トンボ（タイタン宇宙探査機）

ドラゴンフライは、土星最大の衛星タイタンの表面にロボット回転翼機を送るNASAの今後のミッションです。2028年7月に打ち上げられ、2034年に到着し、タイタン初の航空機となる予定です。生命誕生前の化学と地球外居住可能性を研究するために作られたこの機体は、自然衛星で初めて動力付きで完全に制御された大気圏内飛行を行うことを目指しています。その後、垂直離着陸（ VTOL）機能を使用して探査地点間を移動します。 ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

タイタンは、太陽系で唯一、豊富で複雑かつ多様な炭素に富む化学組成と、水氷に覆われた表面、そして内部に水の海を持つ地球外天体であり、宇宙生物学や生命の起源研究の優先ターゲットとなっている。^{[ 6 ]}このミッションは、2017年4月にジョンズ・ホプキンス応用物理研究所（APL）によってNASAのニュー・フロンティア計画に提案され、2017年12月に（12件の提案の中から）2つの最終候補の1つとして選ばれ、ミッションのコンセプトをさらに洗練させた。^{[ 9 ] [ 10 ]} 2019年6月27日、ドラゴンフライは4番目のニュー・フロンティア計画ミッションに選ばれた。^{[ 11 ] [ 12 ]} 2024年4月、ミッションは確認され、最終開発段階に進んだ。^{[ 13 ]}

ドラゴンフライは、タイタンの微生物の居住可能性を評価し、さまざまな場所で生命誕生以前の化学を研究するための宇宙生物学ミッションです。ドラゴンフライは、制御された飛行と、場所間の垂直離着陸を実行するように設計されています。このミッションは、表面の複数の場所を飛行し、多様な地域と地質学的状況のサンプルを採取することを可能にします。^{[ 3 ] [ 14 ]}

タイタンは、その表面に豊富な複雑な炭素に富む化学物質が存在し、液体の水（一時的なもの）と液体の炭化水素の両方が表面に存在し、おそらく生命誕生前の原始スープを形成する可能性があるため、魅力的な宇宙生物学のターゲットである。^{[ 15 ]}

Dragonflyの飛行が成功すれば、地球以外の天体で飛行する2番目の回転翼機となる。最初の機体は無人ヘリコプターのIngenuityで、 2021年2月18日に火星探査車Perseveranceとともに火星に着陸し、2021年4月19日に動力飛行に成功した。^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

ドラゴンフライ計画の最初の構想は、アイダホ大学物理学科の科学者ジェイソン・W・バーンズ（以前にタイタン航空機のAVIATR提案を行った人物）とジョンズ・ホプキンス大学応用物理研究所のラルフ・ローレンツとの夕食時の会話で生まれ、詳細なミッション提案を作成するのに15か月かかりました。^{[ 3 ]}主任研究者は、ジョンズ・ホプキンス応用物理研究所の惑星科学者エリザベス・タートルです。 ^{[ 14 ]}

ドラゴンフライ計画は、タイタンの移動式空中探査に関するいくつかの先行研究に基づいており、その中には、地域探査にモンゴルフィエ気球を提唱した2007年のタイタンエクスプローラー旗艦研究^{[ 19 ]や、ディスカバリー計画で検討された飛行機のコンセプトであるAVIATR [ 3 ]}などがある。 8日間のタイタンの夜間に放射性同位体電源から充電されるバッテリー電源で飛行する回転翼着陸機のコンセプトは、2000年にローレンツによって提案された^{[ 20 ]。}より最近の議論には、ジェット推進研究所のラリー・マティーズによる2014年のタイタン回転翼機研究が含まれており、着陸機または気球から小型回転翼機を展開する予定である^{[ 21 ]} 。熱気球のコンセプトでは、放射性同位体熱電発電機（RTG）からの熱を使用する予定だった^{[ 22 ] 。}

Dragonflyは、マルチローター機を使用して、観測機器一式を複数の場所に輸送し、地表組成、大気条件、地質学的プロセスを測定する予定です。^{[ 23 ]}

ドラゴンフライと、 67P/チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星へのサンプルリターンミッションであるCAESARは、ニューフロンティア計画ミッション4の2つの最終候補でした^{[ 24 ] [ 25 ]。}そして2019年6月27日、NASAはドラゴンフライを開発対象に選び、2027年6月に打ち上げる計画を立てました^{[ 26 ] [ 27 ]。}

