NASA Eyes „Ice Giant“ Missions ve 20. letech 20. století

Nedávná studie NASA nastiňuje možné specializované mise na planety „ledového obra“ Uran a Neptun.

Při „návštěvě“ Voyageru 2 během 80. let vypadaly „dvojče“ planet vnější sluneční soustavy velmi odlišně. Uran se točil po boku a měl téměř bezvýrazný disk. Neptun však ukázal četné jasné a tmavé vzory mraku, včetně hurikánu podobného dabovaného Velké temné skvrny.

V roce 2003 skončila mise NASA Galileo tím, že se vrhla do atmosféry Jupiteru. Později v letošním roce Cassini bude následovat oblek a končí deset let a půl zkoumáním Saturn a jeho měsíců. Co bude dál pro planetární průzkum? Někteří vědci prosazují další logický krok: oddané oběžné dráhy pro jednu nebo obě „ledové obří“ vnější planety, Uran a Neptun.

NASA nedávno zveřejnila studii, která by naznačovala, jak by se taková mise (nebo mise) mohla rozvinout. Tato studie je součástí úvodní příští dekadální studie na období 2022–32, kdy vědci na planetě upřednostňují seznam přání budoucích misí. Poslední dekadální průzkum, zveřejněný Radou pro výzkum vesmíru Národní radou pro výzkum, pokrýval příležitosti od roku 2013 do roku 2022 a nabídl podrobné vývojové studie pro mise Mars 2020 rover a Europa Clipper, přestože specializovaný oran Uran byl v provozu jako vzdálená třetí možnost .

„Tato studie byla jednou z mnoha, která bude provedena na podporu nadcházejících jednání Decadal Survey, “ říká Curt Niebur (NASA-HQ). „Jakmile NASA přijme [další dekadální průzkum], který by se měl uskutečnit v roce 2022, začne NASA zvažovat, jaké priority bude sledovat a jak bude pokračovat v jejich provádění.“

K dnešnímu dni pouze jedna kosmická loď navštívila dvě nejvzdálenější planety během své „velké prohlídky“ vnější sluneční soustavy: Voyager 2, která přeletěla kolem Uranu v roce 1986 a Neptun v roce 1989. Ale tyto návštěvy byly prchavé a dávaly planetárním vědcům krátký pohled na tyto vzdálené světy a měsíce, když Voyager 2 zamířil ze sluneční soustavy. Ledový obří orbiter by stejně jako Cassini visel a prozkoumával Uran nebo Neptun dlouhodobě.

Výlet do vnější sluneční soustavy

Ale určitě to bude dlouhá cesta. Problém s průzkumem vnější sluneční soustavy je v tom, že chcete, aby se kosmická loď pohybovala dostatečně rychle, aby dosáhla svého zamýšleného cíle za deset let - ale příliš vysoká rychlost zpomaluje vstup na oběžnou dráhu. New Horizons byl dobrým příkladem, protože trvalo více než 9 let, než se dostali k Plutu a Charonu, pískal rychlostí 13, 8 km za sekundu a bylo možné pouze hektické období zkoumání.

Místo toho se mise do Neptunu nebo Uranu zahájila v časovém rámci 2030—31 a dosažení cíle dosáhlo 12 až 13 let. Studie požaduje 50 kilogramové užitečné zatížení se třemi hlavními nástroji a atmosférickou sondou podobnou té, kterou Galileo dodal Jupiteru. „Ice Giant Orbiter“ by využíval buď tradiční chemický pohon na prakové dráze, nebo možná nový systém sluneční-elektrické pohony (SEP), který se momentálně vyvíjí. Podobně jako u pohonných jednotek na palubě NASA Dawn, pohon SEP nabízí schopnost udržet nízký tah po dlouhou dobu, aby se zvýšila rychlost.

Možná konfigurace pro orbiter Uranu a atmosférickou sondu pro jízdu. Generátory ASRG na trupu orbitera se již neberou v úvahu.
NASA / JHU-APL

Studie uvádí, že v letech 2030 až 2034 existuje optimální okno pro mise Uran využívající gravitační letovou asistenci Jupitera, zatímco stejné okno pro misi Neptunu běží od roku 2029 do roku 2030. Získání orbity do Uranu pomocí pomoci ze Saturn by mohlo být provedeno před rokem 2028.

Časná možná studie trajektorie pro mise Uranus Pathfinder, využívající saturnský let.
NASA / CSA

Ledový obří orbiter by představoval 2 miliardu dolarů „Hlavní mise, nejlepší konec toho, co NASA letí pro planetární průzkum. Mezi další absolventy vlajkových lodí patřili i Cassini a zvědavost Mars roveru. Mezi další třídy misí NASA patří střední vzdálenost (500 až 1 miliarda USD) ) Nové mise na hranicích, jako je Juno a OSIRIS-Rex, a mise na objevování méně než 500 milionů dolarů, jako je Lunar Prospector nebo Mercury's Messenger.

