Kicsit több mint egy év múlva egy új évtized kezdődik, és ezzel egy teljesen új ötletpálya nyílik a NASA missziói számára, mások közelebb kerülnek - például a Mars, mások távolabb. Néhány nagyon távoli. Néhányan azt várják, hogy a robotok nem csupán millió milliókba eső világokba való utazása korszakát nyitja meg számunkra, milliárd kilométernyire van tőlünk. Ide tartoznak az Uránusz és a Neptunusz (a bolygók, amelyeket 1986-ban vagy 1989-ben meglátogattunk), valamint a Kuiper-övként ismert térségen kívüli jégtest százai.
A Kuiperi övben Plútó és más, különböző méretű világok ezreinek ad otthont. Az ott levő testek nagy részét naprendszerünk építőelemei alkotják, amelyeket régen a távoli jeges régiókhoz kísértek. A Kuiper-övezet látogatása nyomokat adhat nekünk arról, hogyan alakult ki bolygónk és szomszédaink, miért van annyira víz és egyéb rejtélyek.
A Naprendszer határain
Az Uránusz és a Neptunusz is sok rejtélyt tart magában. Minél többet megtudunk a bolygórendszerekről, annál gyakrabban látjuk, hogy a legtöbb világ nem olyan nagy, mint Jupiter, és nem olyan kicsi, mint a Föld. Sokuk hasonló méretű, mint az Uránusz és a Neptunusz, "jég óriások", amelyeket a vízjég egzotikus állapotára neveznek, amely mélyen felhős rétegek alatt fekszik. Az Uránusz és a Neptunusz tanulmányozása nemcsak segít megérteni a Naprendszerünkben található bolygók megértését, hanem segít megérteni a többi csillag körül forgó bolygót is.
Ezeknek a küldetéseknek sok idő függ. A közelgő évtizedes felmérés - a NASA "tízéves felmérése" arról, mikor az ügynökség űrhajókat küld a 2020-as és a 2030-as években - létrehozhatja vagy megzavarhatja ezeket a messzemenő terveket a külső Naprendszer feltárására.
Évtizedes felmérés: Hogyan fog haladni az évtizedes felmérés
Promóciós videó:
2020-tól kezdve a Nemzeti Tudományos Akadémia egy csoportja (az űrközösség több érdekeltjének részvételével) összejön, és összeállítja a kiemelt kutatási célok listáját. A tudósok írásbeli ajánlások formájában, "white paper" néven fogják felajánlani választási lehetőségeiket (olvasni: white paper).
Ezen ajánlások alapján általános konszenzus alakul ki a prioritások tekintetében. Ezek a célok az új határok kategóriában a középszintű missziós ajánlatok referenciapontjaiként szolgálnak (a New Horizons és Juno ebbe a kategóriába tartoztak). A NASA először összeállítja a javasolt küldetések listáját, majd fokozatosan szűkíti őket egy vagy két döntősnek. Amint a döntős megkapja a zöld fényt, a mögöttük álló csapat megkezdheti a tervezést és a tervezést - és évekbe telik.
Mindez megnehezítheti egy speciális ablakba való belépést, amelyen keresztül Uránt vagy Neptunust fel lehet fedezni, valamint egy objektumot lehet megtekinteni a Kuiperi övből. Ez az oka annak, hogy a pontos táblázatok kockázatosak.
Látogatás a jég óriáshoz
Különösen az egyik csoport fontolóra vette egy küldetés lehetőségét az Uránusz és a Neptunusz egyszerre való meglátogatására. Az utolsó iteráció egy repülõ Uránust és egy Neptunusz pályáját tartalmazza. Mark Hofstadter és Amy Simon vezetésével a tudósok azt tervezik, hogy az Uránusz másik oldalát látják, mint a Voyager 2, amelyet 1986-ban megfigyeltek, és tanulmányozzák Neptunust és annak legnagyobb holdját, Tritont. A Triton visszafelé forog, ami annak az oka lehet, hogy egykor a Kuiperi öv legnagyobb tárgya volt - mielőtt a Neptunusz a Tritont maga felé húzta, és az eredeti műholdainak sokaságát kilökte.
