NASA silmad “Jäähiiglase” missioonid 2030ndatel

NASA hiljutine uuring visandab võimalikud spetsiaalsed missioonid "jäähiiglaste" planeetidele Uraanile ja Neptuunile.

Päikese välise süsteemi "kaksik" planeedid nägid välja väga erinevad, kui neid Voyager 2 külastas 1980ndatel. Küljel ketraval Uraanil oli peaaegu funktsioonideta ketas. Kuid Neptuun näitas arvukalt eredaid ja tumedaid pilvi, sealhulgas orkaanitaolisi Objekte, mida dubleeriti Suureks Pimedaks Spotiks.

2003. aastal sai NASA Galileo missioon lõpu Jupiteri atmosfääri sukeldumisega. Selle aasta hiljem järgneb Cassini eeskujule, lõpetades poolteist aastat kestnud Saturni ja selle kuude uurimisega. Mis saab edasi planeetide uurimisel? Mõned teadlased lükkavad järgmise loogilise sammu: pühendatud orbiidid ühe või mõlema "jää hiiglasliku" välise planeedi Uraani ja Neptuuni jaoks.

NASA avaldas hiljuti uuringu, milles tutvustati, kuidas selline missioon (või missioonid) võiks areneda. Uuring on osa järgmisest aastakümnete uuringust aastateks 2022–32, mil planeediteadlased seavad tähtsuse järjekorda tulevaste missioonide jaoks. Viimane Riikliku Teadusagentuuri kosmoseuuringute nõukogu avaldatud aastakümne uuring hõlmas 2013. – 2022. Aasta võimalusi ning pakkus üksikasjalikke arenguuuringuid marsruudi Mars 2020 ja Europa Clipper missioonide jaoks, ehkki pühendunud Uraani orbiidil oli käimas kauge kolmas võimalus. .

"See uuring oli üks paljudest, mis viiakse läbi tulevaste aastakümnete uuringu arutelude toetamiseks, " ütleb Curt Niebur (NASA peakorter). "Kui NASA on kätte saanud järgmise aastakümne uuringu, mis peaks aset leidma aastal 2022, hakkab NASA kaaluma, milliseid prioriteete ta järgib ja kuidas kavatseb neid rakendada."

Praeguseks on välise Päikesesüsteemi "suure ringreisi" ajal kahte kõige ääremaast planeeti külastanud ainult üks kosmoseaparaat: Voyager 2, mis lendas Uraanist mööda 1986. aastal ja Neptuun 1989. Kuid need visiidid olid põgusad, andes planeediteadlastele põgusad pilgud need kauged maailmad ja kuud, kui Voyager 2 suundus päikesesüsteemist välja. Jäähiiglaste orbiidil oleks nagu Cassinil võimalus hanguda ja Uraani või Neptuuni pikaajaliselt uurida.

Teekond välise päikesesüsteemi juurde

Kuid sellest saab kindlasti pikk teekond. Päikesesüsteemi välise uurimise probleem on see, et soovite, et kosmoselaev liiguks piisavalt kiiresti, et jõuda kavandatud sihtkohta umbes kümne aasta pärast - kuid liiga suur kiirus paneb aeglustuma, et orbiidile pääseda. New Horizons oli hea näide sellest, et Pluuto ja Charonini jõudmiseks kulus üle 9 aasta, kiirustades kiirusega 13, 8 km sekundis, võimaldades vaid hektilist lendukestvat uurimise perioodi.

Selle asemel käivitatakse missioon Neptuuni või Uraani juurde ajavahemikus 2030–31, eesmärgi saavutamiseks kulub 12–13 aastat. Uuringus nõutakse 50-kilogrammist kilogrammi kasulikku lasti kolme põhiinstrumendi ja atmosfäärisondiga, mis sarnaneb Jupiterile tarnitud Galileoga. "Ice Giant Orbiter" kasutaks kas traditsioonilist keemilist tõukejõu liikumistrajektooril või võib-olla uut arendusjärgus olevat päikeseenergia-elektrisüsteemi (SEP). Sarnaselt NASA koidiku missioonil paiknevate tõukejõudega pakub ka SEP tõukejõud kiiruse suurendamiseks pikka aega madalat tõukejõudu.

Võimalik konfiguratsioon Uraani orbiidile ja atmosfäärisondile. Orbiidi kerel asuvaid ASRG generaatoreid enam ei arvestata.
NASA / JHU-APL

Uuringus märgitakse, et optimaalne aken Uraani missiooniks, kasutades Jupiteri gravitatsiooni lennutranspordi abil, on sama aken Neptuuni missiooni jaoks aastail 2029 kuni 2030. Orbitaadi Uraani jõudmiseks Saturni abil võiks olla. viidi läbi enne 2028. aastat.

Uraani Pathfinderi missiooni varase võimaliku trajektoori uuring Saturni lendorava abil.
NASA / CSA

Ice Giant Orbiter oleks 2 miljardi dollari suurune lipulaevamissioon, mis oleks NASA planeetide uurimise kõige otstarbekam ots. Teiste lipulaevade vilistlaste hulka kuulusid Cassini ja Marsi rover Curiosity. Teiste NASA missioonide klasside hulgas on keskmaa (500–1 miljardit dollarit). ) Uute piiride missioonid, nagu Juno ja OSIRIS-Rex, ning vähem kui 500 miljoni dollarilised avastusmissioonid, näiteks Lunar Prospector või Mercury's Messenger.

