Met zijn dichte en koolwaterstofrijke atmosfeer, Titan is al tientallen jaren een onderwerp van interesse. En met het succes van de Cassini-Huygens-missie, die in 2004 begon met het verkennen van Saturnus en zijn systeem van manen, er liggen veel voorstellen op tafel voor vervolgmissies die het oppervlak van Titan en zijn methaanzeeën dieper zouden onderzoeken.

De uitdagingen die dit met zich meebrengt, hebben geleid tot nogal nieuwe ideeën, variërend van ballonnen en landers tot drijvende drones en onderzeeërs. Maar het is het voorstel voor een "Dragonfly" -drone door onderzoekers van NASA's JHUAPL dat bijzonder avontuurlijk lijkt. Deze achtbladige drone zou in staat zijn om verticaal op te stijgen en te landen (VTOL), waardoor het de komende decennia zowel de atmosfeer als het oppervlak van Titan kan verkennen.

Het missieconcept werd voorgesteld door een wetenschappelijk team onder leiding van Elizabeth Turtle, een planetaire wetenschapper van NASA's Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHUAPL). Terug in februari, het concept werd gepresenteerd tijdens de "Planetary Science Vision 2050 Workshop" - die plaatsvond op het hoofdkwartier van NASA in Washington, DC – en opnieuw eind maart op de 48e Lunar and Planetary Science Conference in The Woodlands, Texas.

Zo'n missie, zoals Turtle via e-mail aan Universe Today heeft uitgelegd, is zowel actueel als noodzakelijk. Het zou niet alleen voortbouwen op veel recente ontwikkelingen in robotverkenners (zoals de Curiosity-rover en de Cassini-orbiter); maar op Titan, aan mogelijkheden voor wetenschappelijk onderzoek geen gebrek. Zoals ze het uitdrukte:

"Titan is een oceaanwereld met een unieke twist, dat is de rijke en complexe organische chemie die in de atmosfeer en op het oppervlak voorkomt. Deze combinatie maakt Titan een bijzonder goed doelwit voor het bestuderen van planetaire bewoonbaarheid. Een van de grote vragen over de ontwikkeling van het leven is hoe chemische interacties tot biologische processen hebben geleid. Titan doet al miljoenen jaren experimenten in de prebiotische chemie - tijdschalen die onmogelijk te reproduceren zijn in het laboratorium - en de resultaten van deze experimenten zijn er om te verzamelen."

Hun voorstel is gedeeltelijk gebaseerd op eerdere Decadal Surveys, zoals de Campaign Strategy Working Group (CSWG) on Prebiotic Chemistry in the Outer Solar System. Dit onderzoek benadrukte dat een mobiel luchtvaartuig (dat wil zeggen een luchtschip of een ballon) zeer geschikt zou zijn om Titan te verkennen. Titan is niet alleen het enige bekende lichaam behalve de aarde dat een dichte, stikstofrijke atmosfeer – vier keer zo dicht als die van de aarde – maar de zwaartekracht is ook ongeveer 1/7e van die van de aarde.

Echter, ballonnen en luchtschepen zouden de methaanmeren van Titan niet kunnen bestuderen, die een van de meest opwindende trekkingen zijn voor zover het onderzoek naar prebiotische chemie gaat. Bovendien, een luchtvoertuig niet in staat zou zijn om in-situ chemische analyses van het oppervlak uit te voeren, vergelijkbaar met wat de Mars Exploration Rovers (Spirit, Opportunity and Curiosity) hebben gedaan op Mars.

Als zodanig, Turtle en haar collega's gingen op zoek naar een voorstel dat het beste van twee werelden vertegenwoordigde, namelijk een hoogwerker en een lander. Dit was het ontstaan ​​van het Dragonfly-concept.

