Zewnętrzny układ Słoneczny czeka. Ale jak będziemy się do niej dostać?

Przez rok z małym rozpocznie się nowa dekada, a wraz z nim pojawi się zupełnie nowy wątek pomysłów na misje NASA, niektórych bliżej — jak Marsa, niektórych z daleka. Niektórych bardzo odległych. Ludzie liczą na to, że dla nas otwiera się epoka zrobotyzowanych podróży w światy, które znajdują się nie tylko w milionach — w miliardach kilometrów od nas. Wśród nich Uran i Neptun (planety, które odwiedziliśmy w 1986 i 1989 roku, odpowiednio), a także setki lodowych ciał poza obszar znany jako pas Kuipera.

Pas Kuipera — dom dla Plutona i tysięcy innych światów o różnych rozmiarach. Większość ciał tam składają się z bloków naszego układu Słonecznego, dawno, dawno temu отконвоированных w odległe oblodzonych krawędzi. Wizyta pasa Kuipera może otworzyć nam podpowiedzi do pytań, jak powstała nasza planeta i jej sąsiedzi, dlaczego tu jest tak dużo wody i innych zagadek.

Na granicach układu Słonecznego

Uran i Neptun także przechowują wiele zagadek same w sobie. Im więcej dowiadujemy się o układach planetarnych, tym częściej widzimy, że większość światów nie takie duże, jak i nie takie małe, jak Ziemia. Wielu z nich, jak zwykle, wielkością zbliżone do Урану i Нептуну, "lodową gigantów", które otrzymały nazwę za egzotyczne stan lodu, który leży głęboko pod chmurą warstwami. Nauka Uranu i Neptuna nie tylko pomoże nam zrozumieć planety naszego układu Słonecznego — to pomoże nam zrozumieć planety, które krążą wokół innych gwiazd.

Wiele z tych misji zależą od czasu. Zbliżające się Decadal Survey — "przegląd dziesięcioletni" NASA, kiedy agencja wysyłać statki kosmiczne w roku 2020 i 2030-tych — może stworzyć lub zniszczyć te daleko idące plany zagospodarowania zewnętrznego układu Słonecznego.

Decadal Survey: jak będzie przebiegać dziesięcioletni recenzja

Od 2020 roku grupa z Narodowej akademii nauk (z udziałem wielu zainteresowanych stron z kosmicznej społeczności) będzie się pakować i wynosić lista priorytetowych celów badania. Naukowcy będą oferować swoje możliwości w postaci określonych zaleceń, znanych jako «white papers» (czytaj: dokument techniczny).

Z tych zaleceń powstanie ogólny konsensus co do tego, jakie powinny być priorytety. Cele te służą jako punkty odniesienia dla propozycji misji klasy średniej w kategorii New Frontiers (New Horizons i Juno były w tej kategorii). NASA najpierw zbiera lista proponowanych misji, a następnie zwęża się ich stopniowo do jednego-dwóch finalistów. Jak tylko finalista otrzyma zielone światło, zespół odpowiedzialny za nim, może rozpocząć planowanie i projektowanie — i to trwa lata.

Wszystko to może utrudnić trafienie w konkretną okno, w którym można będzie badać Uran czy Neptun, a także zajrzeć do obiektów z pasa Kuipera. Dlatego dokładne wykresy być ryzykowne.

Wizyta lodowego olbrzyma

Jedna z grup, w szczególności, przeglądał wariant misji wizyty Uranu i Neptuna jednocześnie. Najnowsza iteracja obejmuje przelot Uranu i wyjście na orbitę Neptuna. Pod kierownictwem Marka Хофштадтера i Amy Simon, naukowcy planują zajrzeć na drugą stronę Uranu, odmienną od tej, którą "Voyager-2" oglądałem w 1986 roku, i zbadać Neptun i jego największy księżyc Tryton. Traszka obraca się do tyłu, co może być związane z tym, że kiedyś był największym obiektem pasa Kuipera — do tego, jak Neptun przyciągnął Traszka do siebie, wyrzucając wiele swoich satelitów.

