Desetljećima smo mogli samo zamisliti kakav bi mogao biti pogled na površinu Plutona. Sada imamo pravu stvar.
Slike i podaci leta misije New Horizons na Plutonu u srpnju 2015. pokazali su nam neočekivano zapanjujući i geološki aktivan svijet. Znanstvenici su upotrijebili riječi poput "čarobna", "prozračna" i "znanstvena zemlja čuda" kako bi opisali dugoočekivane poglede izbliza iz dalekog Plutona.
Iako znanstvenici još uvijek analiziraju podatke iz New Horizon-a, ideje se počinju formulirati o slanju druge svemirske letjelice u Pluton, ali s dugoročnom misijom orbitera umjesto brzog letenja.
"Sljedeća je misija za Pluton orbitara, možda opremljena s landerom ako imamo dovoljno sredstava za oba", rekao je glavni istražitelj New Horizonsa Alan Stern za Space Magazine u ožujku.
Ovog je tjedna Stern na društvenim mrežama podijelio kako se sastaje znanstveni tim New Horizonsa. Ali zasebno, druga grupa počinje razgovarati o mogućoj sljedećoj misiji Plutona.
Neke scene iz radionice Pluton Follow On Mission jučer u Houstonu. #TheFutureIsBright # Back2Pluto #PlutoFlyby pic.twitter.com/wrLZztHL01
- AlanStern (@AlanStern) 25. travnja 2017
Dolazak svemirskog broda u vanjska područja našeg Sunčevog sustava što je brže omogućava izazove, posebno u mogućnosti usporavanja dovoljno da se omogući orbita oko Plutona. Za brze i lagane New Horizons orbitalna misija bila je nemoguća.
Koji bi pogonski sustav mogao omogućiti misiju orbitera Plutona i / ili slijetanja?
Nekoliko se ideja baca uokolo.
Space Launch System
Jedan od koncepta koristi NASA-in veliki, novi sustav za lansiranje svemira (SLS), koji je trenutno u fazi razvoja kako bi omogućio ljudske misije na Mars. NASA opisuje SLS kao "dizajniran da bude fleksibilan i evoluiran i otvorit će nove mogućnosti za korisni teret, uključujući robotske znanstvene misije." Čak i prva inačica Block 1 može lansirati 70 metričkih tona (kasnije verzije mogu podići i do 130 metričkih tona.) Blok 1 će pokretati dvostruki raketni potisnici s pet segmenata i četiri motora s tekućim pogonom, s predloženih 15% više potiska kod lansiranja od raketa Saturn V koje su astronaute poslale na Mjesec.
No, misija orbite za Pluton možda i nije najbolja upotreba samog SLS-a.
Potrebno je mnogo goriva da bi se vozilo ubrzalo do dovoljno velike brzine da biste stigli do Plutona u razumnom vremenu. Na primjer, New Horizons bio je najbrži svemirski brod ikad lansiran, koristeći raširenu raketu Atlas V s dodatnim potisnicima, izvršio je veliko spašavanje kada su New Horizons krenuli iz Zemljine orbite. Lagana svemirska letjelica odletjela je od Zemlje brzinom od 36 000 milja na sat (oko 58 000 km / sat), a zatim je upotrijebila gravitacijsku pomoć od Jupitera da poveća brzinu New Horizonsa do 52 000 mph (83,600 km / h), putujući gotovo milion milja ( 1,5 milijuna km) na svom putu od 4,8 milijardi km do Plutona. Let je trajao devet i pol godina.
"Da bi ušli u orbitu Plutona, vozilo [poput SLS] moralo bi se ubrzati do iste brzine, zatim se okrenuti i usporiti za pola putovanja kako bi stiglo do Plutona neto brzinom od nula u odnosu na planetu", objasnio je Stephen Fleming , investitor je u nekoliko alt svemirskih startapa, uključujući XCOR Aerospace, Planetary Resources i NanoRacks. "Nažalost, zbog tiranije raketne jednadžbe, morali biste sa sobom nositi svo gorivo / pogonsko gorivo da usporite sa sobom ... što znači ubrzanje orbitera i svo to gorivo u početnoj fazi. To zahtijeva logaritamski više goriva za početno sagorijevanje, a ispada da je puno goriva. "
Fleming je rekao za Space Magazine da će se pomoću SL-a za milijardu dolara za lansiranje orbitera Plutona pokrenuti puštanje čitavog korisnog tereta punim pogonskog goriva samo da bi se ubrzao i usporio maleni orbiter Plutona.
