NASA разрабатывает подводную лодку для исследования Титана

Безумным, но невероятно интересным планам NASA нет конца и края. Только недавно мы рассказывали вам о желании американского космического агентства отправить на Марс дрон-вертолет, как появились первые подробности космической миссии, которую NASA собирается провести примерно к 2040 году. Речь идет об отправке подводной лодки на Титан, крупнейший спутник Сатурна.

На недавно проведенном Международном симпозиуме передовых концептов и технологий NASA специалисты агентства показали концептуальный дизайн первой стадии реализации проекта подводной лодки для исследования Титана. Автономная подводная лодка будет заниматься исследованием жидких углеводородов на полюсах спутника.

Титан сам по себе является одной из самых интересных лун нашей Солнечной системы. Он больше, чем планета Меркурий, и при этом является единственным спутником, обладающим плотной атмосферой. Давление у поверхности спутника в полтора раза выше земного, при этом гравитация составляет всего 0,14 G. Спутник тем не менее весьма холодный. Температура здесь нередко опускается до -179 °C.

В рамках космических миссий «Вояджер», «Кассини» и посадки зонда «Гюйгенс» ученые выяснили, что на полюсах Титана имеются три больших жидких моря. Титан, помимо Земли, является единственным космическим телом в нашей Солнечной системе, для которого доказано наличие жидкости на его поверхности. Однако эта жидкость — не вода. Это целые моря из жидкого этана и метана.

Крупнейшее из морей Титана носит название Море Кракена. Оно было обнаружено космическим аппаратом «Кассини» в 2007 году. Расположено углеводородное море в северном полушарии спутника. Площадь составляет около 400 000 квадратных километров. Глубина моря может составлять до 160 метров, хотя наблюдения показывают, что в нем могут содержаться углубления, поэтому окончательная глубина может быть даже ниже 300 метров. Ученых это море в первую очередь интересует своими приливами (благодаря Сатурну), сложной береговой линией, а также наличием эвапоритов (осадочных пород).

Подводная лодка на Титане будет работать на базе термоэлектрической установки

К сожалению, сказать о том, что же находится под жидкой поверхностью морей Титана, невозможно до тех пор, пока туда не заглянуть. Именно поэтому NASA собирается отправить на спутник подводную лодку и выяснить все в деталях. Концептуальная основа субмарины для Титана описывает использование компактной полуавтономной подводной лодки. Аналогичные нередко используются для исследования морских и океанских глубин здесь, на Земле. Подводное судно весом примерно в 1 тонну будет работать на базе обычного электрического двигателя, модифицированного для использования в рамках 90-дневной миссии на Титане. За это время подлодка должна будет покрыть около 2000 километров Моря Кракена.

Ввиду своей формы для доставки подлодки на Титан потребуется использование крылатого космического аппарата, способного выдержать гиперзвуковую скорость вхождения в атмосферу спутника, максимального снижения над поверхностью Моря Кракена и сброса подлодки в специальной защитной капсуле. После проверки всех систем подлодка начнет свое исследование. Кроме того, следует отметить, что ввиду большой удаленности от Земли подводная лодка будет работать при очень высоком уровне автономности.

Подлодка будет исследовать Море Кракена специальным сонаром

Сердцем субмарины станет 1-киловаттный термогенератор Стирлинг. Он не только обеспечит подлодку необходимой энергией для работы, но и убережет использующуюся здесь электронику от замерзания. На Титане настолько холодно, что при работе почти в криогенной среде лишнее тепло генератора вызовет образование и закипание конденсата. Эту особенность нужно будет принять во внимание при разработке подлодки. Однако щадящий режим работы и малая скорость (в NASA посчитали, что субмарина сможет покрывать около 1 метра в секунду — 3,6 км/ч) должны будут снизить нагрузки.

Для экономии и простоты проект подлодки не подразумевает использования отдельного вспомогательного орбитального космического аппарата. Для его использования потребуется строительство дополнительного реактора, а также двигателей. Все это существенно увеличит как стоимость, так и сложность всей миссии. Но так как с Титана все же придется передавать на Землю огромный объем новых данных, инженеры NASA предлагают использовать на подлодке большой воздушный вертикальный руль, который, помимо прочего, будет еще являться и огромной антенной. Во время своей ежедневной 16-часовой работы на поверхности подлодка будет передавать сообщения на Землю и одновременно производить исследования окружающей местности камерой, установленной на ее мачте. И без того потрясающая картинка окрестностей будет сопровождаться фантастическим видом Сатурна на горизонте.

Как и на Земле, субмарина на Титане будет использовать балластные баки, однако дизайн их конструкции и схема работы пока являются открытым вопросом, потому как метан и этан — это совсем не вода, а сам Титан совсем не похож на Землю и ее условия. Плотность жидкости здесь может существенно варьироваться количественным соотношением метана и этана в ее составе. И эта разница гораздо сложнее, если ее сравнивать с разницей соотношения пресной и соленой воды на Земле. Поэтому основные параметры балластных баков вроде того же размера ученым только еще предстоит выяснить.

Титан обладает низкой гравитацией, но если Море Кракена глубоко настолько, насколько указывают на это ранние анализы, а также если принять во внимание состав и температуру атмосферы спутника, то все эти факторы вкупе могут создать проблему для глубоководных исследований этой луны. В этом случае азот в балластовых баках может конденсироваться в жидкость, что в свою очередь приведет к неожиданной утере плавучести подводного судна. Одним из решений данной проблемы может являться использование в резервуарах специальных гидравлических поршней, которые будут помогать заполнять и опустошать балластовые баки, не полагаясь на давление воздуха, как это происходит в обычных подлодках.

Пока в NASA не раскрывают более подробных деталей о первоочередных задачах подлодки, которую они хотят отправить на Титан. Но кажется, что это будет полноценное исследование в самых различных сферах. Вероятнее всего, миссия будет включать исследование структуры и состава Моря Кракена: как в плане его жидкостного состава, так и в плане остаточных пород над и под поверхностью моря. Кроме того, так как на Титане имеется огромный запас органических элементов, задачей подлодки будет поиск следов пребиотических соединений, которые могли бы предоставить новую информацию о том, как на Земле могла появиться жизнь.