер, руководитель испытаний в аэродинамической трубе для Dragonfly в APL, которая проектирует и строит вертолет и управляет миссией для НАСА. "Данные, собранные нами в TDT, дадут нам гораздо более четкое представление о том, как роторы Dragonfly будут работать в чужеродной атмосфере Титана".

Запуск Dragonfly запланирован на 2027 год, и он достигнет Титана к 2034 году, когда начнется его трехлетняя миссия по изучению и прояснению сложных химических процессов на экзотической луне и океаническом мире. Он был выбран в июне 2019 года в рамках программы НАСА "Новые рубежи", которая включает в себя миссию New Horizons к Плутону и поясу Койпера, Juno к Юпитеру и OSIRIS-REx к астероиду Бенну. Dragonfly возглавляет главный исследователь Элизабет Тертл - Elizabeth Turtle из APL, расположенного в Лореле, штат Мэриленд.

Джо Аткинсон
Исследовательский центр НАСА Лэнгли

[uncle_jew]

А известно, какую вероятность успеха этой миссии оценивает само НАСА? По-моему, это вообще самая безбашенная миссия за всю историю агенства. Эта штука должна сама после входа в атмосферу найти пригодное место для посадки - такого вообще никогда в истории межпланетных зондов не было, орбитального зонда у Титана, чтобы заранее выбрать место посадки, нет...

[andr59]

А известно, какую вероятность успеха этой миссии оценивает само НАСА? По-моему, это вообще самая безбашенная миссия за всю историю агенства. Эта штука должна сама после входа в атмосферу найти пригодное место для посадки - такого вообще никогда в истории межпланетных зондов не было, орбитального зонда у Титана, чтобы заранее выбрать место посадки, нет...

Вы забыли, что опыт посадки на Титан уже был - "Гюйгенс"  14 января 2005 года, и этот опыт был успешен.
Теперь они его разовьют и посадят Dragonfly в наиболее безопасное место.

[andr59]

Но! На финальной стадии посадки "Стрекозы" - " Dragonfly" :

На высоте 1,2 км (0,75 мили) спускаемый аппарат будет освобожден от парашюта для полноценного полета на поверхность. Конкретное место посадки и полет будут выполняться автономно. Это необходимо, поскольку антенна с высоким коэффициентом усиления не будет развернута во время спуска, а также потому, что связь между Землей и Титаном занимает 70-90 минут в каждую сторону[36].

https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.bf816208-63baa79f-27d767f6-74722d776562/https/en.wikipedia.org/wiki/Titan_Dragonfly_(spacecraft)

[Athlon]

А известно, какую вероятность успеха этой миссии оценивает само НАСА? По-моему, это вообще самая безбашенная миссия за всю историю агенства. Эта штука должна сама после входа в атмосферу найти пригодное место для посадки - такого вообще никогда в истории межпланетных зондов не было, орбитального зонда у Титана, чтобы заранее выбрать место посадки, нет...

Так подавляющее большинство АМС вообще никак не выбирали точное место посадки, только район с точностью плюс-минус. А там как повезет (везло не всегда). Что, имхо, куда как безбашеннее.

[Oreshek-01]

А известно, какую вероятность успеха этой миссии оценивает само НАСА? По-моему, это вообще самая безбашенная миссия за всю историю агенства. Эта штука должна сама после входа в атмосферу найти пригодное место для посадки - такого вообще никогда в истории межпланетных зондов не было, орбитального зонда у Титана, чтобы заранее выбрать место посадки, нет...

Я думаю вероятность оценивать будут только после успешной посадки. 

[Виктор Левашов]

Дирижабль для Титана лучше. Полагаю. Электрический.
На ритэгах.
Атмосфера на Титане плотная, тяжёлая, ледяная.

Дирижабль долго летать будет.
Можно и водородный.
Гореть не с чем -- кислорода нет.

[Oreshek-01]

Дирижабль для Титана лучше. Полагаю. Электрический.
На ритэгах.
Атмосфера на Титане плотная, тяжёлая, ледяная.

Дирижабль долго летать будет.
Можно и водородный.
Гореть не с чем -- кислорода нет.

Его развертывания на титанах с задержкой связи сложная садача. Скорей всего эта миссия будет возможна только во второй половине века

[telekast]

А как там на Титане с погодой? Ветерок(страшный, ессно) не порвёт дирижобель? 

[andr59]

А как там на Титане с погодой? Ветерок(страшный, ессно) не порвёт дирижобель?

