잠자리 (우주선)

Dragonfly (spacecraft)
이 기사는 타이탄으로 계획된 나사의 임무에 관한 것입니다.SpaceX 캡슐에 대해서는 Dragon 2 DragonFly를 참고하세요.개념적인 성간 탐사선에 대해서는 Project Dragonfly(우주 연구)를 참조하십시오.기타 용도는 Dragonfly(동음이의)를 참조하십시오.
잠자리
우주선 개념도
임무유형타이탄의 회전익
교환입니다.나사
웹사이트잠자리자리jhuapl.edu
임무지속시간10년(예정)[1]
과학기 : 3.3년[2]
우주선 특성
우주선 종류회전익 착륙선
제조자응용물리학연구소
착륙질량◦450kg(990lb)[3]
힘MMRTG에서 70와트(원함)[3]
미션시작
출시일자2027년 6월(예정)[4]
로켓TBA
타이탄 항공기
착지일자2034[2]
착륙장샹그릴라둔[5] 밭
비행거리비행당 8km(5.0마일)(예정)[5]
악기
잠자리 질량분석기(DraMS)
잠자리 감마선 및 중성자 분광기(DraGNS)
잠자리 지구물리와 기상 패키지 (DraGMet)

잠자리 임무 휘장

드래곤플라이는 토성의 가장 큰 위성인 타이탄의 표면에 로봇 회전익을 보내는 계획된 우주선이자 나사의 임무입니다.그것은 2027년 6월에 발사될 예정입니다.그것은 타이탄의 첫 비행기가 될 것이고 원시적인 화학과 외계인의 거주 가능성을 연구하기 위한 의도로 모든 달에서 최초로 동력을 이용하고 완전히 통제된 대기 비행을 하도록 의도되었습니다.그런 다음 수직 이착륙(VTOL) 기능을 사용하여 탐사 장소 [6][7][8]간을 이동하게 됩니다.

타이탄은 풍부하고 복잡하고 다양한 탄소가 풍부한 화학적 성질과 물과 얼음이 지배하는 표면, 내부의 물바다를 가진 독특한 점이 있어 우주생물학과 생명연구의 [6]기원으로 우선순위가 높은 대상이 되고 있습니다.이 임무는 2017년 4월 존스 홉킨스 응용물리학 연구소(APL)에 의해 NASA의 뉴 프론티어 프로그램에 제안되었으며, 2017년 12월에 [9][10]미션의 개념을 보다 구체화하기 위해 최종 2명(12명의 제안 중) 중 한 명으로 선정되었습니다.2019년 6월 27일, 드래곤플라이는 뉴 프론티어 프로그램의 [11][12]네 번째 미션으로 선정되었습니다.

개요

미션 컨셉 일러스트

드래곤플라이는 타이탄의 미생물 서식 가능성을 평가하고 다양한 장소에서 프리바이오틱스 화학을 연구하는 우주 생물학 임무입니다.드래곤플라이는 통제된 비행과 위치간 수직 이착륙을 수행하도록 설계되었습니다.임무는 다양한 지역과 지질학적 [3][13]맥락의 표본 추출을 가능하게 하는 지표면의 여러 다른 위치로의 비행을 포함하는 것입니다.

타이탄은 표면에 탄소가 풍부한 복잡한 화학 성분을 포함하고 있고 액체 물(일시적)과 액체 탄화수소가 표면에 모두 발생하여 프리바이오틱 원시 [14]수프를 형성할 수 있기 때문에 매력적인 우주생물학 표적입니다.

드래곤플라이의 성공적인 비행은 기술 실증 무인 헬리콥터인 Ingenuity의 성공에 이어 지구 이외의 천체를 비행하는 두 번째 회전익 항공기가 될 것입니다.2021년 2월 18일 퍼서비어런스 탐사선과 함께 화성에 착륙해 2021년 [15][16][17]4월 19일 동력 비행에 성공했습니다.

