Med sin täta och kolväterika atmosfär, Titan har varit föremål för intresse i många decennier. Och med framgången för Cassini-Huygens-uppdraget, som började utforska Saturnus och dess månesystem redan 2004, det finns många förslag på bordet för uppföljningsuppdrag som skulle utforska ytan på Titan och dess metanhav på större djup.

Utmaningarna som detta ger har lett till några ganska nya idéer, allt från ballonger och landare till flytande drönare och ubåtar. Men det är förslaget om en "Dragonfly" -drönare av forskare vid NASA:s JHUAPL som verkar särskilt äventyrlig. Denna åtta bladiga drönare skulle kunna vertikalt starta och landa (VTOL), gör det möjligt att utforska både atmosfären och ytan på Titan under de kommande decennierna.

Uppdragskonceptet föreslogs av ett vetenskapsteam under ledning av Elizabeth Turtle, en planetvetare från NASA:s Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHUAPL). Tillbaka i februari, konceptet presenterades vid "Planetary Science Vision 2050 Workshop" - som ägde rum vid NASA:s högkvarter i Washington, DC - och igen i slutet av mars vid den 48:e mån- och planetvetenskapliga konferensen i The Woodlands, Texas.

Ett sådant uppdrag, som Turtle förklarade för Universe Today via e -post, är både aktuellt och nödvändigt. Det skulle inte bara bygga vidare på många senaste utvecklingar inom robotutforskare (som Curiosity -rovern och Cassini -orbitern); men på Titan, det är helt enkelt ingen brist på möjligheter för vetenskaplig forskning. Som hon uttryckte det:

"Titan är en havsvärld med en unik twist, som är den rika och komplexa organiska kemin som förekommer i dess atmosfär och på dess yta. Denna kombination gör Titan till ett särskilt bra mål för att studera planetens beboelse. En av de stora frågorna om livets utveckling är hur kemiska interaktioner ledde till biologiska processer. Titan har utfört experiment i prebiotisk kemi i miljontals år - tidsskalor som är omöjliga att reproducera i laboratoriet - och resultaten av dessa experiment finns där för att samlas in. "

Deras förslag bygger delvis på tidigare Decadal -undersökningar, till exempel Campaign Strategy Working Group (CSWG) om prebiotisk kemi i det yttre solsystemet. Denna undersökning betonade att ett mobilt flygfordon (dvs ett luftskepp eller en ballong) skulle lämpa sig för att utforska Titan. Inte bara är Titan den enda kända kroppen förutom jorden som har en tät, kväverik atmosfär-fyra gånger så tät som jordens-men tyngdkraften är också ungefär 1/7 av jordens.

Dock, ballonger och luftskepp skulle inte kunna studera Titans metansjöar, som är en av de mest spännande dragningarna när det gäller forskning om prebiotisk kemi. Vad mer, ett flygfordon skulle inte kunna utföra kemisk analys på plats av ytan, ungefär som Mars Exploration Rovers (Spirit, Opportunity and Curiosity) har gjort på Mars.

Som sådan, Turtle och hennes kollegor började leta efter ett förslag som representerade det bästa från båda världarna - det vill säga en flygplattform och en landare. Detta var ursprunget till Dragonfly -konceptet.

"Flera olika metoder har övervägts för luftutforskning på plats av Titan (helikoptrar, olika typer av ballonger, flygplan), "sa sköldpaddan." Dragonfly utnyttjar den senaste utvecklingen inom flerrotorflygplan för att ge flygmobilitet åt en landare med en sofistikerad nyttolast. Eftersom Dragonfly skulle kunna resa långa sträckor - några tiotals kilometer åt gången, och upp till några hundra kilometer under uppdraget - skulle det vara möjligt att göra mätningar på flera platser med mycket olika geologiska historier. "

Initialt, Turtle och hennes kollegor - som inkluderar Ralph Lorenz (även från JHUAPL), Melissa Trainer från Goddard Space Flight Center, och Jason Barnes från University of Idaho-hade föreslagit ett uppdrag som skulle kombinera en ballong i Montgolfière-stil med en Pathfinder-liknande landare. Medan ballongen skulle utforska Titan från låg höjd, landaren skulle utforska ytan på nära håll.

Dock, vid den 48:e mån- och planetvetenskapliga konferensen, de hade gjort några justeringar av sin idé. Istället för en ballong och flera landare, de presenterade ett koncept för en "Dragonfly" qaudcopter för att genomföra både flyg- och ytstudier. Detta fyrrotorfordon, det argumenterades, skulle kunna dra nytta av Titans tjocka atmosfär och låga gravitation för att få prover och bestämma ytkompositioner i flera geologiska inställningar.

I sin senaste iteration, Dragonfly innehåller åtta rotorer (två placerade vid var och en av sina fyra hörn) för att uppnå och underhålla flygningen. Ungefär som Curiosity och kommande Mars 2020 -rovers, Dragonfly skulle drivas av en multimission radioisotop termoelektrisk generator (MMRTG). Detta system använder värmen som genereras genom att sönderfalla plutonium-238 för att generera elektricitet, och kan hålla ett robotuppdrag igång i flera år.

Denna design, säger Turtle, skulle erbjuda forskare den perfekta in-situ-plattformen för att studera Titans miljö:

"Dragonfly skulle kunna mäta kompositionsdetaljer för olika ytmaterial, vilket skulle visa hur långt organisk kemi har gått framåt i olika miljöer. Dessa mätningar kan också avslöja kemiska signaturer av vattenbaserat liv (som det på jorden) eller till och med kolvätebaserat liv, om någon var närvarande på Titan. Dragonfly skulle också studera Titans atmosfär, yta, och underyta för att förstå den aktuella geologiska aktiviteten, hur material transporteras, och möjligheten att utbyta organiskt material mellan ytan och det inre vattenhavet. "

Detta koncept innehåller många senaste tekniska framsteg, som inkluderar modern styrelektronik och framsteg inom kommersiella obemannade flygfordon (UAV) -designer. Dessutom, Dragonfly skulle göra upp med kemiskt drivna retrorockets och kunde starta mellan flygningar, vilket ger den en mycket längre livslängd.

"Och nu är den perfekta tiden, "säger Turtle, "för att vi kan bygga vidare på det vi har lärt oss från Cassini-Huygens-uppdraget för att ta nästa steg i Titan-utforskning."

För närvarande, NASAs Jet Propulsion Laboratory utvecklar ett liknande koncept. Känd som Mars -helikoptern "Scout", för användning på Mars, denna flygdrona förväntas lanseras ombord på Mars 2020 -uppdraget. I detta fall, konstruktionen kräver två koaxiala motroterande rotorer, vilket skulle ge det bästa drag-till-vikt-förhållandet i Mars tunna atmosfär.

Denna typ av VTOL -plattform kan bli grundpelaren under de kommande decennierna, överallt där långsiktiga uppdrag som involverar kroppar som har atmosfärer efterlyses. Mellan Mars och Titan, sådana flygdrönare kunde hoppa från ett område till ett annat, erhålla prover för analys på plats och kombinera ytstudier med atmosfäriska avläsningar på olika höjder för att få en mer fullständig bild av planeten.