Des chercheurs du Penn State Department of Aerospace Engineering font partie d'une équipe dirigée par le Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) dont la proposition d'un giravion révolutionnaire pour enquêter sur la plus grande lune de Saturne, Titan, a été sélectionné par la NASA comme l'un des deux finalistes de la prochaine mission New Frontiers de l'agence.

Libellule, un atterrisseur multi-rotor de type drone, profiterait de l'atmosphère dense de Titan (quatre fois plus dense que l'atmosphère terrestre) et de sa faible gravité (un septième de celle de la Terre) pour voler entre des sites d'atterrissage très espacés sur la surface de Titan. Sur chaque site d'atterrissage, Dragonfly utiliserait une suite d'instruments scientifiques pour étudier la chimie organique et l'habitabilité de Titan ; surveiller les conditions atmosphériques et de surface; imager les reliefs pour étudier les processus géologiques; et réaliser des études sismiques.

L'équipe de recherche de Penn State, dirigé par le professeur agrégé Jack Langelaan et comprenant le professeur agrégé Sven Schmitz et le professeur adjoint Jose Palacios, est responsable de cinq domaines du développement du concept :conception et analyse du rotor, développement de lois de commande de vol de giravion, développement de banc d'essai de giravion à l'échelle, support d'essais au sol, et l'évaluation des performances de vol. Les trois professeurs font partie du Penn State Vertical Lift Research Center of Excellence, l'un des trois centres de recherche nationaux dédiés à la recherche sur la voilure tournante et la portance verticale.

"Nous sommes extrêmement excités et fiers de faire partie de l'équipe Dragonfly, " a déclaré Langelaan. " L'environnement de Titan est idéal pour voler, et la mobilité d'un véhicule aérien donnera aux planétologues l'accès à une vaste zone de Titan, nous laissant voir les variations de la géologie, géochimie de surface et souterraine et conditions atmosphériques."

L'équipe de Penn State a déjà construit un véhicule d'essai technique à demi-échelle et a effectué plusieurs essais en vol. Ce véhicule est conçu pour être facilement reconfigurable et sera utilisé pour développer et tester des algorithmes de contrôle de vol et examiner les effets des changements de conception du véhicule sur les performances de vol.

La configuration à double quadricoptère de Dragonfly (quatre paires de rotors empilés) offre un excellent contrôle du véhicule, ainsi que la redondance :le véhicule peut voler même si certains rotors tombent en panne. Étant donné que l'énergie solaire n'est pas disponible en raison de la distance de Titan au soleil et de sa densité, atmosphère brumeuse, Dragonfly utiliserait un générateur thermoélectrique à radio-isotope multimission (MMRTG), comme le rover Curiosity sur Mars, pour alimenter ses systèmes. Le MMRTG rechargerait une batterie de vol pendant la nuit de Titan, et permet à Dragonfly de parcourir des dizaines de kilomètres à chaque charge.

"Nous utilisons des technologies développées pour les drones qui volent ici sur Terre et les modifions afin que nous puissions permettre des missions scientifiques sur différentes planètes. C'est à peu près aussi cool que possible!" dit Langelaan. « Nous utilisons également des techniques de calcul qui sont en cours de développement pour aider à concevoir des parcs éoliens pour modéliser l'atmosphère de Titan :cela nous aidera à développer et à tester les systèmes de commandes de vol. Et nous développons et testons également des méthodes pour protéger le véhicule de l'environnement froid de Titan. ."

Les deux finalistes de la mission, le Dragonfly dirigé par l'APL, et le Comet Astrobiology Exploration Sample Return (CAESAR) dirigé par l'Université Cornell et le Goddard Space Flight Center de la NASA – recevront un financement en 2018 pour développer et faire mûrir leurs concepts. La NASA prévoit de sélectionner l'une de ces enquêtes au printemps 2019 pour passer aux phases de mission suivantes.

Si sélectionné, Dragonfly aurait un lancement de mission prévu au milieu des années 2020 avec un atterrissage cible en 2034. La mission sur Titan durerait plus de deux ans et demi.

La mission sélectionnée sera la quatrième du portefeuille New Frontiers de la NASA, une série d'enquêtes scientifiques planétaires dirigées par des chercheurs principaux qui relèvent d'un plafond de coûts de développement d'environ 850 millions de dollars.