Le 20 décembre 2017, la National Aeronautics and Space Administration (NASA) des États-Unis a décidé de l'orientation future de son programme intitulé New Frontiers. Thomas Tsurbuchen, chef de la direction scientifique de la NASA, a parlé des plans de l'agence spatiale lors d'une conférence de presse. Selon lui, la prochaine station spatiale automatique dans le cadre du programme New Frontiers ira soit à Titan (un satellite de Saturne) soit à la comète Churyumov-Gerasimenko. Lequel de ces deux objets spatiaux ira la station spatiale automatique ne sera connu qu'en 2019.
Dans le cas où des spécialistes de la NASA optent pour une comète, l'agence lui enverra un engin spatial, qui devra prélever des échantillons à sa surface, puis les envoyer sur Terre. Ce projet finaliste s'appelle CAESAR. L'objectif principal de cette mission est de collecter des composés organiques afin de comprendre comment les comètes pourraient contribuer à l'origine de la vie sur notre planète. A noter que la sonde Philae, livrée à sa surface par la station européenne Rosetta, s'est déjà posée sur la comète Churyumov-Gerasimenko. Cependant, la sonde n'a réussi à transmettre que la télémétrie à la Terre, après quoi la connexion avec l'appareil a été perdue. Fin septembre 2016, la station Rosetta a été désorbitée et envoyée entrer en collision avec une comète.
Dans le cas où le choix de la NASA est fait en faveur de Titan, le vaisseau spatial Dragonfly sera envoyé à sa surface, qui a déjà été appelée un hélicoptère nucléaire, mais extérieurement, il ressemblera davantage à un quadricoptère. Dragonfly devra scanner la surface de Titan afin de déterminer de quoi il est fait exactement et comment il est disposé. Aussi, l'hélicoptère spatial devra répondre à la question: quelles sont les conditions atmosphériques sur ce satellite de Saturne. Des spécialistes de l'agence spatiale américaine pensent que des formes de vie extraterrestres pourraient exister sur Titan.
Titane en couleurs naturelles (image "Cassini")
Les finalistes du concours du meilleur projet de mission spatiale dans le cadre du programme d'exploration du système solaire New Frontiers étaient deux équipes de développement, un total de 12 candidats ont participé au concours. Les deux projets évoqués ci-dessus recevront environ 4 millions de dollars par an pour élaborer les détails et le concept. Ils doivent finaliser leurs programmes d'ici juillet 2019, après avoir étudié tous les risques possibles de leurs missions, puis faire une proposition définitive. Le projet du lauréat sera lancé fin 2025. Le développement de chacune des missions nécessitera environ 850 millions de dollars, le projet du gagnant recevra ce montant de la NASA, et l'agence couvrira également tous les coûts de lancement du vaisseau spatial gagnant dans l'espace - environ 150 millions de dollars supplémentaires.
Comme le notent les experts, le "prix à payer" annoncé est environ le double du coût des missions spatiales "légères" dans le cadre d'un autre programme - Discovery, ainsi que 2 à 4 fois moins que le budget des stations robotiques "phares" et de l'espace de la NASA. télescopes. Le budget annoncé permet de placer sur les sondes un ensemble d'instruments assez vaste et étendu, ainsi que des sources d'énergie radio-isotope à longue durée de vie, mais en termes de capacités et de durée de vie, ces sondes seront toujours inférieures à des produits phares tels que Cassini, Galileo et Voyageurs.
A noter que dans le cadre du programme New Frontiers, l'agence spatiale américaine a déjà réalisé trois missions réussies. Ainsi la sonde Juno étudie l'orbite de Jupiter, la sonde New Horizons se dirige actuellement vers Pluton, et OSIRIS-REx s'envole vers l'astéroïde afin de prélever des échantillons à sa surface. Selon Thomas Zurbuchen, l'agence n'a pas encore pris de décision sur les lanceurs qui seront utilisés pour lancer une mission particulière. Dans le même temps, il s'est dit confiant que d'ici le début des travaux sur la création des stations et des sondes requises, la fusée lourde SLS, ainsi que des "camions lourds" spatiaux privés seront prêts à lancer une nouvelle génération de sondes interplanétaires américaines..
Hélicoptère nucléaire sur Titan - Mission DragonFly
« Titan est un corps céleste unique avec une atmosphère dense, des lacs et de véritables mers d'hydrocarbures, un cycle de substances et un climat difficile. Nous comptons continuer l'affaire Cassini et Huygens afin de comprendre s'il y a toutes les « briques de la vie » à la surface de Titan et si la vie peut y exister. Contrairement à d'autres modules d'atterrissage, notre "libellule" sera capable de voler d'un endroit à l'autre, se déplaçant sur des centaines de kilomètres ", a déclaré la chef de la mission DragonFly Elizabeth Turtle.
