Bilden, produceras i vindtunneln vid PRISME-laboratoriet vid universitetet i Orléans, Frankrike, visar hur luft strömmar över en kopia av Huygens i skala 1:3 – som visualiserat med vit rök. Det togs som en del av subsoniska tester som utfördes från 2017 till 2019 för att fastställa hur ESA:s Huygens-sond snurrade under sin nedstigning till Titan. Huygens släpptes från Cassini som snurrade moturs men, ungefär 10 minuter efter att ha kommit in i Titans atmosfär, sondens rotation vändes oväntat för att bli medurs. Det fortsatte att snurra så här under resten av nedstigningen; Lyckligtvis, storleken på detta omvända snurr liknade den som förväntades av forskarna, vilket betyder att den oväntade vändningen påverkade tidpunkten för de planerade observationerna, men påverkade inte deras kvalitet dramatiskt. De senaste testerna bekräftar nu orsaken till denna vändning i spinnriktningen. Medan sonden var utrustad med skovlar för att reglera dess spin, andra bihang på rymdfarkosten gav ett vridmoment i motsatt riktning; detta förvärrades bara av det sätt på vilket dessa skovlar omdirigerade gasflödet runt sondens kropp, så att en övergripande "negativ", eller medurs, spin-effekt skapades. Det finns också indikationer på att bommarna på Huygens Atmospheric Structure Instrument (HASI) kanske inte har varit helt eller symmetriskt utplacerade under nedstigningen; denna effekt är under ytterligare utredning. Kredit:CNRS/LPC2E/PRISME
Idag för femton år sedan ESA:s Huygens-sond skrev historia när den gick ner till ytan av Saturnus måne Titan och blev den första sonden som framgångsrikt landade på en annan värld i det yttre solsystemet. Dock, under dess nedstigning, sonden började snurra åt fel håll – och de senaste testerna visar nu varför.
Lanserades 1997, NASA/ESA/ASI Cassini-Huygens-uppdraget är fortfarande ikoniskt och har bidragit enormt mycket till vår förståelse av Saturnus och dess måne Titan sedan dess ankomst till den ringmärkta planeten i slutet av 2004.
Uppdraget bestod av en orbiter, Cassini, som fortsatte att kretsa runt Saturnus i över 13 år efter att ha blivit den första rymdfarkosten att göra det, och en liten atmosfärisk sond, ESA:s Huygens landare, som begav sig ner för att utforska Titans fysiska egenskaper och atmosfär den 14 januari 2005.
Huygens riskfyllda nedstigning varade i två timmar och 27 minuter, och de data som den lilla sonden samlade in fortsatte för att underlätta en mängd upptäckter om denna fascinerande måne.
Landaren returnerade de första in situ-mätningarna av Titans atmosfär, bestämma dess tryck, densitet och temperatur från en höjd av 1400 km ner till ytan. Sondens Doppler Wind Experiment (DWE) upptäckte starka öst-västliga vindar i månens atmosfär, varav några roterade snabbare än månen själv. Det kastade ljus över varför Titans atmosfär innehåller metan, kväve, och små aerosoler, och i vilka mängder, och upptäckt tecken på geologiska processer och funktioner i månens inre, såsom kryovulkanism och, potentiellt, ett stort hav under ytan.
Genom att skära igenom och utforska det tjocka diset som omsluter månen, sonden hjälpte också forskare att visualisera Titans yta, återlämnande bevis på tidigare vattenaktivitet, som uttorkade flodbäddar och dräneringsnät och länge tomma sjöbassänger, och observationer av de vidsträckta sanddynerna av sand och is.
Dock, en sak förblev ett mysterium:varför Huygens snurrade åt "fel" riktning under sin nedstigning. Sonden släpptes från Cassini som snurrade moturs med en hastighet av 7,5 varv per minut. På grund av sondens design, dess snurrhastighet hjälpte till att hålla Huygens stabil för det första eftersom den tillbringade tre veckor med att segla ner till Titan, och sedan när den så småningom kom in i månens atmosfär.
Även om Huygens till en början betedde sig som förväntat, under nedstigningen minskade sondens rotationshastighet mycket snabbare än väntat, innan du backar efter cirka 10 minuter för att anta medurs riktning. Den fortsatte att snurra på detta sätt under de återstående två timmarna och 15 minuterna av nedstigningen; Lyckligtvis, storleken på denna omvända spin var liknande den som förväntades av forskarna, vilket betyder att den oväntade vändningen påverkade tidpunkten för de planerade observationerna, men påverkade inte deras kvalitet dramatiskt.
Tidigare studier har undersökt detta beteende (till exempel en studie utförd av Vorticity 2014–2015) och nyligen genomförda subsoniska vindtunneltestningar vid PRISME-laboratoriet vid University of Orléans, Frankrike, bekräftar nu huvudorsaken. Studien genomfördes från 2017 till 2019 under ett ESA-kontrakt med LPC2E/CNRS-University of Orléans.
Den här grafen visar "snurrprofilen" för ESA:s Huygens-sond när den sjönk ner till ytan av den saturnska månen Titan den 14 januari 2005:den streckade linjen visar den förutsagda profilen, medan den heldragna linjen visar den faktiska profilen som spåras av sondens inbyggda tekniska sensorer. Den horisontella axeln anger UTC-tid och den vertikala axeln spinnhastigheten (i varv per minut). Kredit:Återges från Lebreton et al. (2005)
Huygens var utrustad med 36 vinklade skovlar som användes för att styra nedstigningsmodulens spinn. Dock, två av sondens huvudbihang, Separation Subsystem (SEPS) och Radar Altimeter (RA) antenner, producerade faktiskt ett oväntat vridmoment motsatt det som producerades av skovlarna. Denna effekt förstärktes när vingarna ändrade gasflödet runt nedstigningsmodulen på ett sätt som förstärkte amplituden av det "negativa vridmomentet" - effekten som fick Huygens att vända sin spinnriktning - tills den översteg vingarnas inflytande.
Upplösningen av detta tekniska mysterium kommer att hjälpa till att informera utformningen av ingångssonder i framtiden, främjar vår utforskning av solsystemet.
Det fanns också indikationer på att Huygens Atmospheric Structure Instrument (HASI)-bommar kanske inte var helt utplacerade under nedstigningen, så specifika tester utfördes i tre olika konfigurationer – stuvade, utplacerade, och halvt utplacerad – och bekräftade att ett negativt vridmoment kan uppstå under en icke-symmetrisk utbyggnad. Denna effekt är under ytterligare utredning.
