人类要往泰坦星派无人机,还是核动力的

硬件

07-17 14:38

本文来自微信公众号「果壳」(ID:Guokr42),作者 Phil Plait,译者艾麦乐,爱范儿经授权发布。

人类要往泰坦星派无人机,还是核动力的!

▲ 蜻蜓号在土卫六泰坦表面的艺术画。图片来源:JHUAPL / Michael Carroll

人类将向土星最大的卫星——土卫六泰坦,派遣一架核动力四轴旋翼无人机。

听起来超级科幻对不对?然而,这不是科幻,而是不久后将会发生的现实。NASA 已经决定,将发射一架无人机前往土卫六,去探索那颗星球上像雨一样落下来的有机分子,以及汇聚成江河湖海的液态甲烷。

蜻蜓号无人机,目标土卫六泰坦

这项任务名为「蜻蜓」,是 NASA 新前线系列任务的一部分。这一系列任务,旨在瞄准太阳系里优先级别最高的科学探测目标。正在探测木星的朱诺号、正在探测柯伊伯带的新视野号,还有正在探测小行星「贝努」的冥王号,都隶属于 NASA 的新前线系列任务。

人类要往泰坦星派无人机,还是核动力的!

▲ 蜻蜓号着陆器是一架四轴旋翼机,将在土卫六的天空展开自主飞行。图片来源:APL / Mike Carroll

蜻蜓号本身是一个着陆探测器,体长约 3 米,四角各有一对共轴螺旋桨,构成一架四轴旋翼机。它可以先在土卫六表面某处着陆,然后转动旋翼进行短途飞行,前往其他地点进行科学探测,每次飞行最远可达 8 公里。

它将有能力拍摄照片,采集空气和表面物质样本,测定它们的化学成分,展开气象和地震学测量,并在飞行过程中勘测周边地区。它的任务目标是:测定土卫六上的环境,以便我们更好地了解这颗巨大的卫星,同时搜寻那里可能存在的构成生命的要素。

熟悉而又陌生的异世界

对于我们地球人来说,土卫六是一颗既熟悉又陌生的星球。土星距离我们超过 140 亿公里,因此土卫六非常寒冷。水在那颗星球的表面会冻成冰块,比地球上的花岗岩还要坚硬。然而,那里的大气却跟地球一样,主要由氮气构成,比地球大气厚大约 50%,足以在星球的表面维持一些有趣的化学反应。

人类要往泰坦星派无人机,还是核动力的!

▲ 土卫六(右)是土星这颗光环行星最大的卫星,拥有比地球更浓厚的大气层。图片来源:pic2.me

已故的卡西尼号探测器多次考察过土卫六,在那里发现过由碳氢化合物构成的沙丘,找到过冰火山活动的迹象,甚至探测到土卫六的地下存在液态水海洋。然而,在所有的这些发现当中,最引人注目的当数在土卫六北极附近发现的、由液态甲烷和乙烷构成的巨大湖泊。

卡西尼号使用雷达穿透了土卫六上雾霭重重的大气层,对土卫六的表面进行了细致的成像观测,结果不只显示出这些湖泊,还在周边的山丘上发现了汇入这些湖泊的河流。这表明,土卫六上的甲烷就像地球上的水一样,会蒸发升腾,在大气中飘移,还会形成「降雨」,汇聚成江河湖海。

当然,那里的气温只有-180℃。不要以为温度这么低,一切就都被冰封住了。甲烷循环,再加上大量有机分子参与其中,意味着土卫六上可能进行着各种有趣的、可能跟生命诞生之前有关的化学过程。

而这些,正是我们想要去弄清楚的。

人类要往泰坦星派无人机,还是核动力的!

▲ 土卫六上有液态甲烷构成的海洋,还有好像被流水打磨过的「鹅卵石」。图片来源:ESA/NASA/JPL/University of Arizona & NASA/JPL-Caltech/ASI/USGS

15 年后才能抵达!

这项任务目前规划在 2026 年发射,要到 2034 年才会在那颗遥远的卫星上着陆。毕竟,前往土星还有一条漫漫长路要走。用 7 年的时间打造这样一台四轴旋翼着陆器,虽然时间有点紧,但也还算合理。许多仪器都建立在已有的成功设计的基础之上,连电池也是。

对于遥远的土卫六来说,那里能够接收到的阳光强度,只有地球附近阳光强度的大约 1%,这还没有考虑它满是雾霭的浓厚大气,因此太阳能电池板并不是一种合理的选择。蜻蜓号无人机将使用核电池来供电,跟好奇号火星车上使用的电池类似。确切来说,那将是一台放射性同位素热电机,使用钚元素衰变时产生的热量来发电。

整个无人机上难度最大的部分,大概是确保螺旋桨能在极度严寒的大气层中正常工作。不过,就算是这个难点,土卫六也有天然的优势:那里的大气层比地球还浓厚,再加上表面重力只有地球的 1/7,想要飞起来还是很容易的。另外,土卫六上的风速很低,应该也不会带来太大的问题。

▲ 怎么把一架无人机送上土卫六?看这段视频就知道了!

蜻蜓号无人机将在土卫六赤道附近香格里拉地区的沙丘地带着陆,按照目前的规划,预定工作寿命大约是 2 年半。想要从着陆地点飞到位于北极附近的湖泊地区,2 年半的时间恐怕是不够的。

不过负责建造蜻蜓号的团队,是美国约翰斯‧霍普金斯大学的应用物理实验室,他们制造的探测器一向以坚韧耐用而著称,比如今年年初刚刚飞掠柯伊伯带小天体「天涯海角」的新视野号。

期待蜻蜓号也能在土卫六上超期服役,有朝一日有机会靠近土卫六北极那些液态甲烷构成的巨大湖泊。到时候,它拍回来的湖光山色,会让我们地球人集体惊艳的。

在那之前,还是先期待蜻蜓号任务一切顺利吧!

参考来源:NASA WILL BE SENDING A QUADCOPTER CALLED DRAGONFLY TO TITAN

登录,参与讨论前请先登录

评论在审核通过后将对所有人可见

正在加载中