《卡西尼-惠更斯之后的土卫六》是我们对土卫六最新、最全面的了解,包括美国宇航局、欧洲航天局和意大利航天局联合任务卡西尼-惠更斯的结果和见解,以及专家在详细分析任务数据后得出的结论。由于 2017 年结束的卡西尼-惠更斯任务的观测,我们对土卫六的了解大大增加。从那时起,来自地球的观测以及实验室和理论研究不断增加我们的知识。这些结论与最新的地面和理论研究相结合,提供了对土卫六科学的最新理解,涵盖了土卫六的起源和演化、它的磁性和等离子环境、表面、内部结构、地质、大气以及月球上海洋的天体生物学潜力。
美国宇航局的“蜻蜓”任务将于 2030 年代中期将一架旋翼机可重新定位的着陆器发射到土卫六表面,这将是首次探索土卫六表面的任务。
在不同行星大气环境下对风成过程(风吹粒子)进行实验和模拟,包括地球、火星和土星的卫星土卫六。PAL 目前由 NASA 行星科学部支持(2014 年之前,PAL 由 NASA 行星地质和地球物理学 (PG&G) 计划支持)。PAL 包括位于加利福尼亚州莫菲特菲尔德的 NASA-Ames 研究中心 (ARC) 的设备和设施,亚利桑那州坦佩的亚利桑那州立大学 (ASU) 拥有单独的设备来支持 PAL 活动。PAL 包括美国最大的低压研究压力室之一。PAL 能够在受控实验室条件下对风成过程进行科学研究,并能够为 NASA 的太阳系任务测试和校准航天器仪器和组件,包括那些需要大量低气压的任务。PAL 包括:(1) 火星表面风洞 (MARSWIT) 和 (2) 土卫六风洞
摘要:简介:探索太空并收集有关其大气状况的数据可以推动先进空间技术的发展,例如大气传感器和远程监控系统。然后,在天体物理学和太空探索等看似遥远的领域的科学研究可以通过促进创新和可持续技术发展为实现可持续发展目标做出贡献。方法:我们提出了一种基于沿特征函数获取的短期平均/长期平均相位选择器来识别光电子峰的自动四步检测算法。在声明检测之后,对较长的信号窗口进行附加分析以表征光电子峰并消除噪声干扰。结果:该算法的模块化设计使得可以在四个步骤中的任何一个步骤中替换替代策略,并在新数据集上快速实施。讨论:通过基于所有可用土卫六飞越数据的概览示例说明了该算法的实用性。有关土卫六大气中光电子峰的知识可以提供对应对地球气候变化有价值的见解。结论:了解行星等离子体环境,包括它们与太阳风和其他空间天气现象的相互作用,可以间接有助于我们了解地球气候系统。
第一类:所有类型的目标天体任务,这些目标天体对于理解化学演化过程或生命起源无直接意义;未分化的变质小行星;其他 第二类:所有类型的任务(重力辅助、轨道器、着陆器),这些目标天体对于化学演化过程和生命起源有重大意义,但航天器所携带的污染物对未来调查造成影响的可能性极小;金星;月球(仅在极地和 PSR 中着陆任务才有有机库存);彗星;碳质球粒陨石小行星;木星;土星;天王星;海王星;木卫三†;土卫六†;海卫一†;冥王星/冥卫一†;谷神星;大于冥王星 1/2 大小的柯伊伯带天体†;小于冥王星 1/2 大小的柯伊伯带天体;其他 TBD 第三类:飞越(即重力辅助)和轨道器任务,前往对化学演化和/或生命起源感兴趣的目标天体,科学界认为该目标天体受到污染的可能性很大 2,这可能会危及未来的调查;火星;木卫二;土卫二;其他 TBD 第四类:着陆器(以及潜在的轨道器)任务,前往对化学演化和/或生命起源感兴趣的目标天体,科学界认为该目标天体受到污染的可能性很大 2,这可能会危及未来的调查。根据仪器、科学调查、特殊区域等,存在 3 个子类别(IVa、b、c);火星;木卫二;土卫二; TBD 第五类:返回所有地球:2 个子类别 - 对于科学界认为没有本土生命形式(如火星卫星)的太阳系天体,无限制返回,对于所有其他天体,有限制返回
