Gadu desmitiem mēs varējām tikai iedomāties, kāds varētu būt Plutona virsmas skats. Tagad mums ir īstā lieta.
Attēli un dati no New Horizons misijas Plutona lidojuma lidmašīnas 2015. gada jūlijā parādīja mums negaidīti satriecošu un ģeoloģiski aktīvu pasauli. Zinātnieki ir izmantojuši tādus vārdus kā “maģisks”, “elpu aizraujošs” un “zinātniskais brīnumzeme”, lai aprakstītu ilgi gaidīto tuvplāna skatījumu uz tālo Plutonu.
Kaut arī zinātnieki joprojām analizē New Horizons datus, sāk veidoties idejas par vēl viena kosmosa kuģa nosūtīšanu uz Plutonu, bet ar ilglaicīgu orbitera misiju, nevis ātru lidojošu.
"Nākamā atbilstošā misija uz Plutonu ir orbitere, kas, iespējams, ir aprīkota ar zemi, ja mums būtu pietiekami daudz līdzekļu, lai veiktu abus," New Horizons galvenais izmeklētājs Alans Šterns martā sacīja Space Magazine.
Šonedēļ Šterns sociālajos medijos ir dalījies ar informāciju, ka tiekas New Horizons zinātnes komanda. Bet atsevišķi cita grupa sāk runāt par iespējamo nākamo misiju uz Plutonu.
Dažas ainas no Plutona seko misijas darbnīcai Hjūstonā vakar. #TheFutureIsBright # Back2Pluto #PlutoFlyby pic.twitter.com/wrLZztHL01
- AlanStern (@AlanStern), 2017. gada 25. aprīlis
Cik ātri vien iespējams nokļūt kosmosa kuģī uz mūsu Saules sistēmas ārējiem reģioniem, rodas izaicinājumi, jo īpaši spēja pietiekami palēnināties, lai ļautu doties orbītā ap Plutonu. Ātrajam un vieglajam New Horizons orbītas misija nebija iespējama.
Kāda vilces sistēma varētu padarīt iespējamu Plutona orbitera un / vai piezemēšanās misiju?
Apkārt tiek mestas dažas idejas.
Kosmosa palaišanas sistēma
Vienā koncepcijā tiek izmantota NASA lielā jaunā kosmosa palaišanas sistēma (SLS), kas pašlaik tiek izstrādāta, lai ļautu cilvēkiem doties uz Marsu. NASA raksturo SLS kā “izstrādātu, lai tā būtu elastīga un attīstāma, un pavērs jaunas iespējas kravas, ieskaitot robotiskas zinātniskas misijas”. Pat pirmā 1. bloka versija var izlaist 70 metriskās tonnas (jaunākās versijas varētu pacelt līdz 130 tonnām.) 1. bloku darbinās divi piecu segmentu cietie raķešu pastiprinātāji un četri šķidrā propelenta dzinēji ar ierosinātajiem 15%. lielāka vilkme palaišanā nekā Saturna V raķetes, kas astronautus sūtīja uz Mēnesi.
Bet orbitera misija uz Plutonu varētu nebūt vislabākais SLS izmantojums.
Lai paātrinātu transportlīdzekli līdz pietiekami ātram ātrumam, ir nepieciešams daudz degvielas, lai saprātīgā laika posmā nokļūtu Plutonā. Piemēram, New Horizons bija ātrākais kosmosa kuģis, kāds jebkad palaists, izmantojot sapārotu Atlas V raķeti ar papildu pastiprinātājiem, tas veica lielu apdegumu, kad New Horizons izlidoja no Zemes orbītas. Vieglais kosmosa kuģis devās prom no Zemes ar ātrumu 36 000 jūdzes stundā (apmēram 58 000 km / stundā), pēc tam izmantoja Jupitera gravitācijas palīglīdzekli, lai palielinātu New Horizons ātrumu līdz 52 000 mph (83 600 km / h), nobraucot gandrīz miljons jūdžu ( 1,5 miljoni km) dienā 3 miljardu jūdžu (4,8 miljardi km) braucienā uz Plutonu. Lidojums ilga deviņus ar pusi gadus.