Vědci navrhli oddaný návrat do Uranu a Neptunu na počátku vývoje New Horizons. Taková mise „New Horizons 2“ by byla klonem originálu, ale kvůli nákladovým omezením byla později z programu vyřazena.

Mezi hlavní cíle každé mise patří studie o atmosféře, interiéru a prstencovém systému planety, stejně jako přehled hlavních měsíců a hon na další. Neptunův velký podivný retrográdní měsíc Triton je obzvláště zajímavý, protože vědci věří, že se jedná o zachycený objekt Kuiper Belt (KBO). Minimálně by mise Ice Giant Orbiter obsahovala hmotnostní spektrometr, širokoúhlé a úzké kamery, magnetometr a prachové senzory.

Hubbleův kosmický dalekohled špehoval auroru (bílé skvrny) na Uranu v listopadu 2011. Tenké prsteny jsou složeny ze snímků Voyager 2.
NASA / Hubble / ESA

Zejména Urán by nabízel náročný cíl, protože planeta se otáčí na jedné straně. Když Voyager 2 přeletěl kolem Uranu v roce 1986, byla jeho jižní polokoule uprostřed 21 let dlouhého léta a jeho severní šířky ležely skryté ve stínu. Budoucí kosmická loď dorazí s obrácenými ročními obdobími.

"Rychlý pohled, který jsme získali z letů Voyager 2 v Uranu a Neptunu, nás naučil mnoho věcí, ale kritická tajemství přetrvávají, " říká Mark Hofstadter (NASA / JPL). Ve srovnání se skalnatými pozemskými světy nebo plynovými obry se zdá, že ledem naložené planety jsou ve třídě samy o sobě. „Další důležitou věcí na Uranu a Neptunu je to, že vypadají podobně jako většina exoplanet, které objevujeme kolem jiných hvězd, “ říká Hofstadter. "Abychom pochopili tyto vzdálené planetární systémy, musíme pochopit dva příklady, které můžeme skutečně navštívit."

Planetární mise mohou poskytnout řadu vědeckých objevů pro nadcházející desetiletí. Například vědci z Georgia Institute of Technology nedávno oznámili, že se Uranská magnetosféra chová jako vypínač světla - objev, který využil data Voyager 2 shromážděná před více než třemi desetiletími.

Nové obzory v laboratoři. Jeho RTG s plutoniem (termoelektrický generátor radioizotopů) je objekt s černými žebry vyčnívající z kosmické lodi doleva.
NASA / KSC

Stejně jako u každé mise vnějšího solárního systému do Saturn a dále, i ledový obří orbiter by byl vybaven termoelektrickým generátorem s více plicními radioizotopy (MMRTG) pro energii daleko od Slunce. NASA a americké ministerstvo energetiky v roce 2016 oznámily, že by v rámci průzkumu vesmíru znovu spustila výrobu Pu-238 (jiný izotop než štěpný Pu-239 používaný v jaderných zbraních), a tato exotická mezipaměť by měla být k dispozici ve 20. letech 20. století. pro průzkum vesmíru. NASA se také v roce 2013 rozhodla zastavit vývoj motoru Advanced Stirling Radioisotope Generator (ASRG), který by byl čtyřikrát účinnější než tradiční RTG. Toto tvrdé rozhodnutí bylo způsobeno škrty v rozpočtu, i když studie předpokládá, že na konci 20. let budou k dispozici pro ledoborou misi vylepšené eMMRTG a Heatshield pro technologii extrémního vstupu a životního prostředí (HEEET).

Tato myšlenka přichází ve vzrušujícím období krize a příležitosti pro průzkum NASA a sluneční soustavy. Na jedné straně naše oči ve vnější sluneční soustavě ztmavnou, protože Juno, Cassini a Dawn všechny dokončují své příslušné mise. Zdá se, že NASA v současné době upřednostňuje výběr menších, levnějších misí, jako jsou Mars InSight, Lucy a Psyche - možná ve snaze zajistit, aby všechna jeho „vejce nebyla v jednom košíku“, na rozdíl od velkých drahých misí, které by mohly vypadat atraktivní pro finanční sekeru.

A možná, dlouhé časové plány misí, které sahají až do 40. let 20. století, jsou pro děti z období Apolla trochu depresivní ... neměli jsme do roku 2017 na Marsu dovolenou?

Je pozoruhodné, že meziplanetární mise, které by mohly projít středem tohoto století, se nyní vážně zvažují.