След малко повече от година ще започне ново десетилетие и с него ще се отвори напълно нов поток от идеи за мисии на НАСА, някои по-близо - като Марс, други по-далеч. Някои много далечни. Някои хора очакват, че ерата на роботизираното пътуване до светове, които не са само милиони - милиарди километри от нас ще се отворят. Те включват Уран и Нептун (планетите, които посетихме съответно през 1986 и 1989 г.), както и стотици ледени тела извън региона, известен като пояса на Куйпер.
Коланът на Койпер е дом на Плутон и хиляди други светове с различна големина. Повечето от телата там са изградени от градивни елементи на нашата Слънчева система, отдавна ескортирани до далечни ледени райони. Посещението на пояса на Койпер може да ни даде улики за въпроси как се е формирала нашата планета и нейните съседи, защо има толкова много вода и други мистерии.
По границите на Слънчевата система
Уран и Нептун също държат много мистерии. Колкото повече научаваме за планетарните системи, толкова по-често виждаме, че повечето светове не са толкова големи като Юпитер и не са толкова малки, колкото Земята. Много от тях са склонни да приличат по размер на Уран и Нептун, „ледени гиганти“, които са наречени заради екзотичното състояние на воден лед, което се намира дълбоко под облачните слоеве. Изучаването на Уран и Нептун не само ще ни помогне да разберем планетите в нашата Слънчева система - ще ни помогне да разберем планетите, които се въртят около други звезди.
Много от тези мисии са зависими от времето. Предстоящото десетилетно проучване - „десетгодишното проучване“на НАСА за това, когато агенцията изпраща космически кораби през 2020-те и 2030-те години - би могло да създаде или унищожи тези мащабни планове за изследване на външната слънчева система.
Десетилетно проучване: как ще продължи напредването на десетилетието
Промоционално видео:
От 2020 г. група от Националната академия на науките (с участието на няколко заинтересовани страни от космическата общност) ще се събере и ще състави списък с приоритетни изследователски цели. Учените ще предложат своите възможности под формата на писмени препоръки, известни като „бели книги“(четете: бяла книга).
От тези препоръки ще се получи общ консенсус относно това какви трябва да бъдат приоритетите. Тези цели служат като ориентири за предложенията за мисии от средния клас в категорията New Frontiers (в тази категория бяха New Horizons и Juno). НАСА първо съставя списък на предложените мисии и след това постепенно ги стеснява до един или двама финалисти. След като финалистът получи зелена светлина, екипът зад тях може да започне да планира и проектира - и това отнема години.
Всичко това може да затрудни влизането в конкретен прозорец, през който ще бъде възможно да се изследва Уран или Нептун, както и да се разгледа предмет от пояса на Куйпер. Ето защо точните диаграми са рискови.
Посещение на ледения гигант
Една от групите по-специално обмисли възможността за мисия да посети едновременно Уран и Нептун. Последната итерация включва полет на Уран и орбитала на Нептун. Водени от Марк Хофщадтер и Ейми Саймън, учените планират да видят различна страна на Уран от Вояджър 2, наблюдавана през 1986 г. и изучават Нептун и най-голямата му луна - Тритон. Тритон се върти назад, което може да се дължи на факта, че някога е бил най-големият обект в пояса на Койпер - преди Нептун да дръпне Тритон към себе си, изхвърляйки много от първоначалните си спътници.
Саймън казва, че тези мисии трябва да бъдат разгърнати над 15 години, включително времето за пътувания и изследвания. Това се дължи на това колко дълго отделните части на превозното средство могат да оцелеят в пространството с относителна сигурност. Докато космическият кораб може да живее по-дълго, 15 години са минимумът, по време на който човек може да бъде сигурен, че мисията ще изпълни своите научни задачи в най-голяма степен. Един от начините за ускоряване на космически кораб е използването на гравитационната сила на планетата, за да се ускори.
"Обикновено, за да стигнат до там за по-малко от 12 години, те летят около планети, обикновено включително Земята и Венера", казва Саймън. При такива сценарии добре се потопите в гравитацията на планетата, надявайки се на прашка с ефект, който ще ускори занаята ви и ще спести колкото е възможно повече гориво. Юпитер се използва и от най-добрите от опциите, тъй като е най-масовият и може значително да ускори космическия кораб.
Нови хоризонти например използваха помощта на Юпитер, за да стигнат до Плутон. Касини използва четири отделни прелитания, за да се ускори със Сатурн след изстрелване от Земята, да получи ускорение от Венера два пъти, да се върне на Земята и накрая - последния скок от Юпитер.
Саймън казва, че за да се стигне до Уран при строг график, може да се използва полет на Сатурн - например в прозорец между 2024 и 2028 г., за да се хване газовият гигант на правилното място в 29-годишната му орбита. Такава мисия ще изисква бързо разглеждане от стандартите на НАСА - обикновено мисиите се планират десет години преди изстрелването им, след това се планират, проектират и стартират в рамките на пет години - така че ще трябва да разчитате на следващия прозорец, летец на Юпитер между 2029 и 2032 г., последван от изход до Нептун. Следващият шанс ще се появи не по-рано от десет години.