Simon szerint ezeket a missziókat 15 évre kell telepíteni, ideértve az utazási és kutatási időt is. Ennek oka annak, hogy a jármű egyes alkatrészei mennyi ideig maradnak fenn a térben, viszonylag bizonyosan. Míg az űrhajó hosszabb ideig élhet, a minimum 15 év alatt biztos lehet abban, hogy a misszió teljes mértékben teljesíti tudományos feladatait. De hogyan lehetne biztosítani, hogy az utazás a kutatás jelenlegi szakaszában ne pazaroljon túl sok erőforrást? Az űrhajó felgyorsításának egyik módja a bolygó gravitációs erejének használata a gyorsuláshoz.
„Jellemzően, hogy kevesebb, mint 12 év alatt odaérjenek, bolygók körül repülnek, jellemzően a Földet és a Vénust is beleértve” - mondja Simon. Ilyen forgatókönyvekbe belemerül a bolygó gravitációjába, reménykedve olyan csúzli effektusra, amely felgyorsítja kézművességét és maximális üzemanyagot takarít meg. A Jupiter-et a legjobb opciók is használják, mivel ez a legtömegebb, és jelentősen felgyorsíthatja az űrhajót.
Az New Horizons például Jupiter segítségét használta Pluton eléréséhez. Cassini négy különálló repülést használt a Saturnával való gyorsuláshoz, miután a Földről indult, kétszer kapott gyorsulást a Vénuszból, visszatért a Földre, és végül az utolsó ugrás a Jupiterből.
Simon azt mondja, hogy az Uránuszhoz való szűk időben történő eljutáshoz a Szaturnusz légykapóját lehet használni - például egy 2024 és 2028 közötti ablakon keresztül, hogy elkapja a gázipari óriást a megfelelő helyre a 29 éves pályáján. Egy ilyen küldetéshez gyorsan figyelembe kell venni a NASA szabványait - általában a missziókat tíz évvel a beindulás előtt tervezik, majd megtervezik, megtervezik és öt éven belül elindítják - tehát a következő ablakra kell támaszkodni, egy Jupiter-repülõgépre 2029 és 2032 között, amelyet egy kijárat követ. a Neptunuszhoz. A következő esély legkorábban tíz év múlva jelenik meg.
Az Uránusz küldetése a hagyományos hajtógépekkel és motorokkal gyorsabban juthat el a gyorsulási pontokhoz - legyen az Atlas V rakéta vagy Delta IV Heavy rakéta. Mivel a Neptunusz olyan messze van, és a pontos pálya nem áll tökéletesen egyenesen, mint szeretnénk, a bolygó küldetése az Űrindító rendszerre fog támaszkodni, a NASA következő generációs rakétáira, megnövekedett hasznos teherrel (és még nem repült még). Ha még nem áll készen az időben, akkor egy másik következő generációs technológiára kell támaszkodnunk: a napenergia elektromos meghajtására, amely a napenergia felhasználásával ionizált gázt gyújt meg a jármű felgyorsítása érdekében. Mostanáig csak a Dawn űrhajón használták fel Nyugatra és Ceresbe irányuló missziókban, valamint két kis aszteroidák küldetésénél.
"Még a napenergia esetében is szükség van vegyi motorokra, ha a napenergia hatástalanná válik és a pályára fékezhetők" - mondja Simon.
Így az ütemterv elég szűk. De ha aktívabban mozogunk, akkor mindkét küldetés más célt szolgálhat: elérni a Kuiperi öv felfedezetlen világát.
