Il 20 dicembre 2017, la National Aeronautics and Space Administration (NASA) degli Stati Uniti ha deciso l'ulteriore direzione del suo programma chiamato New Frontiers. Thomas Tsurbuchen, capo della direzione scientifica della NASA, ha parlato dei piani dell'agenzia spaziale in una conferenza stampa. Secondo lui, la prossima stazione spaziale automatica nell'ambito del programma New Frontiers andrà su Titano (un satellite di Saturno) o sulla cometa Churyumov-Gerasimenko. A quale di questi due oggetti spaziali andrà la stazione spaziale automatica si saprà solo nel 2019.
Nel caso in cui gli specialisti della NASA optino per una cometa, l'agenzia le invierà un veicolo spaziale, che dovrà prelevare campioni dalla sua superficie, per poi inviarli sulla Terra. Questo progetto finalista si chiama CAESAR. L'obiettivo principale di questa missione è raccogliere composti organici per capire come le comete potrebbero contribuire all'origine della vita sul nostro pianeta. Vale la pena notare che la sonda Philae, portata in superficie dalla stazione europea Rosetta, è già atterrata sulla cometa Churyumov-Gerasimenko. Tuttavia, la sonda è riuscita a trasmettere solo la telemetria alla Terra, dopo di che la connessione con il dispositivo è andata persa. Alla fine di settembre 2016, la stazione di Rosetta è stata disorbita e mandata in collisione con una cometa.
Nel caso in cui la scelta della NASA sia fatta a favore di Titano, la navicella spaziale Dragonfly verrà inviata sulla sua superficie, che è già stata definita un elicottero nucleare, ma esteriormente sembrerà più un quadricottero. Dragonfly dovrà scansionare la superficie di Titano per determinare di cosa è fatto esattamente e come è disposto. Inoltre, l'elicottero spaziale dovrà rispondere alla domanda: quali sono le condizioni atmosferiche su questo satellite di Saturno. Gli specialisti dell'agenzia spaziale americana ritengono che su Titano possano esistere forme di vita extraterrestri.
Titanio in colori naturali (immagine "Cassini")
I finalisti del concorso per il miglior progetto di missione spaziale nell'ambito del programma di esplorazione del sistema solare New Frontiers sono stati due team di sviluppo, al concorso hanno preso parte un totale di 12 candidati. Entrambi i progetti sopra citati riceveranno circa $ 4 milioni all'anno per elaborare i dettagli e il concetto. Devono finalizzare i loro programmi entro luglio 2019, dopo aver studiato tutti i possibili rischi delle loro missioni, e poi presentare una proposta finale. Il progetto del vincitore sarà lanciato alla fine del 2025. Lo sviluppo di ciascuna delle missioni richiederà circa $ 850 milioni, il progetto del vincitore riceverà questo importo dalla NASA e l'agenzia coprirà anche tutti i costi di lancio della navicella vincitrice nello spazio - circa altri $ 150 milioni.
Come notano gli esperti, il "prezzo da pagare" annunciato è circa il doppio del costo delle missioni spaziali "leggere" nell'ambito di un altro programma: Discovery, nonché 2-4 volte inferiore al budget delle stazioni robotiche "ammiraglia" e dello spazio della NASA telescopi. Il budget annunciato consente di posizionare sulle sonde un set di strumenti abbastanza ampio ed esteso, nonché fonti di energia radioisotopi di lunga durata, ma in termini di capacità e durata, queste sonde saranno ancora inferiori a ammiraglie come Cassini, Galileo e Viaggiatori.
Vale la pena notare che, nell'ambito del programma New Frontiers, l'agenzia spaziale statunitense ha già completato con successo tre missioni. Quindi la sonda Juno sta studiando l'orbita di Giove, la sonda New Horizons si sta dirigendo verso Plutone e OSIRIS-REx sta volando verso l'asteroide per prelevare campioni dalla sua superficie. Secondo Thomas Zurbuchen, l'agenzia non ha ancora preso una decisione su quali veicoli di lancio verranno utilizzati per lanciare una particolare missione. Allo stesso tempo, ha espresso la fiducia che quando inizieranno i lavori per la creazione delle stazioni e delle sonde richieste, il razzo pesante SLS e i "camion pesanti" spaziali privati saranno pronti per lanciare una nuova generazione di sonde interplanetarie americane.
Elicottero nucleare su Titano - Missione DragonFly
“Titan è un corpo celeste unico con un'atmosfera densa, laghi e veri mari di idrocarburi, un ciclo di sostanze e un clima difficile. Ci aspettiamo di continuare il caso Cassini e Huygens per capire se ci sono tutti i "mattoni della vita" sulla superficie di Titano e se la vita può esistere su di essa. A differenza di altri moduli di atterraggio, la nostra "libellula" sarà in grado di volare da un luogo all'altro, spostandosi per centinaia di chilometri "- ha detto il capo della missione DragonFly Elizabeth Turtle.