Никаких новых данных о погоде и ветре на поверхности после 14 января 2005 года не появилось. Мы знаем, что тогда на месте посадки "Гюйгенса" дул ветер со скоростью 0,3 метра в сек.

Кстати, в блоге NASA JPL в 2007 году появилась интересная статья:

The Way the Wind Blows on Titan
June 01, 2007
(Source: ESA)

То, как ветер дует на Титане
01 июня 2007 г.
(Источник: ЕКА)
https://web.archive.org/web/20080522105736/http://saturn.jpl.nasa.gov/news/features/feature20070601f.cfm

Моделирование ветров, с которыми столкнулся "Гюйгенс", привело ученых-планетологов к выводу, что вся атмосфера Титана циркулирует по конвейерной ленте. Эта огромная система движущегося газа переносит теплый воздух из южного полушария к северному полюсу Титана и обратно.

Как и на любом теле с атмосферой, направление и скорость ветра, возникающего в отдельной точке, можно связать с общей циркуляцией атмосферы. Поэтому, воспроизведя ветры, с которыми столкнулся "Гюйгенс" во время спуска на парашюте на поверхность, планетологи смогли улучшить свои представления о Титане.

Поначалу все, на что они могли ориентироваться, - это поведение земной атмосферы. "Некоторые из ранних компьютерных моделей были фактически основаны на земной циркуляции", - говорит Жан-Пьер Лебретон, научный сотрудник проекта ЕКА "Гюйгенс". К этому они добавили измерения температуры атмосферы Титана, сделанные космическим аппаратом НАСА "Вояджер", и объемные свойства Титана, такие как масса планеты, скорость ее вращения, степень нагрева от Солнца и приливы, возникающие под действием гравитационного притяжения Сатурна.

Теперь у них есть профиль ветра на протяжении всего спуска через атмосферу, чтобы добавить в эту смесь - и это имеет огромное значение. Наши знания о низкоуровневой атмосферной циркуляции практически отсутствовали до полета "Гюйгенса", - говорит Тецуя Токано, Институт геофизики и метеорологии Университета Кельна, Германия, который возглавил новые усилия по моделированию атмосферной циркуляции на Титане.

Гюйгенс столкнулся с максимальной скоростью ветра примерно через десять минут после начала спуска. Скорость составила примерно 120 метров в секунду (или 432 километра в час) и была измерена на высоте около 120 километров. По мере того, как зонд опускался ниже 60 километров, скорость ветра также уменьшалась. На последних семи километрах спуска "Гюйгенс" столкнулся со скоростью ветра всего в несколько метров в секунду, что позволило ему падать почти по прямой линии. На поверхности Титана не было ничего, кроме легкого бриза со скоростью всего 0,3 метра в секунду.

Во время спуска "Гюйгенс" обнаружил, что ветры дуют в направлении вращения Титана - с запада на восток. Ветры дважды меняли направление. Первое изменение произошло на высоте шести километров, а второе - всего в 700 метрах над поверхностью.  Эти точки оказались жизненно важными для понимания общей циркуляции атмосферы Титана.

Модель Токано предполагает, что верхний разворот вызван разницей температур между севером и югом. Нижний разворот происходит на границе между верхней и нижней частью огромного циркулирующего воздушного кармана, известного как ячейка Хэдли. Эта необычайно большая "ячейка" вращающейся атмосферы циркулирует от южного полюса к северному и обратно и является основным способом, с помощью которого атмосфера Титана распределяет свое тепло.

Спойлер

На Титане южное полушарие в настоящее время обращено к Солнцу, поэтому на спутнике сейчас южное лето. Теплый южный воздух поднимается и течет в сторону более холодного северного полушария, вытесняя более холодный воздух с севера на юг. Этот более холодный воздух обладает меньшей плавучестью и, следовательно, течет на меньшей высоте.

В момент посадки "Гюйгенса", согласно модели, на Титане должно было быть теплее на 10 градусов южнее, чем на экваторе", - говорит Токано. Южное лето на Титане продлится до 2010 года, когда орбита Сатурна, управляющая движением луны, наклонит северное полушарие к Солнцу. Такая большая ячейка Хэдли возможна только на медленно вращающемся мире, таком как Титан, где один день равен 16 земным дням.

Поэтому, несмотря на то, что внешне Титан похож на Землю, введя детали ветров, с которыми столкнулся "Гюйгенс", в компьютерную модель атмосферной циркуляции луны, планетологи показали, что первое впечатление иногда бывает обманчивым. Ветровые системы на Титане не похожи на земные, хотя они управляются теми же физическими принципами.

