La semaine dernière - du lundi 27 février au mercredi 1er mars - la NASA a accueilli le «Planetary Science Vision 2050 Workshop» à son siège à Washington, DC. Au cours des nombreuses présentations, discours et tables rondes, la NASA a partagé ses nombreux plans pour l'avenir de l'exploration spatiale avec la communauté internationale.
Parmi les plus ambitieux, il y avait une proposition d'explorer Titan à l'aide d'un explorateur aérien et d'un atterrisseur. S'appuyant sur le succès de la mission Cassini-Huygen de l'ESA, ce plan impliquerait un ballon qui explorerait la surface de Titan à basse altitude, ainsi qu'une Mars Pathfindermission de style qui explorerait la surface.
En fin de compte, l'objectif d'une mission auprès de Titan serait d'explorer le riche environnement chimique organique de la Lune, ce qui représente une opportunité unique pour les chercheurs planétaires. Depuis quelque temps, les scientifiques ont compris que la surface et l'atmosphère de Titan regorgent de composés organiques et de toute la chimie prébiotique nécessaire au fonctionnement de la vie.
La présentation, intitulée «Mobilité aérienne: la clé pour explorer la riche diversité chimique de Titan», était dirigée par Ralph Lorenz du Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, et coprésidée par Elizabeth Turtle (également de John Hopkins APL) et Jason Barnes de le Département de physique de l'Université de l'Idaho. Comme Turtle l'a expliqué au Space Magazine par e-mail, Titan présente des opportunités passionnantes pour une mission de nouvelle génération:
"Titan est d'un intérêt particulier parce que la chimie organique abondante et complexe peut nous renseigner sur les interactions chimiques qui auraient pu se produire ici sur Terre (et ailleurs?) Conduisant au développement de la vie. En outre, non seulement Titan possède un océan intérieur d’eau liquide, mais il y aura également eu des possibilités de mélange de matières organiques avec de l’eau liquide à la surface de Titan, par exemple des cratères d’impact et éventuellement des éruptions cryovolcaniques. La combinaison de matière organique et d'eau liquide, bien sûr, augmente le potentiel astrobiologique. »
Pour cette raison, l'exploration de Titan est un objectif scientifique depuis des décennies. La seule question est de savoir comment explorer au mieux l'environnement unique de Titan. Au cours des enquêtes décennales précédentes - telles que le Groupe de travail sur la stratégie de campagne (CSWG) sur la chimie prébiotique dans le système solaire externe, dont Lorenz était un contributeur - a suggéré qu'un véhicule aérien mobile (tel qu'un dirigeable ou un ballon) serait bien- adapté à la tâche.
Cependant, ces véhicules ne seraient pas en mesure d'étudier les lacs de méthane de Titan, qui sont l'un des attraits de la lune les plus excitants en ce qui concerne la recherche sur la chimie prébiotique. De plus, un véhicule aérien ne serait pas en mesure d'effectuer une analyse chimique in situ de la surface, un peu comme ce que les Mars Exploration Rovers (Esprit, opportunité et Curiosité) ont fait sur Mars - et avec des résultats immenses!
Dans le même temps, Lorenz et ses collègues ont examiné des concepts pour l'exploration des mers d'hydrocarbures de Titan - comme la capsule Titan Mare Explorer (TiME) proposée. En tant que l'un des nombreux finalistes du concours Discovery 2010 de la NASA, ce concept prévoyait le déploiement d'un robot nautique sur Titan dans les décennies à venir, où il étudierait ses lacs de méthane pour en savoir plus sur le cycle du méthane et rechercher des signes de vie organique.
Bien qu'une telle proposition soit rentable et présente des opportunités de recherche très intéressantes, elle présente également certaines limites. Par exemple, au cours des années 2020-2030, l'hémisphère nord de Titan connaîtra sa saison d'hiver; à quel point l'épaisseur de son atmosphère rendra les communications directes avec la Terre et les vues de la Terre impossibles. De plus, un véhicule nautique empêcherait l’exploration des surfaces terrestres de Titan.
