ماموریت اکتشافی روباتیک منحصر به فرد ناسا با استفاده از یک روتور کرافت به نام Dragonfly انجام می شود. این پرنده برای یک پرواز علمی در اطراف سطح تیتان قمر زحل، در مراحل طراحی اولیه است.
به گزارش تکناک، طراحی و آزمایش روتور برای این فضاپیما و همچنین بررسی‌های اولیه طراحی (PDRs) از سوی شرکت لاکهید مارتین بر روی عناصر بخش‌های زیرسیستم Dragonfly تا فوریه 2023 انجام خواهد شد.
ماموریت
ماموریت Dragonfly که توسط آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جانز هاپکینز (APL) پیشنهاد شد، توسط ناسا به عنوان چهارمین پرواز برنامه New Frontiers در 27 ژوئن 2019 انتخاب شد.
پس از رسیدن به تیتان، Dragonfly از یک نقطه اکتشاف به نقطه اکتشاف بعدی در بخشی از قمر زحل پرواز می کند. این هواپیما از برخاستن و فرود عمودی استفاده خواهد کرد، قابلیتی که اخیراً برای اولین بار توسط روتورکرافت Ingenuity که همراه با مریخ نورد Perseverance در سال 2020 به مریخ رفت، برای اولین بار در دنیای فرازمینی آزمایش شد.
Dragonfly یک ماموریت اختر زیست شناسی را برای ارزیابی قابلیت سکونت میکروبی تیتان و مطالعه شیمی پری بیوتیک آن امکان پذیر می کند. ماهیت متحرک این ماموریت امکان نمونه برداری از سایت های متعدد از نظر زمین شناسی را فراهم می کند.
تیتان به دلیل فراوانی شیمی پیچیده غنی از کربن و این واقعیت که هیدروکربن های مایع در سطح آن وجود دارد، هدف اصلی اختر زیست شناسان است. هیدروکربن های مایع امکان تشکیل یک سوپ اولیه پری بیوتیک را دارند که یک نظریه پیشرو برای چگونگی پیدایش حیات در زمین است.
اما Dragonfly برای انجام ماموریت خود ابتدا باید ساخته شود و سپس با خیال راحت به تایتان فرستاده شود.
رسیدن به تیتان
لاکهید مارتین پیمانکار اصلی برای طراحی، ساخت و آزمایش مرحله کروز Dragonfly و همچنین سیستم‌های محافظ هوا، پوسته پشتی و آیروشل است. این سیستم ها در مراحل فرود و پرواز کروز استفاده خواهند شد.
این آیروشل (aeroshell) تا حدی از Dragonfly در برابر شرایط شدید فضای بین سیاره‌ای در طول سفر تقریباً شش و نیم ساله برنامه‌ریزی شده به سمت تیتان محافظت می‌کند.
یکی از مواردی که طراحان ماموریت در این مرحله از برنامه ریزی باید با آن مبارزه کنند این واقعیت است که وسیله پرتاب هنوز انتخاب نشده است و وسیله پرتابی که در نهایت انتخاب می شود زمان دقیق گذر از زمین به منظومه زحل را تعیین می کند.
در حالی که میتوان جدول‌های زمانی تعمیم‌یافته را برای شرکت‌های پرتاب توسط ناسا برای نیازهای ماموریت ارزیابی و ارائه کرد، مدت زمان دقیق یک سفر دریایی بین سیاره‌ای به عوامل مختلفی بستگی دارد. که از جمله میتوان به مقدار کل انرژی که وسیله نقلیه پرتاب کننده می تواند به محموله انتقال دهد و فضای بین سیاره ای بستگی دارد.
این یک سفر طولانی خواهد بود، و چالش هایی را که مأموریت های گذشته در مراحل کروز بین سیاره ای با آن مواجه بودند به ویژه آنهایی که مریخ نوردها را به مریخ رسانده اند، ایجاد خواهد کرد.
