Em 20 de dezembro de 2017, a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço dos Estados Unidos (NASA) decidiu sobre a nova direção de seu programa denominado Novas Fronteiras. Thomas Tsurbuchen, chefe do Diretório de Ciências da NASA, falou sobre os planos da agência espacial em uma entrevista coletiva. Segundo ele, a próxima estação espacial automática no âmbito do programa Novas Fronteiras irá para Titã (um satélite de Saturno) ou para o cometa Churyumov-Gerasimenko. Para qual desses dois objetos espaciais irá a estação espacial automática será conhecido apenas em 2019.
No caso de os especialistas da NASA optarem por um cometa, a agência enviará uma espaçonave até ele, que terá que colher amostras de sua superfície e depois mandá-las para a Terra. Este projeto finalista chama-se CAESAR. O principal objetivo desta missão é coletar compostos orgânicos para entender como os cometas podem contribuir para a origem da vida em nosso planeta. É importante notar que a sonda Philae, entregue à sua superfície pela estação europeia Rosetta, já pousou no cometa Churyumov-Gerasimenko. No entanto, a sonda conseguiu transmitir apenas telemetria para a Terra, após o que a conexão com o dispositivo foi perdida. No final de setembro de 2016, a estação Rosetta foi desorbitada e enviada para colidir com um cometa.
Caso a escolha da NASA seja feita em favor de Titan, a espaçonave Dragonfly será enviada à sua superfície, que já foi chamada de helicóptero nuclear, mas externamente se parecerá mais com um quadrocóptero. O Dragonfly terá que escanear a superfície de Titã para determinar do que exatamente ele é feito e como está organizado. Além disso, o helicóptero espacial terá que responder à pergunta: quais são as condições atmosféricas neste satélite de Saturno. Especialistas da agência espacial americana acreditam que formas de vida extraterrestre podem existir em Titã.
Titânio em cores naturais (imagem "Cassini")
Os finalistas do concurso para o melhor projeto de missão espacial no âmbito do programa de exploração do sistema solar New Frontiers foram duas equipas de desenvolvimento, num total de 12 candidatos participaram no concurso. Ambos os projetos que soaram acima receberão aproximadamente US $ 4 milhões por ano para acertar os detalhes e o conceito. Eles devem finalizar seus programas até julho de 2019, tendo estudado todos os riscos possíveis de suas missões, e então apresentar uma proposta final. O projeto do vencedor será lançado no final de 2025. O desenvolvimento de cada uma das missões exigirá aproximadamente US $ 850 milhões, o projeto do vencedor receberá esse valor da NASA, e a agência também cobrirá todos os custos de lançamento da espaçonave vencedora ao espaço - aproximadamente outros US $ 150 milhões.
Como observam os especialistas, o "preço" anunciado é aproximadamente o dobro do custo de missões espaciais "leves" no âmbito de outro programa - Discovery, bem como 2-4 vezes menos do que o orçamento de estações robóticas "emblemáticas" e espaço da NASA telescópios. O orçamento anunciado permite colocar nas sondas um conjunto bastante grande e extenso de instrumentos, bem como fontes de energia de radioisótopos de longa duração, mas em termos de suas capacidades e tempo de vida, essas sondas ainda serão inferiores a navios carro-chefe como Cassini, Galileo e Voyagers.
É importante notar que, como parte do programa Novas Fronteiras, a agência espacial dos EUA já completou três missões bem-sucedidas. Portanto, a sonda Juno está estudando a órbita de Júpiter, a espaçonave New Horizons está indo em direção a Plutão e o OSIRIS-REx está voando para o asteróide a fim de coletar amostras de sua superfície. De acordo com Thomas Zurbuchen, a agência ainda não tomou uma decisão sobre quais veículos de lançamento serão usados para lançar uma missão específica. Ao mesmo tempo, ele expressou confiança de que quando começarem os trabalhos na criação das estações e sondas necessárias, o foguete pesado SLS, bem como "caminhões pesados" espaciais privados, estarão prontos para lançar uma nova geração de sondas americanas interplanetárias.
Helicóptero Nuclear em Titan - Missão DragonFly
“Titã é um corpo celeste único com uma atmosfera densa, lagos e mares reais de hidrocarbonetos, um ciclo de substâncias e um clima difícil. Esperamos continuar o caso Cassini e Huygens para entender se existem todos os "tijolos da vida" na superfície de Titã e se a vida pode existir nela. Ao contrário de outros módulos de pouso, nossa "libélula" será capaz de voar de um lugar para outro, movendo-se centenas de quilômetros, "- disse a chefe da missão DragonFly, Elizabeth Turtle.
