Am 20. Dezember 2017 hat die US-amerikanische National Aeronautics and Space Administration (NASA) die weitere Ausrichtung ihres Programms New Frontiers beschlossen. Thomas Tsurbuchen, Leiter des Science Directorate der NASA, sprach auf einer Pressekonferenz über die Pläne der Raumfahrtbehörde. Ihm zufolge wird die nächste automatische Raumstation im Rahmen des New Frontiers-Programms entweder zum Titan (einem Saturn-Satelliten) oder zum Kometen Churyumov-Gerasimenko gehen. Zu welchem dieser beiden Weltraumobjekte die automatische Raumstation gehen wird, wird erst 2019 bekannt.
Für den Fall, dass sich NASA-Spezialisten für einen Kometen entscheiden, schickt die Agentur ihm ein Raumfahrzeug, das Proben von seiner Oberfläche entnehmen und dann zur Erde schicken muss. Dieses Finalistenprojekt heißt CAESAR. Das Hauptziel dieser Mission ist es, organische Verbindungen zu sammeln, um zu verstehen, wie Kometen zur Entstehung des Lebens auf unserem Planeten beitragen könnten. Es ist erwähnenswert, dass die Sonde Philae, die von der europäischen Station Rosetta an ihre Oberfläche gebracht wurde, bereits auf dem Kometen Churyumov-Gerasimenko gelandet ist. Es gelang der Sonde jedoch, nur Telemetrie zur Erde zu übertragen, wonach die Verbindung mit dem Gerät verloren ging. Ende September 2016 wurde die Station Rosetta deorbitiert und zur Kollision mit einem Kometen geschickt.
Für den Fall, dass die NASA sich für Titan entscheidet, wird die Raumsonde Dragonfly auf ihre Oberfläche geschickt, die bereits als Nuklearhubschrauber bezeichnet wurde, aber äußerlich eher wie ein Quadrocopter aussieht. Dragonfly muss die Oberfläche von Titan scannen, um festzustellen, woraus es genau besteht und wie es angeordnet ist. Außerdem muss der Weltraumhubschrauber die Frage beantworten: Wie sind die atmosphärischen Bedingungen auf diesem Saturn-Satelliten? Spezialisten der amerikanischen Raumfahrtbehörde glauben, dass auf Titan außerirdische Lebensformen existieren könnten.
Titan in Naturfarben (Bild "Cassini")
Finalisten des Wettbewerbs um das beste Weltraummissionsprojekt im Rahmen des New Frontiers Solar System Explorationsprogramms waren zwei Entwicklungsteams, insgesamt nahmen 12 Kandidaten an dem Wettbewerb teil. Beide oben besprochenen Projekte erhalten ca. 4 Millionen US-Dollar pro Jahr, um die Details und das Konzept auszuarbeiten. Sie müssen ihre Programme bis Juli 2019 abschließen, nachdem sie alle möglichen Risiken ihrer Missionen untersucht haben, und dann einen endgültigen Vorschlag vorlegen. Das Gewinnerprojekt wird Ende 2025 an den Start gehen. Die Entwicklung jeder der Missionen wird ungefähr 850 Millionen US-Dollar erfordern, das Projekt des Gewinners erhält diesen Betrag von der NASA, und die Agentur wird auch alle Kosten für den Start des siegreichen Raumschiffs in den Weltraum übernehmen - ungefähr weitere 150 Millionen US-Dollar.
Wie Experten anmerken, ist der angekündigte "Preis" ungefähr das Doppelte der Kosten für "leichte" Weltraummissionen im Rahmen eines anderen Programms - Discovery sowie 2-4 Mal weniger als das Budget von "Flaggschiff" -Roboterstationen und NASA-Weltraum Teleskope. Das angekündigte Budget ermöglicht es, auf den Sonden einen ziemlich großen und umfangreichen Satz von Instrumenten sowie langlebige Radioisotopen-Stromquellen zu platzieren, aber in Bezug auf ihre Fähigkeiten und Lebensdauer werden diese Sonden Flaggschiffen wie Cassini, Galileo und immer noch unterlegen sein Reisende.
