TSSM - Titan Saturn System Mission

Die NASA hat eine Studie zu einer amerikanisch-europäischen Gemeinschaftsmission zum Saturn abgeschlossen. Da es erst mal nur eine Studie ist, habe ich das hier im Konzeptbereich aufgehängt.

Quelle:http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/download-detail.cfm?DL_ID=463

Ziele
Titan und Enceladus weiter erforschen.

Konzept

• Orbiter + Lander (Titan) + Ballon (Titan)
• Orbits um Saturn und Titan im Laufe der Mission

Orbiter (NASA)

• 5 SRGs (Sterling Radioisotopic Generators) mit 540W Leistung zum Missionsende. Einer ist als Redundanz vorhanden.
• 165kg Instrumente
• 1613kg Trockenmasse
• 833kg Kapazität zur Mitnahme für 2 in-situ-Systeme (also den Lander und Ballon)
• 6203kg Startmasse auf ATLAS V
• Solar-Electric-Propulsion (SEP) für dem Flug im inneren Sonnensystem (3 Ionentriebwerke + Solarzellen)

Ballon (NASA + ESA?)

• Einsatz in 10km Flughöhe
• 10,5m Durchmesser
• 6 Monate Betriebszeit mit einem MMRTG mit 1700W Wärmeleistung
• Masse 600kg

Lander (ESA)

• Zielgebiet soll die nördliche Hemisphäre Titans sein.
• Arbeitszeit 9h mit Batterien
• 190kg Masse

Flugplan

• Start 2020
• Dauer 9 Jahre, nach 5 Jahre wird SEP-Modul abgetrennt, Gravity Assists (3x Erde, 1x Venus) zwischendurch
• Ballon beim ersten Titan-Flyby absetzen
• Lander beim zweiten Titan-Flyby absetzen
• 4 Jahre Hauptmission (2 Jahre Saturnorbit, 20 Monate Titanorbit)

Jetzt noch ein paar Details, stückchenweise:

Der Ballon (Montgolfière)
Der Eintritt soll bei ca. 20°N. In den 6 Monaten der Hauptmission soll er Titan einmal umrunden. 12 Monate sind anvisiert. Durch seine Nähe zur Oberfläche soll er hochauflösende Aufnahmen (optisch und Radar) anfertigen. Die Position des Ballons soll hochgenau verfolgt werden (wie?).

Der Lander
Er soll in einem Meer/See landen (Kraken Mare). Er soll 5-6 Stunden während des Abstiegs arbeiten und 3-4 Stunden nach der Landung.

Orbiter
Das SEP-Modul soll 451kg Treibstoff nutzen und ein deltaV von 2,7km/s zwischen 2020 und 2025 aufbauen. Der Flug dauert allgemein länger als bei Cassini, da Jupiter für Gravity Assists nicht zur Verfügung steht. In den ersten beiden Jahren im Saturnsystem werden mehrere Flybys (7x Enceladus, 16x Titan) an den Monden ausgeführt. Damit soll auch der deltaV-Bedarf für den späteren Einschuss in den Orbit um Titan reduziert werden. Außerdem soll Aerobraking den Orbit um Titan langsam absenken.

Daniel du widersprichst dir selbst:

Der Lander
Er soll in einem Meer/See landen (Kraken Mare). Er soll 5-6 Stunden während des Abstiegs arbeiten und 3-4 Stunden nach der Landung.

Lander (NASA + ESA?)

    * Einsatz in 10km Flughöhe
    * 10,5m Durchmesser
    * 6 Monate Betriebszeit mit einem MMRTG mit 1700W Wärmeleistung
    * Masse 600kg

3-4 Stunden gegenüber 6 Monaten. Kleiner Unterschied, oder? Hast du da Ballon und Lander irgendwie durcheinander gebracht?

Also wenn man schon so einen Anspruchsvolle Mission macht, dann sollte man auch gleich einen Rover mitschicken, der kostet zwar mehr, aber die wissenschaftliche Ausbeute ist deutlich größer.

