Za nieco ponad rok rozpocznie się nowa dekada, a wraz z nią otworzy się zupełnie nowy strumień pomysłów na misje NASA, niektóre bliżej - jak Mars, inne dalej. Niektóre bardzo odległe. Niektórzy spodziewają się, że era podróży robotów do światów, które są nie tylko miliony - otworzy się dla nas miliardy kilometrów od nas. Należą do nich Uran i Neptun (planety, które odwiedziliśmy odpowiednio w 1986 i 1989 r.), A także setki ciał lodowych poza regionem znanym jako pas Kuipera.
Pas Kuipera jest domem dla Plutona i tysięcy innych światów o różnych rozmiarach. Większość ciał składa się z cegiełek naszego Układu Słonecznego, dawno temu eskortowanych do odległych, lodowych regionów. Wizyta w Pasie Kuipera może dostarczyć nam wskazówek do pytań o to, jak powstała nasza planeta i jej sąsiedzi, dlaczego jest tak dużo wody i innych tajemnic.
Na granicach Układu Słonecznego
Uran i Neptun również same skrywają wiele tajemnic. Im więcej dowiadujemy się o układach planetarnych, tym częściej widzimy, że większość światów nie jest tak duża jak Jowisz i nie tak mała jak Ziemia. Wiele z nich ma podobne rozmiary do Urana i Neptuna, „lodowych olbrzymów”, których nazwy pochodzą od egzotycznego stanu lodu wodnego, który leży głęboko pod mętnymi warstwami. Badanie Urana i Neptuna nie tylko pomoże nam zrozumieć planety w naszym Układzie Słonecznym - pomoże nam również zrozumieć planety krążące wokół innych gwiazd.
Wiele z tych misji zależy od czasu. Nadchodzące dziesięcioletnie badanie NASA - „dziesięcioletnie badanie” NASA pokazujące, kiedy agencja wysyła statki kosmiczne w latach dwudziestych i trzydziestych XX wieku - może stworzyć lub zakłócić te dalekosiężne plany eksploracji zewnętrznego Układu Słonecznego.
Ankieta dekadowa: jak będzie postępować ankieta dekadowa
Film promocyjny:
Począwszy od 2020 roku, grupa z Narodowej Akademii Nauk (z udziałem kilku interesariuszy ze społeczności kosmicznej) zbierze się i sporządzi listę priorytetowych celów badawczych. Naukowcy przedstawią swoje możliwości w formie pisemnych zaleceń zwanych „białymi księgami” (czytaj: biała księga).
Z tych zaleceń wyniknie ogólny konsensus co do priorytetów. Cele te służą jako punkty odniesienia dla ofert misji średniego zasięgu w kategorii New Frontiers (New Horizons i Juno były w tej kategorii). NASA najpierw sporządza listę proponowanych misji, a następnie stopniowo zawęża ją do jednego lub dwóch finalistów. Gdy finalista otrzyma zielone światło, stojący za nim zespół może rozpocząć planowanie i projektowanie - a zajmuje to lata.
Wszystko to może utrudnić dostanie się do konkretnego okna, przez które będzie można eksplorować Urana czy Neptuna, a także spojrzeć na obiekt z pasa Kuipera. Dlatego dokładne wykresy są ryzykowne.
Zwiedzanie lodowego giganta
W szczególności jedna z grup rozważała opcję jednoczesnego odwiedzenia Urana i Neptuna. Ostatnia iteracja obejmuje przelot Urana i orbital Neptuna. Naukowcy pod kierunkiem Marka Hofstadtera i Amy Simon planują zobaczyć inną stronę Urana niż Voyager 2 obserwowana w 1986 roku i zbadać Neptuna i jego największego księżyca, Trytona. Triton obraca się do tyłu, co może wynikać z faktu, że był kiedyś największym obiektem w pasie Kuipera - zanim Neptun przyciągnął Tritona do siebie, wyrzucając wiele jego oryginalnych satelitów.
Simon mówi, że misje te powinny trwać 15 lat, wliczając w to podróż i badania. Wynika to z tego, jak długo poszczególne części pojazdu mogą przetrwać w kosmosie ze względną pewnością. Podczas gdy statek kosmiczny może żyć dłużej, to 15 lat to minimum, podczas którego można mieć pewność, że misja w pełni wypełni swoje zadania naukowe, ale jak się upewnić, że podróż nie zmarnuje zbyt wielu zasobów na obecnym etapie badań? Jednym ze sposobów na przyspieszenie statku kosmicznego jest użycie siły grawitacyjnej planety do przyspieszenia.
„Zazwyczaj, aby dostać się tam w mniej niż 12 lat, latają wokół planet, zazwyczaj obejmujących Ziemię i Wenus” - mówi Simon. W takich scenariuszach zanurzasz się w studni grawitacyjnej planety, mając nadzieję na efekt procy, który przyspieszy twój statek i zaoszczędzi jak najwięcej paliwa. Jowisz jest również używany przez najlepsze opcje, ponieważ jest najbardziej masywny i może znacznie przyspieszyć statek kosmiczny.
Na przykład New Horizons skorzystało z pomocy Jowisza, aby dotrzeć do Plutona. Cassini wykorzystał cztery oddzielne przeloty, aby przyspieszyć z Saturnem po wystrzeleniu z Ziemi, dwukrotnie otrzymać przyspieszenie z Wenus, powrócić na Ziemię i na koniec wykonać ostatni skok z Jowisza.