Comparação dos tamanhos da Terra, Titã (canto inferior esquerdo) e Lua
Titã é a maior lua de Saturno e a segunda maior lua de todo o sistema solar (perdendo apenas para a lua de Júpiter, Ganimedes). Além disso, Titã é o único corpo do sistema solar, com exceção da Terra, para o qual foi comprovada a existência estável de líquido em sua superfície, e também o único satélite do planeta que possui uma atmosfera densa. Tudo isso torna Titã um objeto muito atraente para várias pesquisas e estudos científicos.
O diâmetro deste satélite de Saturno é 5152 quilômetros, que é 50% maior que o da Lua, enquanto Titã é 80% maior do que o satélite do nosso planeta em massa. Além disso, Titã é maior do que o planeta Mercúrio. A força da gravidade em Titã é cerca de um sétimo da gravidade da Terra. A superfície do satélite é composta principalmente de gelo de água e matéria orgânica sedimentar. A pressão na superfície de Titã é aproximadamente 1,5 vezes maior do que a pressão na superfície da terra, a temperatura do ar na superfície é -170.. -180 graus Celsius. Apesar da temperatura bastante baixa, este satélite é comparado com a Terra nos estágios iniciais de seu desenvolvimento. Portanto, os cientistas não excluem a possibilidade da existência das formas de vida mais simples em Titã, em particular, nos reservatórios subterrâneos existentes, cujas condições podem ser muito mais confortáveis do que em sua superfície.
A Dragonfly, ideia de cientistas da Universidade Johns Hopkins, será uma sonda versátil equipada com várias hélices que permitem decolar e pousar verticalmente. No futuro, isso permitirá que um helicóptero incomum explore a superfície e a atmosfera de Titã. “Um dos nossos principais objetivos é fazer pesquisas sobre rios e lagos de metano. Queremos entender o que está acontecendo em suas profundezas,”- disse o líder chefe da missão Dragonfly, Elizabeth Turtle. “Em geral, nossa principal tarefa é lançar luz sobre o ambiente misterioso do satélite de Saturno, rico em química orgânica e pré-biótica. Afinal, Titã hoje é uma espécie de laboratório planetário, onde seria possível estudar reações químicas semelhantes às que poderiam ter causado a origem da vida na Terra.”
Um projeto como esse, se vencer a competição em 2019, será muito inusitado e novo até mesmo para a NASA. Graças aos seus dois recursos, o dispositivo Dragonfly será capaz de se mover de um lugar para outro. O primeiro é a presença de uma usina nuclear, que a fornecerá energia por muito tempo. O segundo é um conjunto de vários motores de hélice poderosos que podem levantar um veículo de exploração pesado no ar denso de Titã. Tudo isso torna o Dragonfly um tanto semelhante a helicópteros ou quadricópteros, com a única exceção de que o helicóptero nuclear espacial será projetado para operar em condições muito mais adversas do que na Terra.
Helicóptero nuclear Libélula na superfície de Titã, ilustração da NASA
Os especialistas observam que este drone será totalmente abastecido com energia produzida por um gerador termoelétrico radioisotópico (RTG). A atmosfera densa e espessa de Titã torna qualquer tecnologia para converter energia solar em energia elétrica ineficaz, razão pela qual a energia nuclear se tornará a fonte básica de energia para a missão. Um gerador semelhante está instalado no rover Curiosity. Durante a noite, esse gerador será capaz de carregar totalmente as baterias do drone, o que ajudará a aeronave a realizar um ou vários voos durante o dia, com duração total de até uma hora.
Sabe-se que o kit de ferramentas Dragonfly foi planejado para incluir: espectrômetros gama que serão capazes de estudar a composição da camada subsuperficial de Titã (este dispositivo ajudará os cientistas a encontrar evidências da presença de um oceano líquido sob a superfície do satélite); espectrômetros de massa para analisar a composição isotópica de elementos leves (como nitrogênio, carbono, enxofre e outros); sensores geofísicos e meteorológicos que irão medir a pressão atmosférica, temperatura, velocidade do vento, atividade sísmica; ele também terá câmeras para tirar fotos. A mobilidade do "helicóptero nuclear" lhe permitirá coletar rapidamente várias amostras e realizar as medições necessárias.