"To je izuzetno skupa misija", rekao je.
RTG-ionski pogon
Bolja opcija mogla bi biti uporaba pogonskog sustava kombiniranih tehnologija. Stern je spomenuo NASA-ino istraživanje, koje je promatralo korištenje SLS-a kao lansirnog vozila i pojačavanje svemirskog broda prema Plutonu, ali zatim pomoću ionskog motora s pogonom na RTG (Radioizotop termoelektrični generator) kako bi kasnije kočio za orbitalni dolazak.
RTG proizvodi toplinu iz prirodnog raspada plutonija-238 bez stupnja oružja, a toplina se pretvara u električnu energiju. RTG-ionski motor bio bi snažniji ionski pogonski sustav od sadašnjeg solarnog električnog ionskog motora na svemirskoj letjelici Dawn, koja sada obilazi Ceres, u asteroidnom pojasu, plus omogućio bi rad u vanjskom Sunčevom sustavu, daleko od Sunca. Ovaj nuklearni motor s nuklearnim pogonom omogućit će brzini svemirskog broda da uspori i izađe u orbitu.
"SLS bi vas potaknuo da letite prema Plutonu", rekao je Stern, "i zapravo bi vam trebale dvije godine da kočite s ionskim pogonom."
Stern je rekao da će vrijeme leta za takvu misiju u Pluton biti sedam i pol godina, dvije godine brže od New Horizonsa.
Fusion propulsion
Ali najuzbudljivija opcija mogla bi biti predložena misija Pluton Orbiter i Lander s omogućenom fuzijom koja je trenutno u fazi prve faze u NASA-inim inovativnim naprednim konceptima (NIAC).
Prijedlog koristi motor s izravnim fuzijskim pogonom (DFD) koji ima pogon i snagu u jednom integriranom uređaju. DFD pruža visoku potisku kako bi se omogućilo vrijeme leta do Plutona od oko 4 godine, plus što je moguće slati značajnu masu u orbitu, možda između 1000 i 8000 kg.
DFD je zasnovan na fuzijskom reaktoru s PFRC (Field-Reversed Configuration) koji se razvija već 15 godina u laboratoriju za fiziku plazme Princeton.
Ako ovaj pogonski sustav djeluje kako je planirano, mogao bi lansirati orbitera Plutona i lander (ili eventualno rover) i osigurati dovoljno snage za održavanje orbitera i svih njegovih instrumenata, kao i usmjeravanje velike snage na lander. To bi omogućilo površinskom vozilu da emitira videozapis u orbitu jer bi imao toliku snagu, kaže Stephanie Thomas iz Princeton Satellite Systems, Inc., koja vodi NIAC studiju.
„Naš je koncept općenito prihvaćen kao,“ wow, to zvuči stvarno super! Kada je mogu dobiti? ", Rekao je Thomas za Space Magazine. Rekla je da su njen i njen tim u svom prijedlogu odabrali prototip misije orbitela Plutona i kopnene misije, jer je to sjajan primjer onoga što se može napraviti s fuzijskom raketom.
Njihov fuzijski sustav koristi mali linearni niz magnetskih zavojnica, a njihovo gorivo za izbor je deuterij helij 3, koji ima vrlo malu proizvodnju neutrona.
"Odgovara na svemirsku letjelicu, uklapa se u lansirno vozilo", objasnio je Thomas u razgovoru sa simpozija NIAC-a (njezin razgovor počinje oko 17:30 u spojenom videu). "Nema litija ili drugih opasnih materijala, a proizvodi vrlo malo štetnih čestica. Riječ je o veličini minivala ili malog kamiona. Naš je sustav jeftiniji i brži za razvoj od ostalih prijedloga fuzije. "
Printonov tim uspio je proizvesti 300 milisekundi impulsa svojim eksperimentom grijanja u plazmi, što je veličine više od bilo kojeg drugog sustava.
"Najveća prepreka je sama fuzija", rekla je. "Moramo napraviti veći eksperiment kako bismo dovršili novu metodu grijanja, što će zahtijevati redoslijed više resursa nego što je projekt dosad dobivao od Ministarstva energetike", rekao je Thomas putem e-pošte. "Međutim, još je malo u velikoj shemi projekata naprednih tehnologija, oko 50 milijuna dolara."