Teadlased tegid ettepaneku Uraani ja Neptuuni pühendunud tagasipöördumise kohta juba New Horizons'i väljatöötamise alguses. Selline „New Horizons 2“ missioon oleks olnud originaali kloon, kuid hiljem lükati see kulude piiratuse tõttu programmist välja.

Mõlema missiooni peamised eesmärgid hõlmavad planeedi atmosfääri, sisemuse ja rõngaste süsteemi uurimist, samuti peamiste kuude uuringut ja jahi veel. Neptuuni suur, kummaline tagasiulatuv kuu Triton pakub erilist huvi, kuna teadlaste arvates on see hõivatud Kuiperi vöö objekt (KBO). Ice Giant Orbiteri missioon kannaks vähemalt massispektromeetrit, laia ja kitsa nurga kaameraid, magnetomeetrit ja tolmuandureid.

Hubble'i kosmoseteleskoop jälgis auroraami (valged laigud) Uraanil 2011. aasta novembris. Õhukesed rõngad moodustavad Voyager 2 kujutise.
NASA / Hubble / ESA

Eriti uraan pakuks väljakutset pakkuvat sihtmärki, kuna planeet pöörleb ühele poole kaldu. Kui Voyager 2 1986. aastal Uraanist mööda lendas, oli selle lõunapoolkera keset 21-aastast suve ja põhjapoolne laiuskraad oli varjus. Tulevane kosmoselaev saabuks vastupidiste aastaaegadega.

"Kiire pilk, mille saime Voyager 2 Uraani ja Neptuuni lendbüüsidest, õpetas meile paljusid asju, kuid kriitilised saladused jäävad alles, " ütleb Mark Hofstadter (NASA / JPL). Võrreldes kiviste maismaailmade või gaasihiiglastega näivad jääga koormatud planeedid omaette olevat. "Teine oluline asi Uraani ja Neptuuni osas on see, et need tunduvad sarnased enamiku eksoplaneetidega, mida me teiste tähtede ümber avastame, " räägib Hofstadter. "Nende kaugete planeedisüsteemide mõistmiseks peame mõistma kahte näidet, mida saame tegelikult külastada."

Planeedimissioonid võivad pakkuda rikkalikke teadusalaseid avastusi veel aastakümneteks. Näiteks teatasid Georgia tehnoloogiainstituudi teadlased hiljuti, et Uraani magnetosfäär käitub nagu valguslüliti - avastus, milles kasutati Voyager 2 andmeid, mis on kogutud rohkem kui kolm aastakümmet tagasi.

Uued horisondid laboris. Selle plutooniumi jõul töötav RTG (radioisotoopide termoelektriline generaator) on kosmoseaparaadist vasakule eenduv musta värvi objekt.
NASA / KSC

Nagu iga Päikesesüsteemi välise missiooni ajal Saturnisse ja kaugemale, oleks Ice Giant Orbiter varustatud Päikesest kaugel asuva energiaga plutooniumkütusel töötava radioisotoopse termoelektrilise generaatoriga (MMRTG). NASA ja USA energeetikaministeerium teatasid 2016. aastal, et viimane alustab kosmoseuuringuteks Pu-238 (tuumarelvades kasutatava lõhustuva Pu-239 erinevat isotoopi) tootmist ning see eksootiline vahemälu peaks olema saadaval 2020. aastatel kosmose uurimiseks. NASA otsustas ka peatada 2013. aastal täpsema Stirlingi Radioisotoopide Generaatori (ASRG) mootori, mis oleks olnud neli korda tõhusam kui traditsioonilised RTG-d. Selle raske otsuse tingis eelarvekärped, ehkki uuringus nähakse ette täiustatud eMMRTG-de ja ekstreemse sisenemise ja keskkonnatehnoloogia Heatshieldi (HEEET) kättesaadavus jäähiiglaste missiooniks 2020. aastate lõpus.

See idee tuleb põneval kriisi ajal ning NASA ja Päikesesüsteemi uurimise võimaluste jaoks. Ühest küljest lähevad meie välimise päikesesüsteemi silmad pimedaks, kuna Juno, Cassini ja Dawn lõpetavad kõik oma missioonid. Näib, et NASA pooldab praegu ka väiksemate odavate missioonide, nagu Mars InSight, Lucy ja Psyche, valimist - võib-olla selleks, et kõik oma munad poleks ühes korvis, vastupidiselt suurtele kallitele missioonidele, mis võivad välja näha atraktiivne finantskirves.

Ja võib-olla on 2040ndateni ulatuvad pikad missiooni ajakavad Apollo ajastu lastele pisut masendavad ... kas me ei peaks 2017. aastaks Marsil puhkama?

Märkimisväärselt kaalutakse praegu tõsiselt planeetidevahelisi missioone, mis võiksid selle sajandi keskpaigas läbi käia.