Propuesta de diseño de módulo de aterrizaje para nave espacial
Titan Mare Explorer ( TiME ) es un diseño propuesto para un módulo de aterrizaje para la luna Titán de Saturno . [3] TiME es una misión a un planeta exterior de costo relativamente bajo diseñada para medir los componentes orgánicos de Titán y habría realizado la primera exploración náutica de un mar extraterrestre, analizar su naturaleza y, posiblemente, observar su costa. Como misión de clase Discovery, fue diseñada para tener un costo límite de US$425 millones, sin contar la financiación del vehículo de lanzamiento. [4] Fue propuesta a la NASA en 2009 por Proxemy Research como una misión pionera de tipo explorador, originalmente como parte del Programa Discovery de la NASA . [6] El diseño de la misión TiME llegó a la etapa finalista durante esa selección de la misión Discovery, pero no fue seleccionado, y a pesar de los intentos en el Senado de los EE. UU. no logró obtener fondos específicos en 2013. [7] También se ha propuesto un submarino Titán relacionado . [8] [9]
Finalista de la clase Discovery
TiME fue una de las tres finalistas de la misión Discovery que recibió 3 millones de dólares en mayo de 2011 para desarrollar un estudio conceptual detallado. Las otras dos misiones fueron InSight y Comet Hopper . Después de una revisión a mediados de 2012, la NASA anunció en agosto de 2012 la selección de la misión InSight a Marte. [10]
En concreto, dado que el lanzamiento se ha especificado antes de finales de 2025, la llegada de TiME habría sido a mediados de la década de 2030, durante el invierno boreal. Esto significa que los mares, cerca del polo norte de Titán, están a oscuras y la comunicación directa con la Tierra es imposible. [11]
El estudio decenal del sistema solar también consideró misiones para aterrizar en lagos o mares de Titán. Además, la misión insignia Titán Saturno System Mission , que se propuso en 2009 para su lanzamiento en la década de 2020, incluía un módulo de aterrizaje en lagos de corta duración alimentado por baterías. [6] [12] Las oportunidades de lanzamiento son transitorias; la próxima oportunidad es en 2023-2024, la última oportunidad en esta generación. [13]
Historia
El descubrimiento el 22 de julio de 2006 de lagos y mares en el hemisferio norte de Titán confirmó la hipótesis de que existen hidrocarburos líquidos en él. [14] Además, observaciones previas de tormentas en el polo sur y nuevas observaciones de tormentas en la región ecuatorial proporcionan evidencia de procesos activos de generación de metano , posiblemente características criovolcánicas del interior de Titán. [12]
La mayor parte de Titán pasa siglos sin ver lluvia, pero se espera que las precipitaciones sean mucho más frecuentes en los polos. [1]
Se cree que el ciclo del metano de Titán es análogo al ciclo hidrológico de la Tierra , con un fluido de trabajo meteorológico existente en forma de lluvia, nubes, ríos y lagos. [14] TiME discerniría directamente el ciclo del metano de Titán y ayudaría a comprender sus similitudes y diferencias con el ciclo hidrológico de la Tierra. [1] [12] Si la NASA hubiera seleccionado a TiME, Ellen Stofan , miembro del equipo de radar de Cassini y actual científica jefe de la NASA , lideraría la misión como investigadora principal, mientras que el Laboratorio de Física Aplicada (APL) administraría la misión. [15] Lockheed Martin construiría la cápsula TiME, con instrumentos científicos proporcionados por APL, Goddard Space Flight Center y Malin Space Science Systems .
El lanzamiento de TiME se habría realizado con un cohete Atlas V 411 durante 2016 y llegaría a Titán en 2023. El lago objetivo es Ligeia Mare (78°N, 250°W). [1] Es uno de los lagos más grandes de Titán identificados hasta la fecha, con una superficie de aproximadamente ~100.000 km 2 . El objetivo de respaldo es Kraken Mare . [3] [12]
Objetivos científicos
La Titan Mare Explorer se embarcaría en un crucero interplanetario sencillo de siete años sin sobrevuelos científicos. Se realizarían algunas mediciones científicas durante la entrada y el descenso, pero las transmisiones de datos comenzarían solo después del amerizaje . Los objetivos científicos de la misión son: [3] [12]
Determinar la química de un mar de Titán. Instrumentos : Espectrómetro de masas (MS), paquete de meteorología y propiedades físicas (MP3).
Determinar la profundidad del mar de Titán. Instrumento : Paquete de meteorología y propiedades físicas (Sonar) (MP3).
Restringir los procesos marinos en Titán. Instrumento : Paquete de meteorología y propiedades físicas (MP3), cámaras de descenso y de superficie.
Determinar cómo varía la meteorología local sobre el mar en escalas de tiempo diurnas. Instrumento : Paquete de meteorología y propiedades físicas (MP3), cámaras.
Caracterizar la atmósfera sobre el mar. Instrumento : Paquete de meteorología y propiedades físicas (MP3), cámaras.