Мисия до Уран може да използва традиционни горивни двигатели и двигатели, за да стигне по-бързо до точките на ускорение - било то ракета Atlas V или ракета Delta IV Heavy. Но тъй като Нептун е толкова далеч и точната траектория не се очертава толкова перфектно, колкото бихме искали, мисията към тази планета ще разчита на системата за изстрелване на космически кораби, ракетите от следващото поколение на НАСА с увеличен полезен товар (а тя дори не е прелетяла още). Ако не е готов навреме, ще трябва да разчитаме на друга технология от ново поколение: слънчево електрическо задвижване, което използва слънчевата енергия, за да запали йонизиран газ, за да ускори автомобила. Досега той се използва само на космическия кораб „Зората“при мисии до Запад и Церера и при две мисии до малки астероиди.
„Дори в случай на слънчево електричество, химическите двигатели все още са необходими в случай, че слънчевата енергия стане неефективна и за спиране в орбита“, казва Саймън.
По този начин графикът е доста стегнат. Но ако се движим по-активно, и двете мисии могат да служат на различна цел: да достигнат до неизследваните светове на пояса на Койпер.
Голямо неизвестно
Друга книга, написана от трима членове на екипа на New Horizons, изследва възможността за връщане към пояса на Койпер след успешна разходка на сондата до Плутон. „Видяхме колко е интересно и искахме да разберем какво още има там“, казва Тифани Финли, главен инженер в Югозападния изследователски институт (SWRI) и съавтор на статия, публикувана в Journal of Spacecraft and Rockets.
Коланът на Койпер съдържа останки от лед от формирането на слънчевата система, а предметите в него включват огромно разнообразие от различни материали. Плутон, например, е малко по-голям от Ерис. Но Плутон е направен от лед, така че има по-малка маса. Ерис е съставен от скали в по-голямата си част, така че е по-гъст. Изглежда, че някои светове са съставени от метан, докато други съдържат много амоняк. Някъде в задния двор на нашата Слънчева система има много планети джуджета и малки светове, които имат ключови точки за нашето разбиране за възникването на планетите - и дали други планетарни системи може да са като нашата.
Учените използваха тесни ограничения: те ограничиха мисията до 25 години и разгледаха 45 от най-ярките обекти на пояса на Койпер, сравнявайки ги по отношение на различни сценарии на планетарната летене. Юпитер, изненадващо, е открил повечето от целите в списъка. Но прозорецът на Юпитер се отваря веднъж на 12 години, което прави мисиите на Юпитер зависещи от времето. Прост полет на Сатурн предоставя доста добър списък от цели на пояса на Койпер.
Но когато сдвоите тези светове с Уран или Нептун, получавате шанса да откриете нови факти за нашите мистериозни, най-далечни планети и дори някои планети джуджета с един мах.
Ефектът от прашка ще помогне да се достигне до тези светове, първо от Юпитер, а след това и от друга планета. Всяка от тези планети се приравнява с Юпитер в тесен прозорец през 2030-те и се вписва добре в различни части на това десетилетие. Например, за да стигнете до списъка на светове по пътя с Нептун, трябва да стигнете до Юпитер в началото на 2030-те, а стигането до пояса на Койпер през Уран ще изисква изстрелване в средата на 2030-те. Юпитер и Сатурн се изравняват навреме за прашка в пояса на Койпер в края на 2030-те.
Списъкът с цели предлага много интересни възможности. Варуна, удължен свят, придобил тази форма поради бързата си скорост на въртене, е идеален за летене около Юпитер-Уран. Нептун, както вече беше споменато, осигурява поглед на Ерис. Мисията през Юпитер-Сатурн ще позволи наблюдение на Седна, голяма планета джудже с орбита, която би могла да насочи пътя към все още неоткритата планета десет. Юпитер-Сатурн ще ви позволи да се спрете на една от най-интересните планети джуджета: Хаумея.
Подобно на Варуна, Haumea е с форма на яйце, докато повечето от големите планети джуджета в пояса на Койпер обикновено са кръгли. Но Хаумея получи тази форма от древен сблъсък, който й даде две луни, пръстенова система и опашка, направена от отломки. Когато астероидите имат подобен състав, те се наричат "семейство на сблъсък". Haumea произвежда единственото известно семейство от сблъсъци в пояса на Kuiper.
Каквото и да изберем, няма да имаме много време. Следователно, ако искаме да видим пръстените на Haumea или дори червената, извънземна светлина на Sedna, работата трябва да започне възможно най-скоро. Тези светове са толкова малки, че има само един начин да разберете техните тайни: да стигнете до тях.
Иля Кел
