Dragonfly es una misión planificada de la NASA para enviar un helicóptero robóticoa la superficie de Titán , la luna más grande de Saturno. Está previsto que se lance en julio de 2028 y llegue en 2034. Sería el primer avión en Titán y se pretende realizar el primer vuelo atmosférico propulsado y totalmente controlado en cualquier luna , con la intención de estudiar la química prebiótica y la habitabilidad extraterrestre . Luego utilizaría su capacidad de despegues y aterrizajes verticales ( VTOL ) para moverse entre sitios de exploración. [6] [7] [8]
Titán es único por tener una química rica en carbono abundante, compleja y diversa y una superficie dominada por agua y hielo, con un océano de agua interior, lo que lo convierte en un objetivo de alta prioridad para los estudios de astrobiología y origen de la vida . [6] La misión fue propuesta en abril de 2017 al programa Nuevas Fronteras de la NASA por el Laboratorio de Física Aplicada (APL) de Johns Hopkins , y fue seleccionada como uno de los dos finalistas (de doce propuestas) en diciembre de 2017 para refinar aún más el concepto de la misión. [9] [10] El 27 de junio de 2019, Dragonfly fue seleccionada para convertirse en la cuarta misión del programa Nuevas Fronteras. [11] [12] En abril de 2024, la misión fue confirmada y trasladada a sus etapas finales de desarrollo. [13]
Dragonfly es una misión de astrobiología a Titán para evaluar su habitabilidad microbiana y estudiar su química prebiótica en varios lugares. Dragonfly está diseñado para realizar vuelos controlados y despegues y aterrizajes verticales entre ubicaciones. La misión es involucrar vuelos a múltiples ubicaciones diferentes en la superficie, lo que permite tomar muestras de diversas regiones y contextos geológicos. [3] [14]
Titán es un objetivo atractivo para la astrobiología porque su superficie contiene abundante química compleja rica en carbono y porque en su superficie pueden aparecer tanto agua líquida (transitoria) como hidrocarburos líquidos, posiblemente formando una sopa primordial prebiótica . [15]
Un vuelo exitoso de Dragonfly lo convertiría en el segundo helicóptero en volar sobre un cuerpo celeste distinto de la Tierra, tras el éxito de Ingenuity , un helicóptero UAV de demostración tecnológica , que aterrizó en Marte con el rover Perseverance el 18 de febrero de 2021 como parte del programa Mars. Misión de 2020 y primer vuelo propulsado logrado el 19 de abril de 2021. [16] [17] [18]
La concepción inicial de Dragonfly tuvo lugar durante una cena entre los científicos Jason W. Barnes del Departamento de Física de la Universidad de Idaho (que anteriormente había hecho la propuesta de AVIATR para un avión Titán) y Ralph Lorenz del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins , y Se necesitaron 15 meses para elaborar una propuesta de misión detallada. [19] La investigadora principal es Elizabeth Turtle , científica planetaria del Laboratorio de Física Aplicada de Johns Hopkins. [14]
La misión Dragonfly se basa en varios estudios anteriores de exploración aérea móvil de Titan, incluido el estudio Titan Explorer Flagship de 2007, [20] que defendía un globo Montgolfier para la exploración regional, y AVIATR, un concepto de avión considerado para el programa Discovery. [3] Lorenz propuso en 2000 el concepto de un helicóptero de aterrizaje que volaba con energía de batería, recargado durante la noche de Titán de 8 días terrestres a partir de una fuente de energía de radioisótopos. [21] Una discusión más reciente ha incluido un helicóptero Titán de 2014. estudio de Larry Matthies, en el Jet Propulsion Laboratory , que tendría un pequeño helicóptero desplegado desde un módulo de aterrizaje o un globo. [22] Los conceptos de globo aerostático habrían utilizado el calor de un generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG). [23]
Dragonfly utilizará su vehículo multirrotor para transportar su conjunto de instrumentos a múltiples ubicaciones para realizar mediciones de la composición de la superficie, las condiciones atmosféricas y los procesos geológicos. [24]
Dragonfly y CAESAR , una misión de retorno de muestras de cometas a 67P/Churyumov–Gerasimenko , fueron los dos finalistas de la Misión 4 del programa New Frontiers, [25] [26] y el 27 de junio de 2019, la NASA seleccionó Dragonfly para su desarrollo con un plan de lanzamiento. en junio de 2027. [27] [28]
El 3 de marzo de 2023, Dragonfly pasó su revisión de diseño preliminar (PDR). [29]
En noviembre de 2023, tras la decisión de la NASA de posponer la confirmación formal de la misión debido a incertidumbres sobre la financiación, el lanzamiento se retrasó un año, con una nueva fecha de lanzamiento fijada para julio de 2028. [4]