2023年3月3日、ドラゴンフライは予備設計審査（PDR）を通過した。^{[ 28 ]} 2023年11月、NASAが資金の不確実性のためミッションの正式確認を延期することを決定したことを受け、打ち上げは1年延期され、新たな打ち上げ日は2028年7月に設定された。^{[ 29 ]} 2024年11月25日、NASAはドラゴンフライミッションの打ち上げサービス契約を発表した。ドラゴンフライはSpaceXのファルコンヘビーで打ち上げられ、打ち上げ目標期間は2028年7月5日から2028年7月25日となっている。

2025年4月25日、ドラゴンフライは重要な設計審査段階を通過し、探査機の本格的な物理的構築とテストが開始された。^{[ 30 ]}

2025年の連邦政府閉鎖中、NASAのゴダード宇宙飛行センターは複数の建物の閉鎖と機器の統合を開始したが、NASAはこれをミッションに影響しない予定の「戦略的統合」と説明している。^{[ 31 ]} NASAの広報担当者はCNNに対し、ナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡とドラゴンフライミッションの作業は、例外的な運用として閉鎖中も継続されると述べた。^{[ 31 ]}

Space.comによると、同センターの一部の従業員は、閉鎖の方法とタイミングがこれらのプロジェクトの作業を妨げる可能性があると懸念を表明しており^{[ 32 ]}、CNNは、ゴダードのスタッフが作成した内部文書が、特殊試験研究所への潜在的な影響を指摘していると報じた^{[ 31 ] 。}

宇宙船の建造は2026年3月10日に開始された。^{[ 33 ]}

2026年6月1日、ドラゴンフライ設計・試験チームは、ニューメキシコの砂漠でサンディア国立研究所のソーラータワーを使用して突入探査機の耐熱シールドの熱構造試験が完了したと発表した。ソーラータワーは、数百個の校正済みミラーのようなシステムを使用して太陽エネルギーを試験用耐熱シールドユニットに集束させる試験施設である。試験用耐熱シールドは、意図的に欠陥が導入されていたにもかかわらず、極度の熱に耐えることに成功した。同じ発表の中で、チームはまた、宇宙環境をシミュレートするように設計されたAPL試験チャンバーで、ドラゴンフライの高利得アンテナ（HGA）から放射される信号パターンを最近測定したことも報告した。^{[ 34 ] [ 35 ]}

6月29日、ドラゴンフライ計画は、ジョンズ・ホプキンス応用物理研究所（APL）のミッションチームが、予定より早く、宇宙船の全長約13フィート（4.0メートル）の胴体を次の統合段階に向けて納入したことで、大きな開発マイルストーンに到達した。この納入は、着陸スキッド、宇宙船の放射性同位元素電源システムのカバー、ドラゴンフライの8つのローターアセンブリを支えるアームを含む着陸機フレームアセンブリの構造試験を約1か月間行った後に行われた。^{[ 36 ]}

構造試験の完了後、7月1日に宇宙船の機械、熱、電気システムの統合が開始されました。この段階で、技術者たちは機体内部に飛行隔壁、配線ハーネス、ケーブル、電気コネクタを設置しました。追加の航空電子機器、電子サブシステム、科学機器は、ミッションのパートナー機関による組み立てと試験の完了後に統合される予定でした。^{[ 36 ]}

振動試験中は、他の施設で組み立てと試験が行われていた飛行計器と電子機器の代わりに質量シミュレーターが設置された。地上振動試験では、ロータークラフト構造が長いバンジーコードを使用して地面から数インチ上に吊り下げられ、エンジニアはローター取り付け点で発生した振動が機体を通して重要なセンサーにどのように伝わるかを測定できた。ミッションチームによると、このように機体を吊り下げることで、ドラゴンフライの初飛行時に想定される構造構成に匹敵​​するものが得られた。振動キャンペーンには、「着座」構成も含まれており、着陸機は保護パッドの上に降ろされ、着陸スキッドで休ませられ、エンジニアはタイタンの表面作業中に想定される構造応答を測定した。^{[ 36 ]}