Comparaison des tailles de la Terre, de Titan (en bas à gauche) et de la Lune
Titan est la plus grande lune de Saturne et la deuxième plus grande lune de tout le système solaire (derrière la lune de Jupiter Ganymède). De plus, Titan est le seul corps du système solaire, à l'exception de la Terre, pour lequel l'existence stable de liquide à sa surface a été prouvée, et aussi le seul satellite de la planète qui possède une atmosphère dense. Tout cela fait de Titan un objet très attrayant pour diverses recherches et études scientifiques.
Le diamètre de ce satellite de Saturne est de 5152 kilomètres, soit 50% plus grand que celui de la Lune, tandis que Titan est 80% plus grand que le satellite de notre planète en masse. De plus, Titan est plus grand que la planète Mercure. La force de gravité sur Titan est environ un septième de celle de la gravité terrestre. La surface du satellite est principalement composée de glace d'eau et de matière organique sédimentaire. La pression à la surface de Titan est environ 1,5 fois plus élevée que la pression à la surface de la terre, la température de l'air à la surface est de -170.. -180 degrés Celsius. Malgré la température plutôt basse, ce satellite est comparé à la Terre dans les premiers stades de son développement. Par conséquent, les scientifiques n'excluent pas la possibilité de l'existence des formes de vie les plus simples sur Titan, en particulier dans les réservoirs souterrains existants, dont les conditions peuvent être beaucoup plus confortables qu'à sa surface.
Le Dragonfly, conçu par des scientifiques de l'Université Johns Hopkins, sera un atterrisseur polyvalent équipé de plusieurs hélices lui permettant de décoller et d'atterrir verticalement. À l'avenir, cela permettra à un hélicoptère inhabituel d'explorer la surface et l'atmosphère de Titan. « L'un de nos principaux objectifs est de mener des recherches sur les rivières et les lacs méthane. Nous voulons comprendre ce qui se passe dans leurs profondeurs », a déclaré le chef de file de la mission Dragonfly, Elizabeth Turtle. « De manière générale, notre tâche principale est de faire la lumière sur l'environnement mystérieux du satellite de Saturne, riche en chimie organique et prébiotique. Après tout, Titan est aujourd'hui une sorte de laboratoire planétaire, où il serait possible d'étudier des réactions chimiques similaires à celles qui auraient pu provoquer l'origine de la vie sur Terre. »
Un projet comme celui-ci, s'il remporte le concours en 2019, sera très inhabituel et nouveau même pour la NASA. Grâce à ses deux fonctionnalités, l'appareil Dragonfly pourra se déplacer d'un endroit à l'autre. Le premier est la présence d'une centrale nucléaire, qui lui fournira de l'énergie pendant très longtemps. Le second est un ensemble de plusieurs moteurs à hélice puissants qui peuvent soulever un véhicule d'exploration lourd dans l'air dense de Titan. Tout cela rend le Dragonfly quelque peu similaire aux hélicoptères ou aux quadricoptères, à la seule exception que l'hélicoptère nucléaire spatial sera conçu pour fonctionner dans des conditions beaucoup plus difficiles que sur Terre.
Libellule d'hélicoptère nucléaire à la surface de Titan, illustration de la NASA
Les experts notent que ce drone sera entièrement alimenté en énergie produite par un générateur thermoélectrique à radio-isotope (RTG). L'atmosphère plutôt dense et épaisse de Titan rend inefficace toute technologie de conversion de l'énergie solaire en énergie électrique, c'est pourquoi l'énergie nucléaire deviendra la source d'énergie de base de la mission. Un générateur similaire est installé sur le rover Curiosity. Pendant la nuit, un tel générateur pourra recharger complètement les batteries du drone, ce qui aidera l'avion à effectuer un ou plusieurs vols pendant la journée, d'une durée totale pouvant aller jusqu'à une heure.
On sait que la boîte à outils Dragonfly devrait inclure: des spectromètres gamma qui pourront étudier la composition de la couche souterraine de Titan (cet appareil aidera les scientifiques à trouver des preuves de la présence d'un océan liquide sous la surface du satellite); spectromètres de masse pour analyser la composition isotopique des éléments légers (tels que l'azote, le carbone, le soufre et autres); des capteurs géophysiques et météorologiques qui mesureront la pression atmosphérique, la température, la vitesse du vent, l'activité sismique; il disposera également d'appareils photo pour prendre des photos. La mobilité de l'« hélicoptère nucléaire » lui permettra de prélever rapidement divers échantillons et d'effectuer les mesures nécessaires.
