Avec son atmosphère dense et riche en hydrocarbures, Titan est un sujet d'intérêt depuis de nombreuses décennies. Et avec le succès de la mission Cassini-Huygens, qui a commencé à explorer Saturne et son système de lunes en 2004, de nombreuses propositions sont sur la table pour des missions de suivi qui permettraient d'explorer plus en profondeur la surface de Titan et ses mers de méthane.

Les défis que cela présente ont conduit à des idées plutôt nouvelles, allant des ballons et des atterrisseurs aux drones flottants et aux sous-marins. Mais c'est la proposition d'un drone « Dragonfly » par des chercheurs du JHUAPL de la NASA qui semble particulièrement aventureuse. Ce drone à huit pales serait capable de décollage et d'atterrissage verticaux (VTOL), lui permettant d'explorer à la fois l'atmosphère et la surface de Titan dans les décennies à venir.

Le concept de mission a été proposé par une équipe scientifique dirigée par Elizabeth Turtle, un scientifique planétaire du laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins de la NASA (JHUAPL). De retour en février, le concept a été présenté au "Planetary Science Vision 2050 Workshop" - qui a eu lieu au siège de la NASA à Washington, DC – et à nouveau fin mars lors de la 48e conférence sur les sciences lunaires et planétaires à The Woodlands, Texas.

Une telle mission, comme Turtle l'a expliqué à Universe Today par e-mail, est à la fois opportun et nécessaire. Non seulement il s'appuierait sur de nombreux développements récents dans les explorateurs robotiques (tels que le rover Curiosity et l'orbiteur Cassini); mais sur Titan, les opportunités de recherche scientifique ne manquent tout simplement pas. Comme elle l'a dit :

"Titan est un monde océanique avec une touche unique, qui est la chimie organique riche et complexe se produisant dans son atmosphère et à sa surface. Cette combinaison fait de Titan une cible particulièrement intéressante pour l'étude de l'habitabilité planétaire. L'une des grandes questions concernant le développement de la vie est de savoir comment les interactions chimiques ont conduit aux processus biologiques. Titan fait des expériences de chimie prébiotique depuis des millions d'années – des échelles de temps impossibles à reproduire en laboratoire – et les résultats de ces expériences sont là pour être collectés. »

Leur proposition est basée en partie sur les enquêtes décennales précédentes, tels que le groupe de travail sur la stratégie de campagne (CSWG) sur la chimie prébiotique dans le système solaire extérieur. Cette enquête a souligné qu'un véhicule aérien mobile (c'est-à-dire un dirigeable ou un ballon) serait bien adapté à l'exploration de Titan. Titan est non seulement le seul corps connu autre que la Terre qui a un corps dense, atmosphère riche en azote - quatre fois plus dense que celle de la Terre - mais sa gravité est également d'environ 1/7ème de celle de la Terre.

Cependant, les ballons et les dirigeables seraient incapables d'étudier les lacs de méthane de Titan, qui sont l'un des tirages les plus passionnants en ce qui concerne la recherche en chimie prébiotique. Quoi 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 (Spirit, Opportunity and Curiosity) ont fait sur Mars.

En tant que tel, Turtle et ses collègues ont commencé à chercher une proposition qui représentait le meilleur des deux mondes, c'est-à-dire une plate-forme aérienne et un atterrisseur. Ce fut la genèse du concept Dragonfly.

"Plusieurs méthodes différentes ont été envisagées pour l'exploration aérienne in-situ de Titan (hélicoptères, différents types de ballons, avions), " a déclaré Turtle. " Dragonfly profite des récents développements dans les avions multi-rotors pour fournir une mobilité aérienne à un atterrisseur avec une charge utile sophistiquée. Parce que Dragonfly serait capable de parcourir de longues distances – quelques dizaines de kilomètres à la fois, et jusqu'à quelques centaines de kilomètres au cours de la mission - il serait possible de faire des mesures sur plusieurs sites avec des histoires géologiques très différentes. »

Initialement, Turtle et ses collègues – dont Ralph Lorenz (également de JHUAPL), Melissa Trainer du Goddard Space Flight Center, et Jason Barnes de l'Université de l'Idaho – avaient proposé une mission qui combinerait un ballon de style Montgolfière avec un atterrisseur de type Pathfinder. Alors que le ballon explorerait Titan à basse altitude, l'atterrisseur explorerait la surface de près.

Cependant, par la 48e Conférence des sciences lunaires et planétaires, ils avaient fait quelques ajustements à leur idée. Au lieu d'un ballon et de plusieurs atterrisseurs, ils ont présenté un concept pour un qaudcopter "Dragonfly" pour mener des études aériennes et de surface. Ce véhicule à quatre rotors, il a été soutenu, serait en mesure de tirer parti de l'atmosphère épaisse et de la faible gravité de Titan pour obtenir des échantillons et déterminer les compositions de surface dans de multiples contextes géologiques.

Dans sa dernière itération, le Dragonfly intègre huit rotors (deux positionnés à chacun de ses quatre coins) pour réaliser et maintenir le vol. Tout comme les rovers Curiosity et les prochains rovers Mars 2020, la libellule serait alimentée par un générateur thermoélectrique radio-isotope multimission (MMRTG). Ce système utilise la chaleur générée par la décomposition du plutonium-238 pour produire de l'électricité, et peut maintenir une mission robotique pendant des années.

Cette conception, dit Tortue, offrirait aux scientifiques la plateforme in-situ idéale pour étudier l'environnement de Titan :

"Dragonfly serait capable de mesurer les détails de composition de différents matériaux de surface, ce qui montrerait à quel point la chimie organique a progressé dans différents environnements. Ces mesures pourraient également révéler des signatures chimiques de la vie aquatique (comme celle sur Terre) ou encore de la vie à base d'hydrocarbures, si l'un ou l'autre était présent sur Titan. Dragonfly étudierait aussi l'atmosphère de Titan, surface, et sous la surface pour comprendre l'activité géologique actuelle, comment les matériaux sont transportés, et la possibilité d'échange de matière organique entre la surface et l'océan intérieur."

Ce concept intègre de nombreuses avancées technologiques récentes, qui incluent l'électronique de contrôle moderne et les avancées dans les conceptions de véhicules aériens sans pilote (UAV) commerciaux. En plus de ça, la libellule supprimerait les rétrofusées à propulsion chimique et pourrait se mettre sous tension entre les vols, ce qui lui donne une durée de vie potentiellement beaucoup plus longue.

"Et maintenant c'est le moment parfait, " dit Tortue, "parce que nous pouvons nous appuyer sur ce que nous avons appris de la mission Cassini-Huygens pour franchir les prochaines étapes de l'exploration de Titan."

Actuellement, Le Jet Propulsion Laboratory de la NASA développe un concept similaire. Connu sous le nom d'hélicoptère de Mars "Scout", pour une utilisation sur Mars, ce drone aérien devrait être lancé à bord de la mission Mars 2020. Dans ce cas, la conception nécessite deux rotors coaxiaux contrarotatifs, qui fournirait le meilleur rapport poussée/poids dans l'atmosphère mince de Mars.

Ce type de plate-forme VTOL pourrait devenir le pilier dans les décennies à venir, partout où des missions de longue durée impliquant des corps dotés d'atmosphères sont nécessaires. Entre Mars et Titan, de tels drones aériens pourraient sauter d'une zone à l'autre, obtenir des échantillons pour une analyse in situ et combiner des études de surface avec des lectures atmosphériques à différentes altitudes pour obtenir une image plus complète de la planète.