Исследователи космоса

NASA протестировало роторы дрона Dragonfly

Специалисты Исследовательского центра им. Лэнгли провели испытания прототипа ротора, который планируется использовать в миссии Dragonfly. В ее рамках на Титан будет высажен дрон, который займется изучением его атмосферы и углеводородных морей.

Миссия Dragonfly была одобрена в 2019 году. Ее целью является Титан — единственный спутник планеты в Солнечной системе, обладающий плотной атмосферой. Он также является единственным известным телом (не считая Земли), на поверхности которого имеются резервуары, заполненные жидкостью. Но если на нашей планете это вода, то на крупнейшей сатурнианской луне ее роль играет смесь жидких углеводородов — в основном метана и этана. Кроме того, предполагается, что под поверхностью спутника существует глобальный океан, состоящий из смеси аммиака, воды и минеральных солей.

В рамках миссии NASA планирует отправить на Титан винтокрылый летательный аппарат общей массой около 450 кг. Он будет оснащен четырьмя двойными винтами, позволяющими ему перемещаться со скоростью порядка 36 км/ч и подниматься на высоту до 8 км. Энергоснабжение дрона будет осуществляться за счет радиоизотопного термоэлектрогенератора (ритэга).

Основная задача аппарата будет заключаться в поиске сложных органических молекул и оценке общей пригодности этого небесного тела для жизни. Дрон сможет собирать образцы с титанианской поверхности и проводить их химический анализ. Также Dragonfly будет изучать рельеф спутника, его атмосферу и углеводородные резервуары.

Успех всей миссии будет зависеть от того, насколько успешно специалистам удастся решить проблему полета в атмосфере Титана. С одной стороны, атмосферное давление у его поверхности в 1.5 раза больше, чем на Земле. С другой, сила тяжести там в 7 раз меньше, чем на нашей планете. Проектировщикам миссии также необходимо учитывать иной состав атмосферы и очень низкие температуры, составляющие порядка −180 °.

Чтобы найти ответы на эти вопросы инженеры из NASA вначале прибегли к помощи компьютерного моделирования, а затем провели реальные тесты в аэродинамической трубе TDT, расположенной в Исследовательском центре им. Лэнгли. Она была выбрана благодаря своим размерам, позволяющим использовать полномасштабное оборудование, а также возможности заполнить туннель тяжелым газом. В тестах участвовал прототип пары соосных роторов Dragonfly.

Исследователи смоделировали ожидаемые условия для зависания, снижения и набора высоты и оценили аэродинамические нагрузки для каждого ротора при различных скоростях ветра, углах вращения вала и настройках дроссельной заслонки. Исследователи также провели испытания с одним работающим и одним неработающим ротором, чтобы оценить режимы отказа. Датчики и акселерометры на испытуемом изделии измеряли нагрузки и ускорения, создаваемые при разных режимах работы ротора, а также при различных скоростях и направлениях ветра.

Предварительный анализ данных показал, что прогнозы производительности ротора и требований к мощности верны, и аналогичные прогнозы для работы на Титане находятся в пределах ожидаемых допусков миссии. По словам исследователей, этот результат стал важным шагом на пути к реализации миссии. На данный момент ее запуск запланирован на 2027 год, посадка на Титан должна состояться в 2035 году.

В прошлом месяце мне не удалось заснять покрытие Марса Луной. Было вообще всё очень плохо: в начале ночи пока не было облаков Луна от Марса была визуально далеко. Теперь же просто соединение, но из-за удачного времени и места удалось Луну и Марс даже поймать в одно поле зрения моего портативного телескопа

Celestron C5 + редуктор 0,63 @ F = 790мм, D = 125мм, Sony A1, ISO 100, 1/160c., 100/500 кадров

Есть ещё фото общего плана со звёздами. Луна и Марс загнаны в угол кадра чтобы в другом углу поместился Альдебаран и Гиады. Этот кадр даёт больше представления о том насколько близко Луна и Марс были визуально.

135мм, ISO 100, 1/2с, F/1,8 (поверхность Луны прилеплена с кадра с другой выдержкой)

Учёные Нового времени восхищались отточенной небесной механикой у себя над головами. Однако открути время назад – и небесная гармония с планетами, миллионы лет следующими каждая своим выверенным путём покажется не столь безупречной.

Солнечная система образовалась из газопылевого облака, в котором зажглось Солнце. Оставшийся материал спрессовался в четыре внутренних небольших каменных планеты (Меркурий, Венеру, Землю и Марс) и четыре газовых гиганта (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Ещё есть камни и льды пояса астероидов между ними, а также внешнего пояса Койпера снаружи.