Nagy ismeretlen
Egy másik cikk, amelyet az New Horizons csapat három tagja írt, megvizsgálja annak lehetőségét, hogy visszatérjen a Kuiperi övbe, miután sikeresen próbálták a Plutont. „Láttuk, milyen érdekes ez, és tudni akartuk, mi más van odakint” - mondja Tiffany Finley, a Southwest Research Institute (SWRI) főmérnöke és a Journal of Spacecraft and Rockets folyóiratban megjelent cikk társszerzője.
A Kuiperi öv jégmaradványokat tartalmaz a Naprendszer képződéséből, és a benne lévő tárgyak különféle anyagokból állnak. Például Plútó valamivel nagyobb, mint Eris. A Plútó azonban jégből készül, tehát kevesebb a tömege. Az Eris nagyrészt sziklákból áll, így sűrűbb. Néhány világ úgy tűnik, hogy metánból áll, míg mások sok ammóniát tartalmaznak. Valahol a naprendszerünk kertjében sok törpe bolygó és kis világ van, amelyek kulcsfontosságú pontokat jelentenek annak megértéséhez, hogy a bolygók hogyan jönnek létre - és vajon más bolygórendszerek hasonlóak lehetnek-e a miénkhez.
A tudósok szűk korlátozásokat alkalmaztak: a küldetést 25 évre korlátozták, és a 45 legfényesebb Kuiper-öv tárgyát vizsgálták meg, összehasonlítva őket a bolygó flyby különféle forgatókönyveivel. Jupiter meglepő módon felfedezte a listán szereplő legtöbb célpontot. A Jupiter ablaka azonban 12 évente nyílik meg, így a Jupiter küldetései időtől függnek. A Saturn egyszerű repülése elég jó listát kínál a Kuiper öv célpontjaira.
De amikor ezeket a világokat összekapcsolja Uránussal vagy Neptunussal, akkor lehetősége nyílik új tények felfedezésére rejtélyes, legtávolabbi bolygóinkról és még néhány törpebolygóról is egy esőben.
A csúzli hatás segít elérni ezeket a világokat, először Jupiterről, majd egy másik bolygóról. Ezen bolygók mindegyike egy keskeny ablakban a 2030-as években igazodik a Jupiterhez, és jól illeszkedik az évtized különböző részeire. Például ahhoz, hogy eljuthassunk a Neptunussal járó világok listájához, a Jupiterhez kell jutnunk a 2030-as évek elején, és az Uránuszon keresztül a Kuiperi övbe való bejutáshoz 2030-as évek közepén kell indulnunk. A Jupiter és a Szaturnusz időben igazodik ahhoz, hogy a 2030-as évek végén felvegyék a Kuiper övet.
A célok listája számos érdekes lehetőséget kínál. Varuna, egy hosszúkás világ, amely a gyors forgási sebessége miatt megszerezte ezt a formát, tökéletes a Jupiter-Uránusz körüli repülésre. A Neptunusz, amint azt már említettük, pillantást vet Erisre. A Jupiter-Szaturnuszon keresztüli küldetés lehetővé teszi Sedna megfigyelését, egy nagy törpe bolygót, amelynek pályája egy újabb, még fel nem fedezett bolygó felé mutat. A Jupiter-Saturn lehetővé teszi, hogy megálljon az egyik legérdekesebb törpebolygón: Haumea.
Mint Varuna, a Haumea tojás alakú is, míg a Kuiper öv nagy törpe bolygóinak többsége általában kerek. De Haumea ilyen alakú volt egy ősi ütközéssel, amely két holdot, egy gyűrűs rendszert és egy törmelékből álló farkot adott neki. Amikor az aszteroidák hasonló összetételűek, akkor ezeket ütközéscsaládnak nevezik. A Haumea az Kuipers övben az egyetlen ismert ütközéscsaládot hozta létre.
Bármit is választunk, sok időnk nincs. Ezért ha Haumea gyűrűit vagy akár Sedna vörös, idegen fényét akarjuk látni, a munkának hamarosan meg kell kezdődnie. Ezek a világok olyan kicsik, hogy titkaik megismerésére csak egy módja van: hozzájuk jutni.
Ilya Khel