역사

이전에 통과된 TSSM 임무는 보트 랜더 곤돌라가 달린 몽골피어 풍선 형태의 타이탄 항공기를 제안했습니다.

최초의 잠자리 구상은 아이다호 대학교 물리학과의 과학자 제이슨 반스(이전에 타이탄 항공기에 대한 AVITAR 제안을 한)와 존스 홉킨스 대학교 응용물리학 연구소의 랄프 로렌츠(Ralph Lorenz) 사이의 저녁 식사 대화에서 이루어졌습니다.그리고 세부적인 [18]미션 제안서를 만드는데 15개월이 걸렸습니다.수석 연구원은 존스 홉킨스 응용 물리학 [13]연구소의 행성 과학자인 엘리자베스 터틀입니다.

드래곤플라이 임무는 지역 탐험을 위해 몽골피어 풍선을 옹호했던 2007년 타이탄 익스플로러 플래그십 [19]연구와 디스커버리 [3]프로그램을 위해 고려된 비행기 개념인 AVIATR 등 타이탄의 이동식 항공 탐험에 대한 여러 초기 연구를 기반으로 합니다.2000년 [20]로렌츠는 지구 8일 타이탄 밤에 방사성 동위원소 동력원에서 재충전하여 배터리 전력으로 비행하는 회전익 항공기 착륙선의 개념을 제안했습니다.더 최근의 논의에는 제트 추진 연구소의 래리 매티스(Larry Matties)가 2014년에 실시한 타이탄 회전익 항공기 연구가 포함되어 있습니다. 이 연구는 [21]착륙선이나 풍선에서 소형 회전익 항공기를 배치하는 것입니다.열기구 개념은 방사성 동위원소 열전 발전기(RTG)[22]의 열을 사용했을 것입니다.

Dragonfly는 멀티 로터 차량을 사용하여 표면 구성, 대기 상태 및 지질학적 [23]과정을 측정하기 위해 여러 장소로 장비를 운반하는 것입니다.

드래곤플라이와 시저는 67P/추류모프-게라시멘코로 귀환하는 혜성 샘플 임무로 2019년 6월 27일 뉴 프론티어 프로그램 미션 [24][25]4의 최종 후보로 선정되었으며, NASA는 2027년 [4][26]6월에 발사할 계획으로 드래곤플라이를 선정했습니다.

2023년 3월 3일, 드래곤플라이는 예비 디자인 리뷰(PDR)[27]를 통과했습니다.

자금지원

시저와 드래곤플라이 임무는 2018년 말까지 각각 미화 400만 달러의 자금을 지원받아 [24]개념을 더욱 발전시키고 성숙시켰습니다.NASA는 2019년 6월 27일 드래곤플라이 선정을 발표했으며, 2027년 [4]6월까지 건조되어 발사될 것으로 예상됩니다.Dragonfly는 NASA의 New Frontiers 포트폴리오에서 네 번째로 개발 비용 상한선인 약 8억 5천만 달러에 해당하는 일련의 주요 조사원 주도의 행성 과학 조사이며, 발사 서비스를 포함하면 총 비용 예상은 약 [28]10억 달러입니다.

과학목표

호이겐스 가족이 2005년 타이탄으로 내려간 영상과 데이터.

타이탄은 아주 초기의 지구와 비슷하고, 지구에서 생명체가 어떻게 생겨났는지에 대한 단서를 제공할 수 있습니다.2005년에 유럽 우주국의 Huygens 착륙선은 대기와 표면에 있는 [30][31]다양한 종류의 탄화수소(유기 화합물)가 혼합된 톨린을 [29]검출하면서 타이탄의 일부 대기 및 표면 측정값을 획득했습니다.타이탄의 대기가 여러 파장에서 표면을 가리고 있기 때문에 타이탄 표면에 있는 고체 탄화수소 물질의 구체적인 조성은 본질적으로 알려지지 않은 [32]채로 남아 있습니다.다양한 지질 환경에서 물질의 구성을 측정하는 것은 피리미딘(DNA의 정보를 암호화하는 데 사용되는 염기)과 [33]단백질의 기본 구성 요소인 아미노산과 같이 알려진 생명의 핵심 성분을 제공하는 환경에서 프리바이오틱 화학이 얼마나 발전했는지를 밝히기 위한 것입니다.