This may one day fly in the atmosphere of Titan! 🚁
A key component of the 8-rotor Dragonfly vehicle that will make that journey to Titan recently underwent testing at the Transonic Dynamics Tunnel at @NASA_Langley.
Learn more HERE>> https://t.co/56NwcgoJxl
— NASA Marshall (@NASA_Marshall) December 21, 2022
دیو بوچر، مدیر برنامه لاکهید مارتین ، در مصاحبه با NASASpaceflight گفت: یکی از چالش‌های این مأموریت این است که ما از گرمای کلی تولید شده توسط سیستم نیرو فرودگر برای گرم کردن کل فضاپیما استفاده می‌کنیم.
برای بخش گرمایش و کنترل، این گرما از فرودگر، از طریق آیروشل و تا مرحله کروز پمپ می شود و رادیاتورها و کنترل حرارتی روی صحنه کروز برای کمک به تعدیل دمای عناصر مختلف وجود دارد.
گرمای تولید شده از ژنراتور ترموالکتریک رادیو ایزوتوپی Dragonfly (RTG) در صورت عدم نیاز، می تواند توسط رادیاتورهای مرحله کروز به فضا پراکنده شود. برعکس، در صورت نیاز به حفظ گرما، رادیاتورها را می توان خاموش کرد.
یکی دیگر از عملکردهای اصلی مرحله کروز، ارتباطات دوربرد با زمین است.
مرحله کروز مجهز به آنتن‌هایی خواهد بود که توانایی ایجاد ارتباط و صحبت در فواصل عمیق فضایی که که حداقل 1.2 میلیارد کیلومتر فاصله دارند با حداقل زمان تأخیر سیگنال 66.7 دقیقه و با بیت ریت لازم ایجاد کند.
با این وجود، ارتباطات توسط خود Dragonfly کنترل می‌شود، زیرا روتورکرافت به‌عنوان مغز مأموریت حتی در مرحله کروز عمل می‌کند.
این پیشرانه همچنین امکان همراستایی دقیق با راهروی ورودی به جو تیتان را فراهم می کند. مانند ماموریت های کاوشگر مریخ از ناسا، Dragonfly یک ورود مستقیم به جو تیتان را انجام می دهد.
رسیدن به تایتان
در فاز کروز، آیروشل لاکهید مارتین از مرحله کروز جدا می‌شود و از Dragonfly و سیستم‌های فرود مختلف به محض ورود به جو تیتان محافظت می‌کند.
در حالی که طرحی مشابه با طرح‌های کاوشگر مریخ‌نورد برای Dragonfly مورد استفاده قرار می‌گیرد، ویژگی‌های ورود آن به جو تیتان با همتایان مریخی‌اش تفاوت زیادی دارد.
به گفته لاکهید مارتین، یکی از عناصر جالب از نظر برنامه ریزی EDL برای Dragonfly این است که فشار جوی تیتان تقریباً یک و نیم برابر فشار زمین است، که در مقایسه با زمین، کاملاً در تضاد با اتمسفر ناچیز مریخ است.
بوچر می گوید: آنها فضاهای کاملاً متفاوتی دارند. همچنین، گرانش روی تیتان مانند مریخ نیست. این حدود یک هشتم گرم است در حالی که مریخ حدود سه هشتم گرم است. بنابراین جاذبه کم و جو متراکم دارید.
این موضوع باعث کاهش سرعت فرود می شود حتی اگر مکانیک های ورودی، قطب های فشار، و برخی از گرمایش ها بین این دو سیاره بسیار مشابه باشد، با این وجود آنها بسیار پویا هستند، و با سرعت مافوق صوت وارد می شوند.
برای این منظور، طراحی اولیه آیروسل برای رژیم گرمایش بسیار شبیه به آنچه لاکهید مارتین در ماموریت‌های گذشته مریخ استفاده کرده است، می باشد.
بوچر خاطرنشان کرد: ما از PICA روی محافظ حرارتی و ماده فوق‌العاده سبکی در پوسته پشتی استفاده خواهیم کرد، همان چیزی های که در مأموریت‌های مریخ 2020 و MSL استفاده کردیم.