David T. Young Young 博士的主要科学兴趣和贡献集中在研究和了解太阳系等离子体的化学成分以及成分对行星磁层动力学的影响。 为了追求这些兴趣,Young 博士领导或参与了几种广泛用于研究空间等离子体的尖端光谱仪的设计和开发。 基于他的仪器进行的实验有助于更好地了解陆地、行星和彗星磁层。 20 世纪 70 年代,Young 博士表明地球磁层的成分与太阳周期的紫外线辐射密切相关。 20 世纪 80 年代,他的工作集中于研究赤道磁层中发现的自生离子回旋波对重离子(He + 和 O + )的加速。 20 世纪 90 年代,他的工作主要集中于开发他正在开发的仪器的测量技术。到了 21 世纪初和 21 世纪 10 年代,杨博士将注意力转向了土星磁层的成分相关复杂性。他发现冰卫星释放的“水离子”主导着土星的磁层。他还致力于了解土卫六复杂的大气层和电离层,它们主要由带正电和负电的重碳分子组成。正是这些分子形成了覆盖土卫六表面的气溶胶颗粒。杨博士的实验室研究推动了尖端离子质谱技术的发展,开辟了新的实验可能性。他是第一个将质谱仪的能量范围和灵敏度提高了几个数量级的人,例如极地任务中的热离子动力学实验。他的工作导致了能量谱仪的小型化和性能的提高,例如罗塞塔号任务中的离子电子传感器,以及质谱仪,例如深空一号上的行星探索等离子体实验。 2002 年,他发明并领导了用于欧罗巴快船任务的超高分辨率 MASPEX 质谱仪(性能超越大多数实验室仪器)的早期开发。1988 年,杨博士构思了卡西尼等离子体光谱仪 (CAPS),这是一套集成的三台仪器套件,用于卡西尼号土星任务。由于他在伯尔尼大学期间在欧洲拥有长达十年的经验,他能够组建和管理一个团队,该团队最终包括来自美国和五个欧洲国家的 170 名科学家和工程师。1990 年,NASA 选择 CAPS 并由杨博士担任首席研究员,部分原因是欧洲团队的贡献为 NASA 在整个任务期间节省了 1500 万美元(以 2022 年的美元计算)。2019 年,卡西尼项目管理部门告知他,CAPS 的数据为 500 多篇出版物和 26 篇博士论文做出了贡献。在他的职业生涯中,杨博士Young 为实验空间科学界做出了贡献,他在四所机构设计和建造了高精度校准系统:莱斯大学、伯尔尼大学、洛斯阿拉莫斯大学和西南研究院的两所机构。这些系统已用于各种项目,包括阿波罗月球表面实验包、欧空局的罗塞塔号 67P/Churyumov-Gerasimenko 任务和卡西尼号。除了实验空间科学工作外,Young 博士的兴趣还包括教育下一代。为此,他教授了磁层物理和伽马射线光谱学课程(伯尔尼大学),以及空间仪器和航天器设计课程(伯尔尼大学)
提案人指南 1.0 NASA 行星风成实验室 (PAL) 1.1 什么是 PAL?行星风成实验室 (PAL) 是一种用于在不同行星大气环境下进行风成过程(风吹粒子)控制实验和模拟的设施,包括地球、火星和土星的卫星土卫六。PAL 目前由 NASA 的行星科学部门提供支持(2014 年之前,PAL 由 NASA 的行星地质和地球物理学 (PG&G) 计划提供支持)。PAL 包括位于加利福尼亚州莫菲特菲尔德的 NASA-Ames 研究中心 (ARC) 的设备和设施,亚利桑那州立大学 (ASU) 位于亚利桑那州坦佩,拥有单独的设备来支持 PAL 活动。PAL 包括美国最大的压力室之一,用于进行低压研究。PAL 可在受控实验室条件下对风成过程进行科学研究,并可对 NASA 太阳系任务的航天器仪器和组件进行测试和校准,包括需要大量低气压的任务。