Vào ngày 20 tháng 12 năm 2017, Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia Hoa Kỳ (NASA) đã quyết định về hướng đi xa hơn của chương trình mang tên New Frontiers. Thomas Tsurbuchen, người đứng đầu Ban Giám đốc Khoa học của NASA, đã nói về kế hoạch của cơ quan vũ trụ trong một cuộc họp báo. Theo ông, trạm vũ trụ tự động tiếp theo trong khuôn khổ chương trình New Frontiers sẽ tới Titan (một vệ tinh của Sao Thổ) hoặc tới sao chổi Churyumov-Gerasimenko. Trạm vũ trụ tự động sẽ đi tới đối tượng nào trong số hai đối tượng vũ trụ này sẽ chỉ được biết đến vào năm 2019.
Trong trường hợp các chuyên gia NASA lựa chọn sao chổi, cơ quan này sẽ gửi một tàu vũ trụ tới đó, tàu vũ trụ sẽ phải lấy mẫu từ bề mặt của nó, sau đó gửi chúng về Trái đất. Dự án lọt vào vòng chung kết này có tên là CAESAR. Mục tiêu chính của sứ mệnh này là thu thập các hợp chất hữu cơ để tìm hiểu cách sao chổi có thể đóng góp vào nguồn gốc của sự sống trên hành tinh của chúng ta. Điều đáng chú ý là tàu thăm dò Philae, do trạm châu Âu Rosetta đưa lên bề mặt của nó, đã đáp xuống sao chổi Churyumov-Gerasimenko. Tuy nhiên, tàu thăm dò chỉ truyền được phép đo từ xa tới Trái đất, sau đó kết nối với thiết bị đã bị mất. Vào cuối tháng 9 năm 2016, trạm Rosetta đã bị khử mùi và được đưa đến va chạm với một sao chổi.
Trong trường hợp lựa chọn của NASA có lợi cho Titan, tàu vũ trụ Dragonfly sẽ được đưa lên bề mặt của nó, vốn đã được gọi là trực thăng hạt nhân, nhưng bề ngoài nó sẽ giống một chiếc máy bay quadrocopter hơn. Dragonfly sẽ phải quét bề mặt của Titan để xác định chính xác nó được làm bằng gì và nó được sắp xếp như thế nào. Ngoài ra, chiếc trực thăng vũ trụ sẽ phải trả lời câu hỏi: điều kiện khí quyển trên vệ tinh này của Sao Thổ là gì. Các chuyên gia của cơ quan vũ trụ Mỹ tin rằng các dạng sống ngoài Trái đất có thể tồn tại trên Titan.
Titan có màu sắc tự nhiên (hình ảnh "Cassini")
Những người lọt vào vòng chung kết của cuộc thi cho dự án sứ mệnh không gian xuất sắc nhất trong khuôn khổ chương trình thám hiểm hệ mặt trời New Frontiers là hai nhóm phát triển, có tổng cộng 12 ứng cử viên tham gia cuộc thi. Cả hai dự án nói trên sẽ nhận được khoảng 4 triệu đô la mỗi năm để tính chi tiết và khái niệm. Họ phải hoàn thành các chương trình của mình trước tháng 7 năm 2019, sau khi nghiên cứu tất cả các rủi ro có thể xảy ra trong nhiệm vụ của họ và sau đó đưa ra đề xuất cuối cùng. Dự án của người chiến thắng sẽ được khởi động vào cuối năm 2025. Việc phát triển mỗi sứ mệnh sẽ đòi hỏi khoảng 850 triệu đô la, dự án của người chiến thắng sẽ nhận được số tiền này từ NASA và cơ quan cũng sẽ chi trả tất cả các chi phí phóng tàu vũ trụ chiến thắng vào không gian - khoảng 150 triệu đô la khác.
Như các chuyên gia lưu ý, "thẻ giá" được công bố xấp xỉ gấp đôi chi phí cho các nhiệm vụ không gian "nhẹ" trong khuôn khổ một chương trình khác - Discovery, cũng như ít hơn 2-4 lần so với ngân sách của các trạm robot "hàng đầu" và không gian NASA kính thiên văn. Ngân sách được công bố cho phép đặt trên các tàu thăm dò một bộ công cụ khá lớn và phong phú, cũng như các nguồn năng lượng đồng vị phóng xạ có tuổi thọ cao, nhưng xét về khả năng và tuổi thọ của chúng, các tàu thăm dò này vẫn sẽ kém hơn so với các tàu cao cấp như Cassini, Galileo và Người đi du lịch.
