蜻蜓直升机任务将于2034年抵达土卫六，下一个会是飞机吗？ _直升机

这张由美国宇航局卡西尼号任务拍摄的彩色马赛克照片展示了迄今为止最完整的土卫六北部湖泊和海洋景观。鸣谢:美国宇航局/ JPL加州理工学院/意大利航天局/美国地质调查局
据美国物理学家组织网（by Nancy Atkinson, Universe Today）：土卫六上的烃海到底是什么样的？虽然即将到来的蜻蜓直升机任务将于2034年抵达土星朦胧而寒冷的卫星，以探索土卫六的大气层，但仍有必要执行一项任务，研究卫星上充满液态烃的神秘海洋和湖泊。
但是一架可以研究泰坦的海洋和天空的飞机怎么样呢？
一个新的任务概念得到了美国宇航局创新先进概念(NIAC)计划的资助，被称为“泰坦航空”，其特点是一艘被称为“莱克”的飞行船。“莱克尔”号将配备许多仪器来啜饮和品尝空气和液体，同时翱翔和航行，在穿过土卫六的大气层和滑过其湖泊之间无缝转换，就像地球上的水上飞机一样。
TitanAir是获得NIAC第一阶段17.5万美元资金的14个不同的有远见的想法之一，这为帮助充实可能改变未来任务的潜在突破性概念提供了支持。
TitanAir是Quinn Morley和他的公司Planet Enterprises的创意。莫利在波音公司工作了15年，目前正在攻读机械工程学士学位。这是莫利的第二个NIAC奖，因为在2021年，他获得了另一项第一阶段拨款，以研究低成本机器人、自动驾驶的“钻孔机器人”的开发，这些机器人能够在火星上进行深度钻探。目前正在考虑将这一概念用于第二阶段NIAC赠款。
莫利在他的网站上写道:“我将一种非常荒谬的创造力与技术写作的诀窍和强大的航空航天制造背景相结合， ”他补充说，他是第一个被任命为NIAC首席研究员的本科生。
TitanAir的想法是，湖人队将能够通过机翼前缘的可渗透部分“饮用”甲烷冷凝物和有机物质。机翼内部的被动毛细特征将把液体带到科学仪器中，就像植物如何从根部吸取水分到叶子上，或者“更快的采摘上部”纸巾如何工作一样。这也是火箭燃料箱被设计成能够在失重环境下重新点燃的原因，因为燃料箱中的血管会将液体吸入吸入口。
“我从小就对日常生活中的毛细效应着迷，”莫利在他的LinkedIn账户上写道，“但真正让我着迷的是国际空间站上唐·佩迪特的咖啡杯。”
早在2008年，宇航员唐·佩迪特(Don Pettit)想在国际空间站上用咖啡杯而不是袋子享受他的早茶，所以他发明了一种在微重力下工作的杯子，通过毛细作用控制液体的流动。杯子的横截面看起来像飞机机翼，狭窄的角度将液体吸上来。
莫利说:“不知何故，我从太空咖啡杯和冰箱里的一个凌乱的溢出物中获得了灵感，说服了一个了不起的团队与我合作，并在暑假期间将这一切融入到一个成功的NIAC概念中。” 。“我不知道我是如何受到启发，通过可渗透的机翼外壳来吸收液体的。不过，我记得有一段时间我一直在考虑这个想法，不知道如何处理一个装满液体的机翼外鼻。”
莫利令人印象深刻的团队包括Narasimha Boddeti博士、Steven Collicott博士、Laura Forczyk博士和Peter Buhler博士。
除了地球之外，土卫六是太阳系中唯一已知拥有地表湖泊和海洋的天体。但是在土卫六寒冷的表面温度下——大约零下180摄氏度(-292华氏度)——液态甲烷和乙烷在土卫六的碳氢化合物中占主导地位，相当于地球上的水。

土卫六上美国宇航局蜻蜓旋翼机的插图。鸣谢:美国宇航局
泰坦航空可以在湖上降落和起飞，每天可以在低空飞行和翱翔大约一个小时。
就像美国宇航局即将发射的蜻蜓一样，任何飞往土卫六的空中任务都将得到月球大气的推动，月球大气的密度约为地球大气的四倍。结合土卫六的低重力(地球的13.8%) ，莫利告诉《今日宇宙》，在土卫六上进行任何动力飞行都要容易大约27倍，但前提是飞机的机翼非常细长。
“飞机的优势是‘翱翔’——所以你可以用比在地球上少得多的能量水平飞行，”莫利通过电子邮件说。“因此，如果你想慢慢爬升，你可以用比在地球上稳定飞行少20倍的能量来实现。”
至于泰坦航空飞行器的设计，莫利警告说，他目前的研究重点是确定液体摄取技术在泰坦上的可行性。
“所以，这架飞机有点像替身或稻草人，”莫利解释道。" NIAC称之为任务背景."
但目前，莫利和他的团队正在根据地球上典型的通用航空飞机，如小型塞斯纳飞机来确定飞行器的大小。在他们的白皮书中，该团队列出了他们的背景重量约为一吨，翼展为10米(30英尺) 。机翼必须是可充气的，以便安装在将泰坦航空带到土星系统的航天器内。
“老实说，现在湖人队的规模没有受到限制，因为漂浮在湖面上和在空中飞行的要求有点矛盾， ”莫利告诉《今日宇宙》。“如果我们为湖人队的情况确定整个飞船的尺寸，机翼可能会长得惊人。充气机翼实际上是为了给我们提供更长的机翼，以支撑大型机身，并在执行长时间飞行时获得合理的效率，同时仍然能够安装第二级整流罩。”
至于仪器，正在考虑的是下一代Urey型仪器，其中包括一个集成套件，旨在搜索“非常适合复杂有机物分析”的生物标志物。总的来说，这些仪器的质量不到20公斤，但可以适用于各种尺寸的飞机。
Morley和他的团队正在考虑的另一个仪器是基于蜻蜓的采样系统DrACO(用于采集复杂有机物的钻头)，该系统将从土卫六表面提取物质，并将其传输到质谱仪。如果在“湖”号的翼尖安装一个钻头，它就可以对海岸线的材料进行取样。
“湖人队可以在海岸线上摆动翅膀，从湖的安全位置进行采样活动， ”莫利写道，并补充说，鉴于可能会被卡住，这对像蜻蜓这样的船只来说可能是一项危险的任务。“这可能会扩大科学回报，并打开难以获得的水文循环证据的大门。”
虽然该团队列出了几个需要克服的挑战，例如机翼和机身的材料可以承受土卫六的极度寒冷，并经得起有毒碳氢化合物的考验，但TitanAir概念的好处是，它可以支持十年调查中的许多建议，以研究土卫六并了解其神秘的甲烷循环。它还将有助于了解行星大气层，否则将需要多次飞行任务和航天器，从而降低成本。
莫利和他的团队在他们的论文中总结道:“很少有选择能够以有意义的方式解决所有这些问题，但我们认为这个概念有可能改变关于气候科学、前大气化学、湖泊成分和行星泰坦的可居住性的对话。”