"Er zijn verschillende methoden overwogen voor in-situ luchtverkenning van Titan (helikopters, verschillende soorten ballonnen, vliegtuigen), " zei Turtle. "Dragonfly profiteert van de recente ontwikkelingen in vliegtuigen met meerdere rotors om luchtmobiliteit te bieden aan een lander met een geavanceerd laadvermogen. Omdat Dragonfly lange afstanden zou kunnen afleggen – enkele tientallen kilometers per keer, en tot een paar honderd kilometer in de loop van de missie - het zou mogelijk zijn om metingen uit te voeren op meerdere locaties met zeer verschillende geologische geschiedenissen."

aanvankelijk, Turtle en haar collega's - waaronder Ralph Lorenz (ook van JHUAPL), Melissa Trainer van het Goddard Space Flight Center, en Jason Barnes van de Universiteit van Idaho - hadden een missie voorgesteld die een ballon in Montgolfière-stijl zou combineren met een Pathfinder-achtige lander. Terwijl de ballon Titan vanaf een lage hoogte zou verkennen, de lander zou het oppervlak van dichtbij verkennen.

Echter, door de 48e Lunar and Planetary Science Conference, ze hadden hun idee wat aangepast. In plaats van een ballon en meerdere landers, ze presenteerden een concept voor een "Dragonfly" qaudcopter om zowel lucht- als oppervlaktestudies uit te voeren. Dit voertuig met vier rotoren, er werd gediscussieerd, zou kunnen profiteren van de dikke atmosfeer en lage zwaartekracht van Titan om monsters te verkrijgen en oppervlaktesamenstellingen in meerdere geologische omgevingen te bepalen.

In zijn laatste iteratie, de Dragonfly bevat acht rotors (twee op elk van de vier hoeken) om de vlucht te bereiken en te behouden. Net als de Curiosity en de aankomende Mars 2020-rovers, de Dragonfly zou worden aangedreven door een Multimission Radioisotope Thermo-elektrische Generator (MMRTG). Dit systeem gebruikt de warmte die wordt gegenereerd door rottend plutonium-238 om elektriciteit op te wekken, en kan een robotmissie jarenlang gaande houden.

Dit ontwerp, zegt Schildpad, zou wetenschappers het ideale in-situ platform bieden om de omgeving van Titan te bestuderen:

"Dragonfly zou compositiedetails van verschillende oppervlaktematerialen kunnen meten, die zou laten zien hoe ver de organische chemie is gevorderd in verschillende omgevingen. Deze metingen kunnen ook chemische kenmerken van het leven op waterbasis (zoals dat op aarde) of zelfs op koolwaterstof gebaseerd leven onthullen, als een van beide aanwezig was op Titan. Dragonfly zou ook de atmosfeer van Titan bestuderen, oppervlakte, en ondergronds om de huidige geologische activiteit te begrijpen, hoe materialen worden vervoerd, en de mogelijkheid van uitwisseling van organisch materiaal tussen het oppervlak en de binnenwateroceaan."

Dit concept bevat veel recente ontwikkelingen in technologie, waaronder moderne besturingselektronica en vooruitgang in ontwerpen voor commerciële onbemande luchtvaartuigen (UAV). Daarbovenop, de Dragonfly zou chemisch aangedreven retrorockets afschaffen en zou kunnen opstarten tussen vluchten, waardoor het een potentieel veel langere levensduur heeft.

"En nu is de perfecte tijd, " zegt Schildpad, "omdat we kunnen voortbouwen op wat we hebben geleerd van de Cassini-Huygens-missie om de volgende stappen te zetten in de verkenning van Titan."

Momenteel, NASA's Jet Propulsion Laboratory ontwikkelt een soortgelijk concept. Bekend als de Mars-helikopter "Scout", voor gebruik op Mars, deze luchtdrone zal naar verwachting worden gelanceerd aan boord van de Mars 2020-missie. In dit geval, het ontwerp vraagt ​​om twee coaxiale tegengesteld draaiende rotoren, die de beste stuwkracht-gewichtsverhouding zou opleveren in de dunne atmosfeer van Mars.

Zo’n VTOL-platform zou de komende decennia de steunpilaar kunnen worden, overal waar langdurige missies nodig zijn waarbij lichamen met een atmosfeer zijn betrokken. Tussen Mars en Titan, zulke luchtdrones kunnen van het ene gebied naar het andere springen, het verkrijgen van monsters voor in-situ analyse en het combineren van oppervlaktestudies met atmosferische metingen op verschillende hoogten om een ​​completer beeld van de planeet te krijgen.