Điều đáng chú ý là là một phần của chương trình New Frontiers, cơ quan vũ trụ Hoa Kỳ đã hoàn thành ba nhiệm vụ thành công. Vì vậy, tàu thăm dò Juno đang nghiên cứu quỹ đạo của Sao Mộc, tàu vũ trụ New Horizons hiện đang hướng tới Sao Diêm Vương và OSIRIS-REx đang bay tới tiểu hành tinh để lấy mẫu từ bề mặt của nó. Theo Thomas Zurbuchen, cơ quan này vẫn chưa đưa ra quyết định về việc phương tiện phóng nào sẽ được sử dụng để thực hiện một nhiệm vụ cụ thể. Đồng thời, ông bày tỏ tin tưởng rằng vào thời điểm bắt đầu công việc tạo ra các trạm và tàu thăm dò cần thiết, tên lửa hạng nặng SLS, cũng như "xe tải hạng nặng" không gian riêng sẽ sẵn sàng phóng thế hệ tàu thăm dò liên hành tinh mới của Mỹ..
Trực thăng hạt nhân trên Titan - Sứ mệnh DragonFly
“Titan là một thiên thể độc đáo với bầu khí quyển dày đặc, các hồ và biển hydrocacbon thực sự, chu trình các chất và khí hậu khó khăn. Chúng tôi hy vọng sẽ tiếp tục vụ việc của Cassini và Huygens để hiểu được liệu có tất cả các "viên gạch của sự sống" trên bề mặt Titan và liệu sự sống có thể tồn tại trên đó hay không. Không giống như các mô-đun hạ cánh khác, “chuồn chuồn” của chúng tôi sẽ có thể bay từ nơi này đến nơi khác, di chuyển hàng trăm km”- người đứng đầu nhiệm vụ DragonFly Elizabeth Turtle nói.
So sánh kích thước của Trái đất, Titan (dưới cùng bên trái) và Mặt trăng
Titan là mặt trăng lớn nhất của sao Thổ và là mặt trăng lớn thứ hai trong toàn bộ hệ mặt trời (chỉ đứng sau mặt trăng Ganymede của sao Mộc). Ngoài ra, Titan là thiên thể duy nhất trong hệ mặt trời, ngoại trừ Trái đất, đã chứng minh được sự tồn tại ổn định của chất lỏng trên bề mặt và cũng là vệ tinh duy nhất của hành tinh có bầu khí quyển dày đặc. Tất cả những điều này làm cho Titan trở thành một đối tượng rất hấp dẫn cho các nghiên cứu và nghiên cứu khoa học khác nhau.
Đường kính của vệ tinh này của sao Thổ là 5152 km, lớn hơn 50% so với của Mặt trăng, trong khi Titan lớn hơn 80% so với vệ tinh của hành tinh chúng ta về khối lượng. Ngoài ra, Titan còn lớn hơn hành tinh Mercury. Lực hấp dẫn trên Titan bằng khoảng một phần bảy lực hấp dẫn của Trái đất. Bề mặt của vệ tinh được cấu tạo chủ yếu bởi băng nước và các chất hữu cơ trầm tích. Áp suất ở bề mặt Titan cao hơn áp suất bề mặt trái đất xấp xỉ 1,5 lần, nhiệt độ không khí trên bề mặt là -170.. -180 độ C. Mặc dù có nhiệt độ khá thấp, vệ tinh này được so sánh với Trái đất trong giai đoạn đầu phát triển. Do đó, các nhà khoa học không loại trừ khả năng tồn tại các dạng sống đơn giản nhất trên Titan, đặc biệt là trong các hồ chứa dưới lòng đất hiện có, điều kiện có thể thoải mái hơn nhiều so với trên bề mặt của nó.
Dragonfly, sản phẩm trí tuệ của các nhà khoa học tại Đại học Johns Hopkins, sẽ là một tàu đổ bộ đa năng được trang bị nhiều cánh quạt cho phép nó cất cánh và hạ cánh thẳng đứng. Trong tương lai, điều này sẽ cho phép một chiếc trực thăng bất thường khám phá bề mặt và bầu khí quyển của Titan. “Một trong những mục tiêu chính của chúng tôi là tiến hành nghiên cứu các sông và hồ chứa khí mêtan. Chúng tôi muốn hiểu điều gì đang diễn ra trong sâu thẳm của chúng,”- trưởng nhóm sứ mệnh Dragonfly, Elizabeth Turtle cho biết. “Nói chung, nhiệm vụ chính của chúng tôi là làm sáng tỏ môi trường bí ẩn của vệ tinh Sao Thổ, rất giàu chất hóa học hữu cơ và tiền sinh học. Xét cho cùng, Titan ngày nay là một loại phòng thí nghiệm hành tinh, nơi có thể nghiên cứu các phản ứng hóa học tương tự như những phản ứng có thể gây ra nguồn gốc của sự sống trên Trái đất."