Simon mówi, że te misje muszą być wdrożone w ciągu 15 lat, w tym czasie w drodze i w badaniach. Jest to związane z tym, jak długo poszczególne części urządzenia mogą być przechowywane w kosmosie z pewnością względne. W czasie, gdy statek kosmiczny może przetrwać dłużej, 15 lat to minimum, w trakcie którego można być pewnym, że misja wykonuje swoje zadania naukowe w pełni Ale jak zrobić tak, aby podróż nie истратило zbyt wiele zasobów w aktualnej fazie badania? Jednym ze sposobów, aby rozpędzić statek kosmiczny — użyć siły grawitacyjne planety do podkręcania.

"Zazwyczaj, aby dostać się tam w mniej niż 12 lat, uciekają się do облетам planet, jak zwykle, w tym Ziemi i Wenus", mówi Simon. W takich sytuacjach możesz poczuć studnia grawitacyjna planety, licząc na efekt procy, który rozwiać twoje urządzenie i zaoszczędzić maksymalnie paliwa. "Najlepsze z opcji korzystają także Jowisz, ponieważ on jest ogromny i może mocno rozpędzić statek kosmiczny".

"Nowe horyzonty", na przykład, korzystał z pomocy Jowisza w celu osiągnięcia Plutona. "Cassini" wykorzystał cztery oddzielne fly do podkręcania za pomocą Saturna po starcie z Ziemi, uzyskać przyspieszenie od Wenus dwukrotnie, powrót na Ziemię i w końcu ostatecznego skoku z Jowisza.

Simon mówi, że aby dostać się do Uranu w sprężone termin, można byłoby użyć dookoła Saturna — na przykład w okno między 2024 i 2028 roku, aby złapać gazowy gigant w odpowiednim miejscu na 29-letniej orbicie. Ta misja wymaga szybkiego rozważania na standardy NASA — zwykle misji planowane dziesięć lat przed uruchomieniem, a następnie planują, projektują i uruchamiają się w ciągu pięciu lat — więc trzeba liczyć już na następujące okno, dookoła Jowisza w okresie od 2029 na 2032 rok, a następnie wyjściem do Нептуну. Kolejna szansa pojawi się nie wcześniej niż za dziesięć lat.

Misja na Uran może wykorzystać tradycyjne paliwo i silniki, aby dostać się do punktów przyspieszania szybko— czy to rakieta Atlas V lub Delta IV Heavy. Ale z powodu tego, że Neptun jest tak daleko i dokładna trajektoria nie buduje tak idealnie, jak bym chciał, misja na tej planecie będzie polegać na Space Launch System, rakiety NASA nowej generacji o dużej nośności (a ona jeszcze nawet nie byłam). Jeśli ona nie będzie gotowa na czas, będziemy musieli polegać na inną technologię nowej generacji: słoneczną электротягу, który wykorzystuje energię słoneczną do zapłonu zjonizowanego gazu w celu przyspieszenia pojazdu. Do tej pory była używana tylko w zewnętrznym urządzeniu Dawn w misjach na Весту i Цереру i w dwóch misjach do małych planetoid.

"Nawet w przypadku słonecznej energii elektrycznej wciąż potrzebują chemiczne silniki, na wypadek, gdyby energia słoneczna przestanie być skuteczne, a także do hamowania na orbicie", mówi Simon.

W Ten sposób, nasz grafik jest dość napięty. Ale jeśli będziemy poruszać się aktywniej, obie te misje mogą służyć jako inny cel: dotrzeć do niezbadanych światów pasa Kuipera.

Wielka niewiadoma

Inna praca, napisana przez trzech członków zespołu "Nowych horyzontów", rozważa możliwość powrotu do pasa Kuipera po udanej wycieczki sondy do Plutona. "Zobaczyliśmy, jak to było ciekawe, i chcieli się dowiedzieć, co tam jest jeszcze", mówi Tiffany Finley, główny inżynier Południowo-Zachodniego research institute (SWRI) i współautor artykułu opublikowanego w Journal of Spacecraft and Rockets.