“Lai ieietu Plutona orbītā, transportlīdzeklim [piemēram, SLS] būtu jāpalielinās līdz tādam pašam ātrumam, pēc tam apgriezties un palēnināt pusi brauciena, lai nonāktu Plutonā ar nulles tīro ātrumu attiecībā pret planētu,” skaidroja Stefans Flemings. , ieguldītājs vairākos jaunizveidotos kosmosa uzņēmumos, tostarp XCOR Aerospace, Planetary Resources un NanoRacks. “Diemžēl raķetes vienādojuma tirānijas dēļ jums vajadzēs nēsāt visu degvielu / propelentu, lai paātrinātu ar jums palaišanas laikā…, kas nozīmē orbitera paātrināšanu UN visu šo degvielu sākuma fāzē. Tas prasa logaritmiski vairāk degvielas sākotnējai degšanai, un izrādās, ka tā ir DAUDZ degviela. ”
Flemings pastāstīja žurnālam Space Magazine, ka, izmantojot vairāku miljardu dolāru SLS, lai palaistu Plutona orbiteru, jūs varētu likvidēt visas kravas, kas pilna ar propelentu, palaišanu, lai paātrinātu un palēninātu niecīgo Plutona orbiteru.
"Tā ir ārkārtīgi dārga misija," viņš teica.
RTG-jonu piedziņa
Labāks risinājums varētu būt kombinēto tehnoloģiju vilces sistēmas izmantošana. Sterns pieminēja NASA pētījumu, kurā tika apskatīts, kā SLS izmantot kā nesējraķeti un palielināt kosmosa kuģi Plutona virzienā, bet pēc tam izmantojot RTG (Radioisotope Thermoelectric Generator) darbinātu jonu motoru, lai vēlāk bremzētu orbītas ierašanās brīdim.
RTG ražo siltumu no ar ieročiem nesaistīta plutonija-238 dabiskās sabrukšanas, un siltums tiek pārveidots par elektrību. RTG jonu motors būtu jaudīgāka jonu vilces sistēma nekā pašreizējais saules elektrisko jonu dzinējs Dawn kosmosa kuģī, kas tagad riņķo ap Ceres, asteroīda jostā, turklāt tas ļautu darboties ārējā saules sistēmā, tālu no Saules. Šis ar kodoldzinēju darbināmais jonu motors ļautu ātruma pārsniegšanas kosmosa kuģim palēnināties un doties orbītā.
"VZD jums liks aizlidot uz Plutonu," sacīja Sterns, "un faktiski būtu nepieciešami divi gadi, lai bremzētu ar jonu piedziņu."
Sterns sacīja, ka lidojuma laiks šādai misijai uz Plutonu būs septiņarpus gadi, divus gadus ātrāk nekā New Horizons.
Kodolsintēzes piedziņa
Bet visaizraujošākais variants varētu būt ierosinātā Pusion Plutona Orbitera un Landera misija, kas pašlaik tiek pakļauta 1. fāzes pētījumam NASA novatoriskajās uzlabotajās koncepcijās (NIAC).
Priekšlikumā tiek izmantots tiešās saplūšanas piedziņas (DFD) motors, kam ir piedziņa un jauda vienā integrētā ierīcē. DFD nodrošina lielu vilci, lai uz Plutonu varētu lidot apmēram 4 gadus, kā arī spētu nosūtīt ievērojamu masu orbītā, iespējams, no 1000 līdz 8000 kg.
DFD ir balstīts uz Prinstonas lauka reversās konfigurācijas (PFRC) kodolsintēzes reaktoru, kas 15 gadus tiek izstrādāts Prinstonas plazmas fizikas laboratorijā.
