Строительство летательного аппарата NASA Dragonfly (Стрекоза) для Титана идёт полным ходом

В рамках подготовки к полету на поверхность крупнейшего спутника Сатурна, Титана, теплозащитный экран миссии NASA «Дрэгонфлай» прошел термоструктурные испытания в пустыне Нью-Мексико. Члены команды Dragonfly, в том числе из Исследовательского центра Эймса НАСА в Кремниевой долине в Калифорнии, Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (APL) в Лореле, штат Мэриленд, и компании Lockheed Martin в Литтлтоне, штат Колорадо, совместно с сотрудниками Национального центра тепловых испытаний солнечной энергии при Национальной лаборатории в Сандии в Альбукерке, штат Нью-Мексико, провели стресс-тесты теплозащитных экранов Dragonfly, чтобы убедиться, что винтокрылый аппарат сможет безопасно преодолеть плотную атмосферу Титана.

Концепт художника: Стрекоза взлетает с поверхности Титана.
NASA/Лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса
-------------

Пролетая по несколько километров в разном направлении через желтоватую, похожую на туман богатую азотом атмосферу Титана, «Стрекоза» будет собирать информацию в полёте и останавливаться в различных геологических точках, где будет собирать образцы поверхностного материала для анализа с помощью набора научных приборов но сначала будет проводить анализ поверхности гамма- и нейтронным спектрометром DraGNS.

Именно здесь ключевую роль сыграет DraGNS. Прибор будет проводить измерения прямо на поверхности, определяя химический состав материалов и помогая выбирать наиболее перспективные образцы для дальнейшего анализа в лаборатории DRaMS.

По словам физика Моргана Бёркса, ожидается, что поверхность Титана состоит из смеси водяного льда, углеводородов и аммиака, однако возможны и неожиданные находки, включая более сложные органические молекулы.

В основе спектрометра лежит кристалл германия, который измеряет энергию гамма-квантов с разрешением в 10–20 раз выше, чем у альтернативных технологий. Такие измерения позволяют «по отпечатку» энергии определять элементный состав вещества — как на планетах, так и на астероидах или спутниках.

Разработка опирается на значительный опыт лаборатории: аналогичные приборы создавались для миссий MESSENGER (американская автоматическая межпланетная станция для исследования Меркурия. Запущена 3 августа 2004 года), аппарата Psyche («Психея» — аппарат NASA по изучению металлического астероида (16) Психея), и будущей японской марсианской миссии Martian Moons eXploration (главной целью миссии является сбор грунта с луны Марса, Фобоса, для дальнейшей его отправки на Землю в 2028 году)

Однако миссия Dragonfly поставила перед инженерами новые задачи. За шесть лет перелёта прибор столкнётся с воздействием космической радиации и солнечных бурь, а после посадки должен работать при температурах до −180 °C. Кроме того, ему предстоит выдержать вибрации при запуске на ракете Falcon Heavy и перегрузки при входе в атмосферу Титана.

Для проверки надёжности спектрометр в течение двух лет тестировали в экстремальных условиях: имитировали вибрации старта и посадки, проверяли работу при температурах от −200 до +115 °C и подвергали воздействию высокоэнергетических протонов, эквивалентному десяти годам космической радиации.

С переходом проекта от разработки к интеграции растёт и научная ставка миссии. Данные DraGNS должны не только уточнить состав поверхности Титана, но и показать, насколько далеко могла зайти предбиологическая химия в условиях внешней Солнечной системы.

Подготовка к взятию проб с поверхности Титана
Портативная химическая лаборатория «Дрэгонфлай», которая будет изучать состав поверхности Титана, находится на завершающей стадии сборки и тестирования в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. Полезная нагрузка под названием «Масс-спектрометр «Дрэгонфлай» (DraMS) включает в себя две системы для высвобождения молекул из образцов, которые соберет «Дрэгонфлай»: лазерную десорбцию и газовую хроматографию.
После высвобождения молекулы попадут в масс-спектрометр, который определит их по массе.

Матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация (MALDI). Исследуемое вещество помещают в «матрицу» — вещество с меньшей молекулярной массой, которое хорошо поглощает лазерное излучение. В качестве матриц используют, например, коричную кислоту, 3-гидроксипиколиновую кислоту.

Принцип работы:
- вещество-образец и вещество матрицы растворяют в одном растворителе;
- смесь испаряют на специальной подложке;
подложка с смесью облучается короткими лазерными импульсами;
- вещество матрицы испаряется и захватывает с собой молекулы исследуемого вещества, которые частично ионизируются и увлекаются электрическим полем в масс-анализатор.

Метод MALDI используется в масс-спектрометрии для анализа органических соединений и биомолекул.
--------------

15 апреля инженеры завершили тестирование лазерной системы, которая была интегрирована в систему DraMS в феврале. Используя образец с известными соединениями, команда подтвердила, что лазер и масс-спектрометр могут идентифицировать химические вещества в образце даже в очень малых количествах.

