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An engineering model of Titan surface winds for Dragonfly landed operations
Advances in Space Research ( IF 2.177 ) Pub Date : 2021-01-23 , DOI: 10.1016/j.asr.2021.01.023
Ralph D. Lorenz

Winds near the ground on Titan for the Dragonfly landing site (near Selk crater, 10°N) for the mid-2030s (Titan late southern summer, Ls ~ 310°) are estimated for mission design purposes. Prevailing winds due to the global circulation are typically 0.5 m/s, and do not exceed 1 m/s. Local terrain-induced flows such as slope winds appear to be similarly capped at 1 m/s. At various landing sites and times, these two contributions will vectorially combine to yield steady winds (for part of a Titan day, Tsol) of up to 2.0 m/s, but typically less – the slope wind component will be small in the mid-morning. In early afternoon, as on Earth and Mars, solar-driven convection in the planetary boundary layer will cause wind fluctuations of the order of 0.1 m/s, varying with a typical timescale of ~1000 s. Occasionally this convection organizes into coherent ‘dust devil’ vortices: detectable vortices with speeds of 1 m/s are predicted about once per Titan day. We have introduced the convective velocity scale combined with the advection time of PBL cells as a metric to derive the frequency of occurrence of gusts associated with convective vortices (‘dust devils’). Maximum possible vortex winds on Titan of 2.8 m/s may be expected only once per 40 Tsols, and define the maximum wind (4.8 m/s at 10 m height) that Dragonfly must tolerate without damage. The applicability of different wind combinations, scaled to the height of relevant Dragonfly components above the ground (e.g. the maximum corresponds to 3.9 m/s at 1.3 m height) by a logarithmic wind profile, to Dragonfly design and operations are discussed.



中文翻译:

蜻蜓登陆作战的泰坦面风工程模型

在2030年代中期(泰坦南部夏末,L s)的蜻蜓降落地点附近的大风在蜻蜓着陆点(靠近Selk火山口,北纬10°N) 估计约310°)用于任务设计。由于全球环流造成的普遍风通常为0.5 m / s,并且不超过1 m / s。局部地形引起的流动(如坡向风)似乎也被限制为1 m / s。在不同的着陆地点和时间,这两种贡献将矢量组合起来,产生高达2.0 m / s的稳定风(在泰坦一天的一部分,Tsol),但通常会更低-坡度中的风分量很小。早晨。下午早些时候,就像在地球和火星上一样,行星边界层中的太阳驱动对流将引起风速波动,幅度为0.1 m / s,变化的典型时标为〜1000 s。有时,这种对流会组织成连贯的“尘埃魔鬼”旋涡:预计在土卫六每天大约有一次速度为1 m / s的可检测涡旋。我们引入了对流速度标度并结合了PBL电池的对流时间作为度量,以推导出与对流涡旋(“尘鬼”)相关的阵风的发生频率。每40个Tsol仅预期一次在Titan上可能出现的最大涡流为2.8 m / s,并且定义了蜻蜓必须承受的最大风量(在10 m高度为4.8 m / s)而不会造成损坏。通过对数风廓线,将不同风速组合的适用性(按比例缩放到地面上相关蜻蜓组件的高度(例如,最大值对应于1.3 m高度下的3.9 m / s))应用于对蜻蜓的设计和操作进行了讨论。每40个Tsol仅预期一次在Titan上可能出现的最大涡流为2.8 m / s,并且定义了蜻蜓必须承受的最大风量(在10 m高度为4.8 m / s)而不会造成损坏。通过对数风廓线,将不同风速组合的适用性(按比例缩放到地面上相关蜻蜓组件的高度(例如,最大值对应于1.3 m高度下的3.9 m / s))应用于对蜻蜓的设计和操作进行了讨论。每40个Tsol仅预期一次在Titan上可能出现的最大涡流为2.8 m / s,并定义了蜻蜓必须承受的最大风量(在10 m高度为4.8 m / s)而不会造成损坏。通过对数风廓线,将不同风速组合的适用性(按比例缩放到地面上相关蜻蜓组件的高度(例如,最大值对应于1.3 m高度下的3.9 m / s))应用于对蜻蜓的设计和操作进行了讨论。

更新日期:2021-02-22
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