Pas Kuipera zawiera lodowe resztki pozostałe z edukacji układu Słonecznego, a obiekty w nim zawierają ogromne wielu różnych materiałów. Pluton, na przykład, nieco więcej Эриды. Ale Pluton składa się z lodu, więc ma mniejszą masę. Eris składa się ze skał w przeważającej części, dlatego jest grubszy. Niektóre światy, wydaje się, że składa się z metanu, podczas gdy inne zawierają dużo amoniaku. Gdzieś na obrzeżach naszego układu Słonecznego istnieje wiele planet karłowatych i małych światów, które przechowują kluczowych momentach dla naszego zrozumienia tego, jak pojawiają się planety — i czy może inne systemy planetarne być podobne do naszej.

Naukowcy wykorzystali wąskie ograniczenia: ograniczali misję 25-letnim okresem i egzamininowali 45 najjaśniejszych obiektów pasa Kuipera, porównując ich dotyczące różnych scenariuszy planetarnych облетов. Jowisz, podobnie jak nie dziwi, otworzył większość celów na liście. Ale okno Jowisza otwiera się raz na 12 lat, co sprawia, że misje z jego udziałem zależne od czasu. Proste облеты Saturna zapewniają całkiem niezłą listę celów z pasa Kuipera.

Ale kiedy postawisz te światy w parze z Urana lub Neptuna, masz szansę odkryć nowe fakty na temat naszych tajemniczych, najbardziej odległych planetach, a nawet niektórych planetach karłowatych za jednym zamachem.

Dostać się do tych światów pomoże efekt procy, najpierw od Jowisza, a następnie od innej planety. Każda z tych planet jest wyrównany do linii z Jowiszem w wąskim oknie w 2030 roku, i delikatnie układa się w różne części tej dekady. Na przykład, aby przejść do listy światów na drodze z Neptuna, trzeba dostać się do Jowisza na początku 2030-tych, a dostać się do pasa Kuipera przez Uran będzie wymagało uruchomienia w połowie 2030-tych. Jowisz i Saturn dopasowane właśnie do "procy" w pas Kuipera w końcu 2030-tych.

Lista celów wróży wiele ciekawych możliwości. Varuna, podłużny świat, który znalazł taką formę ze względu na szybkiej prędkości obrotowej, doskonale nadaje się do fly Jowisza-Uranu. Neptun, jak już wspomniano, daje możliwość spojrzenia na Эриду. Zadaniem przez Jowisz-Saturn pozwoli obserwować Седну, dużą planetę karła z orbitą, która może wskazać drogę do jeszcze nie otwartej dziesiątej planecie. Jowisz-Saturn sprawią остановочку u jednej z najciekawszych planet karłowatych: Хаумеа.

Podobnie jak Варуне, Хаумеа różni się owalnym kształtem, podczas gdy większość dużych planet karłowatych pasa Kuipera zazwyczaj okrągłe. Ale Хаумеа otrzymała taką formę ze względu starożytnego kolizji, który dał jej dwa księżyce, system pierścieni i ogon z śmieci. Kiedy asteroidy mają podobny skład, ich nazywa się "rodziną kolizji". Хаумеа produkował jedyna znana rodzina kolizji w pasie Kuipera.

"Хаумеа, oczywiście, najciekawszy obiekt. Wszyscy chcą na Хаумеа", mówią naukowcy.

Co byśmy nie wybrali, to nie będzie tak wiele. Dlatego, jeśli chcemy zobaczyć pierścienie Хаумеа lub nawet czerwony, obcy światło Седны, pracę należy rozpocząć już w najbliższym czasie. Te światy są tak małe, że istnieje tylko jeden sposób, aby dowiedzieć się ich tajemnice: dostać się do nich.

A jaki obiekt chcesz odwiedzić? Powiedz w naszej