Forskare från Penn State Department of Aerospace Engineering ingår i ett team som leds av Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) vars förslag till en revolutionerande rotorfarkost för att undersöka Saturnus största måne, Titan, har valts ut av NASA som en av två finalister för byråns nästa New Frontiers-uppdrag.

Trollslända, en drönareliknande flerrotorlandare, skulle dra fördel av Titans täta atmosfär (fyra gånger tätare än jordens atmosfär) och låg gravitation (en sjundedel av jordens) för att flyga mellan vidsträckta landningsplatser på Titans yta. Vid varje landningsplats, Dragonfly skulle använda en serie vetenskapliga instrument för att undersöka Titans organiska kemi och beboelighet; övervaka atmosfäriska och ytförhållanden; avbilda landformer för att undersöka geologiska processer; och utföra seismiska studier.

Forskargruppen i Penn State, ledd av docent Jack Langelaan och inklusive docent Sven Schmitz och biträdande professor Jose Palacios, ansvarar för fem områden av konceptutvecklingen:rotordesign och analys, utveckling av rotorfarkosters flygkontroll, skalad rotorcraft testbädd utveckling, stöd för marktestning, och bedömning av flygprestanda. Alla tre professorerna är en del av Penn State Vertical Lift Research Center of Excellence, ett av tre nationella forskningscentra dedikerade till forskning om roterande vingar och vertikallyft.

"Vi är oerhört glada och stolta över att vara en del av Dragonfly-teamet, " sa Langelaan. "Titans miljö är idealisk för att flyga, och rörligheten hos ett flygfordon kommer att ge planetforskare tillgång till ett brett område av Titan, låter oss se variationer i geologi, geokemi på ytan och under ytan och atmosfäriska förhållanden."

Penn State-teamet har redan byggt ett halvskaligt tekniskt testfordon och har genomfört flera flygtester. Detta fordon är designat för att vara lätt att konfigurera om och kommer att användas för att utveckla och testa flygkontrollalgoritmer och undersöka effekterna av förändringar i fordonsdesign på flygprestanda.

Dragonflys dubbla quadcopter-konfiguration (fyra par staplade rotorer) ger utmärkt kontroll över fordonet, samt redundans – fordonet kan flyga även om vissa rotorer går sönder. Eftersom solenergi är otillgänglig på grund av Titans avstånd från solen och dess täthet, disig atmosfär, Dragonfly skulle använda en Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG), som Curiosity rover på Mars, för att driva sina system. MMRTG skulle ladda ett flygbatteri under Titans natt, och låt Dragonfly flyga tiotals mil på varje laddning.

"Vi använder teknik som utvecklats för drönare som flyger här på jorden och modifierar dem så att vi kan möjliggöra vetenskapsuppdrag på olika planeter. Det är ungefär hur coolt som helst!" sa Langelaan. "Vi använder också beräkningstekniker som utvecklas för att hjälpa till att designa vindkraftsparker för att modellera Titans atmosfär:Detta kommer att hjälpa oss att utveckla och testa flygkontrollsystemen. Och vi utvecklar och testar också metoder för att skydda fordonet från Titans kalla miljö. ."

De två uppdragsfinalisterna – den APL-ledda Dragonfly, och Comet Astrobiology Exploration Sample Return (CAESAR) ledd av Cornell University och NASA Goddard Space Flight Center – kommer att få finansiering 2018 för att vidareutveckla och mogna sina koncept. NASA planerar att välja ut en av dessa undersökningar under våren 2019 för att fortsätta till efterföljande uppdragsfaser.

Om valt, Dragonfly skulle ha en planerad uppdragsuppskjutning i mitten av 2020-talet med en mållandning 2034. Uppdraget på Titan skulle pågå i mer än två och ett halvt år.

Det valda uppdraget kommer att vara det fjärde i NASA:s New Frontiers-portfölj, en serie av huvudforskareledda planetvetenskapliga undersökningar som faller under ett kostnadstak för utveckling på cirka 850 miljoner dollar.