En seulement une heure de vol, cet appareil pourra couvrir une distance de 10 à 20 kilomètres. C'est-à-dire qu'en un seul vol, le drone DragonFly pourra parcourir une plus grande distance que le rover américain Curiosity n'a pu le faire pendant ses 4 ans de séjour sur la planète rouge. Et pendant toute sa mission de deux ans, "l'hélicoptère nucléaire" pourra explorer une zone assez impressionnante de la surface de la lune de Saturne. Grâce à la présence d'une puissante centrale électrique à bord, les données de l'appareil, selon Turtle, seront transmises directement à la Terre.
Si le projet remporte le concours et reçoit l'approbation finale dans le cadre du programme d'exploration du système solaire New Frontiers, la mission sera lancée à la mi-2025. Dans le même temps, DragonFly n'arrivera sur Titan qu'en 2034, où, avec une évolution favorable des événements, il travaillera à sa surface pendant plusieurs années.
En route vers la comète "soviétique" - la mission CAESAR
La deuxième mission, qui revendique actuellement la victoire dans le concours New Frontiers, pourrait être la sonde CAESAR - le premier vaisseau spatial de la NASA à prélever des échantillons de substances volatiles et organiques à la surface d'une comète, puis de revenir sur Terre. « Les comètes peuvent être appelées les objets les plus importants, mais en même temps les moins étudiés du système solaire. Les comètes contiennent les substances à partir desquelles la Terre a été "moulée", et elles étaient également les principaux fournisseurs de matière organique pour notre planète. Qu'est-ce qui différencie les comètes des autres corps connus du système solaire ? L'intérieur des comètes contient encore des volatiles qui étaient présents dans le système solaire au moment de sa naissance », a déclaré Steve Squires, chef de la mission CAESAR.
Un instantané de la comète Churyumov-Gerasimenko pris le 19 septembre 2014 avec la caméra Rosetta
Selon le chef du département planétaire de la NASA Jim Green, cette mission sera envoyée sur une comète très bien étudiée, au voisinage de laquelle une autre sonde s'est déjà rendue, il s'agit d'une mission européenne appelée Rosetta. La comète d'indice 67P est dite "soviétique", car elle a été découverte par les astronomes soviétiques. C'est une comète à courte période avec une période orbitale d'environ 6 ans et 7 mois. La comète Churyumov-Gerasimenko a été découverte en URSS le 23 octobre 1969. Il a été découvert par l'astronome soviétique Klim Churyumov à Kiev sur des plaques photographiques d'une autre comète - 32P / Komas Sola, qui ont été prises par Svetlana Gerasimenko en septembre de la même année à l'observatoire d'Alma-Ata (la première photo dans laquelle la nouvelle comète était visible a été prise le 11 septembre 1969)). L'indice 67P signifie qu'il s'agit de la 67e comète ouverte à courte période.
Il a été constaté que la comète Churyumov-Gerasimenko a une structure poreuse, 75-78% de son volume est vide. Du côté illuminé de la comète, les températures varient de -183 à -143 degrés Celsius. Il n'y a pas de champ magnétique constant sur la comète. Selon les dernières estimations, sa masse est de 10 milliards de tonnes (l'erreur de mesure est estimée à 10%), la période de rotation est de 12 heures 24 minutes. En 2014, à l'aide de l'appareil Rosetta, les scientifiques ont pu trouver des molécules de 16 composés organiques sur la comète, dont quatre - l'acétone, le propanal, l'isocyanate de méthyle et l'acétamide - n'avaient pas été trouvés auparavant sur les comètes.
Selon des représentants de l'agence spatiale américaine, le choix de la mission CAESAR, qui est envoyée sur une comète bien étudiée, permettra de faire d'une pierre trois coups, ce qui rend la mission plus sûre, moins chère et accélère également son lancement. Selon Squires, l'installation d'une capsule pour la collecte et le retour du sol d'une comète vers la Terre jouera également un rôle. Cette capsule a été précédemment créée par l'agence spatiale japonaise pour la sonde Hayabusa. « Le choix de cette capsule s'explique par le fait que la mission CAESAR nécessitait une capsule qui continuerait à contenir les volatils de la comète sous forme congelée pendant tout le vol, jusqu'à toucher la surface de la Terre. La capsule de la sonde Hayabusa possède un bouclier thermique qui l'empêche de chauffer jusqu'à plusieurs centaines de degrés Celsius, ce qui pourrait arriver avec l'utilisation de nos technologies », a noté le scientifique américain.
Vue possible de la sonde CAESAR, illustration par la NASA
Selon les plans de la NASA, la sonde CAESAR devrait être équipée d'un moteur ionique. Il atteindra la surface de la comète Churyumov-Gerasimenko relativement rapidement. Des échantillons de sa matière, comme l'espère Steve Squires, pourraient être sur Terre en 2038.