Ja šī vilces sistēma darbosies, kā plānots, tā varētu iedarbināt Plutona orbiteru un piezemētāju (vai, iespējams, roveru) un nodrošināt pietiekami daudz enerģijas, lai uzturētu orbiteru un visus tā instrumentus, kā arī izstarot lielu jaudu krastā. Saskaņā ar Stephanie Thomas no Princeton Satellite Systems, Inc., kurš vada NIAC pētījumu, tas ļaus virszemes transportlīdzeklim pārsūtīt video atpakaļ uz orbītu, jo tam būs tik daudz enerģijas.
“Mūsu koncepcija parasti tiek uztverta kā“ wow, tas izklausās ļoti forši! Kad es varu tādu iegūt? ”” Tomass stāstīja Space Magazine. Viņa sacīja, ka viņa un viņas komanda savā priekšlikumā izvēlējās Plutona orbīta un protēzes misijas prototipu, jo tas ir lielisks piemērs tam, ko var izdarīt ar kodolsintēzes raķeti.
Viņu saplūšanas sistēmā tiek izmantots neliels lineārs solenoīda spoļu klāsts, un viņu izvēlētā degviela ir deitērija hēlijs 3, kam ir ļoti zema neitronu produkcija.
“Tas der kosmosa kuģim, tas ir piemērots nesējraķetei,” Tomass paskaidroja NIAC simpozija sarunā (viņas saruna sākas aptuveni plkst. 17:30 saistītajā video). “Nav litija vai citu bīstamu materiālu, tas rada ļoti maz bojājošu daļiņu. Tas ir atkarīgs no minivena vai maza kravas automašīnas lieluma. Mūsu sistēma ir lētāka un ātrāk izstrādājama nekā citi kodolsintēzes priekšlikumi. ”
Prinstonas komanda ar savu plazmas sildīšanas eksperimentu ir spējusi saražot 300 milisekundes impulsus, kuru lielums ir labāks par jebkuru citu sistēmu.
“Lielākais šķērslis ir pati saplūšana,” viņa sacīja. "Mums ir jāveido lielāks eksperiments, lai pabeigtu jaunās apkures metodes pierādīšanu, kurai būs nepieciešami par papildu summu papildu resursi, nekā projekts līdz šim ir saņēmis no Enerģētikas departamenta," Tomass sacīja pa e-pastu. "Tomēr tas joprojām ir mazs mazajā progresīvo tehnoloģiju projektu shēmā - apmēram 50 miljoni USD."
Tomass sacīja, ka DARPA ir iztērējis daudz vairāk daudzām tehnoloģiju iniciatīvām, kuras beigās tika atceltas. Un tas ir arī daudz mazāk nekā citām kodolsintēzes tehnoloģijām prasa to pašu pētījumu posmu, jo mūsu mašīna ir tik maza un tai ir vienkārša spoles konfigurācija. ” (Tomass sacīja, ka ir jāaplūko ITER - starptautiskā kodolsintēzes pētniecības un inženierijas megaprojekta - budžets, kura pašreizējā summa pārsniedz 20 miljardus USD).
"Vienkārši sakot, mēs zinām, ka mūsu metode ļoti labi silda elektronus un var ekstrapolēt sildīšanas jonus, bet mums tas ir jāveido un jāpierāda," viņa sacīja.
Tomass un viņas komanda šobrīd strādā pie “līdzsvara rūpnīcā” tehnoloģijas - apakšsistēmas, kas būs nepieciešamas motora darbināšanai kosmosā, pieņemot, ka sildīšanas metode darbojas, kā pašlaik tiek prognozēts.
Runājot par pašu Plutona misiju, Tomass sacīja, ka pašam orbītam nav īpašu šķēršļu, taču tas būtu saistīts ar dažu tehnoloģiju palielināšanu, lai izmantotu ļoti lielo pieejamā enerģijas daudzumu, piemēram, optiskos sakarus.
