Avec son atmosphère dense et riche en hydrocarbures, Titan est un sujet d'intérêt depuis de nombreuses décennies. Et avec le succès du Cassini-Huygens mission, qui a commencé à explorer Saturne et son système de lunes en 2004, il y a de nombreuses propositions sur la table pour des missions de suivi qui exploreraient la surface de Titan et ses mers de méthane plus en profondeur.
Les défis que cela présente ont conduit à des idées plutôt originales, allant des ballons et des atterrisseurs aux drones et sous-marins flottants. Mais c'est la proposition d'un drone "Libellule" par des chercheurs du JHUAPL de la NASA qui semble particulièrement aventureuse. Ce drone à huit pales serait capable de décoller et d'atterrir verticalement (VTOL), lui permettant d'explorer à la fois l'atmosphère et la surface de Titan dans les prochaines décennies.
Le concept de mission a été proposé par une équipe scientifique dirigée par Elizabeth Turtle, scientifique planétaire du Laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins de la NASA (JHUAPL). En février, le concept a été présenté lors du «Planetary Science Vision 2050 Workshop» - qui a eu lieu au siège de la NASA à Washington, DC - et à nouveau fin mars lors de la 48e conférence lunaire et planétaire à The Woodlands, Texas.
Une telle mission, comme Turtle l'a expliqué à Space Magazine par e-mail, est à la fois opportune et nécessaire. Non seulement il s'appuierait sur de nombreux développements récents dans les explorateurs robotiques (tels que le Curiosity rover et le Orbiteur de Cassini); mais sur Titan, les opportunités de recherche scientifique ne manquent tout simplement pas. Comme elle l'a dit:
"Titan est un monde océanique avec une touche unique, qui est la chimie organique riche et complexe qui se produit dans son atmosphère et à sa surface. Cette combinaison fait de Titan une cible particulièrement bonne pour étudier l'habitabilité planétaire. L'une des grandes questions sur le développement de la vie est de savoir comment les interactions chimiques ont conduit à des processus biologiques. Titan fait des expériences en chimie prébiotique depuis des millions d'années - des échelles de temps impossibles à reproduire en laboratoire - et les résultats de ces expériences sont là pour être collectés. "
Leur proposition est basée en partie sur des enquêtes décennales antérieures, telles que le groupe de travail sur la stratégie de campagne (CSWG) sur la chimie prébiotique dans le système solaire externe. Cette enquête a souligné qu'un véhicule aérien mobile (c'est-à-dire un dirigeable ou un ballon) serait bien adapté pour explorer Titan. Non seulement Titan est le seul corps connu autre que la Terre à avoir une atmosphère dense et riche en azote - quatre fois plus dense que la Terre - mais sa gravité est également environ 1/7 de celle de la Terre.
Cependant, les ballons et les dirigeables ne pourraient pas étudier les lacs de méthane de Titan, qui sont l'un des attraits les plus excitants en ce qui concerne la recherche sur la chimie prébiotique. De plus, un véhicule aérien ne serait pas en mesure d'effectuer une analyse chimique in situ de la surface, un peu comme ce que les Mars Exploration Rovers (Esprit, opportunité et Curiosité) ont fait sur Mars.
En tant que tel, Turtle et ses collègues ont commencé à chercher une proposition qui représentait le meilleur des deux mondes - à savoir une plate-forme aérienne et un atterrisseur. Ce fut la genèse du concept Dragonfly.
"Plusieurs méthodes différentes ont été envisagées pour l'exploration aérienne in situ de Titan (hélicoptères, différents types de ballons, avions)", a déclaré Turtle. «Dragonfly profite des récents développements des avions multi-rotors pour fournir une mobilité aérienne à un atterrisseur avec une charge utile sophistiquée. Parce que Dragonfly serait capable de parcourir de longues distances - quelques dizaines de kilomètres à la fois, et jusqu'à quelques centaines de kilomètres au cours de la mission - il serait possible de faire des mesures sur plusieurs sites avec des histoires géologiques très différentes.
La mission est également conforme aux concepts que Turtle et ses collègues - qui incluent Ralph Lorenz (également de JHUAPL), Melissa Trainer du Goddard Space Flight Center, et Jason Barnes de l'Université de l'Idaho - explorent depuis des années. Dans le passé, ils ont proposé un concept de mission qui combinerait un ballon de style Montgolfière avec un atterrisseur de type Pathfinder. Alors que le ballon explorerait Titan à basse altitude, l'atterrisseur explorerait la surface de près.
Lors de la 48e conférence des sciences lunaires et planétaires, ils avaient officiellement dévoilé leur concept de «libellule», qui appelait un qaudcopter pour mener des études aériennes et de surface. Ce véhicule à quatre rotors, a-t-on dit, pourrait tirer parti de l'atmosphère épaisse et de la faible gravité de Titan pour obtenir des échantillons et déterminer les compositions de surface dans de multiples contextes géologiques.
Dans sa dernière itération, le Dragonfly comprend huit rotors (deux positionnés à chacun de ses quatre coins) pour réaliser et maintenir le vol. Tout comme le Curiosité et à venir Mars 2020 rovers, le Dragonfly serait propulsé par un générateur thermoélectrique à radio-isotopes multimissions (MMRTG). Ce système utilise la chaleur générée par la désintégration du plutonium-238 pour produire de l'électricité et peut maintenir une mission robotique pendant des années.
Cette conception, dit Turtle, offrirait aux scientifiques la plate-forme in situ idéale pour étudier l'environnement de Titan:
«Dragonfly serait capable de mesurer les détails de composition de différents matériaux de surface, ce qui montrerait à quel point la chimie organique a progressé dans différents environnements. Ces mesures pourraient également révéler des signatures chimiques de la vie à base d'eau (comme celle sur Terre) ou même de la vie à base d'hydrocarbures, si l'une ou l'autre était présente sur Titan. Dragonfly étudierait également l'atmosphère, la surface et la sous-surface de Titan pour comprendre l'activité géologique actuelle, comment les matériaux sont transportés et la possibilité d'échange de matières organiques entre la surface et l'océan intérieur. "
Ce concept intègre de nombreuses avancées technologiques récentes, notamment l'électronique de commande moderne et les avancées dans la conception de véhicules aériens sans pilote (UAV). En plus de cela, le Dragonfly supprimerait les rétrorockets à alimentation chimique et pourrait se mettre sous tension entre les vols, ce qui lui donnerait une durée de vie potentiellement beaucoup plus longue.
"Et le moment est venu," dit Turtle, "parce que nous pouvons nous appuyer sur ce que nous avons appris de la mission Cassini-Huygens pour franchir les prochaines étapes de l'exploration de Titan."
Actuellement, le Jet Propulsion Laboratory de la NASA développe un concept similaire. Connu sous le nom d'hélicoptère de Mars «Scout», pour une utilisation sur Mars, ce drone aérien devrait être lancé à bord du Mars 2020 mission. Dans ce cas, la conception nécessite deux rotors coaxiaux contrarotatifs, qui fourniraient le meilleur rapport poussée / poids dans l'atmosphère mince de Mars.
Ce type de plate-forme VTOL pourrait devenir le pilier dans les décennies à venir, là où des missions à long terme impliquant des corps qui ont des atmosphères sont nécessaires. Entre Mars et Titan, ces drones aériens pourraient sauter d'une zone à l'autre, obtenir des échantillons pour une analyse in situ et combiner des études de surface avec des relevés atmosphériques à diverses altitudes pour obtenir une image plus complète de la planète.