Это хорошая новость, поскольку она дает возможность ученым-планетологам изучать совершенно новую климатологическую систему.

Примечание для редакторов

Эта статья основана на двух работах, которые будут опубликованы в специальном выпуске журнала Planetary and Space Science, посвященном результатам Гюйгенса: "Приповерхностные ветры на площадке Гюйгенса на Титане: интерпретация с помощью модели общей циркуляции", автор Т. Токано, и "Профили атмосферы Титана, полученные с помощью инженерных (температурных и ускорительных) датчиков Гюйгенса", автор Р.Д. Лоренц.

[свернуть]

Примечание. Когда пишут,  что "в настоящее время южный полюс Титана повернут туда то и туда то", то речь идет о 2005-2007 годах.

[Виктор Левашов]

Интересно.
На Титане тоже на юге тепло, на севере холодно.
Однако...

[andr59]

Интересно.
На Титане тоже на юге тепло, на севере холодно.
Однако...

Как пишут, в 2010 году Северный полюс повернулся к Солнцу и потеплело на Севере. 

[nonconvex]

А известно, какую вероятность успеха этой миссии оценивает само НАСА? По-моему, это вообще самая безбашенная миссия за всю историю агенства. Эта штука должна сама после входа в атмосферу найти пригодное место для посадки - такого вообще никогда в истории межпланетных зондов не было, орбитального зонда у Титана, чтобы заранее выбрать место посадки, нет...

Так подавляющее большинство АМС вообще никак не выбирали точное место посадки, только район с точностью плюс-минус. А там как повезет (везло не всегда). Что, имхо, куда как безбашеннее.

Это было давно, с тех пор много воды утекло. Крайние посадки на Марс аппаратов JPL были уже с автономной навигацией.

[andr59]

Это было давно, с тех пор много воды утекло. Крайние посадки на Марс аппаратов JPL были уже с автономной навигацией.

Автономная навигация  предполагает при посадке:
- сделать снимки во время спуска
- сравнить с картой сделанной с орбиты
- отклонить аппарат при необходимости

В отличии от Марса карт Титана, кроме крупномасштабных (размером с планету), нет и  не предвидится. Так что садиться будем без орбитальных карт. Только ориентируясь на снимки полученные при спуске. Пишут:

Планируется, что местом посадки винтокрылого летательного аппарата Dragonfly станет область Шангри-Ла[32], расположенная около экватора и на 700 км севернее места посадки «Гюйгенса». Dragonfly должен будет исследовать эту область посредством серии полётов (до 8 км каждый) и анализа образцов с поверхности. Затем планируется полёт в сторону кратера Селк, где в прошлом, возможно, была вода в жидком виде. Общая протяжённость полётов аппарата может превысить 175 км[32].

Пока ориентируются вот на такую карту, более подробной нет:

Шангри-Ла — обширная тёмная область в центре

[nonconvex]

Это было давно, с тех пор много воды утекло. Крайние посадки на Марс аппаратов JPL были уже с автономной навигацией.

Автономная навигация  предполагает при посадке:
- сделать снимки во время спуска
- сравнить с картой сделанной с орбиты

- отклонить аппарат при необходимости

Никто не мешает сделать карту во время спуска. У него достаточно времени, поскольку в режим вертолета он переходит сразу после отделения от капсулы, без касания поверхности. Единственный интересный нюанс тут в полной автономности принятия решения по этой карте - антенну для связи с Землей он разворачивает в посадочном положении.

[andr59]

Никто не мешает сделать карту во время спуска. У него достаточно времени, поскольку в режим вертолета он переходит сразу после отделения от капсулы, без касания поверхности. Единственный интересный нюанс тут в полной автономности принятия решения по этой карте - антенну для связи с Землей он разворачивает в посадочном положении.

Это так, но кстати и хорошая карта не гарантирует точности посадки, см. посадку Марс 2020  в феврале 21 года. SkyCrane с Perseverance перелетел выбранное место посадки на равнине Three Forks на пару км и сел в местности Seitah, потом пришлось менять программу исследований. 

[nonconvex]

SkyCrane с Perseverance перелетел выбранное место посадки на равнине Three Forks на пару км и сел в местности Seitah, потом пришлось менять программу исследований.

У ракетного крана весьма ограниченные возможности по маневру, эта же птичка может достаточно долго летать над рельефом.