"Mēs varētu veltīt desmitiem vai vairāk kW jaudas komunikācijas lāzeram, nevis 10 vati, [piemēram, pašreizējās misijas]," viņa teica. “Vēl viena unikāla mūsu koncepcijas īpašība ir spēja izcelt daudz enerģijas zemētājam. Tas ļautu izveidot jaunas planētu zinātnes instrumentu klases, piemēram, jaudīgus treniņus. Tehnoloģija, lai to izdarītu, pastāv, bet ir jāizstrādā un jābūvē īpaši instrumenti. Papildu tehnoloģija, kas tiks izstrādāta dažādās nozarēs, ir vieglie kosmosa radiatori, nākamās paaudzes supravadošie vadi un deitērija kurināmā ilgtermiņa kriogēna uzglabāšana. ”
Tomass sacīja, ka viņu NIAC pētījumi norit labi.
"Mūs izvēlējās NIAC II fāzes pētījumam, un šobrīd notiek sarunas par līgumu," viņa sacīja. "Mēs strādājam pie lielākiem dzinēja vilces spēka modeļiem, izstrādājot trajektorijas komponentus un izmērot dažādas apakšsistēmas, ieskaitot supravadošās spoles," viņa sacīja. "Pašreizējie aprēķini liecina, ka viens 1 līdz 10 MW motors radīs vilci no 5 līdz 50 N ar specifisku impulsu aptuveni 10 000 sek."
Lāzera Zapping ar Plutonu
Vēl viena futūristiskas dzinējspēka iespējas ir uz lāzeru balstītas sistēmas, kuras Jurijs Milners ierosināja savam “Breakthrough Starshot” priekšlikumam, kur ar lāzeriem uz Zemes varēja saraut mazus kubikmetrus, pamatā “bug zapping” kosmosa kuģi, lai sasniegtu neticamu ātrumu (iespējams, miljoniem jūdžu / km stundā). ), lai apmeklētu ārējo Saules sistēmu vai ārpus tās.
"Šāda veida tehnoloģiju izmantošana nav īsti kartītēs, jo mums būs jāgaida gadu desmitiem, kamēr tā tiks izstrādāta," sacīja Sterns. “Bet, ja jūs varētu nosūtīt vieglus, lētus kosmosa kuģus ar ātrumu, kas vienāds ar desmito daļu gaismas ātruma, pamatojoties uz Zemes lāzeriem. Mēs varētu nosūtīt šos mazos kosmosa kuģus simtiem vai tūkstošiem objektu Kuipera jostās, un jūs tur atradīsities divarpus dienu laikā. Jūs varētu katru dienu nosūtīt kosmosa kuģi garām Plutonam. Tas patiešām mainītu spēli. ”
Reālistiskā nākotne
Bet pat tad, ja visi piekrīt, ka būtu jādara Plutona orbīts, šādas misijas agrākais iespējamais datums ir kādreiz no 2020. gadu sākuma līdz 2030. gadu sākumam. Bet tas viss ir atkarīgs no ieteikumiem, ko izvirzījusi zinātniskās sabiedrības nākamā dekadaļu aptauja, kurā tiks ieteiktas NASA Planētu zinātnes nodaļas prioritārākās misijas.
Šie desmitgades apsekojumi ir 10 gadu “ceļa plāni”, kas nosaka zinātnes prioritātes un sniedz norādījumus par to, kur NASA būtu jānosūta kosmosa kuģis un kāda veida misijām tām vajadzētu būt. Pēdējais desmitgades pētījums tika publicēts 2011. gadā, un tajā tika noteiktas planētu zinātnes prioritātes līdz 2022. gadam. Nākamais, kas paredzēts 2023. – 2034. Gadam, iespējams, tiks publicēts 2022. gadā.
Misija New Horizons bija 2003. gada planētu zinātnes desmitgades pētījuma ieteikumu rezultāts, kur zinātnieki sacīja, ka Plutona sistēmas un citu pasaules apmeklēšana ir visaugstākā prioritāte.
Tātad, ja jūs sapņojat par Plutona orbītu, turpiniet par to runāt.