タイタンは地球のごく初期の状態に似ており、地球上で生命がどのように発生したかについての手がかりを与えてくれる可能性がある。2005年、欧州宇宙機関のホイヘンス着陸機はタイタンの大気と表面のいくつかの測定を行い、大気と表面に存在する様々な種類の炭化水素（有機化合物）の混合物であるソリンを検出した[ 38][39][40]。タイタンの大気^{は多くの波長で表面を覆い}隠すため、タイタン表面の固体炭化水素物質の具体的な組成は基本的に不明のままである^{[ 41 ] 。}異なる地質環境における物質の組成を測定することは、ピリミジン（ DNAで情報を符号化するために使用される塩基）やアミノ酸（タンパク質の構成要素）など、生命の既知の重要な成分を提供する環境で、生命前化学がどの程度進歩したかを明らかにすることを目的としている^{[ 42 ]}。

特に注目すべき領域は、衝突溶融物中の地球外液体の水や潜在的な低温火山流が、豊富な有機化合物と相互作用した可能性のある場所です。ドラゴンフライは、タイタンの環境の居住可能性を特徴づけ、生命前化学がどの程度進歩したかを調査し、溶媒としての水に基づく生命や仮説的なタイプの生化学に基づく生命のバイオシグネチャーを探すために、さまざまな場所を探査する能力を提供します。^{[ 6 ]}

大気には窒素とメタンが豊富に含まれており、液体のメタンが地表に存在するという強い証拠がある。また、地表の下には液体の水とアンモニアが存在するという証拠もあり、これらは低温火山活動によって地表に運ばれる可能性がある。^{[ 43 ]}

Dragonflyは、大型のクワッドコプター（ダブルローター）によく似たロータークラフト着陸機として設計されており、これはオクトコプターとして知られています。[ 3 ^{]ローター構成}により冗長性が確保され、ミッションは少なくとも1つのローターまたはモーターの喪失に耐えることができます。^{[ 3 ]}機体の8つのローターはそれぞれ直径1.35m （4.4フィート）です。 ^{[ 44 ] [ 45 ]}機体は秒速約10m（時速36km 、22マイル）で飛行し、高度4km （13,000フィート）まで上昇します。^{[ 3 ]}この機体は宇宙放射線環境と平均94K （-179.2 ℃）の温度で動作するように設計されています。^{[ 46 ]}         

タイタンでの飛行は空力的に穏やかです。タイタンの低い重力と濃密な大気による風の少なさにより、妨げられることなく効率的なローター推進が可能になります。^{[ 46 ]} 特定の質量で飛行を実現するために必要な動力は、地球で必要な動力の約40分の1です。^{[ 3 ]}大気は地球の1.45倍の圧力と約4倍の密度を持ち、地球のわずか13.8%の局所重力と相まって、飛行を維持することが1桁容易になります。これらの利点にもかかわらず、タイタンの低温、低い光量、機体にかかる高い大気抵抗はすべて課題となります。^{[ 22 ]}

ドラゴンフライは数キロメートル飛行できるはずで、^{[ 47 ]}リチウムイオン電池で駆動し、夜間にマルチミッション放射性同位体熱電発電機（MMRTG）で充電される予定です。 ^{[ 20 ]} MMRTGは、放射性同位体の自然崩壊による熱を電気に変換します。^{[ 3 ]}また、このミッションのために24個の放射性同位体ヒーターユニット（RHU）も確保されています。^{[ 48 ]}この回転翼機は、バッテリー1回の充電で10マイル（16km ）飛行し、毎回30分間飛行できるはずです。 ^{[ 49 ]}この機体には、新しい科学ターゲットを偵察するためのセンサーが搭載され、ミッション管制官によって新しい着陸地点が承認されるまで元の場所に戻る予定です。^{[ 49 ] [ 50 ]}  

