Kann Dragonfly es zu einem der Seen des Titans schaffen?

Kann Dragonfly es zu einem der Seen des Titans schaffen?

tl;dr: Ja! Es könnte in 2-3 Jahren machbar sein.

Gemäß Ihrem verlinkten Dokument verwendet Dragonfly einen thermoelektrischen Multi-Mission-Radioisotopengenerator oder MMRTG:

Das MMRTG-Design enthält thermoelektrische PbTe/TAGS-Paare (von Teledyne Energy Systems), wobei das TAGS-Material ein Material ist, das Tellur (Te), Silber (Ag), Germanium (Ge) und Antimon (Sb) enthält. Das MMRTG ist darauf ausgelegt, zu Beginn der Mission 125 W elektrische Leistung zu erzeugen, die nach 14 Jahren auf etwa 100 W abfällt. Bei einer Masse von 45 kg liefert das MMRTG zu Beginn des Lebens etwa 2,8 W/kg elektrische Leistung.

Das MMRTG-Design kann sowohl im Vakuum des Weltraums als auch in planetaren Atmosphären wie auf der Marsoberfläche betrieben werden. Zu den Konstruktionszielen für das MMRTG gehörten die Gewährleistung eines hohen Maßes an Sicherheit, die Optimierung des Leistungsniveaus über eine Mindestlebensdauer von 14 Jahren und die Minimierung des Gewichts.

Siehe auch MMRTG-Merkblatt .

Das MMRTG verwendet Plutonium-238 mit einer Halbwertszeit von 87,7 Jahren, was einer mittleren Lebensdauer (1/e) von 126,5 Jahren entspricht. Das bedeutet, dass die radioaktive und damit thermische Aktivität des Plutoniums selbst nach 14 Jahren auf 89,5 % seines ursprünglichen Wertes abfällt.

Der angegebene 14-Jahres-Abfall (125 W auf 100 W) beträgt 80 %, es sieht also so aus, als ob neben dem Radioisotop selbst noch andere Quellen der Verschlechterung berücksichtigt werden könnten. Das für die thermoelektrische Umwandlung verwendete Halbleitermaterial ist eine Möglichkeit.

Während der Zerfall des Radioisotops exponentiell ist (was bedeutet, dass er nie auf Null geht), können andere Zerfallsquellen linear abfallen oder sich sogar beschleunigen, sodass wir nicht auf einfache Weise über 14 Jahre hinaus extrapolieren können.

Ihr verlinktes Dokument sagt:

Die Flugleistungsanalyse14 deutete darauf hin, dass die maximale Reichweitengeschwindigkeit (Abb. 4) etwa 10 m/s betragen würde und dass die Flugleistung für ein repräsentatives 420-kg-Fahrzeug bei dieser Geschwindigkeit etwas über 2 kW betragen würde. Eine 30-kg-Batterie mit 100 Wh/kg könnte theoretisch einen Flug von 2 h ermöglichen und eine Reichweite von etwa 60 km erreichen. In der Praxis würde die Batterieleistung aus Sicherheitsgründen stark eingeschränkt und die Leistung wäre geringer.

Abbildung 4. Drehflügler-Leistungskurve für eine repräsentative Fahrzeugmasse von 420 kg auf Titan. Die für den Rotorschub benötigte induzierte Leistung fällt zu höheren Geschwindigkeiten hin ab, während der Körperwiderstand quadratisch zunimmt und schließlich dominiert. Diese konkurrierenden Faktoren definieren die maximale Ausdauergeschwindigkeit (das Minimum in der Kurve ~8 m/s) und die maximale Reichweitengeschwindigkeit (wo die Tangente an die Kurve durch den Ursprung geht, was ~10 m/s entspricht). Die dichte Atmosphäre und die geringe Schwerkraft von Titan bedeuten, dass die Flugleistung für eine bestimmte Masse um einen Faktor von etwa 40 Mal geringer ist als auf der Erde.

Abbildung 7. Energiemanagement- und Kommunikationskonzept des Betriebs. MMRTG lädt die Batterie kontinuierlich auf, aber der Downlink und insbesondere der Flug verbrauchen viel Energie. Die Aktivitäten können so getaktet werden, dass sie der MMRTG-In-situ-Fähigkeit entsprechen, während gesunde Spielräume für den Batterieladezustand beibehalten werden.

Abbildung 7. schlägt auch ungefähr 2 Flugstunden pro "Tag" vor, was ungefähr 16 Erdentagen entspricht, gefolgt von einem langsamen Aufladen.

Außer während des Polarsommers oder -winters wird der Betrieb eines Landers auf Titan mit DTE-Kommunikation durch den Tageszyklus des Titans gesteuert. Ein Titan-Sonnentag (Tsol) ist 384 h lang (16 Erdtage). Von Titan aus gesehen befindet sich die Erde am Himmel immer innerhalb von 6° zur Sonne. Die Interaktion mit der Erde und logischerweise alle Operationen, die eine Echtzeitbeobachtung erfordern (z. B. atmosphärischer Flug), finden tagsüber statt, und die nächtlichen Aktivitäten sind im Allgemeinen minimal, und es kann Strom zum Aufladen der Batterie aufgewendet werden. Daher ist eine logische Maximalgröße der Batterie diejenige, die die MMRTG-Leistung während der Titan-Nacht vollständig aufnimmt, oder 75*192 = 14 kWh.Eine solche Batterie – etwa ein Viertel der Größe der Batterie in einem Tesla-Elektroauto – wäre ziemlich massiv (140 kg), wenn man von einer repräsentativen spezifischen Energiemetrik für weltraumtaugliche Batterien von 100 Wh/kg ausgeht. In der Praxis kann eine kleinere Batterie gewählt werden, wodurch ein Teil der Energiegewinnungseffizienz für geringere Masse und Kosten geopfert wird.

Bei 60 km alle 16 Tage (3,75 km/Tag) können Sie also 1370 km pro Jahr zurücklegen. Das bringt Sie in 2 Jahren vom Äquator zu +/- 60 Grad und in 3 Jahren zu einem Pol, wobei Sie 50 bis 100 Lade-/Entladezyklen der Lithium-Ionen- oder LiPo-Batterien benötigen, je nachdem, wie Sie es tun.

Dies ist eine viel kürzere Zeit als die Haltbarkeit des MMRTG, daher sollte dies keine Überlegung sein.

Es gibt natürlich eine Vielzahl von Gefahren und Dingen, die auf dem Weg schief gehen können (siehe zum Beispiel Wie schnell könnte ein Titan-Rover oder eine Drohne mit Öl und Schmutz bedeckt werden? Braucht es Scheibenwischer? ), und das würde Machen Sie eine ausgezeichnete nächste Frage!