Một dự án như thế này, nếu nó giành chiến thắng trong cuộc thi vào năm 2019, sẽ rất bất thường và mới mẻ ngay cả đối với NASA. Nhờ hai tính năng của nó, thiết bị Dragonfly sẽ có thể di chuyển từ nơi này sang nơi khác. Đầu tiên là sự hiện diện của một nhà máy điện hạt nhân, nó sẽ cung cấp năng lượng cho nó trong một thời gian rất dài. Thứ hai là một bộ động cơ cánh quạt mạnh mẽ có thể nâng một chiếc xe thám hiểm hạng nặng vào vùng không khí dày đặc của Titan. Tất cả những điều này khiến Dragonfly có phần giống với trực thăng hoặc quadcopters, ngoại trừ duy nhất là trực thăng hạt nhân không gian sẽ được thiết kế để hoạt động trong những điều kiện khắc nghiệt hơn nhiều so với trên Trái đất.
Máy bay trực thăng hạt nhân Dragonfly trên bề mặt Titan, ảnh minh họa của NASA
Các chuyên gia lưu ý rằng chiếc máy bay không người lái này sẽ được cung cấp đầy đủ năng lượng do máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ (RTG) tạo ra. Bầu khí quyển khá đặc và dày của Titan khiến bất kỳ công nghệ chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng điện nào cũng không hiệu quả, đó là lý do tại sao năng lượng hạt nhân sẽ trở thành nguồn năng lượng cơ bản cho sứ mệnh. Một máy phát điện tương tự được cài đặt trên Curiosity rover. Vào ban đêm, một máy phát điện như vậy sẽ có thể sạc đầy pin của máy bay không người lái, giúp máy bay thực hiện một hoặc một số chuyến bay trong ngày, với tổng thời lượng lên đến một giờ.
Được biết, bộ công cụ Dragonfly được lên kế hoạch bao gồm: máy đo phổ gamma sẽ có thể nghiên cứu thành phần của lớp dưới bề mặt Titan (thiết bị này sẽ giúp các nhà khoa học tìm ra bằng chứng về sự hiện diện của một đại dương lỏng dưới bề mặt vệ tinh); khối phổ để phân tích thành phần đồng vị của các nguyên tố nhẹ (như nitơ, cacbon, lưu huỳnh và các nguyên tố khác); cảm biến địa vật lý và khí tượng sẽ đo áp suất khí quyển, nhiệt độ, tốc độ gió, hoạt động địa chấn; anh ấy cũng sẽ có máy ảnh để chụp ảnh. Khả năng cơ động của "trực thăng hạt nhân" sẽ cho phép nó nhanh chóng thu thập các mẫu khác nhau và thực hiện các phép đo cần thiết.
Chỉ trong một giờ bay, thiết bị này sẽ có thể phủ sóng khoảng cách từ 10 đến 20 km. Có nghĩa là, chỉ trong một chuyến bay, máy bay không người lái DragonFly sẽ có thể bao phủ một khoảng cách xa hơn so với chiếc máy bay thám hiểm Curiosity của Mỹ đã làm được trong suốt 4 năm lưu lại hành tinh đỏ. Và trong toàn bộ sứ mệnh kéo dài hai năm của mình, chiếc "trực thăng hạt nhân" sẽ có thể khám phá một khu vực khá ấn tượng trên bề mặt mặt trăng của Sao Thổ. Theo Turtle, nhờ sự hiện diện của một nhà máy điện mạnh trên tàu, dữ liệu từ thiết bị này sẽ được truyền trực tiếp đến Trái đất.
Nếu dự án chiến thắng trong cuộc thi và nhận được sự chấp thuận cuối cùng như là một phần của Chương trình Khám phá Hệ Mặt trời Biên giới Mới, sứ mệnh sẽ khởi động vào giữa năm 2025. Đồng thời, DragonFly sẽ chỉ đến Titan vào năm 2034, nơi, với sự phát triển thuận lợi của các sự kiện, nó sẽ hoạt động trên bề mặt của nó trong vài năm.