ドラゴンフライ回転翼機の重量は約875 kg (1,929ポンド) ^{[ 51 ]}で、直径3.7 m (12フィート)の耐熱シールド内に収納されます。 ^{[ 3 ]}レゴリスサンプルは、各着陸スキッドに 1 つずつ設置された 2 つのサンプル採取ドリルとホースによって採取され、質量分析計に送られます。^{[ 3 ]}    

この探査機は、地球時間で約8日間、つまり192時間続くタイタンの夜間は地上にとどまる予定です。^{[ 3 ]}夜間の活動には、サンプルの採取と分析、北の炭化水素海での波動活動の診断などの地震学的調査^{[ 52 ]} 、気象観測、フェニックス着陸機やキュリオシティ探査車に搭載されているようなLED照明器を使用した局所的な顕微鏡画像撮影などが含まれる可能性があります。^{[ 3 ] [ 53 ]}この探査機は、高利得アンテナを使用して地球と直接通信するように設計されています。^{[ 3 ]}

ペンシルベニア州立大学垂直離着陸機研究センター・オブ・エクセレンスは、ローターの設計と解析、回転翼航空機の飛行制御開発、縮尺回転翼航空機試験台の開発、地上試験のサポート、および飛行性能評価を担当しています。^{[ 54 ]}

科学ペイロード

• DraMS（Dragonfly Mass Spectrometer）は、地表および大気サンプル中の化学成分、特に生物学的プロセスに関連する成分を同定するための質量分析計です。 ^{[ 55 ]}
• DrACO（Drill for Acquisition of Complex Organics）は、表面物質を採取して空気圧で移送するための回転打撃式ドリルである。^{[ 55 ]}
• DraGNS（Dragonfly Gamma-Ray and Neutron Spectrometer）は、重水素-三重水素パルス中性子発生器と、着陸機の下の表面組成を特定するためのガンマ線分光計および中性子分光計のセットで構成されています。^{[ 55 ]}
• DraGMet（Dragonfly Geophysics and Meteorology ）は、地震計を含む気象センサー群です。^{[ 55 ]}
• DragonCam（Dragonfly Camera Suite）は、タイタンの地形を撮影し、科学的に興味深い着陸地点を探すための顕微鏡カメラとパノラマカメラのセットです。 ^{[ 55 ]}

高利得アンテナ

探査機の高利得アンテナ (HGA) は、直径34.4 インチ (870 mm)の放射状線状ディスク型スロットアンテナで、多数の小さなスロットを使用して狭く集束された送信無線ビームを生成します。HGA は、科学データを送信するための Dragonfly の主要アンテナとして機能し、着陸機の上部のジンバルに取り付けられ、タイタンの表面のさまざまな場所から地球を追跡できるようにします。カプトン断熱材の層で保護されており、平均温度が約 -179 °C (-290 °F) であるタイタンの極寒の環境で動作するように設計されています。^{[ 34 ] [ 35 ]} 

HGAは、Dragonflyに搭載されている3つのアンテナのうちの1つです。この宇宙船には、バックアップ通信システムとして中利得アンテナと、飛行中にステータストーンを送信したり緊急通信をサポートしたりするための低利得アンテナも搭載されます。^{[ 34 ] [ 35 ]}

• タイタンの大気– 衛星タイタンを取り巻くガス層 
• タイタン探査– 衛星タイタンの探査概要 
• AVIATR – タイタンへのコンセプトミッション– タイタン航空機のミッションコンセプト。 
• インジェニュイティ– 2021年4月に実施された火星探査計画「マーズ2020」の一環として飛行した回転翼航空機。
• CAESAR（宇宙船）– 彗星へのサンプルリターンミッションの提案であり、ニューフロンティア4計画の最終候補の一つ。 
• ホイヘンス（宇宙船）– タイタンに着陸した最初の宇宙船。 
• タイタン土星系ミッション– 中止されたNASA/ESAの土星探査ミッション構想 
• オケアノス（タイタン周回機） – タイタン周回機。ニューフロンティア4にも提案されている。
• 火星空中・地上グローバルインテリジェント探査機–火星太陽光発電航空機のコンセプト

• APL Dragonfly Webサイト
• タイタン空中ドータークラフトに関する最終研究報告書（PDF）、2017年
• NASAが生命探査ドローンを土星の巨大衛星タイタンに送る