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未来探索土卫六泰坦最有效的方式


2017/5/18  编辑:admin 来源:本站整理
未来探索土卫六泰坦最有效的方式卡西尼号航天器初次飞掠土卫六泰坦时的影像, 拍摄于2004年10月26日。 泰坦的大气层稠密且二氧化碳含量很高, 数十年来, 它会一直不断是科学家们感兴趣的课题。 随着2004年卡西尼-惠更斯任务 (Cassini-Huygens mission)成功启动对土星及其卫星系统system的探索, 许多提案被摆上议程, 以进一步探索泰坦和其更深处的甲烷海。 未来探索土卫六泰坦最有效的方式新式的八叶无人机(又名“蜻蜓”)将成为未来数十年内探索土星卫星泰坦的理想之选。 许多新颖大胆的想法随着这一次挑战应运而生, 包括热气球、登陆车、浮式无人机和潜水艇。 然而其中要数NASA约翰斯霍普金斯大学应用物理实验室(JHUAPL)研究人员的提案最具挑战性——他们提议启用“蜻蜓”无人机。 这种八叶的无人机可以能够垂直起降(VTOL), 因此就在未来的数十年内, 可以由它来探索泰坦的大气和表面。 这一任务概念由任职于NASA的约翰霍普金斯大学应用物理实验室(JHUAPL)的行星科学家Elizabeth Turtle领导的科学小组提出。 早在今年二月, 这一概念就在美国(美利坚和众国)宇航局华盛顿本部举行的“行星科学视界2050工作室”活动系列中被提出。 在三月末, 这一概念又在德克萨斯州Woodlands举行的第48届月球与行星科学大会上被再次介绍说明。 未来探索土卫六泰坦最有效的方式NASA的卡西尼飞船的镜头对准了土星最大卫星的暗面, 并观察到太阳光透过泰坦大气边缘时散射形成的有色环。 来源:NASA/喷气推进实验室Caltech-加州理工学院 /空间科学研究所据Turtle发给Universe Today的邮件中所述, 这一任务适时且必要。 它不只建立在近期机器人探测器的发展上(比如好奇号火星车和卡西尼号航天器), 而且在泰坦上科研的机遇无处不在。 她如是说:“泰坦是个独特的海洋世界, 在它的大气中和表面来进行着丰富又复杂的有机化学反应。 这两个条件让泰坦成为极好的研究行星适居性的目标。 生命演化的一大问题就是化学作用是怎么才能导致(推进)生物进程的。 泰坦已经进行了几百万年的前生命期化学实验(Prebiotic Chemistry), 这一时间尺度是再也不能够在实验室中还原的。 同一个时间这些实验的成果正等着我们我自己去收集。 ”这一提议部分基于之前的"十年研究", 比如竞争策略工作组(CSWG)对于外太阳系的前生命期化学进程的研究。 研究强调一个移动的飞行器(例如:飞船或热气球)较为适合探索泰坦, 因为泰坦是就在目前所知的除地球外的唯一一个有稠密、富含氮气的大气的天体, 而且它的重力仅为地球的 1 /7。 使用热气球和飞船无法研究泰坦的甲烷湖, 而这恰是研究前生命期化学进程的重要一环。 此外, 移动的飞行器无法像火星车(精神号、机遇号、好奇号)那样在天体表面就地进行化学分析。 未来探索土卫六泰坦最有效的方式艺术概念图:泰坦上的“子机”直升机和其“母机”热气球。  因此Turtle和她的同事现在开始寻找在空中和表面均可开展工作的方案。 这便是“蜻蜓”概念的起源。 “我们考虑了几种不同的进行泰坦空中探索的方案(直升机、各种热气球、飞机), ”Turtle说, “近年来, 多旋翼飞行器的发展使“蜻蜓”可以搭载多个旋翼, 因此着陆器可以获得足够的空中机动性。 由于“蜻蜓”将要进行每次数十公里、整个任务中长达数百公里的长距离飞行, 它将在数个地质历史迥异的地点开展测量。 ”这次任务也与许多其他的概念一致。 这些概念是由Turtle和她的同事们, 包括 Ralph Lorenz(同样来自JHUAPL)、来自戈达德航天飞行中心 的 Melissa Trainer和来自爱达荷大学的Jason Barnes经过几年的研究后提出的。 他们过去曾提出过一个结合了热气球和探路者型着陆器的任务方案。 其中气球用于探测泰坦的低海拔区域, 而着陆器则用于近距离探测其表面。 在第四十八届月球与行星科学大会前, 他们就已经正式提出了“蜻蜓” 这一概念, 即用一个四轴飞行器同一时间内在空中和表面进行研究。 他们认为这种四翼飞行器可以顺应泰坦的浓厚大气和低引力, 从而获得样本并在各种地质环境下探测表面的地质组成。 未来探索土卫六泰坦最有效的方式艺术概念图:蜻蜓在泰坦上执行任务。 来源:APL/Michael Carroll在最近一次试验中, “蜻蜓”装配了八个旋翼(四个角上每个都装有两个)以保持一直飞行状态。 与“好奇号”和即将发射的2020火星车一样, “蜻蜓”将可以通过一个多任务放射性同位素热电发生器(MMRTG)发电。 这一系统利用钚-238衰变时产生的热量来发电, 其能量足够使一个探测器工作数年。 据Turtle说, 这一设计design将为科学家们研究泰坦环境提供一个理想的现场平台:“‘蜻蜓’可以分析不同表面物质的组成, 继而揭示在不同环境下有机化学将演变到何种程度。 如果泰坦上有生命迹象, 测量数据信息还将有助于寻找水基生命(类似于地球上的生命)或碳基生命的化学特征。 “蜻蜓”还会研究泰坦的大气、表面及以下部分来协助我们理解其目前的地质活动、物质输运和表面与内部海洋交换有机物质的有可能性。 ”这一概念融合了多项技术进步, 包括新的电子控制技术和商用无人机(UAV)设计的进化。 此外, “蜻蜓”放弃了化学动力制动火箭, 并可以在飞行期间充电, 因此其寿命可能更长。 未来探索土卫六泰坦最有效的方式艺术概念图:在泰坦表面, 眺望甲烷海。 来源:NASA现在时机已经成熟, ”Turtle说, “因为我们吸取了Cassini-Huygens(卡西尼-惠更斯) 任务中的经验, 它将指导我们开展泰坦探索。 ”目前, NASA的喷气推进实验室正在开发一个相似的机械。 被称为火星直升机“侦察兵”的无人机预计将会在2020年发射并登陆火星。 届时它将采用同轴反转螺旋桨的设计, 以在火星稀薄的大气中提供最佳的推力重量比。 下面请看欣赏未来探索土卫六泰坦最有效的方式视频把一架直升机放到火星上会怎样?这不是天方夜谭, NASA的工程师们正在认真考虑这个问题。 但真的要这样做将会面临哪些困难和挑战?这样做又会带来哪些优势?请看JPL的工程师为您讲述。 (这段视频由中文天文视频精彩翻译)在未来的数十年中, 这种VTOL平台将成为长期探索有大气的天体的中流砥柱。 在火星与泰坦之间, 无人机能够在不同区域间穿梭, 以获取样本并就地进行分析。 结合地表的研究和不同海拔大气数据, 它将帮助我们更了解行星。

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