Con la sua atmosfera densa e ricca di idrocarburi, Titano è stato oggetto di interesse per molti decenni. E con il successo della missione Cassini-Huygens, che ha iniziato ad esplorare Saturno e il suo sistema di lune nel 2004, ci sono molte proposte sul tavolo per missioni di follow-up che esplorerebbero la superficie di Titano e i suoi mari di metano in profondità.

Le sfide che questo presenta hanno portato ad alcune idee piuttosto nuove, che vanno da palloni e lander a droni galleggianti e sottomarini. Ma è la proposta di un drone "Dragonfly" da parte dei ricercatori del JHUAPL della NASA che sembra particolarmente avventurosa. Questo drone a otto pale sarebbe in grado di effettuare decollo e atterraggio verticali (VTOL), permettendogli di esplorare sia l'atmosfera che la superficie di Titano nei prossimi decenni.

Il concetto di missione è stato proposto da un team scientifico guidato da Elizabeth Turtle, uno scienziato planetario del laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins University (JHUAPL) della NASA. Già a febbraio, il concetto è stato presentato al "Planetary Science Vision 2050 Workshop" – che si è svolto presso la sede della NASA a Washington, DC – e di nuovo a fine marzo alla 48a Conferenza sulla scienza lunare e planetaria a The Woodlands, Texas.

Una tale missione, come ha spiegato Turtle a Universe Today via e-mail, sia tempestivo e necessario. Non solo si baserebbe su molti recenti sviluppi negli esploratori robotici (come il rover Curiosity e l'orbiter Cassini); ma su Titano, semplicemente non mancano le opportunità per la ricerca scientifica. Come ha detto lei:

"Titan è un mondo oceanico con un tocco unico, che è la ricca e complessa chimica organica che si verifica nella sua atmosfera e sulla sua superficie. Questa combinazione rende Titano un obiettivo particolarmente buono per lo studio dell'abitabilità planetaria. Una delle grandi domande sullo sviluppo della vita è come le interazioni chimiche abbiano portato a processi biologici. Titan ha condotto esperimenti di chimica prebiotica per milioni di anni - tempi che sono impossibili da riprodurre in laboratorio - e i risultati di questi esperimenti sono lì per essere raccolti".

La loro proposta si basa in parte su precedenti Indagini Decennali, come il gruppo di lavoro sulla strategia della campagna (CSWG) sulla chimica dei prebiotici nel sistema solare esterno. Questo sondaggio ha sottolineato che un veicolo aereo mobile (cioè un dirigibile o un pallone) sarebbe adatto per esplorare Titano. Non solo Titano è l'unico corpo conosciuto oltre alla Terra che ha un denso, atmosfera ricca di azoto – quattro volte più densa di quella terrestre – ma anche la sua gravità è circa 1/7 di quella terrestre.

Però, palloni e dirigibili non sarebbero in grado di studiare i laghi di metano di Titano, che sono una delle attrattive più entusiasmanti per quanto riguarda la ricerca sulla chimica prebiotica. Cosa c'è di più, un veicolo aereo non sarebbe in grado di condurre analisi chimiche in situ della superficie, molto simile a quello dei Mars Exploration Rovers (Spirit, Opportunità e Curiosità) hanno fatto su Marte.

Come tale, Turtle e i suoi colleghi hanno iniziato a cercare una proposta che rappresentasse il meglio dei due mondi, ovvero una piattaforma aerea e un lander. Questa è stata la genesi del concetto di Dragonfly.

"Sono stati presi in considerazione diversi metodi per l'esplorazione aerea in situ di Titano (elicotteri, diversi tipi di palloncini, aeroplani), " ha detto Turtle. "Dragonfly sfrutta i recenti sviluppi nei velivoli multi-rotore per fornire mobilità aerea per un lander con un sofisticato carico utile. Perché Dragonfly sarebbe in grado di percorrere lunghe distanze, poche decine di chilometri alla volta, e fino a poche centinaia di chilometri nel corso della missione, sarebbe possibile effettuare misurazioni in più siti con storie geologiche molto diverse".

Inizialmente, Turtle e i suoi colleghi – che include Ralph Lorenz (anche lui di JHUAPL), Melissa Trainer del Goddard Space Flight Center, e Jason Barnes dell'Università dell'Idaho - avevano proposto una missione che avrebbe combinato un pallone in stile Montgolfière con un lander simile a Pathfinder. Considerando che il pallone esplorerebbe Titano da una bassa quota, il lander esplorerebbe la superficie da vicino.

Però, dalla 48a Conferenza di scienze lunari e planetarie, avevano apportato alcune modifiche alla loro idea. Invece di un pallone e più lander, hanno presentato un concetto per un quadricottero "Dragonfly" per condurre studi sia aerei che di superficie. Questo veicolo a quattro rotori, si è sostenuto, sarebbe in grado di sfruttare l'atmosfera densa di Titano e la bassa gravità per ottenere campioni e determinare le composizioni della superficie in più impostazioni geologiche.

Nella sua ultima iterazione, il Dragonfly incorpora otto rotori (due posizionati in ciascuno dei suoi quattro angoli) per raggiungere e mantenere il volo. Proprio come Curiosity e i prossimi rover Mars 2020, la libellula sarebbe alimentata da un generatore termoelettrico a radioisotopi multimissione (MMRTG). Questo sistema utilizza il calore generato dal decadimento del plutonio-238 per generare elettricità, e può portare avanti una missione robotica per anni.

Questo disegno, dice Tartaruga, offrirebbe agli scienziati la piattaforma in situ ideale per studiare l'ambiente di Titano:

"Dragonfly sarebbe in grado di misurare i dettagli compositivi di diversi materiali di superficie, il che mostrerebbe fino a che punto la chimica organica è progredita in ambienti diversi. Queste misurazioni potrebbero anche rivelare le firme chimiche della vita basata sull'acqua (come quella sulla Terra) o persino la vita basata sugli idrocarburi, se entrambi fossero presenti su Titano. Dragonfly studierebbe anche l'atmosfera di Titano, superficie, e sotto la superficie per comprendere l'attuale attività geologica, come vengono trasportati i materiali, e la possibilità di scambio di materiale organico tra la superficie e l'oceano d'acqua interno."

Questo concetto incorpora molti recenti progressi nella tecnologia, che includono l'elettronica di controllo moderna e i progressi nei progetti di veicoli aerei senza pilota commerciali (UAV). Oltre a ciò, la libellula eliminerebbe i retrorazzi a propulsione chimica e potrebbe potenziarsi tra un volo e l'altro, dandogli una durata di vita potenzialmente molto più lunga.

"E ora è il momento perfetto, "dice Tartaruga, "perché possiamo basarci su ciò che abbiamo imparato dalla missione Cassini-Huygens per compiere i prossimi passi nell'esplorazione di Titano".

Attualmente, Il Jet Propulsion Laboratory della NASA sta sviluppando un concetto simile. Conosciuto come l'elicottero di Marte "Scout", per l'uso su Marte, questo drone aereo dovrebbe essere lanciato a bordo della missione Mars 2020. In questo caso, il progetto prevede due rotori coassiali controrotanti, che fornirebbe il miglior rapporto spinta-peso nella sottile atmosfera di Marte.

Questa sorta di piattaforma VTOL potrebbe diventare il pilastro nei prossimi decenni, ovunque siano richieste missioni a lungo termine che coinvolgono corpi dotati di atmosfere. Tra Marte e Titano, tali droni aerei potrebbero saltare da un'area all'altra, ottenere campioni per analisi in situ e combinare studi di superficie con letture atmosferiche a varie altitudini per ottenere un quadro più completo del pianeta.