Администрация NASA одобрила выделение средств на создание миниатюрных летательных аппаратов, которые будут использоваться для изучения потенциальных пещерных образований и карстовых зон на Титане — самом большом спутнике Сатурна. Вместо традиционных колёс или пропеллеров планируется использовать электрогидродинамическую, также известную как ионную, двигательную установку, способную функционировать в условиях крайне низких температур атмосферы этого спутника.

Разработанный проект получил наименование SPARK — Solid-state Propulsion for Autonomous Reconnaissance of Karst, что интерпретируется как «твердотельная силовая установка для автономной разведки карстовых структур».

Считается, что Титан представляет собой один из наиболее привлекательных объектов для научных исследований в пределах Солнечной системы. Он является единственным известным небесным телом, кроме Земли, где на поверхности наблюдаются устойчивые жидкие водоёмы. Вместо воды эти водоёмы содержат жидкие углеводороды, преимущественно метан и этан.

На поверхности Титана зафиксированы реки, озёра и моря, а также участки, визуально схожие с карстовым ландшафтом. Предполагается, что жидкие углеводороды способны постепенно разрушать и растворять верхние слои грунта, приводя к образованию провалов, углублений и, возможно, подземных пустот.

В чём заключается необходимость применения летательных аппаратов для исследования пещер?

Обычные марсоходы оказываются неэффективными для изучения подобного ландшафта, поскольку могут столкнуться с крутыми уклонами, провалами и труднодоступными участками рельефа.

В связи с этим, группа исследователей во главе с Дэниелом Дрю из Гавайского университета предлагает внедрение миниатюрных аэроботов, транспортировку которых к зоне исследований осуществит более крупный космический аппарат. После доставки эти небольшие роботы смогут самостоятельно проникать в пещеры и осуществлять передвижение внутри них.

Ключевой особенностью SPARK является принципиально новый метод передвижения. Предполагается, что аппараты будут оборудованы электрогидродинамическими двигателями, которые также известны как атмосферные ионные двигатели.

Данная система формирует электрическое поле, которое ускоряет заряженные частицы газа в атмосфере. Это приводит к образованию потока газа и создаёт тягу, обеспечивающую передвижение аппарата без использования традиционных вращающихся пропеллеров.

Низкие температуры спутника Титан могут оказаться полезными для реализации проекта

В настоящее время на Земле аналогичные технологии значительно уступают по эффективности традиционным винтовым летательным аппаратам. Тем не менее, условия, царящие на Титане, могут оказаться более благоприятными для применения электрогидродинамической тяги.

Густая атмосфера спутника, в основном состоящая из азота, должна способствовать формированию заряженных частиц, необходимых для функционирования такой двигательной системы. По мнению разработчиков, эффективность электрогидродинамической тяги в условиях Титана может превысить эффективность аналогичной системы, используемой в земной атмосфере, более чем в сотню раз.

В дополнение к этому, конструкция SPARK предусматривает использование твердотельных двигателей, исключающих наличие движущихся механических элементов. Данный аспект особенно важен с учетом экстремально низких температур на Титане, при которых обычные механизмы могут подвергаться замерзанию или блокировке.

Конструкция без вращающихся частей способна снизить потребность в непрерывном обогреве устройства. Помимо этого, использование электрогидродинамической тяги приводит к образованию гораздо менее интенсивного потока воздуха по сравнению с винтовым методом, что критически важно при изучении поверхностных слоев и отложений, представляющих научную ценность.

Разработка находится на начальном этапе реализации

В настоящее время проект SPARK получил финансирование для первой фазы, которая займет около девяти месяцев. В этот период ученые планируют выполнить компьютерное моделирование и провести тепловые тесты с целью оценки работоспособности подобной системы в условиях Титана.

Реализация второго этапа проекта, при условии его продолжения, предположительно потребует приблизительно два года.

В настоящий момент остается неясным, будут ли миниатюрные роботы включены в состав миссии Dragonfly, старт которой на текущий момент запланирован на 2028 год. В рамках Dragonfly предполагается доставка на Титан устройства с винтовой тягой, предназначенного для исследования различных регионов спутника.

В случае успешной демонстрации работоспособности концепции SPARK, последующие миссии получат возможность применять компактные летательные аппараты для изучения локаций, которые окажутся недоступными для традиционных марсоходов и более крупных летательных систем, включая потенциальные подземные пустоты и сложные карстовые образования Титана.