NASA планирует отправить мини-роботов для исследования пещер Титана
NASA выделило финансирование на разработку небольших летающих роботов, предназначенных для исследования возможных пещер и карстовых районов Титана — крупнейшего спутника Сатурна. Вместо колёс или винтов аппараты предполагается оснастить электрогидродинамической, или ионной, двигательной системой, рассчитанной на работу в экстремально холодной атмосфере спутника.
Проект получил название SPARK — Solid-state Propulsion for Autonomous Reconnaissance of Karst, что можно перевести как «твердотельная двигательная система для автономной разведки карста».
Титан считается одной из наиболее интересных целей для изучения в Солнечной системе. Это единственное известное небесное тело, помимо Земли, на поверхности которого стабильно существуют жидкие водоёмы. Однако вместо воды здесь текут и скапливаются жидкие углеводороды — главным образом метан и этан.
На поверхности Титана обнаружены реки, озёра и моря, а также области, напоминающие карстовый рельеф. Жидкие углеводороды могут постепенно размывать и растворять поверхностные материалы, формируя провалы, впадины и, возможно, подземные полости.
Почему для исследования пещер нужны летающие роботы
Обычные планетоходы плохо подходят для исследования подобного рельефа. Они могут столкнуться с крутыми склонами, провалами и участками, куда невозможно добраться по поверхности.
Поэтому команда под руководством Дэниела Дрю из Гавайского университета предлагает использовать небольшие аэроботы, которые сможет доставить в район исследований более крупный космический аппарат. После этого мини-роботы смогут проникать в пещеры и перемещаться внутри них самостоятельно.
Главная особенность SPARK заключается в способе движения. Аппараты предполагается оснастить электрогидродинамическими двигателями, которые также называют атмосферными ионными двигателями.
Такая система создаёт электрическое поле, ускоряющее заряженные частицы газа в атмосфере. В результате возникает поток газа и тяга, позволяющая аппарату перемещаться без традиционных вращающихся винтов.
Экстремальный холод Титана может стать преимуществом
На Земле подобная технология пока значительно уступает обычным винтовым летательным аппаратам по эффективности. Однако условия Титана могут оказаться гораздо более подходящими для электрогидродинамической тяги.
Плотная атмосфера спутника, состоящая преимущественно из азота, должна облегчать создание заряженных частиц, необходимых для работы такой двигательной системы. По оценке разработчиков, в условиях Титана эффективность электрогидродинамической тяги может быть более чем в 100 раз выше, чем при использовании аналогичной системы в земной атмосфере.
Кроме того, в конструкции SPARK предполагается использовать твердотельные двигатели без движущихся механических частей. Это особенно важно из-за крайне низкой температуры на Титане, где обычные механизмы могут замерзать или заклинивать.
Отсутствие роторов может также уменьшить необходимость в постоянном подогреве аппарата. Кроме того, электрогидродинамическая тяга создаёт значительно меньший поток воздуха вниз, чем винтовая система, что важно при исследовании поверхностей и отложений, представляющих научный интерес.
Проект пока находится на ранней стадии
Сейчас SPARK получил финансирование первой фазы, рассчитанной примерно на девять месяцев. В течение этого времени исследователи будут проводить компьютерное моделирование и тепловые испытания, чтобы определить, сможет ли такая система работать в условиях Титана.
В случае продолжения проекта вторая фаза разработки может занять около двух лет.
Пока неизвестно, смогут ли мини-роботы войти в состав миссии Dragonfly, запуск которой в настоящее время планируется на 2028 год. Dragonfly должен доставить на Титан аппарат с винтовой схемой полёта, способный перемещаться между различными районами спутника.
Если концепция SPARK подтвердит свою работоспособность, будущие миссии смогут использовать небольшие летающие аппараты для исследования мест, недоступных для обычных планетоходов и более крупных летательных аппаратов, включая возможные подземные полости и сложные карстовые структуры Титана.