Das eine ist der Lander, das andere der Ballon. Ich muss nur die Überschriften korrigieren

Also wenn man schon so einen Anspruchsvolle Mission macht, dann sollte man auch gleich einen Rover mitschicken, der kostet zwar mehr, aber die wissenschaftliche Ausbeute ist deutlich größer.

Rover auf Titan dürfte keine Option sein. Du kannst einen Rover nicht gut genug isolieren, damit er die -180 °C längerfristig überlebt.

Das Konzept ist wirklich anspruchsvoll, aber warum sollte man nur alte Missionen "wiederholen" und sich nicht neue Ziele stecken?

Was mich in dem Dokument etwas wundert, ist die Aussage:

TSSM offers a low-risk mission, employing flight-proven designs
for spacecraft, instruments, and ground system.

[size=10]zu Deutsch: TSSM bietet ein niedriges Risiko durch Verwendung von flugerprobten Designs für Sonde, Instrumen und Bodensysteme.[/size]

Sind SEP, SRG und Ballon wirklich flugerprobt? Noch nicht, aber bis dahin hoffentlich durch andere Missionen. Längere Erfahrungen mit Ionenantrieb sollte die NASA durch DAWN gewonnen haben, auch wenn der Flugverlauf (SEP-Antrieb im inneren System, konventioneller chemischer Flug im äußeren System) hier eine andere Charakteristik hat. Eine Ballonmission gab es bis dahin hoffentlich auf dem Mars und SRGs wurden hoffentlich auch endlich eingesetzt, um ihre Effizienz und Zuverlässigkeit zu zeigen. Aber aus heutiger Sicht wird mit dem Konzept doch noch eine Menge technisches Neuland betreten.

Es ist auch eine Venus-Ballonmission der NASA in der Diskussion und eine Titan-Boot-Mission!

• Schwimmender Titanseeroboter Titan Mare Explorer (TiME)
• Venus-Atmosphärenballons Polar VALOR

GG

Zum Thema Schwimmender Titanseeroboter.

Flüssiges Methan ist sehr kalt. Kann man ein Objekt bzw. dessen Elektronik so abschirmen? Ich meine das schwimmt auf einer Flüssigkeit. Oder macht das kein bzw. kaum Unterschied zu einem festen Untergrund?

Was den Ballon angeht, Titan hat eine sehr hohe Dichte. Von daher kann man den Ballon mit Hilfe einer suborbitalen Rakete in großen Teilen auf der Erde testen.

Hallo tul,

in dem Dokument steht auch, dass die Atmosphäre des Titan deutlich weniger Unabwägbarkeiten oder Probleme verursacht als die dünne Schicht des Mars. Auch aus dieser Perspektive sieht eine Ballonmission dort wohl "einfacher" aus.

Schwimmen in einer kalten Flüssigkeit ist schon ein Problem. Da kühlt man deutlich schneller aus also in der Luft. Aber der Betrieb soll ja nur ein paar Stunden lang erfolgen. Evtl. muss man deutlich mehr Leistung für das Thermalsystem einplanen.

Nach der Lektüre größerer Teile des Dokumentes habe ich ein paar Fakten für's Portal zusammengefasst.

http://www.raumfahrer.net/news/raumfahrt/22012009151706.shtml

GG

Ich habe noch ein paar Dokumente mehr geschaut. Sowohl für den Titanlander als auch Ballon wird die kryogene Umgebung als Herausforderung gesehen. Die HArdware muss für entsprechend tiefe Umgebungstemperaturen qualifiziert werden. Bei früheren Landerstudien war auch ein länger zu betreibender Lander im Gespräch, der ein MMRTG als Energiequelle nutzen sollte.

Und noch etwas zu dem SEP-Antrieb.

In diesem Dokument:
http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/downloads/Titan_Explorer_Public_Report_FC_opt.pdf
steht, dass SEP noch nicht so ausgereift ist und man nicht so große Erfahrungen damit hat (s. meine Bemerkung weiter oben). Außerdem würde man mit einem rein chemischen Antrieb mehr Nutzlast mit geringeren Kosten zum Saturn bringen können. Der große Vorteil von SEP ist die Verkürzung der Reisezeit um 3 bis 4 Jahre, mit entsprechend längeren Forschungsarbeiten im Saturnsystem bei einer geplanten Nutzungsdauer von 14 Jahren für die nuklearen Energiequellen.