Em apenas uma hora de vôo, esse dispositivo será capaz de percorrer uma distância de 10 a 20 quilômetros. Ou seja, em apenas um vôo, o drone DragonFly será capaz de cobrir uma distância maior do que o rover American Curiosity foi capaz de fazer durante seus 4 anos de permanência no planeta vermelho. E durante toda a sua missão de dois anos, o "helicóptero nuclear" será capaz de explorar uma área bastante impressionante da superfície da lua de Saturno. Graças à presença de uma poderosa usina a bordo, os dados do aparelho, segundo Turtle, serão transmitidos diretamente para a Terra.
Se o projeto vencer a competição e receber a aprovação final como parte do Programa de Exploração do Sistema Solar Novas Fronteiras, a missão será lançada em meados de 2025. Ao mesmo tempo, DragonFly chegará a Titan apenas em 2034, onde, com um desenvolvimento favorável de eventos, funcionará em sua superfície por vários anos.
A caminho do cometa "soviético" - a missão CAESAR
A segunda missão, que atualmente reivindica vitória na competição New Frontiers, pode ser a sonda CAESAR - a primeira espaçonave da NASA a coletar amostras de voláteis e orgânicos da superfície de um cometa e depois retornar à Terra. “Os cometas podem ser chamados de os mais importantes, mas ao mesmo tempo os objetos menos estudados do sistema solar. Os cometas contêm aquelas substâncias com as quais a Terra foi "moldada", e também foram os principais fornecedores de matéria orgânica para o nosso planeta. O que torna os cometas diferentes de outros corpos conhecidos no sistema solar? O interior dos cometas ainda contém voláteis que estavam presentes no sistema solar no momento de seu nascimento”, disse Steve Squires, chefe da missão CAESAR.
Uma foto do cometa Churyumov-Gerasimenko tirada em 19 de setembro de 2014 com a câmera Rosetta
De acordo com o chefe do departamento planetário da NASA Jim Green, esta missão será enviada a um cometa muito bem estudado, nas proximidades do qual outra sonda já visitou, estamos a falar de uma missão europeia chamada Rosetta. O cometa com o índice 67P é chamado de "Soviético", pois foi descoberto por astrônomos soviéticos. É um cometa de curto período com um período orbital de aproximadamente 6 anos e 7 meses. O cometa Churyumov-Gerasimenko foi descoberto na URSS em 23 de outubro de 1969. Foi descoberto pelo astrônomo soviético Klim Churyumov em Kiev em placas fotográficas de outro cometa - 32P / Komas Sola, que foram tiradas por Svetlana Gerasimenko em setembro do mesmo ano no Observatório de Alma-Ata (a primeira foto em que o novo cometa estava visível foi tirada em 11 de setembro de 1969)). O índice 67P significa que este é o 67º cometa aberto de curto período.
Foi descoberto que o cometa Churyumov-Gerasimenko tem uma estrutura porosa, 75-78% do seu volume é vazio. No lado iluminado do cometa, as temperaturas variam de -183 a -143 graus Celsius. Não há campo magnético constante no cometa. De acordo com as últimas estimativas, sua massa é de 10 bilhões de toneladas (o erro de medição é estimado em 10%), o período de rotação é de 12 horas e 24 minutos. Em 2014, usando o aparelho Rosetta, os cientistas conseguiram encontrar moléculas de 16 compostos orgânicos no cometa, quatro dos quais - acetona, propanal, isocianato de metila e acetamida - não haviam sido encontrados anteriormente em cometas.
Segundo representantes da agência espacial americana, a escolha da missão CAESAR, que é enviada a um cometa bem estudado, vai permitir matar três coelhos com uma cajadada só - o que torna a missão mais segura, mais barata e também acelera o seu lançamento. De acordo com Squires, a instalação de uma cápsula para a coleta e devolução do solo de um cometa à Terra também terá um papel importante. Esta cápsula foi criada anteriormente pela agência espacial japonesa para a sonda Hayabusa. “A escolha desta cápsula é explicada pelo fato de que a missão CAESAR exigia uma cápsula que continuasse a conter os voláteis do cometa em forma congelada durante todo o vôo, até tocar a superfície da Terra. A cápsula da sonda Hayabusa possui um escudo térmico que a impede de se aquecer até várias centenas de graus Celsius, o que poderia acontecer com o uso de nossas tecnologias”, observou o cientista americano.
Possível vista da sonda CAESAR, ilustração da NASA
De acordo com os planos da NASA, a sonda CAESAR está planejada para ser equipada com um motor iônico. Ele alcançará a superfície do cometa Churyumov-Gerasimenko de forma relativamente rápida. Amostras de sua matéria, como Steve Squires espera, podem estar na Terra em 2038.