6 марта 2026 года инженеры из Центра космических полётов имени Годдарда НАСА и компании Honeybee Robotics из Blue Origin работали с компонентом системы отбора и анализа проб для винтокрылого летательного аппарата Dragonfly, в которую входит буровая установка Drill for Acquisition of Complex Organics (DraCO), предназначенная для сбора материала и его передачи в масс-спектрометр Dragonfly (DRaMS). Здесь инженеры перемещают карусель, которая выглядит как высокая форма для выпечки и на которой будут стоять чашки с образцами, ближе к масс-спектрометру, к которому она будет прикреплена.
НАСА/Майк Гинто
----------

В течение следующих нескольких недель инженеры установят систему газовой хроматографии в аппарат DraMS и проведут аналогичные испытания. Система газовой хроматографии, предоставленная Национальным центром космических исследований (Centre National d’Etudes Spatiales, CNES), нагревает образец, высвобождая молекулы, и разделяет их перед анализом. Вместе системы лазерного и газового анализа помогут Dragonfly обнаруживать соединения самых разных размеров.

Испытания элементов для теплового щита
Термозащитный материал Dragonfly, изготовленный из углеродного волокна и легкой смолы, показал ожидаемые результаты в ходе комбинированных механических и термических испытаний, даже несмотря на то, что в некоторых образцах намеренно были допущены дефекты.

Инженер компании Lockheed Martin Дерек Шеннон оценивает образцы теплозащитного материала для теплозащитного экрана Dragonfly перед испытаниями на стенде Solar Thermal Test Facility Национальной лаборатории в Сандии, штат Нью-Мексико.
НАСА
----------------

В испытательном центре Solar Tower в Сандии установлено множество сотен откалиброванных зеркальных систем, которые фокусируют солнечную энергию на башне, где находится испытательный стенд. С помощью этих систем операторы нагревали отдельные участки теплозащитного экрана «Стрекозы» до температуры почти 2500 градусов по Цельсию. В ходе испытаний проверялась устойчивость к тепловому излучению, а также к резким перепадам температуры, которые, по прогнозам исследователей, будут испытывать тепловой щит «Стрекозы».

Серия испытаний в Сандии включала в себя несколько итераций в условиях, приближенных к тем, которые ожидаются при входе «Дрэгонфлай» в атмосферу Титана. В ходе дополнительных испытаний большие образцы теплозащитного экрана подвергались механическому и термическому воздействию, чтобы одновременно смоделировать давление при высокоскоростном входе в атмосферу и высокие температуры. Также были проведены тепловые испытания изогнутых элементов теплозащитного экрана.

«Мы были рады, что теплозащитный экран выдержал эти испытания, несмотря на дефекты, которые мы намеренно допустили, — например, те, что могли возникнуть в процессе изготовления и сборки», — сказал Милад Махзари, руководитель отдела систем теплозащиты космического корабля Dragonfly в Исследовательском центре Эймса.

В теплозащитном экране Dragonfly используется разновидность материала PICA, или углеродного аблятора, пропитанного фенолом, разработанного NASA. Оригинальный материал PICA использовался для доставки марсоходов Curiosity и Perseverance на Марс. Новый вариант PICA, PICA-D, планируется использовать в Dragonfly, и именно он стал предметом этой серии испытаний.

«Мы протестировали теплозащитный экран как единую систему, включая основной материал PICA-D, заполнители зазоров и возможные производственные дефекты», — сказал Махзари, добавив, что исследователи планируют провести дополнительный анализ PICA-D перед окончательным монтажом теплозащитного экрана.

В Лаборатории прикладной физики, которая разработала аппарат Dragonfly и руководит его миссией для NASA, продолжаются работы по интеграции и тестированию винтокрылого летательного аппарата Dragonfly. Запуск Dragonfly запланирован на 2028 год, а прибытие на Титан — на 2034 год. Аппарат будет проводить научные исследования в разных местах, брать образцы поверхностных материалов для определения их состава, а также изучать геологию и метеорологию единственного спутника Солнечной системы, обладающего плотной атмосферой.

Связь на борту
Продолжаются испытания и интеграция системы связи Dragonfly, в том числе антенн, которые обеспечат связь винтокрыла с операторами на Земле.

Ведущий разработчик антенны Dragonfly Мэтт Брей проверяет антенну Dragonfly с высоким коэффициентом усиления, или HGA, в испытательной камере Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса в Лореле, штат Мэриленд. Конусы на заднем плане - это специальные поглотители, которые поглощают рассеянные радиоволны, делая комнату больше похожей на открытое пространство.
NASA/Лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса/Эд Уитмен
--------------

Недавно команда измерила структуру сигналов, поступающих от самой большой антенны Dragonfly – антенны с высоким коэффициентом усиления, или HGA, – в испытательной камере APL, имитирующей космическую среду. HGA представляет собой радиальную линейную щелевую антенну диаметром 34,4 дюйма, в которой используется множество небольших щелей, работающих вместе для создания узкого сфокусированного радиолуча.