Simon mówi, że aby dostać się do Urana w napiętym harmonogramie, można by wykorzystać przelot Saturna - na przykład w oknie między 2024 a 2028 rokiem, aby złapać gazowego giganta we właściwym miejscu na jego 29-letniej orbicie. Taka misja będzie wymagała szybkiego myślenia zgodnie ze standardami NASA - zwykle misje są planowane dziesięć lat przed startem, a następnie planowane, projektowane i uruchamiane w ciągu pięciu lat - więc będziesz musiał polegać na następnym oknie, przelocie nad Jowiszem między 2029 a 2032 rokiem, po którym nastąpi wyjście do Neptuna. Następna szansa pojawi się nie wcześniej niż za dziesięć lat.
Misja na Urana może wykorzystywać tradycyjne paliwa i silniki, aby szybciej dotrzeć do punktów przyspieszenia - czy to rakieta Atlas V, czy rakieta Delta IV Heavy. Ale ponieważ Neptun jest tak daleko, a dokładna trajektoria nie pokrywa się tak idealnie, jak byśmy chcieli, misja na tę planetę będzie opierać się na Space Launch System, rakietach nowej generacji NASA o zwiększonej ładowności (i jeszcze nie latała). Jeśli nie będzie gotowe na czas, będziemy musieli polegać na innej technologii nowej generacji: słonecznym napędzie elektrycznym, który wykorzystuje energię słoneczną do zapłonu zjonizowanego gazu i przyspieszenia pojazdu. Do tej pory był używany tylko na statku kosmicznym Dawn podczas misji na Zachód i Ceres oraz w dwóch misjach na małe asteroidy.
„Nawet w przypadku energii słonecznej silniki chemiczne są nadal potrzebne na wypadek, gdyby energia słoneczna była nieefektywna i do hamowania na orbicie” - mówi Simon.
Dlatego harmonogram jest dość napięty. Ale jeśli będziemy poruszać się bardziej aktywnie, obie te misje mogą służyć innemu celowi: dotrzeć do niezbadanych światów pasa Kuipera.
Wielki nieznany
Inny artykuł, napisany przez trzech członków zespołu New Horizons, bada możliwość powrotu do pasa Kuipera po udanym spacerze sondy do Plutona. „Widzieliśmy, jakie to było interesujące i chcieliśmy wiedzieć, co jeszcze tam jest” - mówi Tiffany Finley, główny inżynier w Southwest Research Institute (SWRI) i współautorka artykułu opublikowanego w Journal of Spacecraft and Rockets.
Pas Kuipera zawiera pozostałości lodu z formowania się Układu Słonecznego, a obiekty w nim obejmują ogromną różnorodność różnych materiałów. Na przykład Pluton jest nieco większy niż Eris. Ale Pluton jest zrobiony z lodu, więc ma mniejszą masę. Eris składa się w większości ze skał, więc jest bardziej gęsty. Wydaje się, że niektóre światy składają się z metanu, podczas gdy inne zawierają dużo amoniaku. Gdzieś na tyłach naszego Układu Słonecznego znajduje się wiele planet karłowatych i małych światów, które zawierają kluczowe punkty dla naszego zrozumienia, w jaki sposób powstają planety - i czy inne systemy planetarne mogą być podobne do naszego.
Naukowcy zastosowali wąskie ograniczenia: ograniczyli misję do 25 lat i zbadali 45 najjaśniejszych obiektów z pasa Kuipera, porównując je z różnymi scenariuszami przelotu planetarnego. Jowisz, co zaskakujące, odkrył większość celów na liście. Ale okno Jowisza otwiera się raz na 12 lat, przez co misje Jowisza są zależne od czasu. Prosty przelot Saturna dostarcza całkiem niezłej listy celów z pasa Kuipera.
Ale kiedy połączysz te światy z Uranem lub Neptunem, masz szansę odkryć nowe fakty o naszych tajemniczych, najbardziej odległych planetach, a nawet niektórych planetach karłowatych za jednym zamachem.
Efekt procy pomoże dotrzeć do tych światów, najpierw z Jowisza, a następnie z innej planety. Każda z tych planet ustawia się w jednej linii z Jowiszem w wąskim oknie w latach 30. XX wieku i pasuje do różnych części tej dekady. Na przykład, aby dostać się do listy światów na ścieżce z Neptunem, musisz dotrzeć do Jowisza na początku lat 30. XX wieku, a dotarcie do pasa Kuipera przez Urana wymagałoby wystrzelenia w połowie lat trzydziestych XX wieku. Jowisz i Saturn wyrównują się w czasie, aby wystrzelić procę w pas Kuipera pod koniec lat 30.
Lista celów daje wiele ciekawych możliwości. Varuna, wydłużony świat, który uzyskał ten kształt dzięki szybkiemu obrotowi, jest idealny do latania wokół Jowisza-Urana. Jak już wspomniano, Neptun daje wgląd w Eris. Misja za pośrednictwem Jowisza-Saturna pozwoli na obserwację Sedny, dużej planety karłowatej z orbitą, która może wskazać drogę do jeszcze nieodkrytej planety dziesiątej. Jowisz-Saturn pozwoli ci zatrzymać się na jednej z najciekawszych planet karłowatych: Haumea.
Podobnie jak Varuna, Haumea ma kształt jajka, podczas gdy większość dużych planet karłowatych w pasie Kuipera jest zwykle okrągła. Ale Haumea uzyskała ten kształt po starożytnej kolizji, która dała jej dwa księżyce, układ pierścieni i ogon zrobiony z gruzu. Kiedy asteroidy mają podobny skład, nazywane są „rodziną zderzeń”. Haumea wyprodukowała jedyną znaną rodzinę kolizji w pasie Kuipera.
Cokolwiek wybierzemy, nie będziemy mieli dużo czasu. Dlatego, jeśli chcemy zobaczyć pierścienie Haumei lub nawet czerwone, obce światło Sedny, prace muszą rozpocząć się jak najszybciej. Te światy są tak małe, że istnieje tylko jeden sposób, aby poznać ich sekrety: dostać się do nich.
Ilya Khel