특히 관심 있는 지역은 충돌 중인 외계 액체 물이 녹거나 잠재적인 극저온 흐름이 풍부한 유기 화합물과 상호 작용했을 수 있는 지역입니다.드래곤플라이는 타이탄의 환경의 거주 가능성을 특성화하기 위해 다양한 장소를 탐색하고, 프리바이오틱 화학이 얼마나 발전했는지 조사하고, 물을 용매로 하는 생명체와 심지어 가상의 종류의 생화학을 [6]바탕으로 생명체를 나타내는 생체 신호를 검색할 수 있는 능력을 제공할 것입니다.

대기에는 풍부한 질소와 메탄이 포함되어 있고, 액체 메탄이 표면에 존재한다는 강력한 증거가 있습니다.또한 표면 아래에 액체 상태의 물과 암모니아가 존재한다는 증거가 있으며, 이는 극저온 활동에 [34]의해 표면으로 전달될 수 있습니다.

설계 및 시공

타이탄은 지구에 비해 대기 밀도가 높고 중력이 낮으며, 이는 추진 비행을 용이하게 하는 두 가지 요인입니다.
화성과학연구소의 다중임무 방사성동위원소 열전발전기는 화성 표면에 로봇 탐사선의 동력을 공급하기 위해 보내졌습니다.

잠자리는 [3]옥토콥터라고 알려진 이중 회전을 가진 대형 쿼드콥터와 같이 회전익 착륙선으로 설계되었습니다.회전자 구성은 임무가 적어도 하나의 회전자 [3]또는 모터의 손실을 견딜 수 있도록 이중화를 제공합니다.이 우주선의 여덟 개의 회전자는 [3]지름이 약 1m(3.3피트)가 되어야 합니다.항공기는 약 10 m/s (36 km/h; 22 mph)의 속도로 이동하며 최대 4 km (13,000 [3]ft)의 고도까지 상승합니다.

타이탄의 비행은 타이탄이 중력이 낮고 바람이 거의 없기 때문에 공기역학적으로 양성이며, 대기 밀도가 높아 효율적인 로터 [35]추진이 가능합니다.방사성동위원소 열전발전기(RTG) 전원은 다수의 우주선에서 입증되었으며, 지구상에서 쿼드 드론을 광범위하게 사용함으로써 [35]실시간으로 독립적인 활동이 가능하도록 알고리즘을 보완하고 있는 잘 알려진 비행 시스템을 제공합니다.이 비행체는 우주 복사 환경에서 작동하도록 설계되었으며 평균 94K(-179.2°C)[35]의 온도에서 작동하도록 설계되었습니다.

타이탄의 밀집된 대기와 낮은 중력은 주어진 질량에 대한 비행력이 [3]지구보다 약 40배나 낮다는 것을 의미합니다.대기의 압력은 지구의 1.45배, 밀도는 지구의 약 4배이며, 지구 중력(지구의 13.8%)의 비행은 지구보다 쉽지만, 추운 온도, 낮은 빛의 수준, 기체의 높은 대기 항력은 [22]도전 과제가 될 것입니다.

잠자리는 리튬 이온 배터리로 구동되는 [36]수 킬로미터를 비행할 수 있어야 하며,[20] 이 배터리는 다중 임무 방사성 동위원소 열전 발전기(MMRTG)에 의해 밤 동안 재충전됩니다.MMRTG는 방사성 동위원소의 자연적인 붕괴로 인한 열을 [3]전기로 변환시킵니다.또한 24개의 방사성 동위원소 히터 유닛(RHU)이 [37]이 임무를 위해 비축되어 있습니다.회전익 항공기는 배터리 충전 시마다 10마일을 주행할 수 있어야 하며,[38] 매번 30분 동안 하늘을 떠 있을 수 있어야 합니다.차량에는 새로운 과학 목표물을 정찰하기 위한 센서가 장착된 후 새로운 착륙지가 임무 [38][39]관제사의 승인을 받을 때까지 원래 위치로 되돌아갑니다.

