De grootste maan van Saturnus, Titan, is een bron van mysterie sinds wetenschappers hem in 1979 voor het eerst van dichtbij zagen met de Pioneer 11 sonde. Het mysterie is alleen maar groter geworden toen andere ruimteschepen, zoals de Voyager-sondes en de Cassini-Huygens-missie, betere beelden en meer gegevens over deze maan verkregen. Titan is niet alleen het enige andere hemellichaam dan de aarde met een dichte, stikstofrijke atmosfeer, maar heeft ook een methanogene cyclus die lijkt op de watercyclus op aarde.
Bovendien heeft Titan een rijke prebiotische omgeving en organische chemie aan het oppervlak. Deze eigenschappen hebben speculaties aangewakkerd dat er leven zou kunnen bestaan op Titan, mogelijk in de vorm van eenvoudige levensvormen die in de uitgestrekte methaanmeren leven. Dit is ook de reden waarom NASA bezig is met de ontwikkeling van de Dragonfly-missie, een quadcopter met nucleaire aandrijving die in 2034 zal beginnen met het verkennen van de atmosfeer en het oppervlak van Titan. Maar hoe zit het met bemande missies naar Titan? Volgens een recente studie van Explore Titan zou een ruimtevaartuig met aandrijving door kernsplijting de eerste bemande missie naar het buitenste zonnestelsel mogelijk kunnen maken. Het onderzoek werd uitgevoerd door William O'Hara en Marcos Fernandez-Tous. O'Hara is een onderzoeker van de Universiteit van North Dakota, de Lunar Habitat Formulation Lead & Technical Program Director bij Blue Origin en een technisch adviseur bij Explore Titan, Inc. Fernandez-Tous is assistent-professor ruimtevaartwetenschappen aan de Universiteit van North Dakota. Het artikel waarin hun concept wordt beschreven, werd in maart ingediend bij de 56e Lunar Planetary Science Conference (LPSC 2025) die plaatsvond in The Woodlands, Texas.
Sinds NASA in 2005 het Constellation-programma lanceerde, is het langetermijndoel om weer mensen voorbij Low Earth Orbit (LEO) te sturen. Dit zou bestaan uit een stepping-stone strategie, te beginnen met de eerste bemande missies naar de maan tijdens het Apollo-tijdperk. Dit zou gevolgd worden door het creëren van infrastructuur in de diepe ruimte die missies naar Mars en verder mogelijk zou maken. Omdat de reis naar Mars tussen de 6 en 9 maanden kan duren, onderzoeken meerdere ruimtevaartorganisaties voortstuwingsmethoden die de reis sneller kunnen maken.
Explore Titan is een non-profitorganisatie die zich inzet voor een dialoog over waar dit momentum de mensheid na Mars naartoe zou moeten leiden. In wezen hopen ze de Maan-Mars-benadering uit te breiden naar Titan in de nabije toekomst. In hun voorstel staat het volgende: “Van de mogelijke kandidaten is Titan, de grootste maan van Saturnus, de voor de hand liggende kandidaat. Explore Titan stelt voor dat de volgende mantra na Maan-Mars Mars-Titan wordt, waarbij technologie die is ontwikkeld voor menselijke missies naar Mars kan worden uitgebreid of geëvolueerd voor gebruik in missies naar Titan.”
De afstand tussen de aarde en Titan is echter veel groter dan tussen de aarde en Mars, ongeveer 8,5 astronomische eenheden (AE) tegenover 0,5 AE. Als gevolg hiervan moet de reistijd aanzienlijk worden verkort om ervoor te zorgen dat de bemanning zo min mogelijk tijd in microzwaartekracht doorbrengt en aan minder kosmische straling wordt blootgesteld. Onderzoek naar nucleaire voortstuwing kan worden onderverdeeld in twee grote categorieën: nucleair-thermische voortstuwing (NTP) en nucleair-elektrische voortstuwing (NEP). Voor hun studie beoordeelde het team de haalbaarheid van NTP- en NEP-opties voor een hypothetische missie van menselijke klasse naar Titan met een transittijd van één tot twee jaar (enkele reis). Vervolgens evalueerden ze de totale massa van deze systemen (motoren en drijfgas) en de daaruit voortvloeiende impact op het ontwerp van het ruimteschip. Dit begon met het NTP-concept uit NASA's Design Reference Architecture 5.0 (DRA 5.0), dat een ruimtevaartuig beschrijft van 56,25 ton (62 Amerikaanse ton) dat geschikt is voor bemanning en dat een uranium-235 reactor en waterstofdrijfgas gebruikt om een missie naar Mars in twee richtingen te bereiken in ongeveer 375 dagen.
In combinatie met oppervlakteactiviteiten van 540 dagen en een optimaal lanceervenster zou deze missie tweeënhalf jaar duren. Een missie van deze duur zou aanzienlijke risico's met zich meebrengen voor de gezondheid van de bemanning, vooral als deze wordt verlengd voor missies naar Titan. Ze overwogen ook “Copernicus”, het grotere NTP-concept dat werd voorgesteld in een onderzoek uit 2013 onder leiding van NASA Glenn-wetenschapper Stanley K. Borowski. Dit voertuig zou een stuwstofcapaciteit hebben van 172 metrische ton (190 Amerikaanse ton) en zou de transittijden in één richting kunnen terugbrengen tot 150 tot 220 dagen. De auteurs merken echter op dat “voorspellingen hebben aangetoond dat zelfs deze duur van een missie in de diepe ruimte de toegestane limieten voor blootstelling van de bemanning aan kosmische straling kan overschrijden”. Hoewel het denkbaar is dat de Copernicus de transittijden in één richting kan terugbrengen tot 90 dagen door meer stuwstoftanks toe te voegen, zou dit de massa en de kosten van het ruimteschip aanzienlijk verhogen. Ze overwogen ook het VASIMR-concept (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) dat werd voorgesteld door het raketbedrijf Ad Astra.
Dit concept is gebaseerd op een nucleaire magneto-hydrodynamische (MHD) reactor om een elektrische stuwraket aan te drijven. Volgens een studie van Franklin Diaz et al. zou het inbouwen van deze motor de transittijd kunnen terugbrengen tot 149 dagen. Tot slot hebben ze gekeken naar de studie van Marco Gajeri et al. uit 2020 waarin wordt voorgesteld hoe een Direct Fusion Drive (DFD) een robotmissie naar Titan mogelijk zou kunnen maken die er 2 tot 2,6 jaar over zou doen om een rondreis te maken. Op de juiste manier aangepast en geoptimaliseerd voor een bemande missie, zouden deze concepten de volgende grote sprong in menselijke ruimteverkenning mogelijk kunnen maken. Zoals het team samenvatte: “Uit dit onderzoek concluderen we dat nucleaire ruimtevoortstuwingssystemen de sleutel kunnen zijn voor toekomstige missies naar Titan. Voor bemande missies zou het, gezien de gezondheidsrisico's van bemande ruimtevluchten op grote diepte, het meest kritieke element voor hun succes kunnen zijn.”
Bron: Univserse Today/Matthew Williams