Stückchenweise finde ich immer mehr Informationen .

Bei den Flugrouten hat man auch Gravity-Assists an Jupiter untersucht. Dabei ergeben sich Flugbahnen, welche unter alles untersuchten die höchte Masse zum Ziel bringen, oder die kürzesten Zeit benötigen. Das Problem ist aber, dass Jupiter zu selten zur Verfügung steht und man Startfenster sehr genau einhalten muss. Deshalb werden Bahnen mit Gravity-Assists ausschließlich an den inneren Planeten bevorzugt.

Du kannst unsere Meldung im Portal gern noch um ein paar prägnante Sätze ergänzen.  

GG

Space.com hat nun auch einen Artikel zu beiden Mission. Das einzig neue sind allerdings lediglich zwei Konzeptzeichnungen der Orbiter und Lander.

http://www.space.com/news/090218-nasa-esa-outer-planet-missions.html

Space.com hat nun auch einen Artikel zu beiden Mission. Das einzig neue sind allerdings lediglich zwei Konzeptzeichnungen der Orbiter und Lander.

http://www.space.com/news/090218-nasa-esa-outer-planet-missions.html

Dieser Artikel in deutscher Sprache bezieht sich wohl auf Space.com

http://www.spacesciencejournal.de/Jupiter/Jupiter_Flaggschiffmission.html

Die Idee ist wunderbar, besonders die effiziente Mischung aus Ionen- und chem. Triebwerk!!

Der Lander soll in einem Feuchtgebiet auf der Nordhalbkugel niedergehen. Er verfügt lediglich über eine Batterie zur Energieversorgung und damit nur über eine eng begrenzte Funktionsdauer von etwa 9 Stunden. Zur wissenschaftlichen Ausrüstung sollen ein chemisches Analyselabor, ein Akkustiksensor, ein Magnetometer, eine Kamera mit eigenem Scheinwerfer sowie Geräte zur Atmosphären- und Wetterforschung und zur Bestimmung physikalischer Oberflächeneigenschaften gehören.

Vielleicht revolutioniert das die Akku-Kapazitäten, und man versucht, 3 Tage daraus zu machen...

Ist es wirklich um so viel teurer, mit RIG eine nukleare Stromversorgung sicherzustellen?? Denn das finde ich verschwenderisch! Da fährt man das ganze teure Gestell rauf, all die Entwicklungskosten ... und dann... 9 Stunden...
Ausserdem Erzeugen Atombatterien WÄrme, die gleichzeitig den Lander heizt...

Oder denken sdie, dass sich der Druck, Temperatur etc. nicht verändert, darum lieber nur einmal messen?

So ein ganzer Lander auf diesen fernen Monden ist nicht für Langzeitbetrieb ausgelegt. U.a. kann er ja nicht direkt mit der Erde kommunizieren, sondern benötigt einen Orbiter als Relais. Hier ist aber der Orbiter die ersten Jahre im Orbit um den Saturn und dürfte nur sporadisch Sichtverbindung zum Lander haben. Erst später soll er ein einen Orbit um Titan einschwenken.

Bin gerade zufällig auf dieses Thema hier gestoßen.

Hier ist aber der Orbiter die ersten Jahre im Orbit um den Saturn und dürfte nur sporadisch Sichtverbindung zum Lander haben. Erst später soll er ein einen Orbit um Titan einschwenken.

Könnte man nicht auch den Lander erst nach dem Einschwenken in den entsprechenden Titanorbit aussetzen? Bei Fly-bys kann man schon mal feststellen, wo genau eine Landung am sinnvollsten ist, und dann kann man auch ständig Sichtverbindung halten. Damit wäre dann eine lange Landermission schon wieder machbar.

mfg websquid

Der Lander arbeitet mit Batterien oder RTGs. RTGs verlören Energie und Batterien müsste man jahrelang puffern. Außerdem verlieren auch sie gewöhnlich mit den Jahren einen beachtlichen Teil ihrer Ladekapazität.