Las misiones CAESAR y Dragonfly recibieron una financiación de 4 millones de dólares cada una hasta finales de 2018 para seguir desarrollando y madurando sus conceptos. [25] La NASA anunció la selección de Dragonfly el 27 de junio de 2019, que se espera que sea construido y lanzado en julio de 2028. [4] Dragonfly es el cuarto en la cartera New Frontiers de la NASA, una serie de investigaciones científicas planetarias dirigidas por investigadores principales que caen dentro de un límite de costos de desarrollo de aproximadamente 850 millones de dólares estadounidenses, e incluyendo los servicios de lanzamiento, la proyección de costo total es de aproximadamente mil millones de dólares estadounidenses. [30] En abril de 2024 se publicó una proyección de costos revisada, y ahora se espera que Dragonfly incurra en un costo total del ciclo de vida de 3.350 millones de dólares estadounidenses debido a los aumentos y retrasos en la cadena de suministro causados por la pandemia de COVID-19 . [31]
Titán es similar a la Tierra primitiva y puede proporcionar pistas sobre cómo pudo haber surgido la vida en la Tierra . En 2005, el módulo de aterrizaje Huygens de la Agencia Espacial Europea adquirió algunas mediciones atmosféricas y de la superficie de Titán, detectando tolinas , [32] que son una mezcla de varios tipos de hidrocarburos ( compuestos orgánicos ) en la atmósfera y en la superficie. [33] [34] Debido a que la atmósfera de Titán oscurece la superficie en muchas longitudes de onda, las composiciones específicas de los materiales de hidrocarburos sólidos en la superficie de Titán siguen siendo esencialmente desconocidas. [35] La medición de las composiciones de materiales en diferentes entornos geológicos pretende revelar hasta qué punto ha progresado la química prebiótica en entornos que proporcionan ingredientes clave conocidos para la vida , como las pirimidinas (bases utilizadas para codificar la información en el ADN ) y los aminoácidos , la construcción. bloques de proteínas . [36]
Las áreas de particular interés son los sitios donde el agua líquida extraterrestre en fusión por impacto o posibles flujos criovolcánicos pueden haber interactuado con los abundantes compuestos orgánicos. Dragonfly proporcionaría la capacidad de explorar diversos lugares para caracterizar la habitabilidad del entorno de Titán, investigar hasta dónde ha progresado la química prebiótica y buscar biofirmas indicativas de vida basada en el agua como disolvente e incluso tipos hipotéticos de bioquímica . [6]
La atmósfera contiene abundante nitrógeno y metano , y hay pruebas contundentes que indican que existe metano líquido en la superficie . La evidencia también indica la presencia de agua líquida y amoníaco debajo de la superficie, que pueden ser liberados a la superficie por actividad criovolcánica . [37]
Dragonfly está diseñado como un módulo de aterrizaje de helicópteros , muy parecido a un gran cuadricóptero con rotores dobles, conocido como octocóptero. [3] La configuración del rotor proporciona redundancia para permitir que la misión tolere la pérdida de al menos un rotor o motor. [3] Cada uno de los ocho rotores de la nave tiene 1,35 m (4,4 pies) de diámetro. [38] [39] El avión viajaría a aproximadamente 10 m/s (36 km/h; 22 mph) y ascendería a una altitud de hasta 4 km (13.000 pies). [3]
El vuelo en Titán es aerodinámicamente benigno ya que Titán tiene baja gravedad y poco viento, y su densa atmósfera permite una propulsión eficiente del rotor. [40] La fuente de energía del generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG) se ha probado en múltiples naves espaciales, y el uso extensivo de drones cuádruples en la Tierra proporciona un sistema de vuelo bien comprendido que se complementa con algoritmos para permitir acciones independientes en tiempo real. [40] La nave está diseñada para operar en un entorno de radiación espacial y en temperaturas promedio de 94 K (-179,2 ° C). [40]
La densa atmósfera de Titán y su baja gravedad significan que la potencia de vuelo para una masa determinada es un factor de aproximadamente 40 veces menor que en la Tierra. [3] La atmósfera tiene 1,45 veces la presión y aproximadamente cuatro veces la densidad de la Tierra, y la gravedad local (13,8% de la de la Tierra) hace que el vuelo sea más fácil que en la Tierra, aunque las temperaturas frías, los niveles de luz más bajos y la mayor resistencia atmosférica en la estructura del avión ser desafíos. [23]
Dragonfly debería poder volar varios kilómetros [41] , alimentado por una batería de iones de litio , que se recargará mediante un generador termoeléctrico de radioisótopos multimisión (MMRTG) durante la noche. [21] Los MMRTG convierten el calor de la desintegración natural de un radioisótopo en electricidad. [3] También se mantienen reservadas para esta misión veinticuatro unidades calentadoras de radioisótopos (RHU) . [42] El helicóptero debería poder viajar diez millas (16 km) con cada carga de batería y permanecer en el aire durante media hora cada vez. [43] El vehículo debe tener sensores para explorar nuevos objetivos científicos y luego regresar al sitio original hasta que los controladores de la misión aprueben los nuevos destinos de aterrizaje. [43] [44]
