Супутник Сатурна Титан з його щільною атмосферою та низькою гравітацією є чудовим місцем, куди має сенс полетіти.
Але задовго до того, як посадковий модуль NASA Dragonfly злетить у небо Титана, дослідники на Землі на чолі з Лабораторією прикладної фізики Джона Хопкінса (APL) перевіряють, чи зможуть їх конструкції та моделі безпілотника розміром з автомобіль з ядерним двигуном працювати насправді унікальному середовищі.
Dragonfly («Стрекоза»), єдина місія НАСА на поверхню іншого океанічного світу, яка покликана досліджувати складну хімію, можливо попередню життя. Транспортний засіб, який APL будуватиме та експлуатуватиме, буде оснащений камерами, датчиками та пробовідбірниками для дослідження ділянок Титану, які, як відомо, містять органічні матеріали, які можуть у якийсь момент складної історії Титану вступити в контакт з рідкою водою під багатою органікою. крижаною поверхнею.
Щоб перевезти ці наукові інструменти через місяць Сатурна, чотирьом парам співвісних роторів Dragonfly (тобто один ротор розташований над іншим) доведеться прорізати щільну, багату на азот атмосферу Титану. Чотири рази за останні три роки команда місії тестувала свої льотні системи на унікальних об'єктах у Дослідницькому центрі НАСА у Ленглі у Хемптоні, штат Вірджинія.
Інженери місії провели дві випробувальні кампанії у дозвуковому тунелі НАСА в Ленглі розміром 4 на 7 метрів та дві у 6-метровому тунелі трансзвукової динаміки (TDT). Вони використовують дозвуковий тунель для перевірки моделей обчислювальної гідродинаміки та даних, зібраних з інтегрованих випробувальних платформ — наземних дронів, оснащених льотною електронікою, розробленою для Dragonfly. Інженери використовують можливості TDT для роботи з важким газом змінної щільності для перевірки своїх моделей у змодельованих атмосферних умовах Титану — одне випробування на аеродинамічній стійкості аеродинамічної оболонки, яка використовується для доставки посадкового модуля до точки викиду над поверхнею Титану, та одне для моделювання аеродинаміки роторів посадкового модуля.
Під час своєї останньої поїздки до НАСА до Ленглі у червні команда встановила напівмасштабну модель посадкового модуля Dragonfly з вісьмома гвинтами в дозвуковому тунелі розміром 4 на 7 метрів. Кампанія була зосереджена на двох конфігураціях польоту: спуск Dragonfly та перехід до польоту з двигуном після прибуття на Титан, а також політ уперед над поверхнею Титану.
«Ми протестували умови в очікуваному діапазоні польоту при різних швидкостях вітру, швидкостях ротора та кутах польоту, щоб оцінити аеродинамічні характеристики апарату», - сказала вона. «Ми виконали понад 700 прогонів, що охоплюють понад 4000 окремих точок даних. Всі цілі випробувань були успішно виконані і отримані дані допоможуть підвищити впевненість у наших імітаційних моделях на Землі, перш ніж екстраполювати їх на умови Титану».
Інженери APL аналізують дані випробувань разом із партнерами льотної групи з Університету Центральної Флориди, Університету штату Пенсільванія, Lockheed Martin Sikorsky, НАСА в Ленглі та Дослідницького центру НАСА Еймса в Силіконовій долині, штат Каліфорнія. Рік Хейслер, керівник випробувань в аеродинамічній трубі Dragonfly від APL, який очолює випробувальні кампанії TDT, сказав, що кожна поїздка до НАСА в Ленглі дала команді можливість відточити свої технічні моделі та конструкції і, особливо в TDT, отримати найкраще уявлення про те, як Ротори Dragonfly працюватимуть в екзотичній атмосфері Титану.
«Середовище важкого газу в TDT має щільність у три з половиною рази вище, ніж повітря, при роботі при атмосферному тиску і температурі на рівні моря», — сказав Хейслер, — «Це дозволяє роторам працювати в умовах, близьких до Титану, і в кращих умовах» імітувати підйомну силу та динамічне навантаження, яке зазнає реальний посадковий модуль. Отримані нами дані використовуються для перевірки прогнозів аеродинаміки апарату, що спускається, аероструктурних характеристик і втомного терміну служби ротора в суворих кріогенних умовах Титану».
«За допомогою Dragonfly ми перетворюємо наукову фантастику на дослідницький факт», — сказав Хіббард. «Місія збирається частинами, і ми з нетерпінням чекаємо кожного наступного кроку на шляху до відправлення цього революційного гвинтокрилого апарату по небу та поверхні Титану».
Місію Dragonfly, яка є частиною програми НАСА «Нові рубежі» (New Frontiers), планують запустити не раніше 2027 року. Її прибуття на Титан очікується у середині 2030-х років.