Confronto tra le dimensioni della Terra, di Titano (in basso a sinistra) e della Luna
Titano è la luna più grande di Saturno e la seconda luna più grande dell'intero sistema solare (seconda solo alla luna di Giove Ganimede). Inoltre, Titano è l'unico corpo del sistema solare, ad eccezione della Terra, per il quale è stata dimostrata l'esistenza stabile di liquido sulla sua superficie, e anche l'unico satellite del pianeta che ha un'atmosfera densa. Tutto ciò rende Titano un oggetto molto attraente per varie ricerche e studi scientifici.
Il diametro di questo satellite di Saturno è di 5152 chilometri, che è il 50% più grande di quello della Luna, mentre Titano è dell'80% più grande del satellite del nostro pianeta in massa. Inoltre, Titano è più grande del pianeta Mercurio. La forza di gravità su Titano è circa un settimo di quella terrestre. La superficie del satellite è composta principalmente da ghiaccio d'acqua e materia organica sedimentaria. La pressione sulla superficie di Titano è circa 1,5 volte superiore alla pressione sulla superficie terrestre, la temperatura dell'aria in superficie è -170.. -180 gradi Celsius. Nonostante la temperatura piuttosto bassa, questo satellite viene confrontato con la Terra nelle prime fasi del suo sviluppo. Pertanto, gli scienziati non escludono la possibilità dell'esistenza delle forme di vita più semplici su Titano, in particolare nei serbatoi sotterranei esistenti, le condizioni in cui possono essere molto più confortevoli che sulla sua superficie.
Il Dragonfly, nato da un'idea degli scienziati della Johns Hopkins University, sarà un lander versatile dotato di più eliche che gli consentiranno di decollare e atterrare verticalmente. In futuro, ciò consentirà a un insolito elicottero di esplorare la superficie e l'atmosfera di Titano. “Uno dei nostri obiettivi principali è condurre ricerche su fiumi e laghi di metano. Vogliamo capire cosa sta succedendo nelle loro profondità - ha detto il capo della missione Dragonfly, Elizabeth Turtle. “In generale, il nostro compito principale è fare luce sul misterioso ambiente del satellite di Saturno, ricco di chimica organica e prebiotica. Del resto Titano oggi è una specie di laboratorio planetario, dove sarebbe possibile studiare reazioni chimiche simili a quelle che potrebbero aver causato l'origine della vita sulla Terra».
Un progetto come questo, se vincerà il concorso nel 2019, sarà molto insolito e nuovo anche per la NASA. Grazie alle sue due caratteristiche, il dispositivo Dragonfly sarà in grado di spostarsi da un luogo all'altro. Il primo è la presenza di una centrale nucleare, che gli fornirà energia per molto tempo. Il secondo è un insieme di diversi potenti motori ad elica che possono sollevare un pesante veicolo da esplorazione nell'aria densa di Titano. Tutto ciò rende il Dragonfly in qualche modo simile agli elicotteri o ai quadricotteri, con l'unica eccezione che l'elicottero nucleare spaziale sarà progettato per operare in condizioni molto più difficili che sulla Terra.
Elicottero nucleare Dragonfly sulla superficie di Titano, illustrazione della NASA
Gli esperti notano che questo drone sarà completamente alimentato con energia prodotta da un generatore termoelettrico di radioisotopi (RTG). L'atmosfera piuttosto densa e densa di Titano rende inefficace qualsiasi tecnologia per convertire l'energia solare in energia elettrica, motivo per cui l'energia nucleare diventerà la fonte di energia fondamentale per la missione. Un generatore simile è installato sul rover Curiosity. Durante la notte, un tale generatore sarà in grado di caricare completamente le batterie del drone, che aiuterà l'aereo a eseguire uno o più voli durante il giorno, con una durata totale fino a un'ora.
È noto che il toolkit Dragonfly dovrebbe includere: spettrometri gamma che saranno in grado di studiare la composizione dello strato sotto la superficie di Titano (questo dispositivo aiuterà gli scienziati a trovare prove della presenza di un oceano liquido sotto la superficie del satellite); spettrometri di massa per l'analisi della composizione isotopica di elementi leggeri (quali azoto, carbonio, zolfo e altri); sensori geofisici e meteorologici che misureranno la pressione atmosferica, la temperatura, la velocità del vento, l'attività sismica; avrà anche macchine fotografiche per scattare foto. La mobilità dell'"elicottero nucleare" gli consentirà di raccogliere rapidamente vari campioni ed eseguire le misurazioni necessarie.