Bemerkenswert ist, dass die US-Raumfahrtbehörde im Rahmen des New Frontiers-Programms bereits drei erfolgreiche Missionen abgeschlossen hat. So untersucht die Sonde Juno die Umlaufbahn des Jupiter, die Raumsonde New Horizons steuert derzeit auf Pluto zu und OSIRIS-REx fliegt zum Asteroiden, um Proben von seiner Oberfläche zu entnehmen. Die Agentur hat laut Thomas Zurbuchen noch keine Entscheidung getroffen, mit welchen Trägerraketen eine bestimmte Mission gestartet wird. Gleichzeitig zeigte er sich zuversichtlich, dass zu dem Zeitpunkt, zu dem die Arbeiten an der Schaffung der erforderlichen Stationen und Sonden beginnen, die schwere Rakete SLS sowie die "schweren Lastwagen" im privaten Weltraum bereit sein werden, um eine neue Generation interplanetarer amerikanischer Sonden zu starten.
Nuklearer Helikopter auf Titan - DragonFly-Mission
„Titan ist ein einzigartiger Himmelskörper mit dichter Atmosphäre, Seen und echten Kohlenwasserstoffmeeren, einem Stoffkreislauf und einem schwierigen Klima. Wir erwarten, den Fall Cassini und Huygens fortzusetzen, um zu verstehen, ob es auf der Oberfläche von Titan alle "Steine des Lebens" gibt und ob darauf Leben existieren kann. Im Gegensatz zu anderen Landemodulen kann unsere "Libelle" von Ort zu Ort fliegen und Hunderte von Kilometern zurücklegen ", sagte die Leiterin der DragonFly-Mission Elizabeth Turtle.
Größenvergleich von Erde, Titan (unten links) und Mond
Titan ist der größte Saturnmond und der zweitgrößte Mond im gesamten Sonnensystem (nach dem Jupitermond Ganymed). Außerdem ist Titan mit Ausnahme der Erde der einzige Körper im Sonnensystem, für den die stabile Existenz von Flüssigkeit auf seiner Oberfläche nachgewiesen wurde, und auch der einzige Satellit des Planeten, der eine dichte Atmosphäre hat. All dies macht Titan zu einem sehr attraktiven Objekt für verschiedene wissenschaftliche Forschungen und Studien.
Der Durchmesser dieses Saturn-Satelliten beträgt 5152 Kilometer, was 50% größer ist als der des Mondes, während Titan in der Masse 80% größer ist als der Satellit unseres Planeten. Außerdem ist Titan größer als der Planet Merkur. Die Schwerkraft auf Titan beträgt etwa ein Siebtel der Schwerkraft der Erde. Die Oberfläche des Satelliten besteht hauptsächlich aus Wassereis und sedimentären organischen Stoffen. Der Druck an der Titanoberfläche ist ca. 1,5 mal höher als der Druck an der Erdoberfläche, die Lufttemperatur an der Oberfläche beträgt -170.. -180 Grad Celsius. Trotz der eher niedrigen Temperatur wird dieser Satellit in den frühen Stadien seiner Entwicklung mit der Erde verglichen. Daher schließen Wissenschaftler die Möglichkeit der Existenz der einfachsten Lebensformen auf Titan nicht aus, insbesondere in den bestehenden unterirdischen Reservoirs, deren Bedingungen viel angenehmer sein können als auf seiner Oberfläche.
Die Dragonfly, die von Wissenschaftlern der Johns Hopkins University entwickelt wurde, wird ein vielseitiger Lander sein, der mit mehreren Propellern ausgestattet ist, die es ihm ermöglichen, vertikal zu starten und zu landen. Damit soll in Zukunft ein ungewöhnlicher Helikopter die Oberfläche und Atmosphäre von Titan erkunden können. „Eines unserer Hauptziele ist die Erforschung von Methanflüssen und -seen. Wir wollen verstehen, was in ihren Tiefen vor sich geht “, sagte die Leiterin der Dragonfly-Mission, Elizabeth Turtle. „Im Allgemeinen besteht unsere Hauptaufgabe darin, Licht in die mysteriöse Umgebung des Saturn-Satelliten zu bringen, die reich an organischer und präbiotischer Chemie ist. Schließlich ist Titan heute eine Art planetarisches Labor, in dem es möglich wäre, chemische Reaktionen ähnlich denen zu untersuchen, die den Ursprung des Lebens auf der Erde hätten verursachen können."