Thomas je rekao da je DARPA potrošio puno više na mnoge tehnološke inicijative koje su na kraju otkazale. A to je također mnogo manje nego što to zahtijevaju druge tehnologije fuzije za istu fazu istraživanja, jer je naš stroj tako mali i jednostavne konfiguracije zavojnice. " (Thomas je rekao pogledajte proračun za ITER, međunarodni megaprojekt za nuklearnu fuziju i inženjering, koji trenutno radi preko 20 milijardi USD).
"Jednostavno rečeno, znamo da naša metoda zagrijava elektrone stvarno dobro i može ekstrapolirati na zagrijavanje jona, ali to moramo izgraditi i dokazati", rekla je.
Thomas i njezin tim trenutačno rade na tehnologiji „biljne bilance“ - podsustavima koji će trebati za rad motora u svemiru, pod pretpostavkom da način grijanja radi kako se predviđa.
Što se tiče same misije Pluton, Thomas je rekao da na orbitu nema nekih posebnih prepreka, ali da će trebati smanjiti nekoliko tehnologija kako bi se iskoristila velika količina snage, poput optičke komunikacije.
"Mogli bismo posvetiti desetine ili više kW snage komunikacijskom laseru, a ne 10 vata [poput trenutnih zadaća]", rekla je. „Još jedna jedinstvena karakteristika našeg koncepta je mogućnost davanja puno snage na zemljište. To bi omogućilo nove klase planetarnih instrumenata poput moćnih vježbi. Tehnologija za to postoji, ali posebne instrumente treba dizajnirati i izgraditi. Dodatna tehnologija koja će biti potrebna u razvoju u raznim industrijama su lagani svemirski radijatori, supravodljive žice nove generacije i dugotrajno kriogeno skladištenje deuterija. "
Thomas je rekao da njihovo istraživanje NIAC-a ide dobro.
"Izabrani smo za studiju NIAC faze II i sada smo u pregovorima o ugovorima", rekla je. "Zauzeti smo radom na modelima većeg vjernosti potiska motora, dizajniranjem komponenti putanje i dimenzioniranjem različitih podsustava, uključujući superprevodne zavojnice", rekla je. "Naše trenutne procjene su da će jedan motor snage od 1 do 10 MW stvoriti napon između 5 i 50 N, pri približno 10 000 sec specifičnog impulsa."
Lasersko preskakanje Plutona
Još jedna futuristička mogućnost pokretanja su laserski zasnovani sustavi koje je predložio Jurij Milner za svoj prijedlog Breakthrough Starshot, gdje bi se mali kocke mogle zatrpati laserima na Zemlji, u osnovi "svezajući bube" svemirskim brodom kako bi postigli nevjerojatne brzine (moguće milijune milja / km na sat ) posjetiti vanjski Sunčev sustav ili izvan njega.
"Nismo zaista na karticama da koristimo ovu vrstu tehnologije, jer bismo morali čekati desetljeća samo da se ovo razvije", rekao je Stern. "Ali ako biste mogli poslati lagan, jeftin svemirski brod brzinom poput jedne desetine brzine svjetlosti na temelju lasera sa Zemlje. Mogli bismo poslati ove male svemirske letjelice na stotine ili tisuće objekata u pojasevima Kuiper, a vi biste bili vani za dva i pol dana. Mogli biste svakodnevno slati svemirske letjelice mimo Plutona. To bi se uistinu igra promijenila. "
Realna budućnost
Ali čak i ako se svi slože da bi trebao biti gotov Plutonski orbiter, najraniji mogući datum takve misije je negdje između početka 2020. i početka 2030-ih. Ali sve ovisi o preporukama sljedećeg desetljećnog istraživanja znanstvene zajednice, koje će predložiti misije najopritetnijih prioriteta za NASA-ino odjel za planetarne znanosti.
Ove desetogodišnje ankete 10-godišnje su „putokazi“ koji postavljaju znanstvene prioritete i daju smjernice o tome gdje bi NASA trebala poslati svemirske letjelice i koje bi vrste misija trebali biti. Posljednje desetljetno istraživanje objavljeno je 2011., a ono je postavilo prioritete planetarnih znanosti do 2022. Sljedeće, 2023-2034, vjerojatno će biti objavljeno u 2022.
Misija New Horizons rezultat je prijedloga iz Dekadnog istraživanja planetarnih znanosti iz 2003. godine, u kojem su znanstvenici rekli da je posjet Plutonskom sustavu i svjetovima izvan njega prioritetno odredište.
Stoga, ako sanjate orbitu Plutona, nastavite o tome.
