Bolvormige zogeheten "aerobots“ zouden op een dag wel eens in zwermen door de grotten van Titan kunnen zwermen, een maan van Saturnus die volgens de NASA een van de meest aardachtige manen in ons zonnestelsel is. Titan is bedekt met rivieren, meren en zeeën van koolwaterstoffen, zoals methaan en ethaan, en heeft bovendien een vreemd ‘karstlandschap’ met ondergrondse zinkgaten en grotten.
Geen enkele rover zou dit oppervlak gemakkelijk kunnen doorkruisen, maar vliegende voertuigen zouden wel eens meer succes kunnen hebben. Daarom is er in het kader van het NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC)-programma voor vroege ontwikkelingsfasen een nieuwe subsidie toegekend om kleine, vliegende voertuigen te ontwikkelen die deze grotten kunnen verkennen. Het is onduidelijk of de aerobots, genaamd SPARK, of Solid-state Propulsion for Autonomous Reconnaissance of Karst, op tijd klaar zullen zijn voor NASA’s Dragonfly-missie naar Titan, zo vertelde projectleider Daniel Drew, assistent-professor aan de Universiteit van Hawaï in Mānoa, aan Space.com.
Dat komt omdat SPARK aan een subsidieperiode van negen maanden voor fase 1 begint en op zijn minst de tot twee jaar durende fase 2 zou moeten doorlopen voordat een lancering „realistischer” lijkt, merkte hij op. Dragonfly is ondertussen gepland voor een lancering in 2028, maar als de missie vertraging oploopt, biedt dat meer mogelijkheden voor toevoegingen in een later stadium van de missie. “Hoe verhoudt zich dat tot de huidige tijdlijn van de Titan-missie, ervan uitgaande dat we de kans voor Dragonfly hebben gemist? Ik weet het niet,” zei Drew over SPARK. Maar wanneer de missie ook van start gaat, zei Drew dat SPARK een goede kans heeft om het goed te doen op Titan met zijn innovatieve ionische (elektrische) stuwraketten.
Drew zei dat zijn ontwerp „uithoudingsvermogen, wendbaarheid en robuustheid zou kunnen bieden onder de uitdagende, bijna cryogene (ijzige) omstandigheden, en de verstoring door neerwaartse luchtstroom van wetenschappelijk belangrijke koolwaterstoflagen tot een minimum zou kunnen beperken.” Hij hoopt, zo voegde hij eraan toe, dat SPARK een voorloper zou kunnen worden voor grotverkenning op Titan, vergelijkbaar met de Ingenuity-helikopter op Mars die 72 vluchten heeft gemaakt, meer dan tien keer zoveel als waarvoor de demonstratiemissie op de Rode Planeet oorspronkelijk was bedoeld. Drew werkt al sinds zijn studie aan de Universiteit van Californië in Berkeley aan een specifiek type ionenmotoren, de zogenaamde elektrohydrodynamische (EHD) voortstuwing. Mede dankzij een beurs van de National Science Foundation (NSF) onderzocht Drew verschillende ontwerpen voor het vliegen en raakte hij geïnteresseerd in het ontwikkelen van robots die met hun vleugels flapperen op een manier die lijkt op die van echte dieren.
Foto: Daniel Drew/University of Hawaii
Tijdens zijn zoektocht stuitte hij „vrijwel bij toeval“ op de hobbyisten-gemeenschap van „lifters“, zo vertelde hij. „Deze (prototypes) zijn gemaakt van driehoekig balsahout, magneetdraad en aluminiumfolie. Je sluit ze aan op 40.000 volt via een flyback-transformator die je uit een magnetron, een CRT-monitor of wat dan ook haalt, en dan kunnen ze boven de tafel zweven. “Er zijn tal van voorbeelden op YouTube te vinden van mensen die deze maken”, zei hij. Bij verder speurwerk in de archieven kwamen vroege experimenten en studies bij NASA en de luchtmacht aan het licht die vergelijkbaar waren met wat de hobbyisten gebruikten. En toevallig kende NIAC financiering toe aan een andere onderzoeksgroep, onder leiding van het Massachusetts Institute of Technology, die geïnteresseerd was in het gebruik van EHD-aandrijving voor vliegtuigen op aarde. Drew zag hierin dan ook een veelbelovende richting voor onderzoek.
“Om een lang verhaal kort te maken: ik ben met dat idee aan de slag gegaan,” zei Drew, “en heb een aantal artikelen geschreven waarin ik microgefabriceerde vliegende robots op centimeterschaal heb ontwikkeld, aangedreven door atmosferische ionenmotoren.” Tot zijn prestaties vóór de NIAC-subsidie behoorden volgens hem de eerste demonstratie van microgefabriceerde EHD-actuatoren (mechanische apparaten) en andere primeurs, zoals een ‘ionocraft’ op centimeterschaal die opsteeg en vervolgens een lading vervoerde. “We hebben onlangs het ontwerp en de berekeningen van de eerste micro-hovercraft met ionenvoortstuwing gepubliceerd,” voegde hij eraan toe, verwijzend naar een artikel op de preprintserver arXiv. “Dat lijkt misschien een behoorlijke lijst met belangrijke mijlpalen, maar er zijn eigenlijk nog maar weinig mensen die aan dit onderwerp werken. Ik race hier vooral tegen mezelf.”
Nu hij de steun van het NIAC heeft, hoopt Drew zich verder te verdiepen in de voordelen van EHD-aandrijving, zoals de schaalbaarheid, het feit dat het vrijwel geruisloos is en de eenvoud (omdat het een solid-state-systeem is, zijn er minder onderdelen waar je je zorgen over hoeft te maken). Er zouden ook buiten Titan meer toepassingen kunnen komen, merkte hij op: volledig elektrische vliegtuigen, drones voor binnenshuis en mini-vliegende zwermen zijn slechts enkele ideeën, maar hij zei dat het nut ervan beperkt zal zijn. “Het grote nadeel is dat het gewoon niet erg efficiënt is,” zei hij over EHD-aandrijving. “Tenzij er een grote doorbraak komt, zal het onmogelijk zijn om echt te concurreren met meer conventionele aandrijftechnieken, zoals rotors en straalmotoren, voor de overgrote meerderheid van de toepassingen op aarde.”
Aangezien fase 1 slechts ongeveer negen maanden beslaat, zijn Drew en zijn medewerkers, waaronder Ethan Schaler en Jacob Izraelevitz van het Jet Propulsion Laboratory van de NASA, evenals Michael Malaska van het Blue Marble Space Institute of Science, van plan om snel experimenten op te zetten, een „afwegingsanalyse” uit te voeren om te bepalen welke subsystemen het beste prioriteit moeten krijgen op het gebied van bijvoorbeeld stroomvoorziening, en zaken als de thermische effecten op het stroomsysteem te modelleren. “Ik denk dat het idee van ‘op de schouders van reuzen staan’ diep verankerd is in de NIAC-cultuur”, merkte Drew op. “Onze belangrijkste bijdrage aan het einde van dit proces is een uitgebreid, openbaar rapport. Het is van cruciaal belang om gebruik te maken van eerdere gerelateerde rapporten en ander openbaar onderzoek op dit gebied om dit goed te kunnen doen.”
Bron: Space.com