Ein Projekt wie dieses wird, wenn es den Wettbewerb 2019 gewinnt, selbst für die NASA sehr ungewöhnlich und neu sein. Dank seiner zwei Funktionen kann sich das Dragonfly-Gerät von Ort zu Ort bewegen. Der erste ist das Vorhandensein eines Kernkraftwerks, das es sehr lange mit Energie versorgen wird. Der zweite besteht aus mehreren leistungsstarken Propellermotoren, die ein schweres Erkundungsfahrzeug in die dichte Luft des Titans heben können. All dies macht den Dragonfly Hubschraubern oder Quadcoptern ähnlich, mit der einzigen Ausnahme, dass der Weltraum-Atomhubschrauber für den Betrieb unter viel härteren Bedingungen als auf der Erde ausgelegt ist.
Nuklearhubschrauber Dragonfly auf der Oberfläche von Titan, NASA-Illustration
Experten weisen darauf hin, dass diese Drohne vollständig mit Energie versorgt wird, die von einem thermoelektrischen Radioisotop-Generator (RTG) erzeugt wird. Die recht dichte und dichte Atmosphäre von Titan macht jegliche Technologien zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie wirkungslos, weshalb Kernenergie die grundlegende Energiequelle für die Mission werden wird. Ein ähnlicher Generator ist auf dem Curiosity-Rover installiert. In der Nacht kann ein solcher Generator die Batterien der Drohne vollständig aufladen, wodurch das Flugzeug tagsüber einen oder mehrere Flüge mit einer Gesamtdauer von bis zu einer Stunde durchführen kann.
Es ist bekannt, dass das Dragonfly-Toolkit Folgendes umfassen soll: Gammaspektrometer, die die Zusammensetzung der unterirdischen Schicht von Titan untersuchen können (dieses Gerät wird Wissenschaftlern helfen, Beweise für das Vorhandensein eines flüssigen Ozeans unter der Oberfläche des Satelliten zu finden); Massenspektrometer zur Analyse der Isotopenzusammensetzung leichter Elemente (wie Stickstoff, Kohlenstoff, Schwefel und andere); geophysikalische und meteorologische Sensoren, die atmosphärischen Druck, Temperatur, Windgeschwindigkeit, seismische Aktivität messen; er wird auch Kameras zum Fotografieren haben. Die Mobilität des "Atomhubschraubers" ermöglicht es ihm, schnell verschiedene Proben zu sammeln und die erforderlichen Messungen durchzuführen.
In nur einer Flugstunde soll dieses Gerät eine Distanz von 10 bis 20 Kilometern zurücklegen. Das heißt, in nur einem Flug wird die DragonFly-Drohne in der Lage sein, eine größere Entfernung zurückzulegen, als es der amerikanische Curiosity-Rover während seines 4-jährigen Aufenthalts auf dem roten Planeten schaffte. Und während seiner gesamten zweijährigen Mission wird der "Atomhubschrauber" einen ziemlich beeindruckenden Bereich der Oberfläche des Saturnmondes erkunden können. Dank eines leistungsstarken Kraftwerks an Bord werden die Daten des Geräts laut Turtle direkt zur Erde übertragen.
Wenn das Projekt den Wettbewerb gewinnt und die endgültige Genehmigung im Rahmen des New Frontiers Solar System Exploration Program erhält, wird die Mission Mitte 2025 starten. Gleichzeitig wird DragonFly erst 2034 auf Titan eintreffen, wo es bei einer günstigen Entwicklung der Ereignisse mehrere Jahre auf seiner Oberfläche arbeiten wird.
