В 2028 году специалисты NASA планируют отправить к Титану космический аппарат Dragonfly для изучения поверхности крупнейшего спутника Сатурна. Команда американских планетологов с помощью компьютерного моделирования изучила процессы, происходящие на Титане, и выявила серьезную опасность, которая может поставить миссию под угрозу.
Ученые впервые увидели Титан на снимках в конце 1970-х годов. Их передал зонд «Пионер-11». Чуть позже более детальные изображения получил «Вояджер-1»: он сфотографировал атмосферу. Оказалось, она достаточно плотная, а в состав входят азот, метан, другие газы и органические аэрозоли. Выяснилось, что атмосфера Титана на 95% состоит из азота.
В 1997 году ученые отправили к Титану миссию «Кассини-Гюйгенс», состоящую из орбитальной станции и спускаемого аппарата. На радарных снимках, полученных зондом «Кассини» в 2006-м, ученые разглядели «бассейны», заполненные жидкими углеводородами (метаном и этаном) диаметром от километра до нескольких сотен километров. Это первый случай обнаружения жидких озер вне Земли.
Аппарат «Гюйгенс» помог увидеть поверхность Титана. На снимках, которые он успел сделать и передать за 22 дня работы, исследователи разглядели равнины, покрытые валунами, и странные полосы, похожие на следы ветровой эрозии.
Эти данные заставили задуматься о роли ветра в формировании ландшафта Титана. До сих пор считалось, что на поверхности спутника Сатурна дуют относительно слабые ветры — 0,01 метра в секунду (по измерениям «Гюйгенс»). Такие потоки воздуха теоретически не способны передвигать крупные объекты. Однако новые расчеты показали, что сила ветра на Титане сильно недооценена.
Изображение Титана. полученное зондом «Пионер-11» в 1979 году
Источник изображения: NASA
В 2028-м инженеры NASA и Лаборатории прикладной физики при Университете Джонса Хопкинса (США) планируют отправить к Титану винтокрылый летательный аппарат Dragonfly с ядерной установкой. Он прибудет к спутнику Сатурна в 2034 году и будет выполнять контролируемые полеты на низких высотах, совершать посадки, перемещаться между локациями и собирать данные непосредственно с поверхности — искать следы пребиотической химии.
Чтобы лучше понять, с чем столкнется Dragonfly на Титане, планетологи Джон Маршалл (John Marshall) и Лори Фентон (Lori Fenton) из Института SETI в США смоделировали условия, которые могут ожидать аппарат при посадке. Учли три фактора: низкую гравитацию (составляет примерно 14% от земной), плотность атмосферы (в четыре раза выше земной) и состав камней. Местные валуны — не силикатные породы, как на Земле, а смесь водяного льда и толинов — органических соединений плотностью 900 килограммов на кубический метр (против 2700 килограммов на кубический метр у земных камней).
Ученые объединили все эти факторы, чтобы оценить вероятность перемещения камней по поверхности, и провели серию компьютерных моделирований. Оказалось, что на Титане ветер в 80 раз «сильнее» для перемещения валунов, чем на Земле.
Расчеты показали, что даже при скорости ветра у поверхности метр в секунду камни диаметром 50 сантиметров могут легко перемещаться и запросто повредить Dragonfly, поэтому дрону придется избегать зон, где они скапливаются. Для сравнения: на Земле аналогичная скорость ветра сдвинет лишь песчинки.
Проблема в том, что «Гюйгенс» измерил ветра лишь в точке посадки — возможно, самой спокойной области Титана. Поэтому данные аппарата не отражали «розу ветров» спутника Сатурна, а значит, использовать их в миссии Dragonfly ошибка.
Планетологи отметили, что результаты их исследования нужно учесть при планировании предстоящей миссии, иначе аппарат столкнется с серьезной опасностью.
Ученые NASA уже работают над алгоритмами для автономного обнаружения опасных зон. Скорее всего, на борту Dragonfly будут установлены специальные камеры, которые смогут в автономном режиме определять безопасные места посадки, теоретически дрон сможет легко избегать таких камней.
Результаты исследования представлены в журнале Planetary and Space Science.
