À quoi ressemblent vraiment les mers d’hydrocarbures sur Titan ? Alors que la prochaine mission d’hélicoptère Dragonfly sur la lune brumeuse et glaciale de Saturne devrait arriver d’ici 2034 pour explorer l’atmosphère de Titan, le besoin demeure d’une mission qui pourrait étudier les mers et lacs mystérieux de la lune, remplis d’hydrocarbures liquides.
Mais que diriez-vous d’un avion qui pourrait étudier les deux les mers et les cieux de Titan ?
Un nouveau concept de mission qui a reçu un financement du programme Innovative Advanced Concepts (NIAC) de la NASA s’appelle «TitanAir» et comprend un bateau volant, connu sous le nom de laquier. Le laquier serait équipé de nombreux instruments pour siroter et goûter à la fois l’air et le liquide, tout en planant et en naviguant, passant de manière transparente entre la navigation dans l’atmosphère de Titan et le glissement sur ses lacs, un peu comme un hydravion sur Terre.
TitanAir est l’une des 14 idées visionnaires différentes qui ont reçu le financement de phase I du NIAC de 175 000 $, qui fournit un soutien pour aider à étoffer des concepts potentiellement révolutionnaires qui pourraient transformer les futures missions.
TitanAir est une idée originale de Quinn Morley et de sa société Planet Enterprises. Morley a 15 ans d’expérience chez Boeing et poursuit actuellement un baccalauréat en génie mécanique. Il s’agit du deuxième prix NIAC de Morley, car en 2021, il a remporté une autre subvention de phase 1 pour étudier le développement de «borebots» robotiques et autonomes à faible coût capables de forer en profondeur sur Mars. Ce concept est actuellement à l’étude pour une subvention de phase II du NIAC.
“Je mélange un sens de la créativité assez ridicule avec un talent pour la rédaction technique et une solide expérience en fabrication aérospatiale”, a écrit Morley sur son site Web, ajoutant qu’il est le premier étudiant de premier cycle à être nommé chercheur principal du NIAC.
L’idée de TitanAir est que le laquier serait capable de “boire” de la condensation de méthane et des matières organiques à travers une section perméable sur le bord d’attaque des ailes. Des caractéristiques capillaires passives à l’intérieur de l’aile amèneraient les liquides aux instruments scientifiques, un peu comme la façon dont les plantes tirent l’eau de leurs racines vers les feuilles, ou le fonctionnement des serviettes en papier « à sélection rapide ». C’est également ainsi que les réservoirs de carburant pour fusées sont conçus pour pouvoir se rallumer dans un environnement en apesanteur, car les veines du réservoir évacueront les fluides dans l’orifice d’aspiration.
“Je suis fasciné par les effets capillaires dans la vie quotidienne depuis que je suis enfant”, a écrit Morley sur son compte LinkedIn, “mais ce qui m’a vraiment attiré, c’est la tasse de café de Don Pettit sur la Station spatiale internationale.”
En 2008, l’astronaute Don Pettit voulait profiter de son infusion matinale sur l’ISS dans une tasse de café au lieu d’un sac, alors il a inventé une tasse qui fonctionne en microgravité en utilisant l’action capillaire pour contrôler le flux de liquide. La section transversale de la tasse ressemble à une aile d’avion et l’angle étroit évacue le liquide.
“D’une manière ou d’une autre, j’ai pris une idée inspirée par la tasse à café spatiale et un renversement salissant dans le réfrigérateur, j’ai convaincu une équipe de personnes incroyables de travailler avec moi et j’ai mélangé le tout dans un concept NIAC gagnant pendant les vacances d’été”, a déclaré Morley. “Je ne sais pas comment j’ai été inspiré pour faire entrer du liquide à travers une peau d’aile perméable. Je me souviens d’avoir réfléchi à l’idée pendant un certain temps, ne sachant pas quoi faire avec un nez d’aile plein de liquide.
L’impressionnante équipe que Morley a constituée comprend le Dr Narasimha Boddeti, le Dr Steven Collicott, Laura Forczyk et le Dr Peter Buhler.
Titan est le seul corps du système solaire – à part la Terre – connu pour posséder des lacs et des mers de surface. Mais aux températures de surface glaciales de Titan – environ -180 degrés Celsius (-292 degrés Fahrenheit) – le méthane liquide et l’éthane dominent l’équivalent hydrocarbure de Titan de l’eau de la Terre.
TitanAir atterrirait et décollerait des lacs, et pourrait voler et planer à basse altitude pendant environ une heure chaque jour.