با این حال، لاکهید مارتین به دلیل جرم برنامه ریزی شده Dragonfly و اتمسفر ضخیم تر و متراکم تر مقصد، باید اجزای ساختاری آیروسل را متفاوت از مأموریت های مریخ طراحی کند.
بوچر توضیح داد: بارهای ساختاری کمی متفاوت است، و این تا حدودی به دلیل جرم محموله است. به عنوان مثال فرودگری که ما وارد می کنیم، به دلیل زاویه حمله ما به سیاره و اندازه چترها و پویایی ثابت آن هنگامی که از اتمسفر می گذرد شراط متفاوتی دارد.
اتمسفر متراکم تر در مقایسه با مریخ اجازه می دهد تا ماموریت در طول بخش ترمز هوای ورود، سرعت بیشتری را کاهش دهد. این بدان معناست که برای فرود بر روی تیتان به چترهای کوچکتری در مقایسه با چترهای مورد نیاز در مریخ نیاز است.
با این حال، جو متراکم‌تر و الزامات ویژه مأموریت برای رهاسازی Dragonfly – پس از فعال شدن روتورهای آن برای اینکه سفینه خود را در چند متر آخر خودش به سطح تیتان پرواز کند به این معنی است که آیروسل و پوسته پشتی باید فرود بسیار طولانی‌تری را در مقایسه با مأموریت‌های مریخ انجام دهند.
در مریخ، توالی EDL از ورود به اتمسفر تا فرود تقریباً هفت دقیقه طول می‌کشد. فرود بر روی تایتان برای Dragonfly بر اساس برنامه های ماموریت فعلی تقریباً 105 دقیقه طول می کشد.
بوچر گفت: ما باید در مورد دما فکر می کردیم. تیتان یک قمر برودتی است. بنابراین، برخی از بین چیزهایی که باید ارزیابی کنیم، جنبه دما بحرانی‌تر است، زیرا مدت زمان طولانی‌تری روی چتر نجات خواهیم ماند. اگر اینطور باشد، حدود یک ساعت و نیم در مقابل حدود دو دقیقه در مریخ روی چتر نجات خواهیم بود.
این عوامل ذکر شده، مطالعاتی را در مورد تأثیر محیط حرارتی بر مواد و عناصر مختلف در بخش‌های ماموریت لاکهید مارتین ضروری می‌سازد.
این مطالعات همچنین باعث اتخاذ تصمیماتی در مورد آنچه که باید عایق بندی یا گرم شود یا به طور کامل تغییر کند بر اساس محیط های حرارتی مورد انتظار در طول فرود تیتان ارائه می دهد.
وضعیت فعلی
لاکهید مارتین که در ماه فوریه وارد PDR کلی ماموریت می‌شود، زیرسیستم‌های PDR خود را برای مرحله آیروشل، پوسته پشتی و کروز تکمیل کرده است و همچنین یک PDR داخلی را برای بخش EDL ماموریت تکمیل کرده است.
فرآیند PDR تضمین می کند که تصمیمات اولیه طراحی مطابق با الزامات کلی ماموریت و ایمنی است.
با پشت سر گذاشتن آن PDR ها، تیم های لاکهید مارتین در حال حرکت به مرحله طراحی دقیق برای عناصر ساختاری مختلف هستند که باید ساخته و آزمایش شوند.
بوچر خاطرنشان کرد: ما قالب‌های طرح‌بندی را دریافت کردیم که می‌رویم و آیروشل را با آن بسازیم. آنها در ماه اکتبر وارد شدند، و ما بسیار هیجان‌زده هستیم که اولین تحویل سخت‌افزار بزرگ را داشته باشیم، زیرا آنها زمینه را برای اندازه و شکل آیروشل فراهم کردند.
ماموریت Dragonfly در حال حاضر قرار است تا ژوئن 2027 پرتاب شود تا سال 2034 به تیتان برسد.