El helicóptero Dragonfly pesará aproximadamente 450 kg (990 lb) y estará empaquetado dentro de un escudo térmico de 3,7 m (12 pies) de diámetro. [3] Las muestras de regolito se obtendrán mediante dos taladros y mangueras de adquisición de muestras, uno en cada plataforma de aterrizaje, para su entrega al instrumento del espectrómetro de masas . [3]
La nave permanecerá en tierra durante las noches de Titán, que duran unos ocho días terrestres o 192 horas. [3] Las actividades durante la noche pueden incluir recolección y análisis de muestras, estudios sismológicos como el diagnóstico de la actividad de las olas en los mares de hidrocarburos del norte, [45] monitoreo meteorológico e imágenes microscópicas locales utilizando iluminadores LED como los que se vuelan en el módulo de aterrizaje Phoenix y el rover Curiosity . [3] [46] La nave está diseñada para comunicarse directamente con la Tierra con una antena de alta ganancia . [3]
El Centro de Excelencia de Investigación de Elevación Vertical de Penn State es responsable del diseño y análisis del rotor, el desarrollo del control de vuelo de los helicópteros, el desarrollo de bancos de pruebas de helicópteros a escala, el apoyo a las pruebas en tierra y la evaluación del rendimiento del vuelo. [47]
Se espera que Dragonfly se lance en julio de 2028 [48] y que tarde seis años en llegar a Titán, llegando en 2034. La nave espacial realizará un sobrevuelo de la Tierra con asistencia gravitatoria para ganar velocidad adicional en su camino hacia Titán. [49] La nave espacial sería la primera misión dedicada al sistema solar exterior que no visitará Júpiter, ya que no estará dentro de la trayectoria de vuelo. [50]
La etapa de crucero se separará de la cápsula de entrada diez minutos antes de encontrarse con la atmósfera de Titán. [43] El módulo de aterrizaje luego descendería a la superficie de Titán usando un aeroshell y una serie de dos paracaídas , mientras que la etapa de crucero gastada se quemaría en una entrada atmosférica incontrolada . Se espera que la duración de la fase de descenso sea de 105 minutos. [51] El aeroshell se deriva de la cápsula de retorno de muestras Génesis , y el escudo térmico PICA es similar al diseño de MSL y Mars 2020 y debería proteger la nave espacial durante los primeros seis minutos de su descenso. [51]
A una velocidad de Mach 1,5, se desplegará un paracaídas para reducir la velocidad de la cápsula a velocidades subsónicas. Debido a la atmósfera comparativamente espesa de Titán y su baja gravedad, la fase del paracaídas debería durar 80 minutos. [51] Un paracaídas principal más grande reemplazará el paracaídas de aterrizaje cuando la velocidad de descenso sea lo suficientemente baja. Durante los 20 minutos en la rampa principal, el módulo de aterrizaje debe estar preparado para la separación. Se eliminará el escudo térmico, se extenderán los patines de aterrizaje y se activarán sensores como el radar y el lidar . [51] A una altitud de 1,2 km (0,75 millas), el módulo de aterrizaje debe soltarse de su paracaídas para un vuelo motorizado a la superficie. El lugar de aterrizaje específico y la operación de vuelo se realizarán de forma autónoma. Esto es necesario ya que la antena de alta ganancia no se desplegaría durante el descenso y porque la comunicación entre la Tierra y Titán tarda70 a 90 minutos en cada dirección. [43]
El helicóptero Dragonfly debería aterrizar inicialmente en las dunas al sureste de la estructura de impacto de Selk, en el borde de la región oscura llamada Shangri-La . [53] [5] Está previsto explorar esta región en una serie de vuelos de hasta 8 km (5,0 millas) cada uno y adquirir muestras de áreas atractivas con una geografía diversa. Después del aterrizaje, está previsto viajar al cráter de impacto Selk, donde además de compuestos orgánicos de tolina , hay evidencia de agua líquida en el pasado. [5]
El cráter Selk es un cráter de impacto geológicamente joven de 90 km (56 millas) de diámetro, ubicado a unos 800 km (500 millas) al noroeste del módulo de aterrizaje Huygens . [54] ( 7°00′N 199°00′W / 7.0°N 199.0°W / 7.0; -199.0 ) [55] [52] Las mediciones infrarrojas y otros espectros realizados por el orbitador Cassini muestran que el terreno adyacente exhibe un brillo que sugiere diferencias en la estructura o composición térmica, posiblemente causadas por el criovulcanismo generado por el impacto: una capa de eyección fluidizada y flujos de fluido, ahora hielo de agua. [54] [56] Una región de este tipo que presenta una mezcla de compuestos orgánicos y hielo de agua es un objetivo convincente para evaluar hasta qué punto la química prebiótica puede haber progresado en la superficie. [5]
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