Det här decenniet lovar att bli en spännande tid för rymdutforskning. Redan, Perseverance rover har landat på Mars och börjat utföra vetenskapliga operationer. Senare i år, nästa generations James Webb rymdteleskop, Double Asteroid Redirection Test (DART), och rymdfarkosten Lucy (det första uppdraget till Jupiters trojanska asteroider) kommer att starta. Innan decenniet är ute, uppdrag kommer också att skickas till Europa och Titan för att utöka sökandet efter tecken på liv i vårt solsystem.

För närvarande, NASA:s plan för att utforska Titan (Saturnus största måne) är att skicka en kärnkraftsdriven quadcopter vid namn Dragonfly för att utforska atmosfären och ytan. Dock, en annan möjlighet som presenterades i år som en del av NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC)-programmet är att skicka ett prov-returfordon med Dragonfly som skulle kunna fylla på med flytande metan som skördats från Titans yta.

Känd som en Titan Sample Return som använder in-situ drivmedel, detta uppdrag skulle ge några allvarliga fördelar jämfört med konventionella prov-retur-uppdrag. Vanligtvis, uppdrag till avlägsna himmelska föremål måste antingen ta med tillräckligt med drivmedel för återresan (vilket innebär mycket extra massa och högre kostnader), eller att ha ett kärnbatteri som kan ge ström i flera år.

Dragonfly-uppdraget, som är planerad att lanseras 2027 (och anlända till Titan 2036) kommer att spendera 2,7 år på att utforska Titan som en del av sitt primära uppdrag. För att kunna operera så långt hemifrån, den kommer att förlita sig på en Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG), där värmen som orsakas av det långsamma radioaktiva sönderfallet av plutonium genererar elektricitet.

Under tiden, prov-retur-konceptet skulle ge bränsle för dess returflygning med hjälp av flyktiga element som skördats från Titans yta. Som du kan se från illustrationen överst, den skulle bestå av en lander och ett uppstigningsfordon. När dessa väl satte sig på Titans yta, de kunde hjälpa Dragonfly-uppdraget genom att ta emot prover som samlats in av quadcoptern.

Använda resurser som skördats på plats, landaren kunde tillhandahålla flytande metan och flytande syrebränsle (skapat från den lokala isen) för uppstigningsfordonet. Detta fordon skulle sedan laddas upp med prover som samlats in av Dragonfly och sedan bära dem tillbaka till jorden. Genom att inte transportera sitt eget drivmedel, prov-retur-elementet i uppdraget skulle ha en lägre total massa och skulle därför kosta mindre att sjösätta.

Dessutom, provet-retur-uppdraget skulle exponentiellt öka den vetenskapliga avkastningen för ett Titan-uppdrag. I åratal, forskare har hoppats på att få en bättre titt på månens yta för att undersöka dess speciella mysterier. Dessa inkluderar (men är inte begränsade till) dess täta kväverika atmosfär, dess hydrologiska cykel (men med metan), och den rika organiska kemin och prebiotiska förhållandena på dess yta.

Konceptet utvecklades av ett team ledd av Steven Oleson, ledaren för COMPASS Concurrent Spacecraft Design Team vid NASA:s Glenn Research Center. NASA beskrev detta koncept, som en del av 2021 års NIAC Phase I Fellows tillkännagivande, som följer:

"En Titan-provretur med in-situ-drivmedel är ett föreslaget Titan-provreturuppdrag som använder in-situ flyktiga drivmedel som finns tillgängliga på dess yta. Denna metod för Titan skiljer sig mycket från alla konventionella in-situ resursanvändningskoncept, och kommer att åstadkomma en återgång av stort vetenskapligt värde mot planetvetenskap, astrobiologi, och förstå livets ursprung, det är en storleksordning svårare (i avstånd och ?V) än andra provuppdrag för returuppdrag."

Konceptet liknar det prov-returuppdrag för Mars som för närvarande utvecklas av NASA och European Space Agency (ESA) som skulle transportera prover som samlats in av Perseverance-rovern. Enligt den nuvarande uppdragsarkitekturen, denna provåtergång kommer också att bestå av en lander och ett tvåstegs fastdrivet uppstigningsfordon (utvecklat av NASA) och en rover (utvecklat av ESA) som skulle samla in proverna.

Detta prov-returuppdrag är planerat att starta i juli 2026 och skulle landa nära Perseverance-rovern (i Jezero-kratern) i augusti 2028. NIAC-programmet, som övervakas av NASA:s Space Technology Mission Directorate (STMD), strävar efter att engagera amerikanska innovatörer och entreprenörer för att främja innovativa koncept och genombrott som kommer att hjälpa till att förändra rymdutforskningen.

För 2021, STMD valde ut 16 NAIC-förslag för att bli Phase I Fellows, som var och en får ett bidrag på upp till 125 USD, 000 från NASA. Efter det framgångsrika slutförandet av en första nio månader lång förstudie, NIAC Fellows kan ansöka om Fas II-priser. Som Jenn Gustetic, chefen för innovationer och partnerskap i tidiga skeden inom NASA STMD, förklaras i ett färskt pressmeddelande från NASA:

"NIAC Fellows är kända för att drömma stort, föreslår tekniker som kan tyckas gränsa till science fiction och som skiljer sig från forskning som finansieras av andra byråprogram. Vi förväntar oss inte att de alla kommer att förverkligas men inser att tillhandahållande av en liten del av såddfinansiering för tidig forskning kan gynna NASA mycket på lång sikt."

Detta är bara ett av flera banbrytande förslag som har accepterats för fas I-utveckling, som en del av NASA:s NAIC-program för 2021. Även om endast en handfull (eller ingen alls) kan vara fullt realiserad och åka till rymden under de kommande åren, programmet leder till inspirerade idéer som illustrerar hur mänsklighetens framtid i rymden kommer att se ut.