NASA официально утвердило проект винтокрылого аппарата Dragonfly («Стрекоза») для исследования Титана — крупнейшего спутника Сатурна. Утверждению намеченной на 2028 год межпланетной миссии предшествовали несколько лет задержек из-за пандемии и финансовых затруднений.

Источник изображения: nasa.gov

Титан, который находится на расстоянии 1,2 млрд км от Земли, является одним из наиболее сложных и привлекательных объектов исследования в Солнечной системе. У него более плотная чем на Земле атмосфера, которая состоит преимущественно из азота и содержит значительное количество метана. Последнего было бы ещё больше, чем теперешние 2,7 %, но под действием солнечных лучей он образует сложные углеводороды, которые формируют облака и выпадают дождями на поверхность — здесь есть озёра из метана, этана и других соединений. Под поверхностью луны может скрываться водный океан.

Исследовать такое место — задача непростая. В январе 2005 года до поверхности Титана добрался американский посадочный модуль «Гюйгенс» (Huygens), но полноценный исследовательский аппарат должен быть мобильным. На Луне или Марсе с этой задачей справляются колёсные роверы, но поверхность Титана больше похожа на болото, состоящее из побочных продуктов нефти. Более удачным примером является недавно завершивший свою миссию марсианский вертолёт Ingenuity — первоначально он должен был прослужить около месяца, но его работа растянулась почти на три года.

Необходимым требованиям отвечает Dragonfly. Источником энергии для аппарата выступает радиоизотопный термоэлектрический генератор, а в движение его приводят восемь алюминиево-титановых роторов — октокоптер Dragonfly предназначен для проведения геологических исследований, изучения органической химии Титана и поиска биосигнатур, хотя перспективным кандидатом на присутствие внеземной жизни спутник не считается. Перелетая с места на место, аппарат будет изучать химию местности при помощи системы обратного рассеяния и масс-спектрометра. Он также будет регистрировать местные погодные условия и сейсмические данные, что поможет больше узнать о внутренней структуре Титана.

Дальнейшие задержки отправки Dragonfly будут означать потребность в более крупных и мощных ракетах — посадка аппарата на Титан должна состояться в 2034 году.

На днях совет NASA по планетарным миссиям постановил отсрочить работы по проекту «Стрекоза» (Dragonfly). Проект предусматривал запуск к спутнику Сатурна Титану октокоптера в 2027 году для активного изучения химического состава атмосферы и пород этой землеподобной луны. Работы по проекту будут заторможены, а запуск аппарата в космос перенесён на один год.

Источник изображения: NASA

Совет пояснил, что бюджеты NASA на 2024 и 2025 годы в значительной степени не определены. Это вызывает необходимость пересмотреть планы научно-конструкторских работ. В зависимости от выделенных средств, новые планы начнут составлять будущей весной, что позволит возобновить работы по проекту уже с середины лета 2024 года.

Вынужденная задержка заставляет пересмотреть сроки отправки миссии к Титану. Так, если до этого вертолёт на спутник Сатурна планировали отправить в 2027 году, то теперь датой возможной отправки назван июль 2028 года. И это если не будет новых переносов или каких-либо технологических проблем.

Четырёхроторный восьмилопастной октокоптер «Стрекоза» будет значительно превышать размеры знаменитого марсианского вертолёта Integrity. На Титане более плотная атмосфера и ещё меньшая гравитация. Поэтому масса «Стрекозы» будет достигать 450 кг, а размерами он будет с небольшой автомобиль, тогда как масса Integrity всего 1,8 кг. Массивный октокоптер будет перелетать с места на место и изучать как состав атмосферы Титана, так и его пород на целом спектре ландшафтов.

Мир Титана в чём-то напоминает земной, хотя вместо воды на нём текут метановые реки и впадают в такие же озёра и моря, а с неба льют метановые дожди и падают метановые снежинки. В этом мире «Стрекоза» будет искать следы органики и возможную там органическую жизнь. К месту проведения работ Dragonfly сможет добраться примерно к 2037 году, если новые сроки будут соблюдены. На Титане он должен проработать не менее 2,5 земных лет. Смелый проект, но финансовая неопределённость грозит его похоронить, как произошло с массой планетарных проектов NASA в 80-е годы прошлого столетия, когда всё финансирование пошло на проект СОИ (SDI).