Celles-ci offrent certaines des perspectives les plus probables pour étudier l'évolution chimique avancée de Titan, y compris les sables dunaires de Titan. En tant que région balayée par les vents, cette zone a probablement des matériaux déposés de partout dans Titan et peut également contenir des matériaux altérés de manière remarquable. Tout comme le Mars Pathfinder le site d'atterrissage a été choisi de manière à pouvoir collecter des échantillons sur une vaste zone, telle que l'emplacement serait un site idéal pour un atterrisseur.
À ce titre, Lorenz et ses collègues ont préconisé le type de mission qui a été articulé dans l'étude phare de 2007, qui appelait à un ballon Montgolfière pour l'exploration régionale et à un atterrisseur semblable à Pathfinder. Cela permettrait de réaliser des images de surface à des résolutions impossibles à orbiter (en raison de l'atmosphère épaisse) ainsi que d'étudier la chimie de surface et la structure intérieure de la lune.
Ainsi, alors que le ballon rassemblerait des données géographiques à haute résolution de la lune, l'atterrisseur pourrait effectuer des levés sismologiques qui caractériseraient l'épaisseur de la glace au-dessus de l'océan d'eau interne de Titan. Cependant, une mission d'atterrisseur serait limitée en termes de portée, et la surface de Titan présente des problèmes de mobilité. Cela ferait de plusieurs atterrisseurs, ou un atterrisseur déplaçable, l'option la plus souhaitée.
"Les cibles potentielles comprennent des zones où nous pouvons mesurer des matériaux de surface solides, dont la composition n'est pas encore bien connue, les sables dunaires de Titan, par exemple", a déclaré Turtle. «Une analyse in situ détaillée est nécessaire pour déterminer leur composition. Les lacs et les mers sont également intrigants; cependant, à court terme (missions arrivant dans les années 2030), la plupart d'entre elles seront dans l'obscurité hivernale. Donc, les explorer devrait probablement attendre les années 2040. »
Ce concept de mission bénéficierait également de plusieurs avancées technologiques réalisées ces dernières années. Comme Lorenz l'a expliqué au cours de la présentation:
«La mobilité plus lourde que l'air à Titan est en fait très efficace, en outre, les améliorations apportées aux avions autonomes au cours des deux décennies depuis que le CSWG font de cette exploration une perspective réaliste. De multiples atterrisseurs in situ livrés par un véhicule aérien comme un avion ou un atterrisseur à mobilité aérienne pour accéder à plusieurs sites, fourniraient la capacité scientifique la plus souhaitable, très pertinente pour les thèmes des origines, du fonctionnement et de la vie. »
Lorenz, Turtle et Barnes présenteront également ces résultats lors de la prochaine 48e conférence scientifique lunaire et planétaire - qui se tiendra du 20 au 24 mars à The Woodlands, au Texas. Là, ils seront rejoints par des membres supplémentaires de l'APL Johns Hopkins et de l'Université de l'Idaho, ainsi que des panélistes du Goddard Space Flight Center de la NASA, de la Pennsylvania State University et de Honeybee Robotics.
Cependant, abordant certains défis supplémentaires non soulevés lors de l'atelier Vision 2050, ils présenteront une légère touche à leur idée. Au lieu d'un ballon et de plusieurs atterrisseurs, ils présenteront un concept de mission impliquant un qaudcopter «Libellule». Ce véhicule à quatre rotors serait en mesure de profiter de l'atmosphère épaisse et de la faible gravité de Titan pour obtenir des échantillons et déterminer la composition de la surface dans de multiples contextes géologiques.
Ce concept intègre également de nombreuses avancées technologiques récentes, notamment l'électronique de commande moderne et les avancées en matière de conception de véhicules aériens sans pilote (UAV). En plus de cela, un quadcopter supprimerait les rétrorockets à alimentation chimique et pourrait se mettre sous tension entre les vols, ce qui lui donnerait une durée de vie potentiellement beaucoup plus longue.
Ces concepts et d'autres pour explorer Titan, la lune de Saturne, vont certainement gagner du terrain dans les années à venir. Étant donné les nombreux mystères enfermés dans ce monde - avec notamment de la glace d'eau abondante, la chimie prébiotique, un cycle du méthane et un océan souterrain qui est susceptible d'être un environnement prébiotique - c'est certainement une cible populaire pour la recherche scientifique.