Auf dem Weg zum "sowjetischen" Kometen - die CAESAR-Mission
Die zweite Mission, die derzeit den Sieg im New Frontiers-Wettbewerb erringt, könnte die CAESAR-Sonde sein - die erste NASA-Raumsonde, die Proben von flüchtigen und organischen Stoffen von der Oberfläche eines Kometen entnimmt und dann zur Erde zurückkehrt. „Kometen können als die wichtigsten, aber gleichzeitig am wenigsten untersuchten Objekte des Sonnensystems bezeichnet werden. Kometen enthalten jene Stoffe, aus denen die Erde „geformt“wurde, und sie waren auch die Hauptlieferanten organischer Stoffe für unseren Planeten. Was unterscheidet Kometen von anderen bekannten Körpern im Sonnensystem? Das Innere von Kometen enthält immer noch flüchtige Stoffe, die zum Zeitpunkt seiner Geburt im Sonnensystem vorhanden waren “, sagte Steve Squires, Leiter der CAESAR-Mission.
Eine Momentaufnahme des Kometen Churyumov-Gerasimenko, aufgenommen am 19. September 2014 mit der Rosetta-Kamera
Nach Angaben des Leiters der NASA-Planetenabteilung Jim Green wird diese Mission zu einem sehr gut untersuchten Kometen geschickt, in dessen Nähe bereits eine andere Sonde aufgetaucht ist, wir sprechen von einer europäischen Mission namens Rosetta. Der Komet mit dem Index 67P wird "Sowjet" genannt, da er von sowjetischen Astronomen entdeckt wurde. Er ist ein kurzperiodischer Komet mit einer Umlaufzeit von etwa 6 Jahren und 7 Monaten. Der Komet Churyumov-Gerasimenko wurde am 23. Oktober 1969 in der UdSSR entdeckt. Es wurde vom sowjetischen Astronomen Klim Churyumov in Kiew auf Fotoplatten eines anderen Kometen entdeckt - 32P / Komas Sola, die von Svetlana Gerasimenko im September desselben Jahres am Alma-Ata-Observatorium aufgenommen wurden (das erste Bild, in dem der neue Komet sichtbar war, wurde am 11. September 1969 aufgenommen)). Index 67P bedeutet, dass dies der 67. kurzperiodische offene Komet ist.
Es wurde festgestellt, dass der Komet Churyumov-Gerasimenko eine poröse Struktur hat, 75-78% seines Volumens sind leer. Auf der beleuchteten Seite des Kometen liegen die Temperaturen zwischen -183 und -143 Grad Celsius. Auf dem Kometen gibt es kein konstantes Magnetfeld. Nach neuesten Schätzungen beträgt seine Masse 10 Milliarden Tonnen (der Messfehler wird auf 10% geschätzt), die Rotationsdauer beträgt 12 Stunden 24 Minuten. Im Jahr 2014 konnten Wissenschaftler mit der Rosetta-Apparatur Moleküle von 16 organischen Verbindungen auf dem Kometen finden, von denen vier – Aceton, Propanal, Methylisocyanat und Acetamid – zuvor noch nicht auf Kometen gefunden wurden.
Laut Vertretern der amerikanischen Weltraumbehörde wird die Wahl der CAESAR-Mission, die zu einem gut untersuchten Kometen geschickt wird, es ermöglichen, drei Fliegen mit einer Klappe zu schlagen - dies macht die Mission sicherer, billiger und beschleunigt auch ihren Start. Laut Squires wird auch die Installation einer Kapsel zum Sammeln und Rückführen von Erde von einem Kometen zur Erde eine Rolle spielen. Diese Kapsel wurde zuvor von der japanischen Raumfahrtbehörde für die Hayabusa-Sonde erstellt. „Die Wahl dieser Kapsel erklärt sich aus der Tatsache, dass die CAESAR-Mission eine Kapsel benötigte, die während des gesamten Fluges bis zur Berührung der Erdoberfläche flüchtige Stoffe vom Kometen in gefrorener Form hält. Die Kapsel für die Hayabusa-Sonde verfügt über einen Hitzeschild, der verhindert, dass sie sich auf mehrere hundert Grad Celsius erwärmt, was beim Einsatz unserer Technologien passieren könnte “, bemerkte der amerikanische Wissenschaftler.
Mögliche Ansicht der CAESAR-Sonde, Illustration der NASA
Nach den Plänen der NASA soll die CAESAR-Sonde mit einem Ionentriebwerk ausgestattet werden. Es wird relativ schnell die Oberfläche des Kometen Churyumov-Gerasimenko erreichen. Proben seiner Materie könnten, wie Steve Squires hofft, im Jahr 2038 auf der Erde sein.