Dragonfly 회전익 항공기의 무게는 약 450kg(990lb)이며 직경 [3]3.7m(12ft)의 열차단막 안에 포장됩니다.레골리스 샘플은 두 개의 샘플 획득 드릴과 호스(각 착륙 스키드에 하나씩)를 사용하여 질량 분석계 [3]기기에 전달해야 합니다.

타이탄의 한 지점에 접근하는 드래곤플라이 회전익 착륙선에 대한 예술가의 개념

이 우주선은 약 8일 혹은 192시간 [3]동안 지속되는 타이탄 밤 동안 지상에 머물게 됩니다.야간 활동에는 시료 채취 및 분석, 북부 탄화수소 [40]바다에서의 파동 활동 진단 등의 지진학적 연구, 기상학적 모니터링,[3][41] 피닉스 착륙선과 큐리오시티 탐사선에 탑재된 LED 조명기를 이용한 국소 현미경 영상 촬영 등이 포함될 수 있습니다.이 비행체는 고이득 [3]안테나로 지구와 직접 통신할 수 있도록 설계되었습니다.

Penn State Vertical Lift Research Center of Excellence는 로터 설계 및 분석, 로터크래프트 비행 제어 개발, 스케일 로터크래프트 테스트베드 개발, 지상 테스트 지원 및 비행 성능 [42]평가를 담당합니다.

과학탑재체

  • DraMS(Dragonfly Mass Spectrometer)는 표면 및 대기 [18]샘플에서 특히 생물학적 공정과 관련된 화학 성분을 식별하기 위한 질량 분석기입니다.
  • DraGNS(Dragonfly Gamma-Ray and Neutron Spectrometer)는 중수소-삼중수소 펄스 중성자 발생기와 착륙선 [18]아래의 표면 조성을 식별하기 위한 감마선 분광기 및 중성자 분광기 세트로 구성됩니다.
  • DraGMet(드래곤플라이 지구물리학 및 기상학 패키지)은 지진계를 [18]포함한 기상 센서 제품군입니다.
  • DragonCam (Dragonfly Camera Suite)은 타이탄의 지형을 이미지화하고 과학적으로 흥미로운 착륙 [18]지점을 정찰하기 위한 현미경 및 파노라마 카메라 세트입니다.
  • 또한 드래곤플라이는 타이탄의 내부 및 [18]대기의 특성을 파악하기 위해 여러 개의 엔지니어링 및 모니터링 장비를 보유하게 됩니다.


궤적

드래곤플라이는 2027년 6월에 발사될 예정이며 타이탄에 도착하는데 7년이 걸릴 것으로 예상되며 2034년에 [43][44]도착할 것입니다.우주선은 금성의 중력 보조 비행을 수행할 것이고, 3개가 지구를 통과하여 추가적인 [45]속도를 얻을 것입니다.이 우주선은 비행 [46]경로 내에 있지 않을 것이기 때문에 목성을 방문하지 않는 첫 번째 태양계 전용 임무가 될 것입니다.

진입 및 하강

순항 단계는 타이탄의 [38]대기와 마주치기 10분 전에 입구 캡슐에서 분리하는 것입니다.그리고 나서 착륙선은 에어조개와 일련의 두 개의 낙하산을 사용하여 타이탄의 표면으로 하강할 것이고, 사용된 순항 단계는 통제되지 않은 대기 진입으로 전소될 것입니다.하강 단계의 지속 [47]시간은 105분으로 예상됩니다.에어로쉘은 제네시스 샘플 리턴 캡슐에서 파생되었으며, PICA 방열막은 MSL 및 Mars 2020 디자인과 유사하며 우주선을 [47]하강 시 처음 6분 동안 보호해야 합니다.