Технология, по которой изготовлена эта антенна, изначально была разработана для миссии NASA DART к двойному околоземному астероиду Дидим и столкновение с его компонентом Диморф., а также используется на двух космических аппаратах NASA ESCAPADE которые сейчас летят к Марсу.

«Проще всего представить антенну в виде большой плоской лейки: энергия поступает в центр и распределяется через прорези в соответствии с заданной схемой, — говорит Мэтт Брей, ведущий разработчик антенны Dragonfly в Лаборатории прикладной физики. — Эта конструкция обеспечивает недорогой, прочный и компактный способ высокоэффективной связи в экстремальных условиях космического пространства, а также обладает аэродинамическими преимуществами».

Основная антенна «Стрекозы» для передачи научных данных, HGA, будет установлена на верхней палубе посадочного модуля на карданном подвесе, который позволит ей вести наблюдение за Землей из разных точек на поверхности Титана. Антенна будет покрыта теплоизолирующим материалом — каптоном — для защиты от погодных условий Титана и рассчитана на работу в условиях низкой температуры, когда температура окружающей среды составляет 179 градусов ниже нуля по Цельсию.

HGA будет одной из трех антенн на аппарате Dragonfly, предназначенных для работы на Титане. На посадочном модуле также будут установлены антенна со средним коэффициентом усиления, которая в основном будет использоваться в качестве резервной для HGA, и антенна с низким коэффициентом усиления, которая в основном будет использоваться для передачи сигналов о состоянии во время полета, а также для экстренной связи.

Корпус аппарата Стрекоза
Винтокрылый летательный аппарат «Стрекоза» от NASA начинает обретать форму — в буквальном смысле — после доставки панелей, из которых состоит корпус аппарата. Основная конструкция, изготовленная из сверхлегких сотовых панелей, разработанных в Лаборатории прикладной физики (APL), специально спроектирована с учетом особенностей полета на крупнейшем спутнике Сатурна Титане.

В каждой панели используются алюминиевые лицевые панели толщиной всего 0,01 дюйма — гораздо тоньше, чем те, что обычно используются в космических аппаратах, — чтобы соблюсти строгие ограничения по массе, необходимые для управляемого полета в атмосфере Титана. При этом вся конструкция весит всего 230 фунтов и при этом достаточно прочная. «Конструкция удивительно легкая, но при этом достаточно прочная, чтобы выдержать высокие нагрузки при запуске и входе в атмосферу Титана, — говорит Гордон Маахс, инженер по механическим системам аппарата Dragonfly из Лаборатории прикладной физики. — Ничего подобного мы еще не создавали».

В начале апреля команда Лаборатории прикладной физики приступила к сборке фюзеляжа и интеграции ключевых элементов конструкции, в том числе монтажной пластины и крышки для источника питания «Дрэгонфлай» — многоцелевого ядерного радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ), который будет установлен непосредственно перед запуском. Инженеры также провели проверку верхней палубы, на которой размещены компоненты телекоммуникационной системы «Дрэгонфлай».

Парашют проходит испытание
В феврале миссия достигла важной вехи, успешно завершив очередную серию испытаний парашютного спуска, которые сыграли ключевую роль в разработке элементов парашютного замедлителя системы входа, спуска и посадки (EDL), которые будут замедлять спускаемый аппарат Dragonfly при его входе в атмосферу Титана.

Испытание, проведенное 11 февраля 2026 года в Элое, штат Аризона, компанией Airborne Systems в сотрудничестве с Исследовательским центром Лэнгли и Исследовательским центром Эймса при НАСА, стало первой проверкой полномасштабной парашютной системы Dragonfly для входа в атмосферу, снижения и посадки, имитирующей последовательность спуска космического корабля «Титан».
Бортовые системы Северной Америки

Испытания, проведенные компанией Airborne Systems из Санта-Аны, штат Калифорния, в сотрудничестве с Исследовательским центром НАСА в Лэнгли в Хэмптоне, штат Вирджиния, и Исследовательским центром НАСА в Эймсе в Кремниевой долине в Калифорнии, а также в Элое, штат Аризона, стали первыми испытаниями полномасштабной парашютной системы, включающей в себя тормозной и основной парашюты. Эти испытания на Земле призваны максимально точно воспроизвести условия, с которыми столкнется аппарат Dragonfly в атмосфере Титана.

Прежде чем приступить к созданию полетных систем, команда планирует провести еще одну серию аналогичных парашютных квалификационных испытаний.

#Стрекоза

Недавно были проведены испытания двигательной системы для этого винтокрыла:

https://ok.ru/space360/topic/158778062344207