PAL 包括:(1) 火星表面风洞 (MARSWIT) 和 (2) 土卫六风洞 (TWT),位于加利福尼亚州山景城 NASA ARC 的结构动力学大楼 (N-242) 内,由亚利桑那州立大学管理。MARSWIT 和 TWT 由 NASA-Ames 的商店、仪器设施和成像服务提供支持。ARC 的 PAL 设施还配备了一名全职技术人员(在 ARC 工作的 ASU 员工),为行星用户提供服务。亚利桑那州立大学坦佩校区的配套设施包括环境压力/温度风洞 (ASUWIT)。ASU 还拥有涡流(尘卷风)发生器 (ASUVG),但目前归富尔顿工程学院所有(可协商用于行星研究)。ASUWIT 是 ASU 地球与空间探索学院 (SESE) 的一部分,由 SESE 教授 Ian Walker 负责运营。ASUWIT 由 ASU 的 Ronald Greeley 中心的工作人员提供支持。NASA-Ames 的火星表面风洞 (MARSWIT) 于 1976 年投入运行,用于研究陆地和火星条件下风夹带粒子的物理学,进行流场建模实验以评估从小岩石到地貌(缩放)如陨石坑等尺度上的风蚀和沉积,并在火星大气条件下测试航天器仪器和其他组件。MARSWIT 是一个 13 米长的开路边界层风洞,位于一个大型环境室内,在 1 巴至 5 毫巴的大气压下运行,在 1 巴时最大速度为 10.5 米/秒,在 5 毫巴时最大速度为 100 米/秒。该风洞采用开路设计,但位于一个大型压力室的地板上,内部高度为 30 米,内部容积为 13,000 立方米。对于低压风洞运行,将腔室密封并抽空,内部的开路风洞在低压环境中运行。抽空如此大腔室的内部压力需要大量电力,这通常非常昂贵。PAL 从热物理设施的蒸汽真空系统获取真空能量,大约 45 分钟内即可抽真空至火星模拟压力 (4 托)。由于真空系统运行成本高,双方达成协议,PAL 几乎只在与其他赞助 NASA-Ames 蒸汽工厂活动的 NASA-Ames 项目/设施合作时才抽真空。这种安排非常经济高效,但需要提前安排低压运行(需要抽空)。除了此协议外,还提供预留真空服务,前提是提供足够的资金并且没有时间安排冲突。
2. 电力系统:放射性同位素电力推进 (REP):利用钚-238 等同位素自然放射性衰变产生的热量来发电。REP 系统紧凑可靠,是小型到中型任务的理想选择,尤其是在可以接受长时间运行和低功率要求的情况下。它们通常提供 1 千瓦范围内的功率,足以为科学仪器和低推力推进系统(如离子发动机)供电。旅行者号、好奇号和毅力号等著名任务已成功展示了该技术和任务可靠性。裂变电力推进 (FEP):它们依靠核反应堆通过受控核裂变反应发电。与 REP 不同,FEP 系统可以产生更高的功率,通常在 8-10 千瓦之间,是前往谷神星、木卫一、土卫六和木卫二等潜在目的地的先驱无人任务的理想选择。与传统卫星相比,FEP 系统具有可扩展性和灵活性,可承载更大的有效载荷并缩短运输时间。研究表明,人们正在积极研究它们,以用于未来的载人火星任务和外行星探索,而长期高功率需求至关重要。将这项技术集成到先进的航天器中可以帮助航天器运行更长时间。3. 航天器裂变动力的主要优势:[1] 更高的功率输出:与传统的太阳能或化学动力系统相比,裂变动力系统可提供更高的功率水平,使高能科学仪器、先进的推进系统和栖息地支持系统能够运行,用于多行星和深空载人任务。[2] 高功率任务的成本效益:对于需要功率输出超过 1 kWe 的任务,裂变系统比放射性同位素动力系统更具成本效益。这使它们成为具有大量能源需求的长期任务的理想选择。[3] 高功率需求的低质量:当功率要求超过