Trên đường đến sao chổi "Liên Xô" - sứ mệnh CAESAR
Nhiệm vụ thứ hai, hiện đang tuyên bố chiến thắng trong cuộc thi New Frontiers, có thể là tàu thăm dò CAESAR - tàu vũ trụ đầu tiên của NASA lấy mẫu chất bay hơi và chất hữu cơ từ bề mặt sao chổi rồi quay trở lại Trái đất. “Sao chổi có thể được gọi là quan trọng nhất, nhưng đồng thời cũng là đối tượng ít được nghiên cứu nhất của hệ mặt trời. Sao chổi chứa những chất mà từ đó Trái đất được "nhào nặn", và chúng cũng là những nhà cung cấp vật chất hữu cơ chính cho hành tinh của chúng ta. Điều gì làm cho sao chổi khác với các thiên thể đã biết khác trong hệ mặt trời? Steve Squires, người đứng đầu sứ mệnh CAESAR, cho biết bên trong sao chổi vẫn chứa các chất bay hơi đã có trong hệ mặt trời vào thời điểm nó ra đời.
Ảnh chụp nhanh sao chổi Churyumov-Gerasimenko được chụp vào ngày 19 tháng 9 năm 2014 bằng máy ảnh Rosetta
Theo người đứng đầu bộ phận hành tinh của NASA, Jim Green, sứ mệnh này sẽ được gửi đến một sao chổi được nghiên cứu rất kỹ lưỡng, ở vùng lân cận mà một tàu thăm dò khác đã đến thăm, chúng ta đang nói về một sứ mệnh châu Âu tên là Rosetta. Sao chổi với chỉ số 67P được gọi là "Liên Xô", vì nó được phát hiện bởi các nhà thiên văn học Liên Xô. Nó là một sao chổi chu kỳ ngắn với chu kỳ quỹ đạo khoảng 6 năm 7 tháng. Sao chổi Churyumov-Gerasimenko được phát hiện tại Liên Xô vào ngày 23 tháng 10 năm 1969. Nó được phát hiện bởi nhà thiên văn học Liên Xô Klim Churyumov ở Kiev trên các tấm ảnh chụp của một sao chổi khác - 32P / Komas Sola, được chụp bởi Svetlana Gerasimenko vào tháng 9 cùng năm tại Đài quan sát Alma-Ata (bức ảnh đầu tiên trong đó sao chổi mới đã được nhìn thấy được chụp vào ngày 11 tháng 9 năm 1969)). Chỉ số 67P có nghĩa là đây là sao chổi mở trong thời gian ngắn thứ 67.
Người ta nhận thấy sao chổi Churyumov-Gerasimenko có cấu trúc xốp, 75-78% thể tích của nó là rỗng. Ở phía được chiếu sáng của sao chổi, nhiệt độ dao động từ -183 đến -143 độ C. Không có từ trường không đổi trên sao chổi. Theo ước tính mới nhất, khối lượng của nó là 10 tỷ tấn (sai số đo lường ước tính 10%), thời gian quay là 12 giờ 24 phút. Vào năm 2014, bằng cách sử dụng thiết bị Rosetta, các nhà khoa học đã có thể tìm thấy các phân tử của 16 hợp chất hữu cơ trên sao chổi, bốn trong số đó - axeton, propanal, metyl isocyanate và axetamit - trước đây chưa từng được tìm thấy trên sao chổi.
Theo đại diện của cơ quan vũ trụ Mỹ, việc lựa chọn sứ mệnh CAESAR, được gửi đến một sao chổi đã được nghiên cứu kỹ lưỡng, sẽ cho phép tiêu diệt ba con chim bằng một viên đá - điều này giúp sứ mệnh an toàn hơn, rẻ hơn và cũng đẩy nhanh quá trình phóng. Theo Squires, việc lắp đặt một viên nang để thu thập và trả đất từ sao chổi về Trái đất cũng sẽ đóng một vai trò quan trọng. Viên nang này trước đây do cơ quan vũ trụ Nhật Bản tạo ra cho tàu thăm dò Hayabusa. “Sự lựa chọn của viên nang này được giải thích là do sứ mệnh CAESAR yêu cầu một viên nang có thể tiếp tục giữ các chất bay hơi từ sao chổi ở dạng đông lạnh trong suốt toàn bộ chuyến bay, cho đến khi chạm vào bề mặt trái đất. Vỏ nang cho tàu thăm dò Hayabusa có một tấm chắn nhiệt ngăn nó nóng lên đến vài trăm độ C, điều này có thể xảy ra khi sử dụng công nghệ của chúng tôi,”nhà khoa học Mỹ lưu ý.
Hình ảnh có thể có của tàu thăm dò CAESAR, minh họa bởi NASA
Theo kế hoạch của NASA, tàu thăm dò CAESAR được lên kế hoạch trang bị động cơ ion. Nó sẽ tiếp cận bề mặt của sao chổi Churyumov-Gerasimenko tương đối nhanh. Các mẫu vật chất của nó, như Steve Squires hy vọng, có thể có mặt trên Trái đất vào năm 2038.
