¿Podrá Dragonfly llegar a uno de los lagos de Titán?

¿Podrá Dragonfly llegar a uno de los lagos de Titán?

tl;dr: ¡Sí! Podría ser factible en 2-3 años.

De acuerdo con su documento vinculado, Dragonfly utilizará un generador termoeléctrico de radioisótopos de múltiples misiones o MMRTG:

El diseño MMRTG incorpora pares termoeléctricos PbTe/TAGS (de Teledyne Energy Systems), donde el material TAGS es un material que incorpora telurio (Te), plata (Ag), germanio (Ge) y antimonio (Sb). El MMRTG está diseñado para producir 125 W de energía eléctrica al comienzo de la misión, cayendo a unos 100 W después de 14 años. Con una masa de 45 kg, el MMRTG proporciona alrededor de 2,8 W/kg de energía eléctrica al comienzo de su vida útil.

El diseño del MMRTG es capaz de operar tanto en el vacío del espacio como en atmósferas planetarias, como en la superficie de Marte. Los objetivos de diseño para el MMRTG incluían garantizar un alto grado de seguridad, optimizar los niveles de potencia durante una vida útil mínima de 14 años y minimizar el peso.

Consulte también la hoja informativa de MMRTG .

El MMRTG utiliza plutonio-238 con una vida media de 87,7 años, que es una vida media (1/e) de 126,5 años. Eso significa que después de 14 años la actividad radiactiva y por lo tanto térmica del propio plutonio caerá al 89,5% de su valor original.

La caída de 14 años citada (125 W a 100 W) es del 80%, por lo que parece que se pueden tener en cuenta otras fuentes de degradación además del radioisótopo en sí. El material semiconductor utilizado para hacer la conversión termoeléctrica es una posibilidad.

Si bien la descomposición del radioisótopo es exponencial (lo que significa que nunca llega a cero), otras fuentes de degradación pueden disminuir linealmente o incluso acelerarse, por lo que no podemos extrapolar de manera simple más allá de los 14 años.

Su documento vinculado dice:

El análisis de rendimiento de vuelo14 sugirió que la velocidad de alcance máximo (Fig. 4) sería de aproximadamente 10 m/s, y que la potencia de vuelo para un vehículo representativo de 420 kg a esta velocidad sería un poco más de 2 kW. Una batería de 30 kg a 100 Wh/kg teóricamente podría permitir un vuelo de 2 hy alcanzar unos 60 km de autonomía. En la práctica, el rendimiento de la batería estaría muy marginado por la seguridad y el rendimiento sería menor.

Figura 4. Curva de potencia del giroavión para una masa de vehículo representativa de 420 kg en Titán. La potencia inducida requerida para el empuje del rotor cae hacia una velocidad más alta, mientras que la resistencia del cuerpo aumenta cuadráticamente y eventualmente domina. Estos factores competitivos definen la velocidad de resistencia máxima (el mínimo en la curva ~8 m/s) y la velocidad de rango máximo (donde la tangente a la curva pasa por el origen, correspondiente a ~10 m/s). La densa atmósfera y la baja gravedad de Titán significan que la potencia de vuelo para una masa dada es un factor de unas 40 veces menor que en la Tierra.

Figura 7. Concepto de gestión y comunicación energética de las operaciones. MMRTG recarga continuamente la batería, pero el enlace descendente y especialmente el vuelo demandan una energía significativa. Las actividades se pueden programar para que coincidan con la capacidad MMRTG in situ mientras se mantienen márgenes saludables en el estado de carga de la batería.

La figura 7 también sugiere aproximadamente 2 horas de vuelo por "día", lo que equivale a unos 16 días terrestres, seguido de una recarga lenta.

Excepto durante el verano o el invierno polar, las operaciones de un módulo de aterrizaje en Titán con comunicación DTE están marcadas por el ciclo diurno de Titán. Un día solar de Titán (Tsol) tiene una duración de 384 h (16 días terrestres). Vista desde Titán, la Tierra en el cielo siempre está dentro de los 6° del Sol. La interacción con la Tierra, y lógicamente cualquier operación que requiera observación en tiempo real (como el vuelo atmosférico), ocurre durante el día, y las actividades nocturnas son generalmente mínimas y la energía se puede dedicar a recargar la batería. Por lo tanto, un tamaño máximo lógico de la batería es el que captura completamente la energía MMRTG durante la noche de Titán, o 75*192 = 14 kWh.Una batería de este tipo, aproximadamente una cuarta parte del tamaño de la batería de un automóvil eléctrico Tesla, sería bastante masiva (140 kg), suponiendo una métrica de energía específica representativa para baterías aptas para el espacio de 100 Wh/kg. En la práctica, se puede elegir una batería más pequeña, sacrificando algo de eficiencia de recolección de energía por menor masa y costo.

Entonces, a 60 km cada 16 días (3,75 km/día), puede viajar 1370 km por año. Eso te lleva del ecuador a +/- 60 grados en 2 años, y a un polo en 3 años, usando de 50 a 100 ciclos de carga/descarga de las baterías de iones de litio o LiPo, según cómo lo hagas.

Este es un tiempo mucho más corto que la vida útil del MMRTG, por lo que no debe tenerse en cuenta.

Por supuesto, hay una variedad de peligros que enfrentar y cosas que pueden salir mal en el camino (consulte, por ejemplo, ¿ Qué tan rápido podría un rover o un dron Titan cubrirse con aceite y suciedad? ¿Necesitará limpiaparabrisas? ), y eso ¡haz una excelente próxima pregunta!