Malin Space Science Systems , que construye y opera sistemas de cámaras para naves espaciales, firmó un contrato de desarrollo temprano con la NASA para realizar estudios de diseño preliminares. [16] Habría dos cámaras. Una tomaría fotografías durante el descenso a la superficie de Ligeia Mare y la otra tomaría fotografías después del aterrizaje. [16]
El Laboratorio de Física Aplicada construiría un paquete de meteorología y propiedades físicas (MP3) [17] . Este paquete de instrumentos mediría la velocidad y dirección del viento, la humedad del metano, la presión y la temperatura por encima de la "línea de flotación", y la turbidez, la temperatura del mar, la velocidad del sonido y las propiedades dieléctricas por debajo de la superficie. Un sonar mediría la profundidad del mar. Se realizaron simulaciones de propagación acústica y se probaron los transductores del sonar a temperaturas de nitrógeno líquido para caracterizar su rendimiento en las condiciones de Titán. [18]
Fuente de poder
Titán frente a Dione y Saturno
La espesa atmósfera de Titán y la débil luz solar a la distancia de Titán del Sol descartan el uso de paneles solares . [19] [20] Si hubiera sido seleccionado por la NASA, el módulo de aterrizaje TiME habría sido el vuelo de prueba del Generador de Radioisótopos Stirling Avanzado (ASRG), [6] que es un prototipo destinado a proporcionar disponibilidad de fuentes de alimentación de larga duración para redes aterrizadas y otras misiones planetarias. Para esta misión, se utilizaría en dos entornos: espacio profundo y atmósfera no terrestre. El ASRG es un sistema de energía de radioisótopos que utiliza tecnología de conversión de energía Stirling y se espera que genere 140-160 W de energía eléctrica; eso es cuatro veces más eficiente que los RTG actualmente en uso. Su masa es de 28 kg y tendrá una vida útil nominal de 14 años. [3] Aunque continúa la investigación del ASRG, [21] la NASA ha cancelado desde entonces el contrato con Lockheed que habría preparado un ASRG para un lanzamiento en 2016, y ha decidido confiar en los sistemas de energía de radioisótopos MMRTG existentes para sondas de largo alcance. [22] [23]
La cápsula no necesitaría propulsión: se espera que el viento y las posibles corrientes de marea empujen esta boyante nave por el mar durante meses. [5]
Comunicaciones
El vehículo se habría comunicado directamente con la Tierra y, en principio, podría ser posible mantener un contacto intermitente durante varios años después de su llegada: la Tierra finalmente se situará bajo el horizonte visto desde Ligeia en 2026. [24] No tendrá una línea de visión hacia la Tierra para transmitir más datos hasta 2035. [25]
Condiciones de la superficie
Los modelos sugirieron que las olas en Ligeia Mare normalmente no superan los 0,2 metros (0,66 pies) durante la temporada prevista de la misión TiME y ocasionalmente podrían alcanzar poco más de 0,5 metros (1,6 pies) en el transcurso de unos pocos meses. [26] Se realizaron simulaciones para evaluar la respuesta de la cápsula a las olas y el posible encallamiento en la orilla. [27] Se espera que la cápsula se desplace en la superficie del mar a 0,1 m/s, empujada por corrientes y viento con velocidades típicas de 0,5 m/s, y sin superar los 1,3 m/s (4,2 pies/segundo). [24] La sonda no estaría equipada con propulsión y, aunque su movimiento no se puede controlar, el conocimiento de sus ubicaciones sucesivas podría usarse para optimizar el retorno científico, como la profundidad del lago, las variaciones de temperatura y las imágenes de la costa. Algunas técnicas de ubicación propuestas son la medición del desplazamiento Doppler , la medición de la altura del Sol y la interferometría de línea de base muy larga . [24]
Habitabilidad potencial
La posibilidad de descubrir una forma de vida con una bioquímica diferente a la de la Tierra ha llevado a algunos investigadores a considerar a Titán como el mundo más importante en el que buscar vida extraterrestre . [28] Algunos científicos plantean la hipótesis de que si la química de los hidrocarburos en Titán cruzara el umbral de la materia inanimada a alguna forma de vida, sería difícil de detectar. [28] Además, debido a que Titán es tan frío, la cantidad de energía disponible para construir estructuras bioquímicas complejas es limitada, y cualquier vida basada en el agua se congelaría sin una fuente de calor. [28] Sin embargo, algunos científicos han sugerido que formas de vida hipotéticas podrían existir en un disolvente basado en metano . [29] [30]
Ellen Stofan, investigadora principal de TiME, cree que la vida tal como la conocemos no es viable en los mares de Titán, pero afirmó que "habrá química en los mares que puede darnos una idea de cómo los sistemas orgánicos progresan hacia la vida". [31]
Conceptos de misión similares
Aunque actualmente no hay ninguna misión de aterrizaje financiada para explorar los lagos de Titán, el interés científico está creciendo . [32] Un investigador de la NASA ha propuesto que si se lanzara TiME, una misión lógica de seguimiento sería un sumergible en lagos llamado Titan Submarine . [8] [9] [32] [33]
Un módulo de aterrizaje alimentado por batería fue considerado como un elemento del estudio insignia de la Misión del Sistema Titán Saturno (TSSM), utilizando un orbitador Saturno como relé. Varias variantes de módulos de aterrizaje alimentados por batería fueron consideradas brevemente en la Encuesta Decenal de Ciencia Planetaria de la NASA de 2010. [34]
En la reunión de la EPSC de 2012 en Europa se sugirió la creación de una cápsula lacustre, denominada Titan Lake In-situ Sampling Propelled Explorer (TALISE). [35] [36] La principal diferencia sería un sistema de propulsión, que posiblemente utilizaría tornillos de Arquímedes para funcionar en entornos fangosos y líquidos. Sin embargo, este esfuerzo fue solo un breve estudio conceptual.
Lectura adicional
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