Такое распределение материи было принято объяснять более высокой температурой в центральной части облака, не позволяющей затвердеть воде, метану, аммиаку и прочим соединениям. Юпитер энд компани образовались за так называемой «ледяной линией», где замерзают эти жидкости и газы, вытесняемые за неё давлением света. Подобный порядок считался типичным для планетарных систем. По теории.

Пока учёные не столкнулись с практикой. Середина девяностых ознаменовалась открытием нескольких экзопланет, которых назвали горячими юпитерами. Они кружат вплотную к звезде, гораздо ближе, чем Меркурий! И уж явно в пределах ледяной линии. Были системы, в которых орбита гиганта оказалась вытянутой.

Упс! Или Солнечная система – исключение, или... орбиты планет могут меняться!

В принципе, идея миграции планет была не новой. Уже в восьмидесятых с помощью компьютерных расчётов было показано, что планетезималии могут швыряться притяжением газовых гигантов на новую орбиту ближе к Солнцу или вовне, в то время как сами гиганты смещаются в обратную сторону. Ведь гравитация действует на оба тела. Юпитер швырялся вовне, сам смещаясь внутрь, а остальные дрейфовали от Солнца. Медленно, конечно, но верно. За миллионы лет кое-что накопится.

В 1993 году Рену Мальхотра предположил, что подобный процесс объясняет странную вытянутую и наклонённую орбиту Плутона, который при этом находится в орбитальном резонансе с Нептуном. Три нептуновых года равны двум плутоновым.

Обращение Плутона и больших планет

Нептун заставил Плутон так двигаться в процессе своей миграции вовне. Если так, то должны были оказаться и другие объекты со сходной орбитой. Которые и обнаружили в последующие годы, назвав плутино.

И всё же именно странные экзопланеты заставили учёных как следует задуматься о генезисе планетных систем. В этом им снова помогло компьютерное моделирование. Группа исследователей взялась симулировать эволюцию ранней Солнечной системы и полностью подтвердила идею Мальхотры о взаимовлиянии и миграциях планет. Модель под названием «Ницца» показала, что Юпитер смещался внутрь, в то время, как Сатурн – вовне. При этом они достигли орбитального резонанса 1:2, который выбросил Уран с Нептуном ещё дальше, меняя их при этом местами. Сегодня Юпитер и Сатурн резонируют в соотношении 2:5. И всё же модель оказалась небезупречной. Была создана «Ницца-2», в которой Юпитер вообще выкинул одну из планет за пределы системы. Упс...

Похоже, газовых гигантов было пять! Во всяком случае, модель с такими начальным условиями более точно объясняет то, что имеется на сегодняшний день. В принципе, почему бездомная планета должна быть редкостью? А может, она не такая уж бездомная. Может, она всё же болтается там, далеко, подобно изгнанному псу вокруг костра. Это может объяснить странные орбиты некоторых транснептуновых объектов. Пятого газового гиганта продолжают искать.

Компьютерное моделирование обнаружило ещё одну неувязку: симуляция образования твёрдых планет из пыли слишком часто приводит к результату из трёх примерно одинаковых планет. У нас же есть примерно одинаковые Венера и Земля и гораздо более мелкий Марс. В 2011 году для объяснения этой неувязки родилась гипотеза большого оверштага.

Согласно ей, материал у Марса украл Юпитер ещё до начала «Ниццы». Он сместился ближе к центру в результате взаимодействия с центральной областью протопланетного облака. Как это сделали горячие юпитеры в других системах. На своём пути Юпитер всосал кучу материала. В облаке образовался разрыв. Однако что-то помешало ему подойти ближе к Солнцу. Этим чем-то оказался Сатурн. Он потянулся за Юпитером ближе к центру и тоже создал свой разрыв, который рано или поздно объединился с юпитерским. Планеты вошли в орбитальный резонанс 1:2. Это изменило характер взаимодействия Юпитера с облаком, в результате чего тот пошёл назад вовне, оставив материал для формирования Венеры и Земли. Но забрав его у Марса, который, по идее, мог получиться обитаемым.

Миграция планет

Непохоже на выверенную механику небесных сфер? Эх, молодость-молодость... Молодые планеты тоже могли чудить. Один из авторов гипотезы, доктор Морбиделли из университета Ниццы, сказал:

Ясно, что история планетных систем весьма динамична.

А где динамика – там есть место шансу. Похоже, небесным часам предшествовала небесная рулетка.

Источник