마하 1.5의 속도로, 드로그 낙하산이 배치되어 캡슐을 아음속으로 느리게 만듭니다.타이탄의 대기가 상대적으로 두껍고 중력이 낮기 때문에 드로그 슈트 단계는 80분 [47]동안 지속되어야 합니다.하강 속도가 충분히 낮을 때 드로그 슈트를 대체하는 것이 더 큰 메인 낙하산입니다.메인 슈트에서 20분 동안 착륙선은 분리를 준비해야 합니다.방열판을 분사하고 착륙 스키드를 확장하며 레이더와 라이다와 같은 센서를 [47]작동시킬 것입니다.고도 1.2 km (0.75 mi)에서 착륙선은 지상으로 동력 비행을 위해 낙하산으로부터 해방되어야 합니다.구체적인 착륙 장소와 비행 운영은 자율적으로 수행되어야 합니다.하강 중에는 고이득 안테나가 배치되지 않으며, 지구와 타이탄 간 통신에는 각 [38]방향으로 70~90분이 소요되기 때문에 이 작업이 필요합니다.

착륙장

샹그릴라는 타이탄의 적외선 이미지의 중심에 있는 크고 어두운 지역입니다.
카시니 궤도선의 레이더로 촬영된 타이탄의 셀크 충돌 분화구의 [48]지름은 90km(56m)입니다.

드래곤플라이 회전익선은 [49][5]샹그릴라라고 불리는 어두운 지역의 가장자리에 있는 셀크 충돌 구조물의 남동쪽 사구에 처음 착륙해야 합니다.각각 최대 8km(5.0mi)의 일련의 비행으로 이 지역을 탐사하고 다양한 지리적 조건을 가진 매력적인 지역에서 샘플을 획득할 계획입니다.착륙 후 셀크 충돌 분화구로 이동할 계획이며, 그곳에는 톨린 유기 화합물 외에도 과거 액체 상태의 [5]물이 있다는 증거가 있습니다.

셀크 분화구는 Huygens [50]착륙선에서 북서쪽으로 약 800km 떨어진 곳에 위치한 지름 90km(56m)의 지질학적으로 젊은 충돌 분화구입니다.(7°00'N 199°00'W/7.0°N 199.0°W / 7.0; -199.0)[51][48] 카시니 궤도선의 적외선 측정 및 기타 스펙트럼에 따르면 인접한 지형은 충돌에 의해 생성된 극저온증으로 인해 열 구조나 구성에 차이가 있음을 시사하는 밝기를 보여줍니다. 유동된 분출물 블랭킷과 유체가 흘러 현재는 물 얼음이 [50][52]된 상태입니다.유기 화합물과 물 얼음이 혼합된 이러한 지역은 표면에서 [5]프리바이오틱 화학이 얼마나 멀리 진행되었는지를 평가할 수 있는 강력한 목표입니다.

참고 항목

  • 타이탄의 대기 – 태양계에서 유일하게 두꺼운 대기
  • AVIATR – Titan에게 비행기 임무 개념을 제안했습니다. 새턴 으로 표시한 달 – 항공기의 임무 개념입니다.
  • 천재성 – 2021년 4월 화성 2020의 일부로 비행한 회전익 항공기.
  • 시저 (우주선) – 혜성으로 샘플 반환 미션 제안, 다른 뉴프런티어 4 결승 진출자
  • 호이겐스 (우주선) – 토성의 위성 타이탄으로 보낸 유럽 정찰 착륙선
  • 타이탄 토성계 임무 – NASA-ESA 공동 제안
  • 오세아누스 (타이탄 궤도선) – 타이탄 궤도선으로, 뉴 프론티어 4에도 제안되었습니다.

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