In appena un'ora di volo, questo dispositivo sarà in grado di coprire una distanza da 10 a 20 chilometri. Cioè, in un solo volo, il drone DragonFly sarà in grado di coprire una distanza maggiore di quella che il rover americano Curiosity è stato in grado di fare durante i suoi 4 anni di permanenza sul pianeta rosso. E durante tutta la sua missione biennale, l'"elicottero nucleare" sarà in grado di esplorare un'area piuttosto impressionante della superficie della luna di Saturno. Grazie alla presenza di una potente centrale elettrica a bordo, i dati provenienti dal dispositivo, secondo Turtle, verranno trasmessi direttamente alla Terra.
Se il progetto vince la competizione e riceve l'approvazione finale nell'ambito del programma di esplorazione del sistema solare di New Frontiers, la missione verrà lanciata a metà del 2025. Allo stesso tempo, DragonFly arriverà su Titano solo nel 2034, dove, con uno sviluppo favorevole degli eventi, lavorerà sulla sua superficie per diversi anni.
Sulla strada per la cometa "sovietica" - la missione CAESAR
La seconda missione, che attualmente sta rivendicando la vittoria nella competizione New Frontiers, potrebbe essere la sonda CAESAR, la prima navicella spaziale della NASA a prelevare campioni di sostanze volatili e organiche dalla superficie di una cometa e poi tornare sulla Terra. “Le comete possono essere definite gli oggetti più importanti, ma allo stesso tempo meno studiati, del sistema solare. Le comete contengono quelle sostanze da cui è stata "modellata" la Terra, ed erano anche i principali fornitori di materia organica per il nostro pianeta. Cosa rende le comete diverse dagli altri corpi conosciuti nel sistema solare? L'interno delle comete contiene ancora sostanze volatili che erano presenti nel sistema solare al momento della sua nascita ", ha affermato Steve Squires, capo della missione CAESAR.
Un'istantanea della cometa Churyumov-Gerasimenko scattata il 19 settembre 2014 con la fotocamera Rosetta
Secondo il capo del dipartimento planetario della NASA Jim Green, questa missione sarà inviata su una cometa molto ben studiata, nelle vicinanze della quale è già stata visitata un'altra sonda, si tratta di una missione europea chiamata Rosetta. La cometa con l'indice 67P è chiamata "sovietica", poiché è stata scoperta dagli astronomi sovietici. È una cometa di breve periodo con un periodo orbitale di circa 6 anni e 7 mesi. La cometa Churyumov-Gerasimenko è stata scoperta in URSS il 23 ottobre 1969. È stato scoperto dall'astronomo sovietico Klim Churyumov a Kiev su lastre fotografiche di un'altra cometa - 32P / Komas Sola, che sono state scattate da Svetlana Gerasimenko nel settembre dello stesso anno all'Osservatorio Alma-Ata (la prima foto in cui la nuova cometa era visibile è stata scattata l'11 settembre 1969)). L'indice 67P indica che questa è la 67a cometa aperta di breve periodo.
È stato scoperto che la cometa Churyumov-Gerasimenko ha una struttura porosa, il 75-78% del suo volume è vuoto. Sul lato illuminato della cometa, le temperature variano da -183 a -143 gradi Celsius. Non c'è campo magnetico costante sulla cometa. Secondo le ultime stime, la sua massa è di 10 miliardi di tonnellate (l'errore di misura è stimato al 10%), il periodo di rotazione è di 12 ore 24 minuti. Nel 2014, utilizzando l'apparato di Rosetta, gli scienziati sono stati in grado di trovare molecole di 16 composti organici sulla cometa, quattro dei quali - acetone, propanale, isocianato di metile e acetamide - non erano stati precedentemente trovati sulle comete.
Secondo i rappresentanti dell'agenzia spaziale americana, la scelta della missione CAESAR, che viene inviata a una cometa ben studiata, consentirà di prendere tre piccioni con una fava: questo rende la missione più sicura, più economica e ne accelera anche il lancio. Secondo Squires, anche l'installazione di una capsula per la raccolta e il ritorno del suolo da una cometa sulla Terra avrà un ruolo. Questa capsula è stata precedentemente creata dall'agenzia spaziale giapponese per la sonda Hayabusa. “La scelta di questa capsula si spiega con il fatto che la missione CAESAR richiedeva una capsula che continuasse a trattenere i volatili della cometa in forma congelata per tutto il volo, fino a toccare la superficie terrestre. La capsula per la sonda Hayabusa ha uno scudo termico che le impedisce di riscaldarsi fino a diverse centinaia di gradi Celsius, cosa che potrebbe accadere con l'uso delle nostre tecnologie , ha osservato lo scienziato americano.
Possibile vista della sonda CAESAR, illustrazione della NASA
Secondo i piani della NASA, la sonda CAESAR dovrebbe essere dotata di un motore a ioni. Raggiungerà la superficie della cometa Churyumov-Gerasimenko in tempi relativamente brevi. Campioni della sua materia, come spera Steve Squires, potrebbero essere sulla Terra nel 2038.