Инженеры NASA провели тестирование уменьшенного прототипа аппарата Dragonfly с 8 несущими винтами, предназначенного для исследований поверхности крупнейшего спутника Сатурна, Титана. При создании Dragonfly использовались технологии, а также опыт разработки и применения марсианского винтокрылого аппарата Ingenuity.

Источник изображения: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben

Для тестирования был построен прототип вполовину меньше оригинала. Полномасштабный Dragonfly по размерам сопоставим с небольшим автомобилем. Тестирование винтокрылого аппарата, о котором идёт речь, провели в июне исследователи из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса (APL) из Мэриленда в дозвуковой аэродинамической трубе 14×22 фута принадлежащего NASA Исследовательского центра Лэнгли в Хэмптоне (штат Вирджиния).

Учёные протестировали Dragonfly, сосредоточившись на двух конкретных конфигурациях полёта: спуск Dragonfly и переход к полёту с работающим двигателем после достижения Титана, а также горизонтальный полёт над поверхностью спутника.

«Мы протестировали условия в ожидаемом диапазоне полёта при различных скоростях ветра, скоростях ротора и углах полёта, чтобы оценить аэродинамические характеристики транспортного средства», — сообщила в пресс-релизе руководитель испытаний Бернадин Джулиано (Bernadine Juliano) из APL. По её словам, было выполнено более 700 прогонов, охватывающих более 4000 отдельных точек данных. «Все цели испытаний были успешно выполнены, и полученные данные помогут повысить уверенность в наших имитационных моделях на Земле, прежде чем экстраполировать их на условия Титана», — отметила Джулиано.

Благодаря более плотной атмосфере на Титане, чем на Марсе, винтокрылому Dragonfly будет летать проще, чем Ingenuity. Низкая гравитация также позволит летательному аппарату дольше оставаться в воздухе. Запуск Dragonfly запланирован на 2027 год, а к 2034 году он достигнет крупнейшего спутника Сатурна, который так же, как Земля, имеет озёра и моря.

Компания Airbus испытывает новые автоматизированные технологии, потенциально способные повысить безопасность и эффективность полётов. В рамках проекта DragonFly предусмотрены автоматическое изменение маршрута в экстренных ситуациях, а также автоматические посадки и даже выруливание на земле.

Компания тестирует новые функции, используя авиалайнеры серий A350-1000 в аэропорту Тулуза-Бланьяк, являющемся тестовой площадкой Airbus. Эксперименты проводятся филиалом Airbus UpNext, оценивающим новые технологии до того, как внедрять их в коммерческих версиях лайнеров.

Имя DragonFly (стрекоза) проект получил неслучайно. В Airbus сообщают, что базовая технология призвана имитировать возможность насекомого узнавать определённые места. Цель — использовать подобную возможность для автономного выруливания лайнера перед взлётом, самостоятельно справляться, когда члены команды не в состоянии управлять воздушным судном, и даже совершать автономные взлёты и посадки.

Тесты станут ещё одним шагом в методических разработках технологий для дальнейшего повышения работоспособности и надёжности систем. Вдохновляемый природой проект позволяет лайнеру, подобно стрекозе, «узнавать» элементы ландшафта и безопасно автономно маневрировать в окрестностях.

В ходе испытаний автономный авиалайнер Airbus действительно мог распознавать окрестности и реагировать на внешние обстоятельства, учитывая зоны полёта, условия определённой местности и погоду. С учётом вводных данных лайнер выстраивал траекторию полёта, сообщая её авиадиспетчерам и автоматизированным наземным системам.

Airbus UpNext использует данные испытаний для «подготовки следующего поколения алгоритмов на основе компьютерного зрения для совершенствования помощи при приземлении и выруливании». Это означает, что в недалёком будущем авиалайнеры могут стать намного более автоматизированными, чем сегодня.

Французский самолётостроитель активно рекламирует подготовку к полётам будущего. Airbus уже инвестировала в ряд авиационных проектов с аппаратами с вертикальными взлётом и посадкой, включая т.н. Vahana и CityAirbus. Первый представлял собой внешне похожий на яйцо eVTOL-прототип, а второй способен нести четырёх пассажиров на расстояние около 100 км. Также компания работает со стартапом Luminar, чтобы найти применение лазерным сенсорам в 3D-картографии.