Comme le prochain Dragonfly de la NASA, toute mission aéroportée vers Titan bénéficierait d’un coup de pouce de l’atmosphère de la lune, qui est environ quatre fois plus dense que l’atmosphère terrestre. Combiné à la faible gravité de Titan (13,8% de celle de la Terre), Morley a déclaré à Universe Today qu’il est environ 27 fois plus facile pour tout vol propulsé sur Titan, mais seulement si les ailes de l’avion étaient très longues et fines.
“L’avantage pour les avions est le” vol plané “- vous pouvez donc naviguer en vol en palier avec beaucoup moins de puissance que sur Terre”, a déclaré Morley par e-mail. “Donc, si vous voulez gagner lentement de l’altitude, vous pouvez potentiellement le faire avec 20 fois moins de puissance qu’un vol stable sur Terre.”
Quant à la conception de l’engin TitanAir, Morley a averti que son enquête actuelle se concentre sur la détermination de la faisabilité des technologies d’ingestion de liquide pour un avion sur Titan.
“Donc, l’avion est une sorte de remplaçant ou d’homme de paille”, a expliqué Morley. “Le NIAC appelle cela le contexte de la mission.”
Mais actuellement, Morley et son équipe basent la taille de l’engin sur des avions d’aviation générale typiques sur Terre, comme un petit avion Cessna. Dans leur livre blanc, l’équipe répertorie leur poids contextuel d’environ une tonne avec une envergure de 10 mètres (30 pieds). Les ailes devraient être gonflables pour s’adapter à l’intérieur du vaisseau spatial qui amènerait TitanAir au système Saturn.
“Pour être honnête, la taille du laquier n’est pas limitée en ce moment, car les exigences de flotter sur un lac et de voler dans les airs sont en quelque sorte en contradiction”, a déclaré Morley à Universe Today. “Si nous dimensionnions l’ensemble de l’engin pour le cas du laquier, les ailes pourraient être d’une longueur prohibitive. Les ailes gonflables sont vraiment là pour nous donner les ailes plus longues dont nous avons besoin pour supporter un grand fuselage, et nous procurer une efficacité raisonnable tout en effectuant des vols de longue durée, tout en pouvant toujours s’adapter à un carénage de deuxième étage.
En ce qui concerne les instruments, des instruments de nouvelle génération de type Urey sont à l’étude, qui comprendraient une suite intégrée conçue pour rechercher des biomarqueurs qui “seraient bien adaptés à l’analyse de composés organiques complexes”. Au total, les instruments auraient une masse inférieure à 20 kg, mais pourraient être adaptés à une large gamme de tailles d’avions.
Un autre instrument que Morley et son équipe envisagent est basé sur le système d’échantillonnage de Dragonfly appelé DrACO (Drill for Acquisition of Complex Organics), qui extraira le matériau de la surface de Titan et le livrera à un spectromètre de masse. Si une perceuse était montée sur les extrémités des ailes du laquier, elle pourrait échantillonner les matériaux du rivage.
“Le laquier pourrait balancer une aile au-dessus du rivage et effectuer des activités d’échantillonnage depuis la sécurité du lac”, a écrit Morley, ajoutant que cela pourrait être une tâche périlleuse pour un engin comme Dragonfly étant donné le risque de rester coincé. “Cela pourrait amplifier le retour de la science et débloquer l’accès à des preuves difficiles à atteindre du cycle hydrologique.”
Alors que l’équipe énumère plusieurs défis à surmonter, comme avoir des matériaux pour les ailes et le fuselage qui pourraient résister au froid extrême de Titan et résister aux hydrocarbures toxiques, l’avantage du concept TitanAir est qu’il pourrait prendre en charge de nombreuses recommandations dans le Decadal Survey pour étudier Titan et comprendre son mystérieux cycle du méthane. Cela contribuerait également à la compréhension des atmosphères planétaires qui, autrement, nécessiteraient plusieurs missions et engins spatiaux, ce qui réduirait les coûts.
“Peu d’options existent qui peuvent contribuer à toutes ces questions de manière significative, mais nous pensons que ce concept a le potentiel de changer la conversation sur la science du climat, la chimie atmosphérique prébiotique, la composition des lacs et l’habitabilité de la planète Titan”, Morley et l’équipe a conclu dans leur article.
Pour plus d’informations, le livre blanc de Morley est disponible ici. Lire un communiqué de presse de Planet Enterprises ici.
