NASA розробляє підводний човен для дослідження Титану

Тільки недавно ми розповідали вам про бажання американського космічного агентства відправити на Марс дрон-вертоліт, як з'явилися перші подробиці космічної місії, яку NASA збирається провести приблизно до 2040 року. Йдеться про відправку підводного човна на Титан, найбільший супутник Сатурна.

На нещодавно проведеному Міжнародному симпозіумі передових концептів і технологій NASA фахівці агентства показали концептуальний дизайн першій стадії реалізації проєкту підводного човна для дослідження Титану. Автономна підводний човен буде займатися дослідженням рідких вуглеводнів на полюсах супутника.

Титан сам по собі є однією з найцікавіших лун нашої Сонячної системи. Він більше, ніж планета Меркурій, і при цьому є єдиним супутником, що володіє щільною атмосферою. Тиск у поверхні супутника в півтора рази вище земної, при цьому гравітація складає всього 0,14 G. Супутник однак досить холодний. Температура тут нерідко опускається до -179 °C.

В рамках космічних місій «Вояджер», «Кассіні» і посадки зонда «Гюйгенс» вчені з'ясували, що на полюсах Титану є три великих рідких моря. Титан, крім Землі, є єдиним космічним тілом в нашій Сонячній системі, для якого доведено наявність рідини на його поверхні. Однак ця рідина - не вода. Це цілі моря з рідкого етану і метану.

Найбільше з морів Титану носить назву Море Кракена. Воно було виявлено космічним апаратом «Кассіні» в 2007 році. Розташоване вуглеводневу море в північній півкулі супутника. Площа становить близько 400 000 квадратних кілометрів. Глибина моря може становити до 160 метрів, хоча спостереження показують, що в ньому можуть міститися поглиблення, тому остаточна глибина може бути навіть нижче 300 метрів. Вчених це море у першу чергу цікавить своїми припливами (завдяки Сатурну), складною береговою лінією, а також наявністю евапоритів (осадових порід).

Підводний човен на Титані буде працювати на базі термоелектричної установки
На жаль, сказати про те, що ж знаходиться під рідкої поверхнею морів Титану, неможливо до тих пір, поки туди не заглянути. Саме тому NASA збирається відправити на супутник підводний човен і з'ясувати все в деталях. Концептуальна основа субмарини для Титану описує використання компактної напівавтономної підводного човна. Аналогічні нерідко використовуються для дослідження морських і океанських глибин тут, на Землі. Підводне судно вагою приблизно 1 тонну буде працювати на базі звичайного електричного двигуна, модифікованого для використання в рамках 90-денної місії на Титані. За цей час підводний човен буде покрити близько 2000 кілометрів Моря Кракена.

Зважаючи своєї форми для доставки підводного човна на Титан потрібно використання крилатого космічного апарату, здатного витримати гіперзвукову швидкість входження в атмосферу супутника, максимального зниження над поверхнею Моря Кракена і скидання підводного човна в спеціальній захисній капсулі. Після перевірки всіх систем підводний човен почне своє дослідження. Крім того, слід зазначити, що зважаючи на великій відстані від Землі підводний човен буде працювати при дуже високому рівні автоматизації.

Підводний човен буде досліджувати Море Кракена спеціальним сонаром
Серцем субмарини стане 1-кіловатний термогенератор Стірлінг. Він не тільки забезпечить підводний човен необхідною енергією для роботи, але і вбереже використовується тут електроніку від замерзання. На Титані настільки холодно, що під час роботи майже в кріогенній середовищі зайве тепло генератора викличе освіта та закипання конденсату. Цю особливість потрібно буде прийняти до уваги при розробці підводного човна. Однак щадний режим роботи і мала швидкість (у NASA вважають, що субмарина зможе покривати близько 1 метра в секунду - 3,6 км/год) повинні будуть знизити навантаження.

Для економії і простоти проєкт підводного човна не передбачає використання окремого допоміжного орбітального космічного апарату. Для його використання потрібно будівництво додаткового реактора, а також двигунів. Все це істотно збільшить як вартість, так і складність всієї місії. Але так як з Титану все ж доведеться передавати на Землю величезний обсяг нових даних, інженери NASA пропонують використовувати на підводному човні великий повітряний вертикальний кермо, який, крім іншого, буде ще і величезною антеною. Під час своєї щоденної 16-годинної роботи на поверхні підводний човен буде передавати повідомлення на Землю і одночасно проводити дослідження навколишньої місцевості камерою, встановленою на її щоглі. І без того приголомшлива картинка околиць буде супроводжуватися фантастичним видом Сатурна на горизонті.

Як і на Землі, субмарина на Титані буде використовувати баластні баки, проте дизайн їх конструкції і схема роботи поки є відкритим питанням, бо як метан і етан - це зовсім не вода, а сам Титан зовсім не схожий на Землю та її умови. Щільність рідини тут може істотно варіюватися кількісним співвідношенням метану і етану в її складі. І ця різниця набагато складніше, якщо її порівнювати з різницею співвідношення прісної і солоної води на Землі. Тому основні параметри баластних баків зразок того ж розміру вченим ще належить з'ясувати.

Титан володіє низькою гравітацією, але якщо Море Кракена глибоко настільки, наскільки вказують на це ранні аналізи, а також якщо взяти до уваги склад і температуру атмосфери супутника, то всі ці чинники разом можуть створити проблему для глибоководних досліджень цього місяця. У цьому разі азот в баластових баках може конденсуватися в рідину, що своєю чергою призведе до несподіваної втрати плавучості підводного судна. Одним з рішень даної проблеми може бути використання в резервуарах спеціальних гідравлічних поршнів, які будуть допомагати заповнювати і спустошувати балластові баки, не покладаючись на тиск повітря, як це відбувається у звичайних підводних човнах.

Поки NASA не розкривають більш докладних деталей про першочергові завдання підводного човна, яку вони хочуть відправити на Титан. Але здається, що це буде повноцінне дослідження в найрізноманітніших сферах. Найімовірніше, місія буде включати дослідження структури і складу Моря Кракена: як у плані його рідинного складу, так і в плані залишкових порід над і під поверхнею моря. Крім того, так як на Титані є величезний запас органічних елементів, завданням підводного човна буде пошук слідів пребіотичних сполук, які могли б надати нову інформацію про те, як на Землі могла з'явитися життя.